JPS5982764A - 半導体装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、詳しくは、耐圧が高く、か
つ、すぐれた高周波特性を有するバイポーラ型半導体装
置に関する。

〔従来技術〕

従来の縦形トランジスタはエミッタ・ベース間接合（以
下、Ｅ−Ｂ接合と略記する）部の面積がベース・コレク
タ間接合（以下、Ｂ−Ｃ接合と略記する）部の面積より
小さいのがふつうであり、寄生ダイオード効果がトラン
ジスタ特性を制約するひきつの要因となっていた。この
寄生ダイオード効果を除去するため、第１図ｉこ示すよ
うに、Ｅ−Ｂ接合とＢ−Ｃ接合を実質上同じ大きさとす
る対称形バイポーラトランジスタが提案されている（特
開昭５７−３４３６５）。然るに、このような構造を持
ったトランジスタでは、外部ベース領域３゛の抵抗を低
下させる目的で、高濃度の不純物を従来周知の熱処理番
こよって電気的に活性化させる際に、活性領域４内にも
不純物が熱的に拡散し、コレクタ側に張り出したベース
領域３が形成されてしまう。このため、真正活性ベース
として形成し近い位置に接合を形成する結果、ベース・
コレクタ耐圧は、前記真正ベースとして形成したベース
５の接合深さから期待されるよりも低下し、前記張出し
ベース領域３の深さにより支配されるという欠点があっ
た。また、真正活性ベース５の幅が設計通りに定らなく
なり、デバイス製造プロセスの制御性に欠けるという欠
点がある。更に、従来の熱拡散によるエミッタ形成法で
は、Ｂ−Ｂ接合面は平面でなく、エミッタ領域周辺側部
７の寄生ダイオード効果を完全に除去できていないとい
う欠点があるとともに、エミッタ・ベース耐圧がエミッ
タ領域周辺側部７の接合部分で支配されるという欠点が
あった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来の問題を解決し寄生ダイオー
ド効果、特に、高周波特性に影響のある寄生接合容量の
低減、及び、外部ベース抵抗低下を実現するとともに、
エミッタ不純物濃度、真性ベース不純物濃度、並びにコ
レクタ不純物濃度の縦方向分布から理論的に期待される
高い耐圧を有する半導体装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、外部ベースを絶縁
物端より自己整合的に若干後退させること（こより、Ｅ
−Ｂ接合に関しては、接合面をほぼ平面とし、実効的に
接合深さを零とするとともに、Ｂ−Ｃ接合に関しては、
上記外部ベースの張出しを無くすものである。

〔発明の実施例〕

第２図に本発明によるトランジスタの断面構造の実施例
を示す。第２図に示した構造では、不純物を高濃度に添
加された外部ベース３は絶縁層１゜の上に完全に乗って
右り、真性べ〜ス５直下の活性コレクタ領域９内に張り
出していない。それ故、ベース・コレクタ接合と高濃度
不純物添加コレクタ領域６との間の最短距離従って、ベ
ース、コレクタ間耐圧は、真性ベース５の深さにより決
っている。また、活性領域の幅は後述するように自己整
合的に形成されるためエミツタ幅に略等しい。

更に、エミッタ８は基板表面に形成されたエピタキシャ
ル層の表面上に単結晶を成長させて形成されるため、Ｂ
−Ｂ接合は略平面となり、実効的にＥ−Ｂ接合深さは零
と同等となる。このように、上記第１図に示した従来の
トランジスタの欠点は全て除去することができる。加え
て、第１図に示した構造では、ベース、及びエミッタの
両方の不純物分布を重ね合せて真正ベース領域５が形成
されているが、第２図に示した本発明の場合は、重ね合
せがなく、不純物分布制御の精度が著しく向上する。

本発明にかかるバイポーラトランジスタは、種々の方法
を用いて製造できるが、第３図（ａ）〜（ｆ）に示した
望ましい一実施例について、製造工程を順次説明する。

第２図に対応させ、第３図ではｎｐｎトランジスタの形
成について述べるが、第３図ζこ示した製造方法はｎｐ
ｎ　）ランジスタのみではなく、ｐｎｐトランジスタを
形成する場合にも適用できることは勿論である。

第３図（ａ）：高濃度に不純物を添加したｎ型８ｉ層６
（基板そのものか、埋込み層かは問わない）の表面に薄
い（例えば厚さ１μｍ）ｎ型８ｉ工ピタキシヤル層９（
例えば比抵抗１Ω−ｃｍ）を形成し、その表面を酸化し
て酸化膜１７（例えば厚さ２０ｎｍ）を形成した後、シ
リコン窒化膜１４（例えば厚さ０、１μｍ″Ｘりん添加
多結晶Ｓｉ膜１５（例えば厚さ１μｍ）及び、りんガラ
ス（ＰＥＧと略す）膜１６（例えば厚さ０．２μｍ）を
化学的気相堆積法（ＣＶＤ）など通常の方法で順次積層
して堆積させる。

次に、ホトレジスト膜（図示せず）をマスクとして、周
知の方向性ドライエツチングｌこより活性領域とする部
分以外を、ｎ＋型層６の表面が露出するまで除去する。

第３図（ｂ）二上記ＰＳＧ膜１６を除去した後、Ｓｉの
露出部を軽く酸化して薄い（例えば５０ｎｍ）酸化膜１
８を形成し、さらにシリコン窒化膜１９（例えば厚さ０
．１２μｍ）を周知のＣＶＤ法により全面に被着する。

次に、周知の方向性ドライエツチングにより、垂直壁面
上の窒化膜１９を残し、水平部の窒化膜１９を除去した
後、露出したｎ＋層６の表面と多結晶８ｉ膜１５を選択
的に酸化する。その結果、ｎ＋型層６の表面に酸化膜１
０（例えば、厚さ０．５μｍ）が形成されると共に、多
結晶８４１６が完全に酸化されて酸化膜２０が形成され
る。この際、酸化、［２０は多結晶５ｉ１６に比し縦横
に１μｍ程度に膨張する。

第３図（Ｃ）：垂直壁面上の窒化膜１９及び酸化膜１８
を除去し、エピタキシャル単結晶Ｓｉ９の側面上部を露
出せしめた後、露出された８ｉ膜９の面をアンモニア、
過酸化水素を主成分とする液で洗浄する。これにより、
洗浄液にさらされたＳｉ膜９の表面は昇華しやすい組成
の酸化膜（図示せず）で被覆される。その後、ＨＣ／雰
囲気中、約７５０°Ｃで加熱し、前記被覆酸化膜を昇華
させ、次いで温度を５００°Ｃ以下に下げた条件でＰＨ
３をごく少量含んだ５ｉＨ２Ｃ１２ガスを雰囲気に導入
し、ＣＶＤアモルファスＳｉ膜（図示せず）を破線２１
で示した位置まで堆積させ、雰囲気をＮ２ガスに切り換
えて、再び温度を７００℃程度に上昇させる。その結果
、単結晶Ｓｉ９に接した部分のアモルファス８ｉは距離
的２μｍ程度エピタキシャル的に単結晶膜２３となり、
当初から存在した単結晶８ｉ膜９と一体化する。その結
果、第３図（ｃｌ＋こ示したように、酸化膜１０の一部
分の上にも単結晶Ｓｉ２３が形成される。酸化膜１０上
のそれ以上の距離にあるアモルファスＳｉの部分は多く
の場合単結晶とはならずに多結晶２３となる。次に、点
線２２に示したようにレジストを平坦に塗布し、等方性
プラズマエツチングにより酸化膜２０が完全に露出する
まで、突出部のＳｉを除去すると実線で図示した構造が
形成される。

第３図（ｄ）：露出した単結晶８ｉ膜２３および多結晶
Ｓｉ膜２３の露出された表面を酸化し、薄い酸化膜２５
（例えば５０　ｎ　ｍ　）を形成した後、酸化膜２０を
マスクとしてほう素イオンを酸化膜２５を通して高濃度
にイオン打込みすることにより、破線２４で示した部分
に選択的にほう素を導入する（例えば、Ｉ　Ｘ　１０”
７ｃｍ２）。

第３図（ｅ）二酸化膜２０．　２５を除去し、上記窒化
膜１４をマスクきして選択熱酸化により酸化膜１１（例
えば厚さ０．３μｍ）を形成する。このとき打込まれた
ほう素は電気的に活性化するとともに若干拡散して、多
結晶８ｉ膜２３全域と単結晶Ｓｉ層２３の一部に広がっ
て外部ベースが形成される。次いで。

上記窒化膜１４を除去し、真性ベースを形成するために
酸化膜１７を通してほう素イオン打込み（例えば、４　
Ｘ　１０１２／ｃｍ２）を行ない、さらに短時間アニー
ル（例えば、１０００℃、１５秒）を行なって、打込ま
れたほう素イオンを電気的に活性化させる。

このような短時間アニールでは不純物は殆んど拡散しな
いため、制御性良く真性ベース５を形成することが出来
る。

第３図（ｆ）：上記酸化膜１７を除去した後、上記アン
モニアと過酸化水素を主成分とする液による洗浄、ＨＣ
／雰囲気中での加熱、５００°０以下でのアモルファス
８ｉの堆積、および７００℃での加熱によるアモルファ
スＳｔのエピタキシャル単結晶化という工程を順次行な
って、真性ベース５上に単結晶Ｓｉ膜８（例えば厚さ０
．２μｍ）を成長させる。

但し、この場合のアモルファスＳｔの堆積にはりんもし
くは砒素が高濃度（例えば２　ａｔ　％　）に添加され
、アモルファスＳｉは多量の上記不純物を含んでいる。

その結果、得られた単結晶Ｓｉ　８はエミッタとして機
能する。第３図げ）にはエミッタ８として必要な部分以
外の８ｉを除去した後の構造を示したが、第３図（ｆｌ
から明らかなように、この工程により、実効的に深さ零
のＢ−Ｂ接合を有する高濃度不純物添加エミッタ８の形
成が可能である。

その後、周知の方法により、酸化膜１１の部分的除去、
及び電極１２．１３の形成を行なえば、第２図に示した
構造のバイポーラトランジスタが形成される。

なお、本実施例では絶縁物としてシリコン酸化膜を用い
ているが、これに限定する必要のないことは勿論である
。また、エピタキシャル単結晶化の工程では、加熱によ
るＣＶＤアモルファス層の固相エピタキシャル成長を用
いているが、分子線技術、レーザ一応用技術ヒータ加熱
、光加熱など他の方法によることも可能である。

〔発明の効果〕

第４図はＢ−Ｃ接合位置と高濃度コレクター領域６（低
抵抗基板もしくは埋込み層）間の最短距離りの関数とし
て、トランジスタ動作時のエミッタ・コレクター間耐圧
を示したものである。本発明によれば、外部ベースの張
り出し３′（第１図）がなく、この張り出しによるＬの
縮少（通常０．３〜０．５μｍ）を防止できるので、耐
圧が向上し、とくにｎ型低濃度エピタキシャルＳｔ層９
の厚さが１μｍ以下の場合には、従来法に比し、耐圧が
２倍以上高くできる効果がある。また、高周波特性に関
しても、第１図に示した対称形トランジスタと遜色ない
ものが得られるので、実用上、極めてすぐれた半導体装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の対称形トランジスタ断面構造を示す図、
第２図は本発明の一実施素子例の断面の構造を示す模式
図、第３図は第２図に示した構造のトランジスタの製造
工程の一例を示す工程図、第４図は本発明の効果を示す
曲線図である。 ３．３・・・・・・外部ベース、４・・・・・・活性領
域、５・・・・・・真性ベース、６，９・・・・・・コ
レクタ、７，８・・・・・・エミッタ、１０　、１１・
・・・・・絶縁物層、１２．１３・・・・・・電極、１
４．１９・・・・・・窒化膜、１５　、２３・・・多結
晶Ｓｉ１嵩　１　川 ８２　ロ 第　３　目 第３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、添加不純物濃度の異なる、活性ベース領域と不活性
   外部ベース領域を含む縦形バイポーラ形半導体装置に於
   て、前記不活性外部ベース領域を、該不活性外部ベース
   領域より大きい面積を有する絶縁物層の上面の一部に形
   成したことを特徴とする半導体装置。 ２、前記活性ベース領域の上に、接合面がほぼ平面であ
   るように、エミッタ領域が形成されてなる、特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置。