JPS5893373A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明社半導体装置とその製造方法に関し、特に＾過動
作可能なバイボーラド２ンジスタと、こ孔を用い友集積
回路の製造技術に関する。

第１図れ通常用いられるバイボー２トランジスタの構造
を説明する断面図であり、図において、１は一導電渥を
有する半導体基板、２１，２２は基板１と逆の導電製を
有する為濃度不純物領域、３１゜諺は２１　、２２と同
臘の不純物を有する領域、４社基板、１と同臘の不純物
領域、５＃ｉ絶縁膜、８はコンタクトホールをそれぞれ
示す。不純物領域４．３１゜３２がバイポーラ・トラン
ジスタＯエミッタ・ペース・コレクタを構成し、嬉１図
破線で１ｆｌまれ友領域がトランジスタ動作に寄与して
いる。かかるトランジスタの高速動作を制限する要因に
はペース抵抗が４ｈこと、即ち第１図破線でｉｍすれ友
ペース領域に給電する丸めの不純物領域４の抵抗が高い
ことにあ〉、−更にＬベース・コレクタ間、′：ルクタ
拳基板間”′ｏｍ合容量（大きいことにある。ペース抵
抗を低減する丸めに紘不純物領域４に複数個のコンタク
トホール８を介して給電することが通常行われており、
また接合容量を低減する丸めに紘不純物淡度の最適化、
素子寸法の微細化等の努力が行われている。しかし、こ
れら手段では、凧１図破線で囲まれたトランジスタ動作
に寄与する領域以外の不純物領域を無くすることは出来
ネい丸め、よシ高速で動作させるには限界がある０本発
明の目的は、かかる値米の欠点を除去した半導体装置お
よびそア襄造方法を提供することに参る。

本発明によれば、半導体基板と該半導体基板表ｔｈｉＫ
設けられ九杷縁層と、該絶縁層上に設けられた第１の導
電製を有する単結晶もしくはこれに近い第１の半導体層
と当該譲１の半導体層上に設けられた前記第１の半導体
層と同一の導電製を有する第２０単結晶半導体層と、前
記謔１の半導体層と導電１Ｍを異にする第２の導電製を
有する嬉３の単結晶半導体層と、前記第１の半導体層と
同一の導電製を有する縞４の単結晶半導体層とを積層し
て構成されたバイポーラ・トランジスタと、前記縞ｌＴ
ｏ半導体層上に絶縁膜を介して設けられ、かつ１＃紀バ
イポーラ・トランジスタのｉ＠２の導電製を有する譲３
の単結晶半導体層と接するべく設けられた電極層とから
構成される構造を含むことを特徴とする半導体装置が得
られる。

さらに、本発明によれｄ、半導体基板上に第１の絶縁層
を設け、次に腋絶縁層を選択的に除去し次に第１の導電
性を有する多結晶もしくは非晶質の半導体層を設け、次
に咳半導体層にレーザー光もしくは電子ビームもしくは
これＫｌｉするエネルギー線を照射し、当該半導体層を
単結晶もしくは単結晶に近い層となし、次に該単結晶も
しくは単結晶に近い層の前記半導体基板と接する部分ゑ
含む領域を選択的に第２の絶縁層となし、もしくは選択
的に除去し、次に単結晶もしくは単結晶に近い層の表面
に、もしくは当該層の表面を含む前記第２の絶縁層表面
および前記半導体基板表両Ｋ１１１３の絶縁層を設け、
次に単結晶もしくは単結晶に近い層を一部覆う領域の、
もしくは覆わない領域の前記嬉３の絶縁層表面に菖２の
導電性を有する多結晶シリコンもしくは金属もしく紘シ
リサイドからなる電極層を選択的に投砂、次に蟲賦電砺
層表面に、もしくは当該電偽層＊両を含む前記１Ｉ３Ｏ
絶縁層表１ｉＫ第４０絶縁層を設け、次に前記単結晶も
しくは単結晶に近い層と前記電極層とが少なくとも東な
る慎域上のｍ＃籐４の絶縁層の一部を選択除去し、次に
当該＃ｇ４の絶縁層をマスクとして前記１１極層および
前記単結晶もしくは単結晶に近い層の一部を朧次遇択除
去し、次に皺遇択除去領域内部にコレクタ領域となる菖
ｌの導電性を有する単結晶半導体層と、ペース領域とな
る嬉２０導電性を有する単結晶半導体層と、エミッタ領
域となる第１０導電性を有する単結晶半導体層とで構成
されるパイボー２・トランジスタを形成する工揚を含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。

以下ｌ１ｌＷＡを用いて詳細に＃！明する。

第２図は、本発明の一実施例を説明する概略１１１図を
示してお）、１ＩＬ１図と同記号は同一機能を有する物
質を示す。図に：′□＆いて、５１　、５２　、５３　
、５４は絶縁層、６は多結晶も、シ＜は非晶質シリ−７
層６は単結晶もしくは単結晶に近いシリコン層、シは多
結晶７９３７層、８１社窓、棹はコンタクトホール、（
資）はエピタキシャル・シリコン層をそれぞれ示す。

単結晶基板１にシリコンを用い、１１ｐ鳳ト２ンジスタ
を形成する場合を例にとシ、本発明を順を追って説明す
る。

まず、基板ｌの衆曲に絶縁層５１が設けられ、続いて当
該層５１の一部が通常のフォトエツチング法によシ遇択
除去され、基板１表面が露出され九後多結晶もしくは非
晶質シリコン層６が形成される（第２図ａ）。絶縁層５
１は前記基板１と多結晶もしくは非晶質シリコン層６と
の閏の容量を低減するため厚いことが好ましく、例えば
α３ミクロン以上であることが望ましい。多結晶もしく
は非晶質シリコン層６の厚さは０．３〜１ミクロンであ
ることが好ましく、を九当皺層６は電極としても用いる
ことからａｌｌ不純物を高１１ｉ＆Ｋｉｉませる必要か
あ〕、かかる不純物のドーピングＬ層形成の際に雰囲気
中Ｋ　＊　！ｉｌｌ不純物を含ませることも一法であ〕
、さもに層形成Ｏ際会ませないで後０工掘で個別Ｋｔｔ
せても、その選択は自由である０次にル−ザー光もしく
は電子ビームもしくはこれＫ１１ｉする点状又社線状の
熱光線を、前記多結晶もしく紘非晶質・シリコン層６表
面に照射し、かつ移動せしめ、当該層６が基板ｌと接す
る部分から再結晶化を生せしめることによシ、該層６が
単結晶もしくは単結晶に近いシリコン層６となる（第２
８Ｇｂ）。

次に、単結晶もしくは単結晶に近いシリコン層６の、少
なくとも基板１に接する部分を含む領域が選択的に酸化
され、絶縁層５２になる（第２図Ｃ）。

当該選択的酸化は、例えば前記シリコン層６の所菫の領
域表ｉ１に窒化シリコン等の耐酸化性膜を形成した後に
、９００〜１１００℃水蒸気雰囲気中で酸化すれば良い
。当該選択的酸化では、紡記単結晶もしく祉単結晶に近
いシリコン層６５を島状に分離するのが目的であシ、従
って絶縁層５２下部の絶縁層５１表面には単結晶もしく
は単結晶に近いシリコン層ｅｂｏ一部が残っていてはな
らない。また、かかる構造を形成し九時点で、ａｌｌ不
純物を鵠記シリコン層藝に高濃度に含ませてもかまわな
い６゛単結晶もしく紘単結晶に近いシリーン層藝を島状
に分離するために社、前記した選択的酸化を行う手Ｒの
他に、該シリコン層６５０不蚤の領域を選択的に除去す
る手段を採っても実現でき、かかる選択的除去手段を代
９に用いても本発明を損うもので杜ない。かかる手段を
採る場合には、前記した単結晶もしく紘単結晶に近いシ
リーン層師が基板１と接する部分の基板１１！向が露出
するが、後の工程で絶縁層が形成される丸め不都合紘な
い。

蟲絨シリスン層田が基板１と接する部分線、シリコン層
６５の単結晶化が行われ九後ＫＵ不蚤のものであるため
、かかる部分は牛導体装置のスフ２イブ・ラインに用い
れば高集積化に轟ってＯ支障は生じない。

次に、単結晶もしくは単結晶に近い層藝の１１面が酸化
され、絶縁層郭が形成される（菖２１１４）。

尚鋏絶縁層８の厚さ紘亀・２〜ａｔクレンであれば充分
である。骸絶緻層＆３紘、前記単結晶もしく紘単結晶に
近いシリコン層６表面および前記絶籠層５２１！画に、
気相成長法等の手段によＪ）８１０１４しく　＃１８１
．Ｎ、等の物質からなる層を形成しても本発明の目的を
達する。

就いて、単結晶もしくは単結晶に近い層６の一部を覆う
領域および絶縁層５２　、５３表面の一部に多結晶シリ
コン層７が通常フォトエツチング技術により選択的Ｋｍ
成される（篤２図・）。１咳多結晶シリコン層７は、電
極として用いることから、ｐ瀧不純物を高濃度に含む必
要がＴｏり、不純物のドーピング紘多結晶シリコン層形
成時の＃囲気中に含ませても、またはドーピングしない
で多結晶シリコン層を形成し九後に改めてドーピングし
ても、さらＫはｊＩＫ２図・の如く、多結晶シリ１７層
のパターンが形成された後にドーピングしても、過択祉
自由である。また１鋏り１晶シリコン層の所属の領域の
不純物濃度を制御し、抵抗として使うことも自由である
。

さらＫｍ該多結−・シリ・７層を形成する際、篇２図ａ
、ｂでｓｉ！明した手段を再び用いて単結晶もしくはこ
れに近い層に＃ることは可能で６１７．轟該多結晶シリ
＝ｔｙ層７を単結晶化せしめてｊＬいこと線貰うまでも
ない。

次に、多結晶シリコン層７０表面に絶縁層８が形成され
た後、多結晶シリコン層７と単結晶もしくｔｉ本結晶に
近いシリコン層６とが少なくとも重なっている領域の前
記絶縁層５４および多結晶シリコン層７および絶縁層団
の一部が通常フォトエツチング技術によ）順次選択除去
され、前記シリコン層６表面が露出され、窓８１が形成
される（菖２図ｆ）。絶縁層８は、例えば多結晶シリコ
ン層７０表面を酸化することによシ容易に形成できるが
気相成長法によ〉絶縁層を堆積してｔ本発明の目的を達
する０蟲咳杷縁層６４４Ｄ好ましい厚さはα３〜ａ５ミ
クロンである０ 次に、単結晶もしくは単結晶に近いシリコン層６を種子
、結晶とし、ｍ１ｌｌ不純物を有する単結晶シリコン層
（資）が窓８１内部にエピタキシャル成長される（第２
図ｇ）ｏ轟該エピタキシャル成長社、例えば組ＨａＣ１
ｉＨｓ　系の雰囲気中、　ＳＳＯ〜１１００℃の条件で
行えば、崗８１内部に紘シリ−ｙがエピタキシャル成長
するが、絶縁層５２．５３および８表１ｉＫは全く成長
が起ζらず所ｌｌ過択的エピタキシャル成長が出来る。

当鋏エピタキシャル成長した単結晶シリコン層３０Ｆｉ
、少なくとも多結晶シリ：１７層７０衆伽に達する１１
度の厚さは必要であシ、絶縁層具の表１１１に達する機
膨の厚さでめるのがより好ましい。次に１エピタキシヤ
ル成長した単結晶シリコン層（資）中に、ｎｐｎ　）ラ
ンジスタを形成するべく、＊ｌｋ不純物、ｐ製不純物、
ｎ製不純物が馳次ドーピングされ、ベースとなるｐｍ不
純物領域４．エミッタとなるｍｔｌｉ不純物領域羽、コ
レクタとなるｎ蓋不軸物領域３１が各々形成される（第
２図ｈ）。

当腋ドーピングは、フォトマスクを新たに用いる必要は
なく、単に不純物の深さのみをＯｙトロールスればｎｐ
ｎ　）ランジスタが実現できる利点を有スル。１腋コレ
クタ、ベース、エミッタ領域を形成する手段としては、
単結晶シリコン層（９）をエピタキシャル成長する際に
ｎ型、ｐｍ、ｎｌｌ’の不純物な馳ス雰囲気中に含ませ
ることによっても実現で亀、いずれの手段を採る０も自
由である。

ｐＨ不純物領域４は、多結晶シリーン層７に少なくとも
接し、かつ単結晶もしくは単結晶に近いシリコン層６に
少なくとも接しないように設けられる必景がある。この
時不純物領域３１およびｍｌｉ不純物領域諺が多結晶シ
リコン層７Ｋｍしてもｐｍ！１合が生ずるのみであ〉、
トランジスタ特性を損うとと嬬ないが、エミッターペー
ス閲、コレクタ・ベース間の接合容量が増加すること、
ｐ型不純物領域４と多結晶シリコン層７との接触抵抗が
増加することから、周波数特性を劣化させるためあまり
好ましくない。かかる不純物領域の深さのコントロール
は、熱処理の温度、時間を選択するととＫよシ容易に行
える。

次に、通常のフォトエツチング技術を用いて単結晶もし
くは単結晶に近い層６表面Ｏ絶縁層詔および絶縁層−の
一部が選択的に除去され、コンタクト大圏が形成される
（Ｊｌ１２１１１ｉ）。

１皺構造で、この後Ｍ等Ｏｔｍがエミッタとなる不純物
領域３２１１ｉ面およびコンタクトホール即を覆う領域
Ｋｊｌｌｉ威され、バイポーラ・トランジスタが形成さ
れる。

カカルパイポーラ・トランジスタの平面構造線例えば１
ｍ３図に示す如く、図に於いてＸ−Ｙを結ぶｉｌＫ沿り
た部分が菖２図１に示す断面構造を有している。かかる
トランジ不りは、ベース・コレクタ関、コレクタ・基板
間の接合容量がトランジスタ動作を行う領域のみで生ず
るため本質的に小さく、またベース抵抗、コレクタ抵抗
も小さいため高速動作ができること祉明らかである。

なお、上記説明ではベースとなる不純物領域４に多結晶
シリーン層７を接触せしめ給電する手段を採ったが、轟
鋏多結晶シリコン層の代Ｊ）Ｋタングステン、チタン、
白金、モリブデン勢の耐、熱性金属もしく祉これらのシ
リサイド物質を用いることは自由であ〕、ベース抵抗を
さらに低減できる４ｄ点がある。

ｔえ、上記説明で鉱基板１から顔にコレクタ。

ベース、エミッタを積−“し九バイポー２・トランジス
タを例にしたが、本発明は工２ツタ、ベースコレクタの
履に積層した場合に適用できることは明らかである。

なお、上記した説明では、バイポーラ・トランジスタの
構成材料としてシリコンを用いたが、蟲該エミッタ領域
をシリーンよシも広ｉバンド・ギャップを有し、かつａ
ｌｌｉｏ導電臘を導電るＧａＰ等の化合物半導体を用い
ても嵐い。かかる半導体層紘例えばトリメチルガリウム
ｅ　Ｐｕｓ　＊　１１ａＢ系Ｏ雰囲気中でフＯＯ〜８０
０℃の条件で形成出来る。

特ｐｃＳＧａＰは格子定数が＆、４５オングストローム
でシリラン０１４３オングストロームと良く合っており
、約１０００ムの厚さであれと良質の層が形成できる。

かかる構造のトランジスタは、エミッタからベースに注
入される電荷の注入効率が増加する九めよ）高速動作が
実現で龜る。

【図面の簡単な説明】 第１ｍｌは、通常用いられるバイポーラ・トランジスタ
の構造を説明する九めＯ両画概略図、菖２図線本発明〇
一実施例をｌＩ！明するため０図で各工程図における半
導体装置の断面を示す。 菖３図は本発明の一笑施ｆｌＫなるトランジスタ構造を
説明する平面図を示す。 −に於いて、１は館１の極性を有する半導体基板、２１
．２２は第２の極性を有する高澁度不純物領域、３１．
３２は菖２のｍ性を有する不純物領域、４は＄１０Ｑ性
を有すル不純物領域、ｓ、５１．５２を詔、柄は絶縁層
、６は多結晶シリコン層、槌は単結晶シリコン層、７は
電極層、箕は単結晶シリコン層をそれぞれ示す。 率２目 Ａ 享Ｚ図 手続補正書 特許庁長官　殿 １、事件の表示　　昭和５６年特　許　願第１９２５４
２号２・ｌの名称　　　、Ｐ工、５□ア□＝１もチェ３
、補正をする者 事件との関係　　　　　　　出　願　人東京都港区芝五
丁目３３番１号 （４２３）　　　日本電気株式会社 代表者　関本忠弘 ４、代理人 〒１０８　　東京都港区芝五丁目３７番８号　住人三田
ビル（連絡先　日本電気株式会社特許部） 願書の発明の名称の欄 明細書の発明の名称の欄 明細書の特許請求の範囲の欄 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）　　ｉｌｌ書の卑明の名称の掴を次のように補正
する。 １半導体装置」 （２）明細書の発明の名称の欄を次のように補正する。 ［“半導体装［Ｊ （３）　　明細書の特許請求の範囲の欄を別紙のように
補正する。 （４）明細書第４頁第１８行目Ｋ［本発明祉半導体装置
とその製造方法に関し１とあるのを「本発明は半導体装
置に関し」と補正するＯ （５）明細書第５頁第２行′：：□目に「集積回路の製
造技術」とあるのＹｔ「集積回路」と補正する。 （６）　　明細書第６頁第６行目Ｋ［およびその製造方
法−１とあるのを削除する。 （７）　　明細書第７頁第３行目から第８頁楊１３行目
にかけて［さらに、本発明によりば、・・−・・・半導
体装置の卿遣方法が得らする。、１とあるのを削除する
。　　− １／ 特許請求の範囲 （１）半導体基板と該半導体基板表面に設けらｈた絶縁
層−と、該絶縁！＠上に設けられた第１の導電型を有す
る単結晶もしくはこれに近い第１の半導体層と当該第１
の半導体層上に設けられた前記第１の半導体層と同一の
導電型を有する＠２の単結晶半導体層と、前記第１の半
導体層と導電型を異にする第２の導電型を有する第３の
単結晶半導体層と、前記第１の半導体層と同一の導電型
を有する第４の単結晶半導体層とを積層して構成さｔた
バイば一うトランジスタと、前記第１の半導体層上Ｋ１
１ｌｂ、縁ｖ金倉して設けられ、かつ前記パイゲーラト
ランジスタの第２の導電型を有する第３の単結晶半導体
層と接するべく設けられた電極層とから構成される構造
を含むことを特徴とする半導体装置０ （２）前記第１、第２、第３および第４の各半導体層が
シリコンである特許請求の範囲第１項記畝の半導体装置
。 （３）　　前記第１、ｆｉｇ２および第３の半導体層が
シリコンによって構成さｈ１第４の半導体層が前記シリ
コンより大きいバンドギャップを有する化合物半導体で
構成された特許請求の範囲第１項記載の半導体装ｌｌｉ
、、。 （４）　　前記第３の単結晶半導体層と接するべく設け
られた電＆−が、多結晶、単結晶もしくはこれに近い半
導体、金属および金属シリｔトイドのうちのいすわが１
つで構成さね７１？、ｔｌ！ｊ許請求の範囲第１項記載
の半導体装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）半導体基板と威半導体基板表向に設けられた絶縁
   層と、該絶縁層上に設けられた％１の４ｔｉ＆を有する
   単結晶もしくはこれに近い第１の半導体層とａ［ｊｉｌ
   の半導体層上に設けられ友前記ｉｇｌの半導体層と同一
   の導電製を有する第２の単結晶半導体屑と、前記第１の
   半導体層と導電製を異にする第２の導電製を有する＃Ｉ
   ３の単結晶半導体層と、前記第１の半導体層と同一の４
   １に臘を有する第４の単結晶半導体層とを積層して構成
   されたバイポーラトランジスタと、前記Ｊｉｉｌの半導
   体層上に絶縁Ｉｔ介して設けられ、かつ−紀バイボーラ
   トランジスタの第２の導電製を有する第３の単結晶半導
   体層と接するべく設けられた把他層とから構成される構
   造を含むことを％做とする半導体装−〇 （２））　−１譲１．第２．第３および第４の各牛導体
   層トシリコンで弗る特Ｉｆ！ＦＭ求の範囲第１項記載の
   半導体Ｍ　Ｉｔ　。 （３）−配路１．第２および第３の半導体層がシリコン
   によって構成され、−４の半導体層がＭ紀シリコンよシ
   大きいパ／ドギャップを有する化合物半導体で構成され
   た％許−求の範囲第１項ｍｌ教の半導体装置。 （４）　　１紀Ｍ３０単鮎晶半導体層と接するべく設け
   られた電極層が、多結晶、単結晶もしくれこれに近い半
   導体、金属および金属シリサイドのうちのいずれか１つ
   で構成された特許請求の範囲第１項記載の半導体Ｍｌｔ
   。 （５）半導体基板上に第ｌの絶縁層を設け、次に該絶縁
   層を選択的に昧去し、次に第１の導電性を有する多結晶
   もしくは非晶質の半導体層を設叶次に咳半導体層にレー
   ザー光もしくは電子ビームもしくはこれに類するエネル
   ギー線を照射し当該半導体層を単結晶もしくは単結晶に
   近い層択的に第２の絶縁層となし、もしくは選択的に除
   去し、次に単結晶もしく紘Ｊ！’Ｍ晶に近い層の一山に
   、もしくは級当層の鰍向を含む前記第２の結縁層表面お
   よび１ｉｌｌ配牛尋体−板表四に−３の絶縁層を設け、
   次に単結晶もしくＬｊＩＩＬＩＩｔｉ晶に近い層を一部
   板う領域の、もしく嬬蝋わない領域のｋＮ配縞３の杷縁
   層六向に第２の導電性を壱する多結晶シリコンもしくは
   金属もしくＬシリサイドからなるＸ他層、を憩択的に設
   け、次に当該電一層餞面にもしくは当該竜他層表国を含
   む繭紀＃＆３の絶縁層表ＩＪＩＪＫ總４０杷縁層を毅１
   、次に前記単結晶もしく杜単結晶に近い層と前記１に他
   層とが少なくとも重なる領域上０轟該脇４の絶縁層の一
   部を遁択絃去し、次に当絨籐４の絶縁層をマスクとして
   繭記電也層およびＩＩＩＩｌ紀率紬晶も単結は単結晶に
   近い層の一部を朧次選択とベース領域となる−２の４電
   性を有する単結特開’Ｕ　！ｉ８−９：（３７３（２）
   １半導体層とエミッタ領域となる第１の導電性を有する
   単結晶半導体層とで構成されるバイボー２ト２ンジスタ
   を形成する工程を含むことを＊＊とする半導体装置の製
   造方法。 （６）　　前記バイポーラトランジスタを構成する各半
   導体層を選択エピタキシャル法によって形成する特許請
   求の範囲菖５ｆＡｌ［ｌ！賊の半導体装置の製造方法。 （？）　　ｍ記バイポーラトランジスタを構成する各半
   導体層を単一の半導体層を形成した後、不純物拡散法で
   形成する特許請求の範囲第５項記載の半導体装置の製造
   方法。 （８）　　前記バイボーラド２ンジスタを構成する各半
   導体層を選択エピタキシャル法と不純物拡散法とを組み
   合せて形成する特許請求の範囲第５項記載の半導体装置
   の製造方法。