JPS5946065A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS5946065A
JPS5946065A JP57157023A JP15702382A JPS5946065A JP S5946065 A JPS5946065 A JP S5946065A JP 57157023 A JP57157023 A JP 57157023A JP 15702382 A JP15702382 A JP 15702382A JP S5946065 A JPS5946065 A JP S5946065A
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oxide film
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明eよ半導体装置の製造方法に[ν2)シ、/I!
rにパイ月?−ラ型半導体装置の製造方法に係る。
〔発明の技術的背景〕
近年、半導体装置の微細加工技術の進歩は著しく、イオ
ン注入技術、選択酸化法等が犬きくこれに置方している
。パイチーラ型半導体装装置においても高集、!−c化
、高速化を図るために選択酸化法、特にり七ストオキサ
イド法(埋込み酸化法)は必要欠くべからざる方法であ
り、・ぐイポーラ型集積回路のうちI2L 、 )、;
CL等の贋造工程において一般的に使用されている。−
1た、このような選択酸化法を用いて例えばコレクタ領
域となるn型半導体層にフィールド酸化11(4及びこ
のフィールド酸化膜によシ囲まれた素子領域を形成し、
更に該素子領域にp型々−ス領域を形成した後、該p型
ベース領域の一部及びフィールド酸化膜上にn型不純物
、特に拡11に係数の′I 小さい砒素をドープした多結晶シ’、] :’−1’−
’ 、Hl、V/F fi−ンを形成し、これを拡散源
と1.て011記フイールド酸化膜と接するように浅!
、・)n”型工汁ツタ領域を形成するとともに、該4結
晶ンリコ:/l+lA teターンを電極の取出しに利
用する技術紮fj1川すれば、素子特性を改善すること
がてきる・〔背景技術の問題点〕 上述した選択酸化法は種々の利点を有−ノる一方で以下
のような欠点も有する、すなわち、tp4択酸化時にバ
ーズビーク直下p(ア゛・rスロ・ゲーションやO8F
 (0xldat、lon 1ndur*d Stac
lcingFaultFI)が発生し、フィールド酸什
」1^と接するエミッタ領域を形成する際、/Z−グ゛
゛ビーり面下付近で不純物の異常拡散が起こりt)1.
選択r1%’ (1,;によってリンのパイルアップ現
9等が発生する。
この結果、C(コレクタ) −1i: (エミッタ) 
IIIJ圧不良が生じ、歩留りが低下する。この1.l
′i 1句は高集積化が進むとますます顕著になつ′C
〈る、ここで、選択酸化のマスクとなるシリコン窒化膜
及びその下の薄いバッファ酸化膜のjψ、さとディスロ
ケ−ション等の発生との関係を述べると、シリコン窒化
膜をできるだけ薄くシ、バッファ酸化膜を厚くすればデ
ィスロケーション等の発生を低減することができる。一
方、上;71S したよりにシリコン窒化膜を薄くシ、
バッファ酸化膜を厚くすると、横方向の酸化がより進行
して選択酸化時のパターン変換差が大きくなるため微細
化が困難となる。したがって、バイポーラ型半導体装置
の製造に選択酸化法を用いた場合、ディスロケーション
等の発生と7千ターン変換差を考慮して、シリコン窒化
膜及びバッファ酸化膜の厚さの星適条件を決定し、微細
化しても歩留シが低減しないようにしている。
ところが、選択酸化法を用い、更に砒素全ドープした多
結晶シリコン膜・Pターンを拡散源として対向する二側
面がフィールド酸化j艮と接する浅いn型不純物領域(
エミッタ領域)を形成する技術を併用して、高速度、高
性能のバイポーラ型半導体装置を得ようとした場合、上
述した選択酸化の条件が最適であるにもかかわI)ず、
C−Eリークあるい&JC−Eシ円−1・が開−1とな
って、予想以上に歩留りが低下するとい゛う欠点があっ
た。こうした歩留り低下&Ji、7′Jり択酸化の条件
のみならず、多結晶シリコ゛/ lpJ /Pクーン中
の不純物濃度にも影響されてディス[7ケーシヨン等が
発生し、こうした結晶欠陥にそつで不純物の異常拡散が
起こシ、C−E U−りあるい)iC−gショートが生
じるためであると予想さiしる。
〔発明の目的〕
本発明は上記型+# [fXみてなさり、たものであり
、選択酸化法及び多結晶シリコン臆・?ターンからの拡
散技術をll−4いる牛導体砧同の駒1告方法において
、ディスロケーションtlO8F (7) 発生44起
因する不純物の界雷拡散を防11シ、コレクターエミッ
タ間のリークやショートの発生ケ214祝少さ1キ、歩
留りの低下を防[にし得る半211体装置^′のl内1
.il、方法を提供しようとするものでλ)る。
〔発明の概要〕
上述したようにJ4択酸化法及び不純物をatr多結晶
シリコンJl+’f a4ターンを拡散源として不純物
領域を形成するとともにこの多結晶シリコン膜・ぐター
ンヶ取出し電極として利用する方法を併用して製造され
たパイポーン型半導体装置におけるC−Eリーク、C−
Eショートはディスロケーション等の欠陥の発生に起因
し、こうした欠陥にそって不純物の異常拡散が起こって
いるためであると考えられる。また、欠陥の発生する原
因は半導体層に発生する応力であり、この応力は選択酸
化膜の膜厚が厚いほど、また拡散される不純物の一度が
高いほど大きくなり、両者の要因によって応力がある程
度以上になるとアイスロケーション等の欠陥が発生する
と考えられる。
そこで、本発明者は選択酸化膜の膜厚及び多結晶シリコ
ン膜・平ターン中の不純物#度が歩留シにどのように影
響するかを実験した。実験は第1図及び第2図に示した
バイポーラトランジスタで構成された1oooo素子の
トランジスタアレーを用いて厳密に評価を行った。駆1
図及び?IN2図IS二1示のトランジスタJ v −
i;(Izl、−「のようにして卯、鷺造さシ1.る。
寸ず、p−世ノシリコン−1)−仮1表面に、−1−型
埋込み領域211t(++シ、−Jる5、仄6ンー5全
面にnへリエピタキシャルハづ(コl/クタト;ロー1
り3を成長さぜた後、バッフ11.′″化峠fターン及
びシリコン窒化flea・PターンヶJヒIj&、−す
る。つづいて、選択酸化法によりフィール1゛醋化iI
I\4及びこのフィールド酸化膜4により囲まitた素
子領域を形成する。つづいて、riil M+:シリコ
ン賢化呵・ぞターン及びバッファ酸化111・Pターン
を除去(−7た後、この朱子領域iCp型歪、r忙吻葡
イメン注入してp型ベース領域5を形1jシフIろつつ
づいて、全面にアンドープ多結晶シリコン窒化4 Th
 l′fit債]−2,1i1t;翠をイオン注入して
一度全均一化1−だ後、・パターニングして石1j 子
a ′f:包む多結、情シリコン中1・Pターン6・・
・を形成すZ)。つづいて、この多結晶シリコン膜・?
ターン6・・・から(北米を拡へtさせて、対向する二
側面が11J記フイールドr情化111q 41/iX
’、 4ルするn″−型エミッタ領峨7を/lそFノシ
7する。つづいて、全面にcvu −s to21<4
8を惟梼[7、コンタクトポール9・・・を開孔した後
、At膜全全蒸着、パターニングしてベース電極10を
形成する。なか、多結晶シリコンJli t+ターン6
・・・はn−)型エミッタ領域7の取出し電極であり、
全てチップ内の測定用パッドに接続されている。同様に
、ベース電極10も全てチップ内の別の測定用ノ’?ツ
ドに接続されている。また、図示しないコ1/クタ電極
はn+型埋込み領域2より表面に取り出しチップ内の別
の測定用/4’ツドに接続されているQ上述したトラン
ジスタアレーにおいて、ツクソファ酸化膜の膜厚1ao
oi、シリコン窒化膜の、膜厚を1000.jとし、酸
化時間を変化させてフィールド酸化II!!4の膜厚を
0,5〜1.5μmの範囲で変化させた。また、多結晶
シリコン膜・ぐターン6の砒素?M Ifは2.5X1
020〜1..0XI(l  ctnの範囲で変化させ
た。10000素子のトランジスタアレーの測定はC−
E間に0.3vの′Tイl]′:を印加し、リーク電流
I(1≦1 ttkのものを良品とした。第3図にC−
Eリークのウエノヘ面内マツフ0の一例を、第4図にフ
ィールド酸化膜のjμ厚及び多結晶シリml y jl
+4 /9 ター y 中0h11. :!< j1′
!!1(q トdlr: 留9との関係を夫り示す。
第3図からつ丁−・の中央部にもリーク山、 1ili
:の大きいものがあり、パイ、IC′−ラ型半2.I/
fk ’h顆トiの歩留シの向上の71.めにt」1、
こ江C)荀弥力抑えイ)必要があることがわかる。また
、ライトエツチングによシ欠陥ff:観察したところ、
リーク山: +’il゛の大きいものはエミツク領域と
フィール1°(f化膜の交わる位置(エミツクエツノ)
におい−Cう゛イスロケーションが発生しており、この
テ゛イスロケーションにそった砒米σ目−常拡H’!が
(、、’ −r’: リークの原因であることが硝he
さ)した。
また、第4図から歩留りがI30%叫−にとなるような
フィールド酸化;漠の11・f Ij’、l及び多結晶
シリコンft i4ターン中の砒素7+惰1.iの臨界
条件Q」ユξ[のようであった。すなわち、)・f−ル
ドj’Irj化1111の膜厚が2500にの場合、り
結晶シリコン11・A・やターン中の砒素濃度は1xl
fl  t・、n、tel、■、(吐未#度I X 1
020cm−3の、嚇自、フィールド酸化11すの、1
lh4厚は1.3μrn以下である。こ)しを、フィー
ルド+?’化膜の膜厚tと多結晶シリコン膜・?ターン
中の砒素濃[nk変数とする一次式で表わしてt (i
tm)≦−0.117X10   (μrn−cm )
・n(cm  )+1.42(μm)の条件を満たせば
バイポーラ型半導体装■の歩留D’c向上することがで
きる。
すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、第1導電
型の半導体層に選択酸化法により分離された島状の素子
領域を形成した後、該素子領域に部分的に第2導冗型の
不純物領域全形成し、更に少々くとも該第2導雇型の不
純物領域及びフィールド酸化膜上に第1導電型の不純物
を含む多結晶シリコン膜・ンターンを形5Z I、、核
多結晶シリコン膜パターンから不純物を拡散させて前記
フィールド酸化膜に接する第1導電型の不純物領域を形
成する工程を有する一4′導体装置の製造方法において
、前記フィールド酸化膜の膜厚tと前記多結晶シリコン
ノ9ターンに含まれる第1導電型の不純物接層n(ただ
し、1×、t o + 9≦n(crn)≦lXl0 
 )が t(lzm)≦−0.117X10−20(μm−cm
3)n(m’)+142(μm)の関係を満たずことを
118作(とするも(7)−じ茅)る。
なお、フイーノIF″fl寮化+1jへの11侍1リハ
び多結晶:・リコンr+]:¥・やターン中の不、I’
ll物1(・M IJtj IJ宵牛容1・ぐ゛コンタ
クト抵抗等の素子行t4.を渚1・僕(、て?11嫡々
条件を選ぶことQ↓いうまでも;γい。1.りが′)r
、多結晶シリコン片iノP、7−ン中の不純物θ°′4
+、IL: pに関してit、  I XH)”□] 
xiOcm  の範囲とり、 frにれはnがlXl0
  c77+  未満でろ/、と良好なn」−ミンクコ
ンタクトを取ることが困帷となること、また、多結晶ソ
リコン114自イ1−の抵抗が犬となってしオうからで
あり、まプrnがI X 1 (1”(−rn−’を超
えるとフィールド酸化膜・4のj1ンさは250 (1
’l。
以下となり誘電体分離技術のみでQ:1トラン−、)、
−’。
りの分離が困雑であること(エビ技術、 JT/、tK
 移相で制限される)、寄生介ri4も大きくなってく
る等からである。
また、本発明方法におい゛〔J1′IL)1.ノ1.る
小17H市、型の不純物を含む多結晶シリ:77膜・パ
ターンは、アンドーゾ多結晶シリーJン11・寺にfa
ll、米全イ側ン注入し、熱処理’f? ’b(ipし
°C6L結晶シリコン腸中の@度全均−化した後、・ぐ
ターニングすることによシ形成してもよいし、CVD法
により砒素をドープした多結晶シリコンMを唯積した後
、パターニングすることによシ形成してもよい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明方法をnpnパイポーラトランノスタの製
造に適用した実施例を第5図1a)〜fd)を参照して
説明する。
まず、p−型シリコン基板11KSbを選択拡散してn
型叩込み領域12を形成した。次に、n型エピタキシャ
ル層(コレクタlj[) / 、? ′f:形成した後
、厚さ300Xのバッファ酸化膜及び厚さ100OXの
シリコン窒化膜を順次唯積し、更にパターニングしてバ
ッファ酸化膜・ぐターン14及びシリコン窒化膜パター
ン15を形成した(第5図(a)図示)。
次いで、前記シリコン磁化Mパターン15f:マスクと
してKOHとイソゾロビルアルコールの混液によシ異方
性エツチングを行った後、1000℃の燃焼酸化を行い
、厚さ1μmのフィールド酸化11u 7 g及びこの
フィールド1像化Jiif 76に3しり囲まれた島状
の素子領域を形+tlalだ(小51kl (hl +
χ1示)。
次いで、前記シリコン窒化11?4パターン1.り酌ヒ
ハッファ酸化t+q ノ+ターン11 f 1lki 
次エソヂング除去した後、シA出したn型エビクキンV
ル層(コレクタ領域)13表面に11fiい−、゛l〜
酵化jトi全J1そl戊した。つづいて、前記n型エビ
タヤシャル)膏(コレクタf11¥域)13の一部に7
1?ロンをイ刊〕ノ注入した後、アニールを行いp 3
1.’J、−Z−ス6Q Q77f:形成した。つづい
て、エミソク形成7′−5i置jHl−及びコレクタコ
ンタクト形IノV、r定部−ヒに対ILスする前Ne薄
い熱酸化膜を選11〈的にエソヂン・グ除去した。つづ
いて、全面にjト/貞2000〜25 o (l Xの
アンドーゾ多結晶シリコン11・318を+1を留L=
 7’。
後、ドース睦7X10  cm  の条f’Iで砒メく
を−fメン注入し、アニール全行つで多産11.晶シリ
コン膵lHの砒素濃度を均一化した。こJ目?−よって
、多結晶シリコン膜)8中の砒素(IQ IItl i
J−”::3.5 >ぐI(l cmとなった(第5図
(c)図示)。子連しまたフイールド酸化膜16の膜厚
1μm及び多結晶シリコン膜18中の砒素濃度さ3.5
X10  □□□は本発明方法の条件を満たすものであ
る。
次いで、前記多結晶シリコン11@ 7 s ′fc写
真蝕刻法によF) ノeターニングして前記p型ベース
領域17の一部上及びフィールド酸化膜16上に多結晶
シリコン膜・臂ターフ18′を形成した後、熱処理を施
して、前記p型ベース領域17の一部に対向する二側面
が前記フィールド酸化g16に接する計型エミッタ領域
19を形成した。これと同時に図示しないn型コ1/ク
タコンタクト領域も形成した。つづいて、全面にCVD
−8i02膜20を堆積した後、前記多結晶シリコン膜
・ぐターフ18’上及び他の領域上(D CVI)−S
 102膜20にコンタクトホール21・・・を開孔し
た。つづいて、全面にAt−Cu−81膜を蒸着した後
、ノEターニングして配線22を形成し、npnパイポ
ーラトランソスタを製造した(第5図(d)図示)。
しかして、本発明方法によれば、フィールド酸化膜16
の膜厚を考慮して、エミッタの拡散源トナル多結晶シリ
コンII→パノ・−ンノ8′中のtilt素濃度全濃度
することにより、う゛イスo’y−/ヨン等の発生を防
1にし、エミツタエンノでの1ift:素の異常拡散を
防止することができる。したがって、C−Eリークやc
−gショートをなく]7、ル留シを大幅に向上すること
ができる。
なお、本発明方法は:II、、閉り等の・−“イーW−
ラ型半導体装−〇製造にも適月1できる。
また、上記実施例ではペース領域をシングル構造とした
が、p 3%外部ベース領域¥形成(7、ダブルペース
構造としでもよい。また、上et[: ””廁例でQ」
、アンドープ多結晶シリコン11@にh114累全イオ
ン注入した後、・ぞターニングして多結晶シリコン膜・
やターンを形成したが、CVI)法により砒素ドープ多
結晶シリコン脱勿’Ik A:!した後、・eターニン
グして多結晶シリコンlpQ ノeターン丘)14成し
てもよい。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によyt IJ’選択酸化法
及び多結晶シリコン膜・やターンからの拡散1々術を用
いる半導体装置の製造方法において、ディスロケーショ
ンやO8Fの発生に起因する不純物の異常拡散を防止し
、コレクターエミッタ間のリークやショートの発生を減
少させ、歩留シの低下を防止し得る半導体装置の製造方
法を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はトランジスタアレーの平面図、第2図は第1図
の■−■線に沿う断面図、第3図はC−Eリークのウェ
ハ面内マツプ、第4図はフィールド酸化膜の膜厚及び多
結晶シリコン膜・セターン中の砒素病変と歩留シとの関
係を示す線図、第5図(a)〜(d)il−1,本発明
の実施例におけるnpnパイI−ラトランジスタの製造
方法を工8順に示す断面図である。 II・・・p−型シリコン基板、12・・・n 型埋込
み領域、13・・・n型エピタキシャル層(コレクタ領
域)、14・・・バッファ酸化膜・!ターン、15・・
・シリコン!、 化膜ノ9ターン、16・・・フィール
ド酸化膜、17・・・p型ベース領域、18・・・多結
晶シリコ4zs’・・・多結晶シリコン1jjq JP
クター、19”’n 型工ζツタ領域、20 ・・・(
’、Vr) −S 102 +菖、 21・・・コンタ
クトホール、22・・・I’u’、 +腺。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 jμ、彦第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 1] 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11第1導電型の半導体層に選択酸化法によシフイー
    ルド酸化膜及びこのフィールド酸化膜により分離された
    島状の素子領域を形成した後、該素子領域に部分的に第
    2導電型の不純物領域を形成し、更に少なくとも該第2
    導電型の不純物領域の一部及びフィールド酸化膜−ヒに
    第1導電型の不純物を含む多結晶シリコン膜パターンを
    形成し、H亥多結晶シリコン膜パターンから不純物を拡
    散させて前記フィールド酸化膜に接する第1導電型の不
    純物領域を形成する工程を有する半導体装置の製造方法
    において、前記フィールド酸化膜の膜厚tと前記多結晶
    シリコン膜・母ターンに含まれる第1導電型の不純物濃
    度n(ただし、I×10 ≦n(α )≦lXl0  
    )がt(μm)≦−0,117xlO−(ztm−cm
      )・nCcm  )−4−1,42Cμm)の関係
    を満たすことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (2)第2導電型の不純管領J・λ1がペース領域、ツ
    タ領域及びコ1/クタコンタクト領域であり、かつ前記
    多結晶シリコンll+l / t’ターンをエミッタ及
    びコレクタの取出し″市、極とし、て利用することを特
    徴とする特許請求の範囲F4’、1項記載O)半η°I
    体装置の製造方法。 (3)第14電型の不純物な、′含むq・結晶シリコン
    I11!パターンをアンドープ多結晶シリコン1ピ(C
    ′C−砒素をイオン注入し、熱部f!I]ケhζして多
    結晶シリコン膜中の濃度を均一化した後、・?ターニン
    グして形成することfc特徴とする/I′l−訂解i求
    の仙囲第1項もしくは第2項記載の単導体装置1叉の製
    造方法。 (4)  第1導電型の不純物を代む多結晶シリコン膜
    ・ぐターンをCVD法によシ(Ilt″+、をドープし
    た多結晶シリコン膜を顎栢した後、パターニングして形
    成することを特徴とする特許請求のζ11′!囲第1項
    もしくは第2項記載のN′導体装置tvの製造方法。
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