JPS6040696B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法、特に微細構造をもつバ
ィポーラ素子の製造方法に関するものである。

微細構造をもつバイポーラ素子の代表例として高周波ト
ランジスタ素子が挙げられるが、良好な高周波特性を実
現するためには、浅い接合の形成すなわちできるだけ浅
いベース・ェミッタ領域を形成してベース幅を薄くしか
つコレクタ・ベース間容量を減じると共にベース抵抗を
低くする事が重要である、この為、素子パターンの構造
は微細化される。

例えば第１図Ａ，Ｂの如く、コレクタとなる基板１にベ
ース層２とェミッタ層３を形成した後表面に絶縁被膜４
を施し電極引出用のコンタクト窓５ｂ，５ｅを形成しし
かる後電極配線６ｂ，６ｃを形成する櫛型構造を例に探
れば、ェミッタ層３からこのコンタクト窓５ｃがはずれ
るとェミツタ・ベース間短絡が生じるため、このような
位置合せ不整合は許されず、このためェミツタ層３をあ
る一定以上の微細にはできない欠点がある。かかる欠点
を克服して良好な高周波特性を得る為に第２図に示した
如きウオッシュトェミッタ機造のトランジスタも提案さ
れている。

すなわちコレクタとなる基板２１にベース層２２を形成
後絶縁被膜４に拡散窓をあげ拡散によりェミッタ層２３
を形成した後この拡散窓をそのまま電極用コレクタ窓２
５ｅとして用い電極配線２６ｅを形成している。ベース
鰭極用コンタクト窓２５ｂは通常ェミッタ拡散後に形成
されて電極配線２６ｅと同時に電極配線２６ｂも形成さ
れる。しかしながらゥオッシュトェミッタ構造を必要と
する程度に微細化が要求される高周波トランジスタ素子
では、ェミッタ層２３は極めて浅く０．１〜０・２ム程
度以下に形成する必要がある。

このように浅い拡散層では、函極引出のためにコンタク
ト孔内に金属配線の非整流性接触を形成する場合には、
ウオッシュトヱミツタ構造に於いてもェミッタベース間
短絡を生ずる確率が高くなる。勿論この確率は非整流性
接触形成時の前処理等と密接に関係する。例えば絶縁膜
として二酸化シリコン（ＳｉＱ）を用いる場合、稀釈弗
酸（ＨＦ）等で素子の表面処理をすることにより良好な
非整流性接触を得ることが知られているが、このような
表面処理によって上記ェミッタベース間の電気短絡確率
は更に高くなり素子の歩留の低下をきたしている。また
非整流性接触を形成する場合、通常、熱処理によって半
導体と金属の合金（例えばＡ〆／Ｓｉ）又は半導体金属
間化合物（例えば白金シリサィド（ＰｔＳｉ））を形成
して、この上に電極引出用の電極金属を付着する方法が
採られている。前述のェミッタ・ベース間の電気的短絡
は、前述のようにェミッタコンタクト部にベース層が露
出する場合の外、半導体と金属の合金又は半導体金属間
化合物がェミツタ・ベース接合部にかかって発生するこ
とがある。このように白金シリサイイド等の非整流性接
触層がェミッタ・ベース接合にあまりに近い場合には、
前述同様ベース・ヱミツタ間の電気的短絡が生じやすい
。本発明は上記に鑑みなされたもので、良好な高周波特
性を保持し、ェミツタ’ベース間電気短絡確率を格段に
小さくして素子歩留を大幅に改善し、かつ高信頼度を有
する高周波バイポーラトランジスタの新規なる製造方法
を提供せんとするものである。

本発明によれば、半導体層表面に拡散孔を有する第１の
絶縁膜を形成し、該第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を前
記拡散孔の周辺部に庇部を形成するように彼着し、前記
拡散孔から前記半導体層に不純物を拡散し、次いで全表
面に第３の絶縁膜を形成し、この時前記庇部と半導体層
表面との間にも前記第３の絶縁物が存在するように形成
され、しかる後プロトン又はイオンを照射して前記庇部
の下部を除く部分の第３の絶縁物を第４の絶縁物に変質
せしめ、該第４の絶縁物を除去し、しかる後前記半導体
層の拡散部に電極を形成する半導体装鷹の製造方法を得
る。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第３図Ａ〜Ｄは本発明による各工程の半導体装置の断面
図であり、半導体基板の一表面に微細な拡散層を形成せ
んとするものである。半導体基板３１の表面に互いに異
質な第１および第２の絶縁膜３３及び３２を覆い第１の
絶縁膜３３の所要の一部を写真蝕刻技術等で除去し溝孔
部３４を形成する（同図Ａ）。次に同図Ｂに示す様に第
１の絶縁膜３３をマスクとして、第２の絶縁膜３２を化
学蝕刻して溝孔部３４′を形成する。この際絶縁膜３２
のエッチングは基板３１の表面が露出した後、ミらに所
定時間よけいにエッチングし、絶縁膜３３の溝孔部３４
より大きい薄孔３４′を形成せしへる、しかる後に該溝
孔３４′を通して半導体基板３１とは反対の電導型を与
える不純物を拡散せしめ、拡散層３５を形成する。次に
同図Ｃに示す如く、全表面に絶縁膜３６を冠する。

特に溝３４′の周囲では絶縁膜３２に接触するように形
成する。次いで該絶縁膜３６に表面と垂直方向からプロ
トン又はイオン等を照射注入し絶縁膜３６の加歪変質を
なさしめる。この際溝孔部３４′の絶縁膜３３直下にあ
たる絶縁膜３６の一部は変質せず残存することになる。
而してイＣ学蝕刻により絶縁膜３６の変質部をエッチン
グ除去すれば同図Ｄに示す如き、半導体表面が露呈しか
つＰＮ接合部が絶縁膜３６によって保護された構造が得
られる。このような構成によれば、微細でかつェミッタ
・ベース間短絡のない信頼度の高いバィポーラトランジ
ス夕が実現できる。

即ち第３図Ｂに於ける庇付溝孔３４′は、絶縁膜３２の
サイドエッチングの量則ち溝３４と同等の大きさの溝が
絶縁膜３２に開いた後さらによけし、にエッチングする
量を制御する事により得られるが例えば通常微細パター
ンとしては数ミクロン程度以下の幅をもつパターンが考
えられるが、０．１〜０．２〆程度の溝を精度良く形成
する事は極く容易である。

従って実質的微細度は殆んど低下しないため高周波トラ
ンジスタに適用した場合高周波特性を損う事等はない。
一方第３図Ｃの如く、第三の絶縁膜３６を、例えば気相
成長等によって形成すれば絶縁膜３３によって形成され
て庇下面にも生成し、微細ＰＮ接合境界近傍を保護する
事ができる、一方二酸化シリコンやシリコン窒化物等に
プロトンやイオンを照射注入すると注入部分の組成、膜
貿構造等が変化し非注入の膜とは異つた物理的化学的性
質を呈し、従って然るべき化学鱗刻液を用いれば蝕刻速
度も注入部分と非注入部分とで異って来る事が知られて
いる。この原理を用いて絶縁膜３６中に第３図Ｃに矢印
で示す如く絶縁膜３６の表面と垂直方向からプロトンや
イオン等を、上記効果が絶縁膜３６の膜厚程度に及ぶ様
に加速電圧等を制御して注入すれば、絶縁膜３３によっ
て形成された庇の下に位置する絶縁膜３６はプロトンや
イオンを注入されないで残存する、従ってプロトン又は
イオンを注入された絶縁膜３６の化学蝕刻速度が非注入
の場合より速い化学触刻液を用いて所定時間エッチング
すれば、ほぼ第３図Ｄの如き微細拡散層３５が露呈し、
かつ、微細ＰＮ接合境界近傍に絶縁膜３６を残存せしめ
る事ができる。また、半導体素子の電気的性能を損う事
なく電極を外部に取り出すためには、前記の如く良好な
非整流性接触を形成する必要があり、例えば半導体基板
としてシリコンを用いる場合には稀弗酸浸溝処理等によ
り非整流性接触形成面上の微少酸化層等を取り除く等の
如く一般的に然るべき表面処理を施さねばならない、従
って上記の如く第３図Ｄの構造を有せしめれば、かかる
表面処理等に於いて微細ＰＮ接合境界が露呈せず、非整
流性接触形成部分とＰＮ接合境界との距離を０．１仏程
度に維持できる、一方０．１〜０．２ム程度の浅い接合
に対する非整流性接触形成のための合金層又は金属間化
合物層は高々０．０５仏程度あれば十分であり、従って
ＰＮ接合境界での電気短絡は殆んど回避できると同時に
製品信頼度を高水準に維持できる。

又第３図において絶縁膜３６は、絶縁膜３２又は絶縁膜
３３と同じものでも良い。例えば絶縁膜３６と絶縁膜３
３とが同じものである場合、絶縁膜３２を第１のフオト
マスクを使用して通常の写真蝕亥』技術等により溝孔３
４′を開孔して、不純物を拡散し拡散層３５を形成した
後絶縁膜３３を全表面に付着せしめ、第２のフオトマス
クを用いて拡散層３５と位置合せした上で写真蝕刻して
溝孔３４を形成する如き従来の方法による場合と構造的
にはほぼ同じ構造となる。しかし、従来の方法い於いて
第３図Ｄの如き構造を形成する事は原理的には可能であ
っても第１、第２のフオトマスクの大きさの差異が０．
５〜１仏以下の場合には、極めて難しく、実用的にはほ
ぼ不可能である。一方本発明を行使すればフオトマスク
は第３図Ａに於いて溝孔３４を形成する場合に使用すれ
ば良く、半導体基板表面のほぼ全面に極めて容易かつ一
様に、第３図Ｄの如く、微細ＰＮ接合境界から０．１仏
程度内側に電極取り出し孔を関孔する事が可能である。
本発明の特徴は二層の絶縁膜を脇付簿孔状に選択蝕刻す
る事、及び更に第三の絶縁膜を冠した後半導体基板の素
子形成表面とほぼ垂直方向からプロトンやイオン等を照
射注入して第三の絶縁膜を選択的に加速蝕刻させる事を
細合せた点にあり、保護され安定化された超微細ＰＮ鼓
々を含む素子を平易に形成でき、従って高性能かつ高信
頼度の半導体装置を高歩留にて製造できる絶大なる効果
を生ずるものである。

次に本発明の一実施例として第４図に示す如き櫛型構造
の高周波バィポーラトランジスタ素子についてその具体
的製造方法について説明する。

例えばＮ型のエビタキシャルシリコン基板４１の表面に
通常の方法でボロン等を拡散又はイオン注入等して深さ
０．１〜０．２〆程度のベース層４２を選択形成する。
しかる後に、該表面を０．４ム程度二酸化シリコン膜４
４２で覆い、続いてその上に窒化シリコン膜４４３を０
．２ム程度成長する。次に写真蝕刻技術等にて窒化シリ
コン膜４４３のェミッタ層形成箇所に１・５〃程度の溝
孔４５ｅを形成する。続いてＨＦ／Ｎ比ＯＨ（弗化水素
酸ノ弗化アンモン）系エッチング液を用いて、二酸化シ
リコン膜４４２をエッチングするがこの際、上記窒化シ
リコン膜４４３の溝孔４５ｅｌ．５〃と同幅をエッチン
グし終った後更に０．１一程度よけし、にエッチングご
せて、ベース層４２を露呈せしめる、これを稀釈弗酸等
で表面処理をした後遺常の方法でＰ（燐）を拡散又はイ
オン注入して０．０７〜０．１仏程度の深さのェミッタ
層４３を形成する、しかる後に再度０．１ム程度窒化シ
リコン膜を表面に全面成長して、隣イオン（３１Ｐ＋）
を注入して１５０℃程度に加溢したリン酸塩液に浸債す
れば１．７仏程度の幅をもつェミッタ層４３のベースと
のＰＮ接合境界周辺内側に０．１ｒ程度室化シリコン膜
４４６で保護された状態でェミッタコンタクト窓４５ｅ
が開□される。次に再び写真蝕刻技術を用いてベースコ
ンタクト位置の窒化シリコン膜４４３、二酸化シリコン
膜４４２の順に選択エッチングさせベースコンタクト窓
４５ｂを形成する。この際二酸化シリコン膜のエッチン
グには上記、ＨＦ／Ｎ比ＯＨ系エッチング液を用いても
ヱミツタコンタクト窓４５ｅ周囲は窒化シリコン膜４４
６で覆われているので損傷を受けない、この様にしてベ
ースコンタクト窓４５ｂ、ェミッタコンタクト窓４５ｅ
が形成されたら通常の浅層接合用の非整流性接触を形成
し、引出し電極用の金属を付着せしめ鰭極パターン４６
ｂ，４６ｅを形成すれば、高性能高信頼度の高周波バイ
ポーラトランジスタが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは従来の製造方法による櫛型構造のトラ
ンジスタ活性部の平面図及びその×−Ｘ′部における断
面図、第２図ＡおよびＢは従来の製造方法によるゥオッ
シュトェミッタ櫛型構造のトランジスタ活性部の平面図
及びそのＹ−Ｙ′部における断面図である。 第３図は本発明にかかる半導体装置の製造方法を工程順
に示した断面図、第４図Ａ及びＢは本発明によって得ら
れるトランジスタの平面図及びそのＺ−Ｚ′部における
断面図である。１，２１，４１・・・・・・半導体基板
、３１・・…・半導体層、２，２２，４２……ベース層
、３，２３，４３……ェミッタ層、４，２４・・・…絶
縁膜、５ｂ，５ｅ，２５ｂ，２６ｅ……コンタクト用闇
孔、６ｅ，６ｂ，２６ｅ，２６ｂ・・・・・・電極配線
層、３５・・・・・・不純物拡散層、３２，３３，３６
，４４２，４４３，４４６・・・・・・絶縁膜、３４，
３４′…・・・関孔、４５ｅ，４５ｂ，４５ｅ′……コ
ンタクト用開孔、４６ｅ，４６ｂ…・・・電極配線層。 多／囚多ど濁 第４図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体層上に第１および第２の絶縁膜を形成し、該
   第１および第２の絶縁膜の所要部に庇（ひさし）を有す
   る如き構造に溝孔を形成して、上記半導体層表面を露呈
   せしめ、該溝孔を通して不純物を拡散し、第三の絶縁膜
   を表面に被服し、半導体層表面とは略垂直方向からプロ
   トン又はイオン等を照射又は注入して前記第三の絶縁膜
   を変質し、該第三の絶縁膜の変質部を腐蝕除去して上記
   庇状構造下面の変質していない第三の絶縁膜を残存せし
   め、非整流性上記不純物拡散層を露呈すべく溝孔を開け
   た後、電気接続部を前記半導体層の不純物拡散部に設け
   る事を特徴とする半導体装置の製造方法。