JPS61248533A

JPS61248533A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS61248533A
Application number: JP8875085A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Goto; 広志後藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1986-11-05
Also published as: KR900001653B1

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】〔概　要〕金属または金属シリサイドの選択成長を利用して電極ま
たは配線を形成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法、特に金属または金属シ
リサイドの選択成長を利用した電極または配線の形成方
法に係る。

〔従来の技術〕

第４図は従来提案されているバイポーラトランジスタの
要部断面図である。同図中、１はコレクタ領域となるｎ
形シリコン基板、２はその主面、３はｐ形ベース領域、
４はｎ形エミッタ領域、５はｐ形不純物を含む多結晶シ
リコン層によるベース引出電極、６，７はＳｉＯ□膜、
８はベース電極、９はエミッタ電極である。このバイポ
ーラトランジスタではベース電極８が多結晶シリコンに
よるベース引出電極５に接続されており、もしベース電
極８がベース引出電極５を介することなくベース領域３
上に直接これと連結された場合に比べて、ベース領域３
の主面２上の面積を小さくすることができる。

しかし、このバイポーラトランジスタにおいても、多結
晶シリコン層からなるベース引出電極５は、ベース領域
３、エミッタ領域４およびＳｉｎｇ膜６上の全面上に形
成された多結晶シリコン層をエツチングして形成される
のが普通であるために、ベース引出電極５がベース領域
３上で占める面積が比較的大きくなる。また、ＳｉＯ□
膜７が領域３゜４上に占める面積も同様な理由から比較
的大きくならざるを得ない。そこで、多結晶シリコンの
加工性の良さを利用してセルファライン化を押し進めて
これらの問題点を解決したバイポーラトランジスタの製
造方法が提案されている（特公昭５５−２６６３０号公
報、同５７−３２５１１号公報参照）。

また、シリコン、タングステン等は基体の特定の物質か
らなる領域上だけに選択的に成長させることが可能であ
ることは知られている。そして、この選択成長の半導体
装置への応用として、例えば、シリコン半導体基板上に
選択的に絶縁膜を形成した後、シリコン基板上の絶縁膜
が形成されていない部分だけにシリコンを選択的にエピ
タキシャル成長し、この選択エピタキシャル成長領域を
素子形成用活性領域そして上記絶縁膜を素子分離領域と
して用いることが提案された。また、シリコン半導体本
体上の絶縁膜に開孔した電極コンタクト窓内にシリコン
を選択的に成長して窓内をシリコンで埋め込み、そのシ
リコンの頂面を絶縁膜の頂面と同一の高さにした後、そ
の上に配線を形成することによって、多層配線の平坦化
を図ることも提案されている。

さらに、選択成長とは異なるが、対称形バイポーラトラ
ンジスタを製造するために、単結晶シリコン基板上に絶
縁膜、さらにその上に薄い多結晶シリコン膜を形成した
後、多結晶シリコン膜および絶縁膜を選択的にエツチン
グして活性領域を形成する領域に開口部を形成し、そし
てシリコンをその開口部下の多結晶シリコン基板上と共
に多結晶シリコン膜上の両方に同時に成長させてシリコ
ン基板から上記開口部を介して絶縁膜上べ連続するシリ
コン領域を形成すること（エビ・ポリ同時成長）が特開
昭５７−３４３６５号に記載されている。上記の絶縁膜
上のシリコンはその後エツチングしてパターニングされ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記のバイポーラトランジスタにおいてベース引出電極
を多結晶シリコンで構成した理由は、多結晶シリコンが
加工性に優れているために、微細なパターニングが可能
であり、またセルファライン工程への適合性に優れてい
るからであった。しかしながら、多結晶シリコンは不純
物を高濃度に導入することによって導電性を付与するこ
とが可　□能であるとはいえ、金属等に比べるとまだ導
電性が悪いので、前記のバイポーラトランジスタの例で
いうとベース抵抗がいくらか大きくなるというような問
題点がある。また、多結晶シリコンを導電性にするため
に不純物を高濃度に導入する必要力５あり、そのために
後の熱処理の際に導電性多結晶シリコンからそれとコン
タクトした半導体基板に不純物が拡散するが、この領域
の不純物が常に高濃度になり、素子特性上好ましくない
場合があるという問題がある。

一方、金属は導電性が高く、一般的には、電極あるいは
配線材料として優れているが、工、チング等の加工性、
制御性が充分ではなく、前記のバイポーラトランジスタ
のように精密なプロセスに用いることは困難であるとい
う問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の如き問題点を解決するために金属または
金属シリサイドの選択成長技術を用いる。

第１図Ａを参照すると、半導体基板などからなる基体１
１上に絶縁膜１２が形成され、絶縁膜１２は開口部１３
を有する。絶縁膜１２上に金属または金属シリサイド成
長の種となる層１４が形成され、この層１４は開口部１
３の端縁の少なくとも一部に沿う端縁を有しかつ既にあ
るパターンを存する。この絶縁膜１２と種層１４は慣用
の手法で形成してもよく、また本発明のいろいろな応用
の各目的に適合する形で例えば後出のような特別の手法
で形成してもよい。但し、種層は基体ｌｌ上と共にその
上に金属または金属シリサイドを選択的に成長すること
が可能な材質からなる必要があり、一方、絶縁層はその
金属または金属シリサイドがその上に成長しない材質で
なければならない。

第１図Ｂを参照すると、上記種層１４上および開口部１
３下の基体１１上に金属または金属シリサイド１５ａ、
１５ｂを選択的に成長すると、当初は、金属または金属
シリサイド１５は種層１４上と開口部１３下基体１１上
とにそれぞれ別々に成長する。しかし、成長が続くと、
基体ｌｌ上開口部１３中に成長する金属または金属シリ
サイド１５ｂと、開口部１３の端縁に沿って存在する種
層１４の端縁からその上方および開口部１３側へ成長す
る金属または金属シリサイドｔＳａとが、ついには連続
するに至る。

更に成長を続けると、第１図Ｃに示す如く、基体１１と
コンタクトを有しかつ絶縁膜１２上に所定のパターンを
有する１個の金属または金属シリサイド層１５が得られ
る。

このような金属または金属シリサイド層１５の形成方法
は全く新規である。この方法では次の様な特徴または利
点を有している。

（１１金属または金属シリサイドだから導電性が高い。

特に、多結晶シリコンに比べて高い。従って、を極ある
いは配線材料として用いる場合に有利である。

（２）　　金属または金属シリサイドのエツチング工程
が不要である。この方法で形成される金属または金属シ
リサイドのパターンは絶縁膜に形成する開口部の形状と
絶縁膜上に形成する種層のパターンによって規定される
ので、金属または金属シリサイドそれ自体をパターニン
グのためにエクチングする必要がない。そして、例えば
、種層は多結晶シリコン等、絶縁膜はＳｉｎｇ等である
ことができ、これらのパターン形成（エツチング）は金
属または金属シリサイドのエツチングに比べて容易であ
り、その制御性もよい、従って、金属または金属シリサ
イドを電極または配線として用いる場合に、様様な態様
のデバイスが要求する厳しい形成条件により適合する。

（３）　　この方法では、基体が半導体層であり、金属
または金属シリサイド層が電極である場合に、絶縁膜の
開口部を介して不純物を導入することにより半導体層に
拡散領域（第１図の１６）を形成すれば、電極窓（絶縁
膜の開口部）とその拡散領域および電極とは自己整合的
に形成される。さらに、電極窓（絶縁膜の開口部）と電
極のパターン（種層のパターン）を自己整合的に形成す
ることは、慣用的なあるいは工夫されたいろいろな手法
で容易に為し得る。これらのことも、この方法による電
極あるいは配線を様々なデバイスに組み込む際に有利で
ある。

こうして、この方法は半導体装置における電極または配
線を形成する新しい方法を提供する。

この方法において、金属または金属シリサイドの選択成
長法それ自体は既にいくつか公知であり、特別に限定さ
れるわけではない。例えば、イー・ケー・ブロードベン
トおよびシー・エル・ラミシーが「タングステンの選択
的減圧ＣＶＤ法」　（ジャーナル・オブ・エレクトロケ
ミカル・ソサイエティ、固体状態の科学と技術、１９８
４年６月。

１４２７〜１４３３頁）にタングステンの選択成長法に
ついて報告している。この報告によると、六フッ化タン
グステンの水素またはシリコンによる還元反応に基づ＜
　ＣＶＤによると、夕、ングステンは単結晶または多結
晶シリコン上に選択的に成長し、Ｓｉｎｇ、　ＳｉＪ、
等の絶縁物上には成長しない。

反応条件としては低温（２５０〜５００℃）、低圧（０
，１〜５トル）が適当であるとされ、ソースガスとして
は六フッ化タングステンと共に水素またはアルゴンが用
いられる。また、富士通（株）の特願昭６０−２３４８
０号にはチタンシリサイドの選択成長方法が開示されて
いる。この特許明細書によると、四塩化チタンと四塩化
シランと水素をソースガスとして用いることによって選
択性の優れたチタンシリサイドをシリコン上に選択成長
することができ、ＳｉＯ□、５ｉＪａ　、　ＰＳＧ、Ｂ
ＰＳＧ等の上には成長しない。好ましい反応条件は６０
０〜９００℃の温度と１００トル以下の圧力である。

なお、以上の例では、選択成長の基体として単結晶およ
び多結晶シリコンが用いられているが、一般的に、成長
する金属または金属シリサイドと同一材質上にも成長す
る。

従って、基体は半導体のみならず金属または金属シリサ
イドであることも可能である。例えば、基体が金属また
は金属シリサイドからなり下層配線または引出電極であ
る場合に、本発明により金属または金属シリサイドを選
択酸して上層配線あるいは本来の配線を形成することが
可能である。

〔実施例〕

第２図を参照して本発明の方法でベース引出電極を形成
する例を説明する。

第２図Ａを参照すると、主面２２を有する単結晶シリコ
ン半導体基体２１、ｎ゛形埋込層２３、ｎ−形エピタキ
シャル成長単結晶シリコン層２４、分離用選択酸化膜２
５、ｎゝ形コレクタコンタクト領域１６を慣用のバイポ
ーラトランジスタの製法により作成する。更に、２１，
２３．２４および２６を含むシリコン半導体本体の選択
酸化膜２５で覆われていない表面にも厚さ０．１μｍ程
度の酸化膜２７を形成する。この酸化膜２７はシリコン
基体表面を酸化するかＣＶＤ法で作成すればよい。

酸化膜２５．２７上にＣＶＤ法で厚す０．１〜０．３μ
ｍの多結晶シリコン層２８、さらにその上に厚さ０．３
〜０．５μｍ程度の窒化シリコン層２９を堆積した後、
窒化シリコン層２９をパターニングして、エミッタ形成
部（第２図Ｆの３０）を残し、それを包囲するベース引
出電極の形成部（第２図Ｆの２１）を除去する。ベース
引出電極形成部３１の周囲の窒化シリコン層（第２図Ｆ
の３２）は残す。エミッタ形成部３０の寸法は例えば１
．０μｍ角である。

、次に、窒化シリコン層２９と多結晶シリコン層２８の
上全面にプラズマＣＶＤあるいは減圧ＣＶＤ等により例
えばＰＳＧ層３３を厚さ０．３〜０．５μｍ程度堆積す
ると、下地パターンのステップ部ではカバレージが悪い
ので、窒化シリコン層２９のパターンの端縁に沿って層
３３に凹部あるいはくびれ３４ができる。

第２図Ｂを参照すると、ここで例えばバッファーフッ酸
を用いて層３３を徐々にウェットエツチングすると、層
３３の表面からエツチングが進み、層３３の厚みが徐々
に減少するとき、上記凹部３４、すなわち、エミッタ形
成部３０の外縁部とベース引出電極形成部３１の外縁部
では、エツチングが他の部分３３′より一層深くまで進
行してそこだけ窒化シリコン層２９および多結晶シリコ
ン層２８の表面が露出するようになる。すなわち、開口
部３４ができる。この開口部３４の開口幅は窒化シリコ
ンＮ２９の厚み、層３３の形成条件、層３３のエツチン
グ条件、層３３のエツチング厚さ等によって定まるが、
最終的には層３３のエツチングを停止する時期を適当に
選択することによって一定の範囲内で所望の開口幅の開
口部３４を形成することができる。例えば、この例では
０．２〜０．３μｍの開口幅である。

第２図Ｃを参照すると、残った層３３をマスクとして多
結晶シリコン層２８をエツチングすると、開口部３４下
の部分３５だけが選択的にエツチングされる。次いで層
３３′を除去するが、このとき、結果的に、前の多結晶
シリコン層２８のエツチングで露出した酸化膜２５．２
７の部分もエツチングされる。Ｎ３３′はｐｓｃ、酸化
膜２５゜２７はＳｉｎｇだからである。それから、ホウ
素イオン（Ｂ゛）を全面に打込むと、ｎ−形エピタキシ
ャル層２４中に窒化シリコン層２９と多結晶シリコンＪ
！２８がマスクとして働いてエミッタ形成部３０の外縁
に沿う前記開口部３５下のベースコンタクト領域３６だ
けにホウ素イオンが選択的に打込まれるが、このとき同
時に、多結晶シリコン層２４には窒化シリコン層２９が
マスクとして働いてベース引出電極形成部３１にホウ素
イオンが選択的に打込まれる。打込み条件は、例えば、
３０〜４０Ｋ””　　Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−”である
。

第２図りを参照すると、窒化シリコン層２９をエツチン
グ除去した後、水酸化カリウムを用いて多結晶シリコン
層２８をエツチングすると、上記工程でホウ素イオンが
選択的に打込まれた部分はエツチング速度が低下してい
るために、多結晶シリコン層２８はベース引出電極形成
部３１だけ選択的に残る。

第２図Ｅを参照すると、例えばタングステンを開口部３
５下に露出したエピタキシャル成長単結晶シリコン３６
（２４）上と多結晶シリコン層２８上に選択的に成長さ
せる。例えば、２５０〜５００℃の低温および０．１〜
５トルの低圧におけるＣＶＤでフッ化タングステン（Ｗ
Ｆ６）をアルゴンまたは水素の混合ガスからタングステ
ンを選択的に成長することができる（　（Ｊ、Ｅｃｓ　
１９８４年６月１４２７〜１４３３頁参照）前出のイー
・ケー・ブロードベント等による「タングステンの選択
的減圧ＣＶＤ法」等参照〕。

こうして、タングステンをベースコンタクト領域３６上
と多結晶シリコン層２８上に選択成長すると、これら２
つの領域上に成長するタングステンは最終的に一体にな
りベース引出電極３７を成す。このときタングステン層
すなわちベース引出電極３７の厚みは例えば０．３〜０
．５μｍ程度である。

第２図Ｆは第２図Ｅの平面図である。同図中、斜線部３
７がベース引出電極、破線３８はベースコンタク）　Ｓ
Ｍ域３６の外縁、破線３９はｎ−形エピタキシャル層３
４の外縁、破線４０はｎ＋形コレクタコンタクト領域３
６の外縁、鎖線４１はｎ゛形埋込層２３の外縁である。

第２図Ｇを参照すると、金属または金属シリサイドから
なるベース引出電極３７の表面４２を陽極酸化して絶縁
化する。次いで、ベース引出電極３７をマスクとしてホ
ウ素イオン（Ｂ゛）を３０〜４０ＫｅＶ、　　５　Ｘ　
１０１３ｃｍ−”程度の条件で活性ベース領域４３に選
択的に打込む。このとき、図示されていないが、コレク
タコンタクト領域にイオンが打込まれるのを避けるため
にレジストでマスクする。

第２図Ｈを参照すると、直ちにエミッタ拡散を行なって
もよいが、エミッタ領域の外縁が高濃度のベースコンタ
クト領域中に入り込むのを避けるために、絶縁層４２の
内縁の内側に所望幅の絶縁膜４４を設ける。この絶縁膜
４４は、例えば、ＣＶＤでＳｉＯ□を全面に堆積した後
、例えばイオンミリングで主面２２に対して垂直な方向
に異方的にエツチングを行なうことによって形成するこ
とができる。平坦な絶縁層４２の上および活性ベース領
域４３の上に比べてステップの垂直な壁に付着した部分
はミリング方向（主面２２に垂直な方向）に関してより
大きい厚さを有しているので、前者の部分がエツチング
除去されても後者の部分ではＳｉＯ□が残る。このとき
、ミリングの量をコントロールすれば、絶縁膜４４の横
方向の厚さを調整できる。また、同様の操作を繰り返す
こともできる。その後、例えばＩＱ”ｃｍ−’程度にヒ
素をドープした多結晶シリコン層４５をエピタキシャル
シリコン層２４上の絶縁膜４４の内側に形成し、例えば
、９５０〜１０００℃、３０分程度の熱処理を行なうこ
とによって、ドープ多結晶シリコン層４５からヒ素が主
面２２を介して拡散して深さ０．１５μｍ程度のエミッ
タ領域４６が形成される。

この熱処理の際、先にベース領域３６．４３に打込まれ
ていたホウ素イオンも同時に活性化される。

ベースコンタクト領域３６および活性ベース領域４３は
一体化し、活性ベース領域４３は０．３μｍ程度の深さ
になる。（なお、ここでエミッタ領域４６をイオン打込
みで形成し、主面２２上にエミッタ電極をアルミニウム
等で形成してもよいことは明らかである）。

第２図Ｉを参照すると、あとは、慣用的な手法で絶縁膜
４７、エミッタ電極４８、ベース電極４９、コレクタ電
極５０を形成する。同図に見られるように、ベース電極
４９はベース引出電極３７に接続される。

以上の工程では、第２図Ａにおける窒化シリコン層２９
のパターンだけに基づいて順次、開口部３５、ベースコ
ンタクト領域３６　（最終的にはベース領域３６＋４３
）、ベース引出電極３７、エミッタ領域４６、そしてエ
ミッタ電極４５の窓がそれぞれ自己整合的に形成される
。しかも、開口部３５はサブミクロンオーダーで高精度
に形成可能である。その結果、このプロセスでは、ベー
スコンタクト領域を必要最小限の面積とし、かつベース
引出電極とエミッタ電極間の分離絶縁に関しても必要最
小限の絶縁膜で済み、かつベース引出電極は金属または
金属シリサイドという良導電体で構成することが可能に
なり、バイポーラトランジスタの高周波特性の向上を図
ることができる。

このような優れた成果を有するプロセスが提供されるの
は、本発明により金属または金属シリサイドの選択成長
による電極形成が可能になったからである。

ただし、本発明の方法は上記のバイポーラトランジスタ
のプロセスの場合に限らず多くのプロセスに応用できる
ものであることは明らかである。

例えば、第３図はＭＯＳトランジスタの例であり、同図
中、５３はｐ形シリコン基板、５４は素子分離酸化膜、
５５は５ｉＯｚ膜、５６は多結晶シリコン層（金属また
は金属シリサイド成長の種となる層）５７はソース電極
、５８はドレイン電極、５９はＮ９形ソース領域、６０
はｎ０形ドレイン領域、６１は絶縁膜、６２はゲート酸
化膜、６３はゲート電極である。この図を第２図■と比
較すれば、このＭＯＳ）ランジスタが第２図を参照して
説明したプロセスと類似のプロセスで容易に作製し得る
ことは明らかであろう。但し、この例では、第２図の例
におけるベース引出電極の代りにソース電極とドレイン
電極を別のパターンとして形成する。しかし、これは第
２図の例の窒化シリコン膜のパターンを変えるだけで達
成される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、金属または金属シリサイドを用いた電
極または配線の新しい形成方法が提供される。特に、加
工性に優れた多結晶シリコン等をバターニングし、その
パターンに基づいて金属または金属シリサイドのパター
ンを金属または金属シリサイドのエツチングなしで形成
し得るので、多結晶シリコン等の加工性の良さをそのま
ま生かして、多結晶シリコン等より導電率の高い金属ま
たは金属シリサイドの電極または配線を形成することが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｃは本発明の基本的な方法を説明する工程要
部の断面図、第２図Ａ−ｒは本発明の詳細な説明する工
程要部におけるバイポーラトランジスタの要部断面図、
第３図は別の実施例のＭＯＳｔ−ランジスタの要部断面
図、第４図は従来例のバイポーラトランジスタの要部断
面図である。工１・・・基体、１２・・・絶縁膜、１３・・・開口部
、１４・・・成長の種層、１５・・・金属または金属シ
リサイド層、２４・・・ｎ−形エピタキシャルシリコン
層、２８・・・多結晶シリコン層、２９・・・窒化シリ
コン層、３４．３５・・・開口部、３６・・・Ｐ０形ベ
ースコンタクト領域、３７・・・ベース引出電極、４３
・・・Ｐ゛形活性ベース領域、４５・・・多結晶シリコ
ン、４６・・・ｎ゛形エミッタ領域、４８，４９．５０
・・・電極、５３・・・ｐ形シリコン基板、５６・・・
多結晶シリコン層、５７・・・ソース電極、５８・・・
ドレイン電極、５９・・・ｎ０形ソース領域、６０・・
・ｎ゛形トドレイン電極６２・・・ゲート酸化膜、６３
・・・ゲート電極。本発明の説明ｓ　１　図　　　１１１．基体１２・・絶縁膜１３・・・開口部実施例の工程要部も２図（３７ンる２面１１２囚嶋３囚填４国

Claims

【特許請求の範囲】１、基体上に開口部を有する絶縁層と、該絶縁層上に所
定のパターンを有しかつ該パターンが該絶縁層の該開口
部の端縁の少なくとも一部に沿う端縁を有する後記の金
属または金属シリサイドの成長の種となる層（以下、「
種層」と称する。）とを形成する工程と、上記絶縁層の上記開口部下の上記基体上ならびに上記種
層上に、金属または金属シリサイドを選択的に成長する
ことにより、上記絶縁層上に所定のパターンを有しかつ
上記基体とコンタクトした金属または金属シリサイド層
を形成する工程、を含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。