JPS61127168A - 半導体装置とその製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は、バイポーラＩＣのトランジスタの構造に関
するもので、特に低電圧、へ集積化されたＩＣに使用さ
れるものである。

［発明の技術的背景］ バイポーラＩＣの集８！１度は急速にａ痩化されている
。　本発明は、バイポーラ・アナログＬＳＩ用プロセス
として開発されたＡ−ＮＳＡ　（東芝社内名称、東芝レ
ビューＶｏｌ　３７．Ｎｏ　１３）の素子のうち特にバ
イポーラトランジスタの構造の改良に関するものである
。　第４図は従来のＡ−ＮＳ△構造のうちｎｏｎ　トラ
ンジスタ部分の断面図の一例である。　第１層のアルミ
膚までを描き多居配線部分は省略しである。　以下図に
もとづいて説明する。　１４は、ｎ＋エミッタ領域、１
１はペース領域、９はｐ＋ベースコンタクト領域、１は
ｐウェハ表面に気相成長させたｎエピタキシャル層で半
導体素子の多くはこの層内に形成される。

ｐベース領域１１とこれに隣接するｎエピタキシャル層
１とでトランジスタのコレクタ接合を形成する。　３は
ｎ＋埋込分離層でＯ基板との分離とコレクタコンタクト
を兼ねている。　３の延長部の３８はコレクタ引出用ｎ
＋　ｐである。　　ｎ“エミッタ領域１４はリン、砒素
を含有しなポリシリコン層１３の拡散で形成され、ｐベ
ース領域１１とｐ＋ベースコンタクト領ＩＩｉ！９はボ
ロンのイオン注入による。　１５゜１６．１７はそれぞ
れコレクタ、エミッタ及びベースのＡｌ　　５＋　　Ｑ
ｕ電極である。　２はＬＯＣＯ８法により形成された素
子間分離用の選択酸化物層（Ｓ１０２）、４は熱酸化物
層（Ｓｉ０２）、７はＣＶＤ酸化物層（ＳｉＯ，）、８
はセルファライン用マスクとパッシベーションとを兼ね
る珪素窒化物層である。

このｎｐｎ　トランジスタは、低電流領域まで電流増幅
率がフラットで高いｈＦＥが得られる。

［背景技術の問題点］ 上記従来技術のｎｐｎトランジスタの特性として、遮断
周波数（ｆ丁’　＝−）は２ＧＨｚ、雑音指数（ＮＦ）
は４ｄＢである。　これを更に高い遮断周波数、低い雑
音指数を得ようとする際には、更に素子構造の微細化が
必要である。　しかしながら単に微細化した場９合には
、エミッタ及びベース領域の微細化によってエミッタ抵
抗及びベース抵抗の増大につながり、逆に遮断周波数の
低下を引きおこすことが予想される。　このため新たな
構造が必要となる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、バイポーラＩＣのトランジスタ構造に
おいて、素子の微細化をはかると共に遮断周波数を向−
ヒしうる新しいトランジスタ構造とその製造方法を提供
することである。

［発明の概要］ 本発明は、エミッタの大きさとベースコンタクト領域の
大きさとを従来と同じにして微細化することを念頭にし
て行われた。　新構造はベース低濃度領域の寸法を減少
させる構造とした。

本発明では、珪素窒化膜をマスクとし異方性エツチング
によりシリコン基板に孔部（溝部）をつくりこれにより
ベース低Ｗｉ度領域を決め且つ幅が容易に制御できる絶
縁膜を前記孔部の側壁部に被着し、これによってエミッ
タ領域を決定する。

このセルフアライメント方式によってベース低濃度領域
は決定せられ、ベースコンタクト領域の横方向の寸法と
は直接の関係はない。　このためベース低８１度領域の
寸法を減少し、ベース低濃度領域をベースコンタクト領
域に近ずけることが可能となる。

以下主としてｎｐｎ　トランジスタについて述べるがｐ
ｎｐ　トランジスタについてもほぼ同様に適用できる。

即ち本発明は、平坦な表面があるｎ型表面領域を有する
ｐ型半導体基板と、この表面部分に形成する埋設部分の
ある選択酸化物ｍ＜素子間分離用）と、２つの選択酸化
物層間の前記表面にほぼ沿って基板内に形成するｎ＋埋
込分離層（コレクタコンタクトを兼ねる）及び他の選択
酸化物層間の前記表面に延長するｎ＋埋込分離層の延長
部（コレクタ引出用）と、前記２つの選択酸化物層間の
前記表面に形成する第１酸化物層（イオン注入緩衝用）
と、この第１酸化物層に形成され基板面を露出する第１
の開口（例えばベースコンタクト部）及び第２の開口（
例えばエミッタ部）と、前記選択酸化物層及び第１酸化
物層に積層する第２酸化物層と、この第２酸化物層にＶ
４層し且つ前記第１酸化物層と共に前記第１、第２の開
口の側壁を構成する珪素窒化物Ｈ（マスク及びパッシベ
ーション用）と、前記２つの選択酸化物層の埋設部分肩
部で囲まれた基板内に形成するｐ４ベースコンタクト領
域と、例えば前記第２の開口（エミッタ部）から０１ベ
ースコンタクト領域内に形成する孔部（立体的に見れば
溝部）と、この孔部に隣接しｐ＋ベースコンタクト領域
より基板内に更に突出しより低濃度のｐベース領域と、
前記孔部の側壁に設ける絶縁層と、前記孔部に形成する
不純物含有層（エミッタ拡散源とエミッタ引出部を兼ね
る）と、前記孔部に隣接して設けるｎ＋エミッタ領域と
、前記埋込弁１１１ＦＪの延長部（コレクタ引出部）、
前記不純物含有層（エミッタ引出部）及び第１の開口（
ベース引出部）にそれぞれ積層する導電層とを具備する
ことを特徴とする半導体装置である。

本発明による前記半導体装置の製造方法は、ｐ型の半導
体基板表面にｎ＋埋込分離層（コレクタコンタクトを兼
ねる）を形成する工程と、この基板にｎエピタキシャル
層（以下ｎエビ層という）を積層する工程と、ｎエビ層
の表面部分に埋設部分のある選択酸化物ｍ＜素子間分離
用）を形成する工程と、前記ｎ＋埋込分離層をｎエビ層
表面まで延長１゛る工程（コレクタ引出）と、前記選択
酸化物層間のｎエビ層表面に第１酸化物層を形成する工
程と、この酸化物層を介してｎエビ層にｐ＋不純物を導
入する工程と、前記選択酸化物層及び第１酸化物層に第
２酸化物層を積層する工程と、第２酸化物層をバターニ
ングする工程と、前記選択酸化物層および第１酸化物層
に積層されこのバターニングした第２酸化物層（露出し
た第１酸化物層を含む）を珪素窒化物層で被覆する工程
と、この珪素窒化物層及び第１酸化物府をバターニング
してｎエビ層表面を露出する第１開口（ベースコンタク
ト部）及び第２開口（エミッタ部）を形成する工程と、
第２開口の露出したエビ層を前記選択酸化物層の埋設部
底部の深さ附近まで除去して孔部を形成する工程と、前
記ｐ＋不純物より低濃度のｐ不純物をこの孔部からｎ工
と層に導入する工程と、この低濃度のｐ不純物と前記ｐ
＋不純物との導入層をスラツピングして前記選択酸化物
の埋設部分肩部で囲まれた領域にｐ＋ベースコンタクト
領域を、およびこれより突出してｐベース領域を形成す
る工程と、前記珪素窒化物層及び第１及び第２開口に第
３１’ｉ！化物層を積層しこの第３酸化物層をバターニ
ングして前記孔部側壁に酸化膜を形成する工程と、この
孔部にｎ型の不純物含布層を形成する工程と、これを不
純物拡散源として孔部に隣接する突出するｐベース領域
にｎ４エミツタ領域を形成する工程と、１）ａ記ｎ＋埋
込分離層の延長部（コレクタ引出部）、第１開口（ベー
スコンタクト部）及び前記不純物含有層（エミッタ引出
部）に導電層を形成する工程とを具備することを特徴と
する半導体装阿の製造方法である。

［発明の実施例］ 第３図は、従来構造を更に微細化する上でｐベース領域
の寸法を減少させた構造の本発明の一実施例で、従来構
造と比較して示す。　同図（ａ　）は本発明、同図（ｂ
）は従来の構造である。　従来の構造ではｎ＋エミッタ
領域１４とｐ＋ベースコンタクト領賊９との間のｐベー
ス領域の寸法ｌが３μｍであったが、本発明では０．５
μｍ程度に微細化される。　従来構造の寸法１は、ｐ＋
ベースコンタクト領域９及びｎ＋エミッタ領域（又はｐ
ベース領域１１）１４の不純物導入用開口のマスクずれ
の許容誤差或いはｐ＋不純物の横方向拡散等のため３μ
ｍは必要である。　本発明では、ｐベース領域１１とｎ
＋エミッタ領域１４とはセルフアライメント方式により
形成される。　即ち珪素窒化物層８をマスクとする第２
開口６のシリコン基板内に反応性イオンエツチング（以
下ＲＩＥ法という）によりその深さがｐ”ベースコンタ
クト領域９の底部に達する孔部１０を形成する。　この
孔部がｐベース領域１１を決定し、またこの孔部側壁に
絶縁物層１２を被着しこれを使用してｎ１エミツタ領域
をセルフアライメントで形成する。　この場合側壁の絶
縁物層１２の厚さと孔部の深さがｐベース領域の寸法を
決める。

このいずれも容易にプロセス的にコントロールできる要
素である。　この構造ならびに製造方法によりｌは約０
．５μｍにすることが可能である。

以下本発明の製造方法について詳述し併せて構造につい
て附記する。

第１図は本発明によるｎｐｎ　トランジスタの断面図で
あり、第２図（ａ　）ないしくｉ）は、その製造方法を
工程順に示したものである。　第２図（ａ　）において
、公知の方法により、ｐ型の半導体基板表面にｎ′″埋
込領域（埋込分雛層又はコレクタコンタクト層ともいう
）３を形成し、この鎖板に気相成長法により　ｎ＋埋込
領域３鼻より低濃度のｎエピタキシャル層１をｖｉ１！
ｔＪする。　次にＬＯＣＯ８法により前記ｎエビ層表面
部分に珪素窒化物層をマスクとし選択的に埋設部分のあ
る選択酸化物層２（素子分離用）を形成し、更に前記ｎ
＋埋込領域３をｎエビ日表面まで延長しコレクタ引出用
の延長部３ａを形成する。　第２図（ｂ）は前記の工程
が終了し２つの選択酸化物Ｆ１２間のｎエビ層１の表面
が出ているエミッタ及びベース形成領域を示す。　第２
図（Ｃ）にＪ３いて、ウェット酸素中で熱酸化を行い前
記ｎエビ層１の表面に第１酸化物層４を形成する。　こ
の酸化物層を介してｎエビ層１にボロンのイオン注入を
行いｐ＋不純物導入１ａ２Ｑを形成する。　イオン？］
ユ入はＱ　ｄ＝　２ｘ　１０”　ｃｍ＝、加速電圧５０
ｋｅＶである。

次に第２図（ｄ　）において、ＣＶＤ法によって第２　
Ｍ化物層７を選択酸化物層２及び第１酸化物層４に積層
する。　厚さは約３０００人である。　この後フォトエ
ッチプロセスによりレジストをパターニングし、このバ
ターニングされたレジストをマスクとしてフッ化アンモ
ンにて第２酸化物層７をエツチングする。　フッ化アン
モンはＣＶＤ法による酸化膜の方が熱酸化膜に比べてエ
ッチレートが速い為第１酸化物層４との界面でエツチン
グを止めることができる。　このようにしてバターニン
グされた第２酸化物Ａｍ７を厚さ約１０００人の珪素窒
化物層８で被覆する。　次に第２図（Ｃ）において、レ
ジスト２１を塗布しパターニングを行い、フッ化アンモ
ンのエツチングによって珪素窒化物層８及び第１酸化物
層４の所望部分を除去し、ベースコンタクト部の第１の
開口５とエミッタ部の第２の開口６を同時にあける。　
この際レジスト２１はつけたままにしておく。　次に第
２図（ｆ）において、この状態で再度ホトエツチングを
行い第１開口５がレジスト２２で完全に覆われるように
する。　この後、ＲＩＥ法で第２開口６に露出している
シリコン基板を０．５〜０．７μｍエツチングして孔部
１０を形成する。　この際エッチングガスとしては例え
ばＳＦ６を使用し流Ｂｆｉ１０ｓｅｃｍ。

圧力５Ｐａ、ＲＦ出力４００Ｗでエツチングを行うとシ
リコン基板は１分間に　７８０ｘ程度削れる。

レジストとのエツチング選択比は１であり同程度エツチ
ングされることになる。　このガスを使用し反応性イオ
ンエツヂングを行った場合完全には異方性エツチングは
されず少し底部がふくらんだ形状になる。　孔部１０の
底部は前記選択酸化物Ｉｒ１２の埋設部分部付近の深さ
く　ｐ＋ベースコンタクト領域の深さにほぼ等しい）に
あり、これにより　ｐ＋ベースコンタクト領域とエミッ
タ部とは分離される。　次に第２図（ａ　）において、
レジストを除去した後に熱酸化を行い厚さ約５００人の
熱酸化膜２３を孔部１０の内面に形成する。　この後イ
オン注入により前記ｐ＋不純物導入層２０より低濃度の
ボロンを孔部内面からシリコン基板に導入する。　この
場合Ｑｄ　＝　２Ｘ　１０”　Ｃｌ−２、加速電圧４０
ｋｅ　ｙで行う。　この時に孔部の底部のまるみの為に
側面の下部付近にもボロンは注入される。

この孔部の底部に尋人された不純物尋人層と前記のｐ１
不純物導入層２０とを拡散源として拡散を行う。　これ
により　ｐ＋ベースコンタクト領域９及びｐベース領域
１１が形成され、且つ両領域は連結される。　次に第２
図（ｈ）において珪素窒化物層８及び第１と第２開口に
ＣＶＤ法により第３酸化物層２４をｖＩ危する。　酸化
膜の厚さは約５０００Ｘである。　次に第２図＜＋　＞
において、ＲＩＥ法により第３ｗｉ化物１１ｇ２４をエ
ツチングするとこれにより孔部１０の側壁に酸化膜１２
を残すことができる。　次にＰ、Ａｓがドープされたポ
リシリコンを被若し、孔部の段差部分を埋めたてた後ホ
トエツチングでポリシリコンのバターニングを行いｎ＋
不純物含有Ｗ！Ｊ１３を形成する。

孔部の底部に隣接するｐベース領域内に拡散によりｎ＋
エミッタＦｉ１４を形成する。　珪素窒化物層８をマス
クにしてベースコンタクト部の酸化膜２３を除去する。

　次に第１図において、ｎ＋埋込分離ｍ３の延長部３ａ
、ベースコンタクト部の開口５、およびエミッタ部の前
記不純物含有層１３とにＡＩ　−３ｉ−Ｃｕのスパッタ
を行いシンターすることによりコレクタ電極１５、ベー
ス電極１７、エミッタ電極１６を形成し構造が完成する
。

［発明の効果１ この発明による半導体装置の構造とその製造方法を使用
すれば、ｐベース領域とｎ＋エミッタ領賊はセルフアラ
イメント形式で形成することが可能で、ｐ＋ベースコン
タクト領域の横方向の影響を受けないのでエミッタ部の
大きさは変えずにｐベース領域をｐ＋ベース］ンタクト
領域に近づけることが可能となる。　したがって素子を
微細化できると共にベース抵抗の減少をはかることがで
き、遮断周波数を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の断面図、第２図（ａ　）
ないしくｉ　＞は本発明の半導体装置の製造方法の工程
を示す断面図、第３図（ａ　’）及び（ｂ）は半導体装
置の主要部の構造について比較して示すもので、同図（
ａ　＞は本発明、同図（ｂ）は従来のそれぞれ断面図、
第４図は従来の半導体装置の断面図である。 １・・・１導電型表面領域（ｎエピタキシャル層）、２
・・・埋設部分のある選択酸化物層、　３・・・１導電
型埋込分ｌ１ｌＩｔ層（ｎ＋埋込分１ｌＩＩ層またはコ
レクタコンタクト層）、　４・・・第１１Ｉ！化物層（
熱酸化物層）、　５・・・第１の開口、　６・・・第２
の開口、　７・・・第２酸化物層（ＣＶＤ酸化物層）、
　８・・・珪素窒化物層、　９・・・埋設部分肩部で囲
まれた反対導電型領域（ｐ＋ベースコンタクト領域）、
　１０・・・孔部、　１１・・・突出した反対導電型領
域（ｐベース領域）、　１２・・・側壁の絶縁物層（側
壁の酸化膜）、　１３・・・不純物含有層（ｎ＋不純物
含有層）、　１４・・・１導電型領１ｉｉｔ（ｎ′エミ
ッタ領域）、２０・・・反対８１電型不純物尋人層（ｐ
”不純物導入層）、　２４・・・第３酸化物層（ＣＶＤ
酸化膜）。 第１図 第２１！１ 第２図 ｒす１ （ｇｌ 第２図 ＋ｈ＋ １と　　　１０１４　　　１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ほぼ平坦な表面がある１導電型表面領域を有する反
   対導電型の半導体基板と、この表面部分に形成する埋設
   部分のある選択酸化物層と、２つの選択酸化物層間の前
   記表面にほぼ沿って前記半導体基板内に形成し、他の選
   択酸化物層間の前記表面に延長する１導電型埋込分離層
   と、前記２つの選択酸化物層間の前記半導体基板表面に
   形成する第１酸化物層と、この第１酸化物層に形成して
   前記半導体基板を露出する第１および第２の開口と、前
   記選択酸化物層および第１酸化物層に積層する第２酸化
   物層と、この第２酸化物層に積層し前記第１酸化物層と
   共に前記第１、第２の開口側壁を構成する珪素窒化物層
   と、前記２つの選択酸化物層の埋設部分肩部で囲まれた
   前記半導体基板に形成する反対導電型領域と、前記何れ
   か一方の開口から前記反対導電型領域内に形成する孔部
   と、この孔部に隣設し前記反対導電型領域より前記半導
   体基板の表面領域内に突出しより低濃度の反対導電型領
   域と、前記孔部の側壁に設ける絶縁層と、前記孔部に形
   成する不純物含有層と、前記孔部に隣接して設ける１導
   電型領域と、前記埋込分離層、前記不純物含有層及び前
   記開口の他方に積層する導電層とを具備することを特徴
   とする半導体装置。 ２　反対導電型の半導体基板表面に１導電型の埋込領域
   を形成する工程と、この半導体基板に前記埋込領域より
   低濃度の１導電型表面領域を積層する工程と、前記低濃
   度表面領域の表面部分に埋設部分のある選択酸化物層を
   形成する工程と、前記埋込領域を前記低濃度の１導電型
   表面領域の表面に延長し埋込分離層を完成する工程と、
   前記選択酸化物層間の前記低濃度の１導電型表面領域に
   第１酸化物層を形成する工程と、この酸化物層を介して
   前記低濃度の１導電型表面領域に反対導電型不純物を導
   入する工程と、前記選択酸化物層および第１酸化物層に
   第２酸化物層を積層する工程と、第２酸化物層をパター
   ニングする工程と、前記選択酸化物層および第１酸化物
   層に積層されこのパターニングした第２酸化物層を珪素
   窒化物層で被覆する工程と、この珪素窒化物層及び前記
   第１酸化物層をパターニングして前記低濃度の１導電型
   表面領域の表面を露出する第１及び第２開口を形成する
   工程と、この開口のいずれか一方から露出した前記低濃
   度の１導電型表面領域を前記埋設部底部附近まで除去し
   て孔部を形成する工程と、前記反対導電型不純物より低
   濃度の反対導電型不純物をこの孔部から前記低濃度の１
   導電型表面領域に導入する工程と、この低濃度の反対導
   電型不純物及び前記反対導電型不純物の導入層をスラン
   ピングして前記埋設部分肩部で囲まれた部分ならびにこ
   れより突出した反対導電型領域を形成する工程と、前記
   孔部側壁に酸化膜を形成する工程と、前記孔部に１導電
   型の不純物含有層を形成する工程と、この孔部に隣接す
   る前記突出する低濃度の反対導電型領域に１導電型領域
   を形成する工程と、前記埋込分離層の延長部、前記他方
   の開口及び前記不純物含有時に導電層を形成する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。