JPS5975660A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （ａ）　　発明の技術分野 本発明はウォッシュド・エミッタ法を用いる半導体装置
の製造方法の改良に関する。

（ｂ）　　技術の背景 高集積度の）＜イポーラＩＣに於ては、トランジスタを
微細化する手段として、電極コンタクト窓を拡散窓に兼
用するウォッシュド・エミッタ法が多く用いられる。

又トランジスタ・トランジスターロジック（ＴＴＬ）等
のバイポーラＩＣに於ては、少数キャリアの蓄積効果に
よってスイッチンク時間に遅れを生ずるのを防止するた
めに、トランジスタのベース−コレクタ間をシヲットキ
ーバリア・ダイオード（ＳＢＤ）でクランプした５ＢＤ
ＴＴＬが広く用いられる。

本発明はウォッシュド・エミッタ法を用いて形成するト
ランジスタが通常のバイポーラＩＣに配設される際の製
造方法及び上記ＳＢＤ　ＴＴＬに配接される際の製造方
法の改良に関するものである。

（Ｃ）　　従来技術と問題点 ウォッシュド９エミツタ法に於ては半導体基体上の絶縁
膜にベース、コレクタ、抵抗等の電極コンタクト窓と同
時に整合形成したエミッタ電極コンタクト窓上に拡散源
となる珪酸ガラス層を選択的に形成し、核珪酸ガラス層
から所望の導電型不純物を半導体基体内に選択的に固相
−固相・拡散してエミッタ領域の形成がなされる。そし
て上記拡散が終った後、珪酸ガラス層をエツチング除去
（この工程をウォッシュψアウトと称する）、その後該
電極窓上にエミッタ′＃、極の形成がなされる。

しかし通常半導体装置に於ては、半導体基体面に接する
下層絶縁膜に熱酸化膜即ち二酸化シリコン（Ｓｉ０２）
膜が用いられているため、上記珪酸ガラス層のウォッシ
ュｅアウトに際して該５ｉ０２膜もエツチングされ電極
コンタクト窓が変形拡大し、トランジスタ特性が損われ
るこさがある。

そのため従来は絶縁膜に上記各電極コンタクト窓を形成
した後、該主面上に上記ウォッシュ・アウトの際のエツ
チング・ストッパとなる薄い多結晶シリコン（Ｓｉ）層
を形成し、該多結晶Ｓｔ層上に拡散伽となる珪酸ガラス
層を選択的に配設し、多結晶Ｓｉ層を介して同相−固相
・拡散がなされていた。そして該多結晶Ｓｉ層は半導体
基体とのの 間にエツチングの選択性が悪く、従って固相−固相―拡
散後該多結晶Ｓｉ層を選択的に除去することが困難なた
め、従来は該多結晶Ｓｉ層がそのまオアルミニウム（Ａ
ｌ）配線の下部に配設されるｄ・？造になっていた。

そのため従来方法に於ては配線形成面上に層間絶縁膜や
表面保画（カバー）膜を形成する際の熱処理に於°Ｃ１
多結晶ＳｉがＡＩ配線中に拡散析出し、ＡＩのマイクレ
ージョンを助長して配線の信頼性を低下せしめるという
問題があった。

又前記ＳＢＤ　ＴＴＬのようにＳＢＤが併設される構造
に於ては、固相−固相−拡散に際してアウト・ディフュ
ージョンによりＳＢＤ形成領域面に不純物が導入される
のを防止するためにＳ　Ｂ　Ｉ）　Ｗ、　Ｍコンタクト
窓は同相−同相・拡散後に形成されるが、この際電極コ
ンタクト窓の側面に配線品質の低下を招く凹部（多結晶
Ｓｉｎ！下部の絶縁膜のサイド・エツチングにより生ず
る）、が形成されるのを防止するためには、２回のフォ
ト・エツチング工程が必幾となり工程が複雑になるとい
う問題があった。

そして更にＳＢＤ電極コンタクト窓を他の電極コンタク
ト窓と別途形成するので素子の微細化が妨げられるとい
う問題もあった。

（ｄ）　　発明の目的 本発明は機能領域を形成しようとする半導体基体の表面
に直接窒化膜を絶縁膜として配設し、該直接窒化膜の電
極コンタクト窓を介しウォッシュドφエミッタ法を用い
てバイポーラ・トランジスタを製造する方法を提供する
ものであり、その目的とするところはバイポーラＩＣに
於ける配線の信頼性を高め、且つ特にＳＢＤを具備する
バイポーラＩＣの製造１稈を簡略化させることにある。

（ｅ）　　発明の構成 即ち本発明は半導体装置の製造方法に於て、フィールド
絶縁膜によって画定表出された半導体基体面に１に接窒
化膜を形成し、該直接窒化膜を通し且つ選択的にイオン
注入を行って選択的に第１の導電型領域を形成し、前記
１ａ接審化膜に複数の電極コンタクト窓を同時形成し、
所望の電極コンタクト窓上に不純物の拡散源となる珪酸
ガラス層を選択的に形成し、該珪酸ガラス層から不純物
を同相−同相・拡散せしめて第２の導電型領域を選択的
に形成し、前記珪酸ガラス層をウォッシュ−アウトした
後、前記各電極窓上に金属配線体を形成する工程を有す
ること、及びフィールド絶縁膜によって画定された半導
体基体面に直接窒化膜を形成し、該直接窒化膜を通し且
つ選択的にイオン注入を行って選択的に第１の導電型領
域を形成し、前記直接窒化膜に複数の電極コンタクト窓
を同時形成し、拡散窓に用いない電極コンタクト窓上を
化学気相成長・酸化シリコン膜で覆い、拡散窓となる電
極コンタクト窓上に選択的に多結晶シリコン層を下部に
有する不純物拡散源の珪酸ガラス層を形成し、該珪酸ガ
ラス層から前記多結晶シリコン層を通して不純物を同相
−同相φ拡散せしめて第２の導電型領域を選択的に形成
し、前記珪酸カラス層及び化学気相成長酸化シリコン膜
をウォッシュ・アウトした後、前記各電極窓上に金属配
線体を形成する工程を有することを特徴とする。

（ｆ）　　発明の実施例 以下本発明を実施例について、第１図（イ）乃至（へ）
に示す一実施例の工程断面図、及び第２図（イ）乃至（
へ）に示す他の一実施例の工程断面図を用いて詳細に説
明する。。

本発明の方法によりウォッシュドΦエミッタを有するイ
ソ・プレーナ型のバイポーラ−トランジスタを形成する
に際しては、第１図（イ）に示すように例えばｐ型シリ
コン（Ｓｉ）基板１上にｎ生型埋込１＠２及び１１−型
エピタキシャルＦ＠３が形成され、該エピタキシャル層
３がフィールド酸化膜４によって複数の領域に画定表出
されてなる被処理基板を用い、先ず該被処理基板に於け
るＳｉ表出面上に熱♀化法により厚さ例えば１００〜２
ｏｏ（Ｘ）程度の直接窒化＃５を形成する。ここで用い
る熱窒化法とは通常行われるように、高周波プラズマを
発生せしめた例えば０．１〜１０（Ｔｏｒｒ）程度のア
ンモニア・ガス中に於て被処理基板を１０５０　（’Ｃ
）程度に所定の時間（例えば１００〜２００〔分〕程度
）加熱しＳｉ面を窒化する方法である。

次いで前記フィールド酸化膜４によって画定されている
所定の領域に図示しないレジスト層をマスクにし選択的
に前記直接窒化膜５を通してほう素（Ｂ）のイオン注入
（注入電圧４０（ＫＶ）、注入量１１０１４（ａｉ、イ
ボ〕程度）を行い、所定のアニール処理を施して、例え
ば深さ３０００（Ｘ）程度のｐ！ベース領域６を形成す
る。

次いで第１図Ｈに示すように、該被処理基板上に前記直
接窒化１６．５の絶縁性を補うための厚さ３０００（：
Ｘ）程度の化学気相成長（ＣＶＤ）窒化シリコン（Ｓ　
１３Ｎ４）膜７を形成する。これによりｎ−型エピタキ
シャル層３及びｐ型ベース領域６の表出面上に熱９化膜
５とＣＶＤ　−８ｉ３Ｎ４膜７からなる下層絶縁膜が形
成さえる。なお該下層絶縁膜は更に膜厚を厚くした熱窒
化膜５のみで形成しても良い。

次いでエツチング手段に例えば四ふっ化ＤＪ素（ＣＦ４
）等によるリアクティブ・イオンエツチング（ＲＩＥ）
法を用いる通常のフォト・エツチング手段により、前記
直接窒化膜５及びＣＶＤ−８ｉ。

Ｎ４膜７からなる下層絶縁膜にコレクタ電極コンタクト
窓８ａ＋エミツタ電極コンタクト窓８ｂ、ベース電極コ
ンタクト窓８ｃを同時形成する。なお本発明の効果を得
るためには、電極コンタクト窓が直接窒化膜によって画
定されていなければならない。従って該窓明けに際し、
電、極コンタクト窓をフィールド酸化膜４にセルフ・ア
ラインさせてはならない。

次いで第１図（ハ）に示すように、該被処理基板上に例
えば厚さ数１０００Ｃ人〕程度の拡散源用りん珪酸ガラ
ス（Ｄ−Ｉ’ＳＧ）層９を形成し、次いで通常のフォト
・プロセスを用いコレクタ電極コンタクト窓８ａ及びエ
ミッタ電極コンタクト窓８ｂの上部にレジスト中パター
ン１０ａ及び１０ｂを形成する。

次いで前記レジスト−パターン１０ａ、１０ｂをマスク
にし例えば三ふ化メチル（ＣＨＦｓ）をエツチング・ガ
スとするＲＩＥ処理によりＤ−ＰＳＧ層９のパターン・
ニングを行った後、レジスト・パターン１０ａ、１０ｂ
を除去して、第１図に）に示すようにコレクタ電極コン
タクト窓Ｆ３ａ、エミッタ電極コンタクト窓８ｂ上に選
択的にＤ−ＰＳＧＪ台９を残留せしめ、次いで該基板を
例えば９素（Ｎ２）中に於て１１５０（℃）程度で１〜
２分程度加熱し、ｐ型ベース領域６及びｎ−型コレクタ
・コンタク１・領域３′内に前記電極コンタクト窓１３
ａ、＋３ｂを介しＤ−ＰＳＧ層９からりん（Ｐ）を選択
的に固相−固相・拡散させて、例えば深さ２０００（Ｘ
：］程度のｎ＋型エミッタ領域１１及びｎ＋千十コレク
タ・コンタクト領域工２を形成する。

次いでぶつ酸（ＨＦ）系のエツチング液を用い前６己Ｄ
−ＰＳＧ層９をウォッシュ・アウトし、第１図０→に示
すようにコレクタ電極コンタクト窓８ａ内にｎ千生型コ
レクタ・コンタクト領域１２をエミッタ電極コンタクト
窓８ｂ内にｎ十型エミッタ領域１１をそれぞれ表出させ
る。なおベース電極コンタクト窓８Ｃ内には既にｐ型ベ
ース領域６面が表出されている。

そして本発明の方法に於ては上記のように下層絶縁膜が
下層に熱窒化膜４を有するＣＶＤ絶縁膜（実施例に於て
はＳ　ｒ　３Ｎ４膜）若しくは熱窒化膜５の単独膜で画
定形成されるので、前記Ｄ　−ＰＳＧ膜をウォッシュ・
アウトする際に各電極コンタクト窓８ａ、８ｂ、８ｃ等
が変形拡大することがない。

次いで通常通り該基板上にＳｉを１〜３チ程度含んだア
ルミニウム（ＡＩ）−Ｓｉ合金層を形成し、次いで通常
の方法でパターンニンクを行って、＠１図（へ）に示す
ようにＡ　Ｉ　−Ｓ　ｉ合金からなるコレクタ電極配線
１３ａ、エミッタ電極配線１３ｂ。

ベース電極間ｍ１３Ｃを形成する。

そして以後図示しないが層間絶縁膜、上層配線表面保護
膜等の形成がなされて本発明の構造を有するバイポーラ
・トランジスタが提供される。

次に本発明を、５ＢＤＴＴＬ等ＳＢＤとトランジスタが
一半導体基板上に併設される構造のバイポーラ型半導体
装置の製造に適用する際の一実施例について説明する。

本発明の方法で上記半導体装置を形成するに際しては、
第２図（イ）に示すように例えばＬＯＣＯ８法により形
成されたフィールド酸化膜４で素子形成領域１４が画定
されたバイポーラ半導体装置用被処理基板即ちｐ型Ｓｉ
基板１上にｎ十型埋没層２及びｎ−ｙｉエピタキシャル
ｒｆ４３が形成されなる被処理基板を用い、先ずフィー
ルド酸化膜４によって画定表出されているｎ−型エピタ
キシャル層３の表面に、前記実施例同様の熱窒化法によ
り例えば厚さ１００〜２００（Ｘ）程度の直接窒化膜５
を形成した後、前記実施例と同様の条件で直接空化膜５
を通してほう素（Ｂ）の選択イオン注入を行い、次いで
所定のアニール処理を施して［１−型エピタキシャル層
３内に例えば深さ３ｏｏｏ（Ｘ）程度のｐ型ベース領域
６を形成する。

次いで第２図（ロ）に示すように、前記実施例同様上記
直接窒化膜５を補う厚さ３０００（Ｘ：］程度のＣ−Ｖ
Ｄ−８１３Ｎ４Ｉｎｋ　７を該基板上に形成し、次いで
前記実施例同様のフォト・エツチング手段により、上記
直接空化膜５とＣＶＤ−８ｉ３Ｎ４膜７とからなる下層
絶縁ｊ摸に於けるｐ型ベース領域６の上部にエミッタ電
極コンタクト窓８ｂ、ベース電極コンタクト窓８Ｃを、
又ｎ−型エビタキシャル層３の上部にコレクタ市、極コ
ンタクト窓８ａ及びＳＢＤ′【「極コンタクト窓８ｄを
形成する。

なお前述したように上記下層絶縁膜は更に膜厚を厚く形
成した熱窒化膜のみでもさしつかえない。

又電極コンタクト窓は前記実施例同様フィールド酸化膜
４に接しないように形成する。

次いで通常のＣＶＤ工程及びフォト・エツチング工程を
経て第２図（ハ）に示すように電極コンタクト窓のうち
Ｓ　Ｂ　Ｄ　Ｗ、極コンタクＩ［ｓｄ及びベース電極コ
ンタクト窓８Ｃ上のみを選択的に覆う厚さ１０００〜２
０００（Ａ）程度のＣＶＤ　−Ｓ　ｉＯ２膜１５を形成
し、次いでＣＶＤ法により該基板上に５００〜１０００
（Ａ）程度の多結晶Ｓｉ層１６を形成し、次いて該多結
晶Ｓｉ層１６上に通常のＣＶＤ法により厚さ数１０００
（Ａ）程度のＤ−ＰＳＧ層９を形成する。

次いで通常のフォト・プロセスで形成した図示しないレ
ジスト・パターンをマスク匿し、例えばＣＨＦ　ａをエ
ツチング・ガスに用いてＲＩＥ法によりＤ−ＰＳＧ層９
の選択エツチングを行い、次いで例えば四ふっ化炭素（
ＣＦ４）十酸素（０２）をエングを行い、第２図に）に
示すようにエミッタ電極コンタクト窓８ｂ及びコレクタ
′亀稜コンタクト窓８ａの上部に多結晶８１層１６を下
部に有するＤ−ＰＳＧ層９パターンを選択的に形成する
。なお前Ｎ＋’２１１−ＰＳＧ層９の選択エツチングに
際して、多結晶Ｓ　ｉ　Ｍ　１６はＣＶＤ−８ｉ（ｈ膜
１５の保砕層となる。次いで前記実施例同様１０５０（
’Ｃ）程度の温度で所定の熱処理を行い、Ｄ−ＰＳＧ層
９から多結晶Ｓ　ｉ　Ｎ４１６を通してりん（Ｐ）を固
相−固相曇拡散せしめ、ｐ型ベース領域６内に２０００
（＾〕程度の所定の深さを有するｎ生型エミッタ領域１
１を、又ｎ−型エビタキシャル層３からなるコレクタ領
域に前記同様の深さを有するｎ＋十型コレクタ・コンタ
クト領域１２を選択的に形成する。

なおＳＢＤ電極コンタクト窓８ｄ及びベース電極コンタ
クト窓８Ｃ上をＣＶＣＶＤ−８ｉ膜１５で選択的に捗っ
たのは、上記同相−固相・拡散に際して外方拡散（アウ
ト・ディフュージョン）したりん（Ｐ）がこれら電極窓
８ｄ、ｇｃ内に表出するｎ−型エピタキシャル層３及び
ｐ型ベース領域６面に拡散するのを防止するためで、該
ＣＶＤ　−Ｓ　ｉ０２膜１５によるカバーは、少なくと
もＳＢＤ電極コンタクト窓８ｄの上部には必す形成せし
めねばならない。

次いで１４　Ｆ系のエツチング液によりＤ−ＰＳＧ層９
をウォッシュ争アウトすると同時にＳＢＤ形成領域及び
ベース・コンタク）・形成領域を保護していたＣＶＤ−
８ｉＯ２膜１５をウォッシュ・アウトし、第２図（羽に
示すようにｎ−型Ｓｉ層層面面直に表出されたＳＢＤ電
極コンタクト窓Ｂｄｌｐ型ベース領域６面が直に表出さ
れたベース電極コンタクト窓８ｃ、多結晶Ｓｉ層１６を
介してｎ生型エミッタ領域１１面が表出されたエミッタ
電極コンタクト窓８ｂ、及び多結晶Ｓｉ層１６を介して
ｎ＋十型コレクタ・コンタクト領域１２面が表出された
コレクタ電極コンタクト窓８ａを完成する。

なお本発明の方法に於ては、電極コンタクト窓が直接窒
化膜５によって画定形成されているので、上記ｎ−ＰＳ
ＧＪ脅９と同時に行われるＣＶＤ−８ｉ０２膜１５のウ
ォッシュ・アウトに際して、ＳＢＤ電極コンタクト窓８
ｄ及びベース電極コンタクト窓８Ｃが変形拡大すること
がない。

次いで通常通り蒸着或いはスパンタリンク法を用いて該
基板上にＡｌ７８を形成し、次いで通常のフォト・エツ
チング手段により該Ａ１層のパターンコンタを行って、
第２図（ハ）に示すようにＳＢＤ電極コンタクト窓８ｄ
上にＡ１層とｎ−型エピタキシャル層３が直に接してな
るＳＢＤの電極配線１３ｄを、コレクタ電極コンタクト
窓８ａ上に多結晶Ｓｉ層１６を介しＩＩ＋＋型コレクタ
・コンタクト領域１２に接するコレクタ電極配置ｊ１３
ａを、エミツタ電極コンタクト窓８ｂ上番こ多結晶Ｓｉ
層１６を介してｎ＋型エミンタ領域１１に接するエミッ
タ電極配線１３ｂを、ベース電極コンタクト窓８　ｃ上
に直にｐ型ベース領域６に接するベース電極配線８ｃを
それぞれ形成する。

そして以後図示しないが層間絶縁膜、上層配線。

体系板上に併設される構造のバイポーラ型半導体装置が
提供される。

（ｇ）　　発明の詳細 な説明したように本発明の方法に於ては、機能領域（エ
ミッタ、ベース、コレクタ！　Ｓ　Ｂ　Ｄ　％　）面を
覆う下層絶縁膜が直接窒化膜若しくは直接窒化膜を下部
に有するＣＶＤ−絶縁ｋ　（Ｓ　ｉａＮ４１１Ｍ等）１
ユ によって形成され、各電極コンタクト窓か直接窒化膜に
よって画定形成される。

従ってウォッシュドφエミッタを有するバイポーラ・ト
ランジスタを形成するに際して、拡散源である珪酸ガラ
ス例えばＰＳＧ層等から固相−固相・拡散によりエミッ
タ領域を形成した後、拡散源のＰＳＧ層をウォッシュ−
アウトする際に下層絶縁膜がエツチングされ電極コンタ
クト窓が変形拡大せしめられることがない。そのため従
来のようにウォッシュ・アウトに際しての下層絶縁膜保
護用として絶縁膜上に多結晶Ｓｉ層を設ける必要がない
。従って従来のようにＡＩ電極配線の下部全域にわたっ
て多結晶Ｓｉ層が配設されることがなくなり、配線形成
後に層［！１絶縁膜の形成、カバー絶縁膜の形成等で負
荷される熱処理によってＳｉがＡＩ電極配線中に拡散析
出することがなくなり、ＡＩのマイグレーションが減少
し、配線の品質やイｄ頼性が向上する。

又ＳＢＤが併設される構造に於ては、５ＢＤｉＥ極コン
タク［・窓をトランジスタの各電極窓と同時に整合形成
することかり能になり、工程のｆＷｉ略化が図れると同
時に高密度化が可能になる。

更に又、本発明の方法によって形成したバイポーラ・ト
ランジスタに於てはベース−エミッタ接合の界面が極め
て安定した高絶縁性を有する直接窒化膜で直に覆われる
ので、ベース−エミッタ間の電流リークや耐圧劣化が防
止され、その製造歩留まりや信頼性が向上する。

なお本発明はイソ・プレーナ構造、ＬＯＣＯ８構造２通
構造２レ常ナ構造のいずれにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）乃至（ハ）は本発明の方法の一実施例に於
ける工程断面図で、第２図（イ）乃至（ハ）は他の一実
施例に於ける工程断面図である。 図に於て、１はｐ型シリコン基板、２はｎ４型埋ｖ層、
３は１１−型エピタキシャル層、３′はコレクタ・コン
タクト領域、４はフィールド酸化膜、５は直接♀化膜、
６はｐ型ベース領域、７は化学気相成長９窒化シリコン
膜、８ａはコレクタ電極コンタクト窓、８ｂはエミッタ
電極コンタクト窓、８Ｃはベース電極コンタクト窓、８
ｄはＳＢＤ電極コンタクト窓、９は拡散源用りん珪酸ガ
ラス層、１０ａ、１０ｂはレジスト・パターン、１１は
ｎ型エミッタ領域、１２はｎ　型コレクタ・コンタクト
領域、１３ａはコレクタ電接配線、１３ｂはエミッタ電
極配線、１３Ｃはベース電極配線、１３ｄは５ＢＤｉａ
！極配線、１４は素子形成領域、１５は化学気相成長・
酸化シリコン膜、１６は多結晶シリコン層を示す。 茅１図 ％２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　フィールド絶縁膜によって画定表出された半導体基
   体面に直接窒化膜を形成し、該直接窒化膜を通し且つ選
   択的ｌこイオン注入を行って選択的屹第１の導電型領域
   を形成し、前記直接窒化膜に複数の電極コンタクト窓を
   同時形成し、所望の電極コンタクト窓上に不純物の拡散
   源となる珪酸ガラス層を選択的に形成し、該珪酸カラス
   層から不純物を固相−固相・拡散せしめて第２の導電型
   領域を選択的に形成し、前記珪酸ガラス層をウォッシュ
   ・アウトした後、前記各電極窓上に金属配線体を形成す
   る工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法
   。 ２　フィールド絶縁膜によって画定表出された半導体基
   体面に直接窒化膜を形成し、該直接窒化膜を通し且つ選
   択的にイオン注入を行って選択的に第１の導電型領域を
   形成し、前記直接窒化膜に複数の電極コンタクト窓を同
   時形成し、拡散窓に用いない電極コンタクト窓上を化学
   気相成長・酸化シリコン膜で覆い拡散窓となる電極コン
   タクト窓上に選択的に多結晶シリコン層を下部に有する
   不純物拡散源の珪酸ガラス層を形成し、該珪酸ガラス層
   から前記多結晶シリコン層を通して不純物を固相−固相
   ・拡散ぜしめて第２の導電型領域を選択的に形成し、前
   記珪酸ガラス層及び化学気相成長酸化シリコン膜をウォ
   ッシュ・アウトした後、前記各市、ｉ窓上に金属配線体
   を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の
   製造方法。