JPS61269308A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS61269308A
JPS61269308A JP11144185A JP11144185A JPS61269308A JP S61269308 A JPS61269308 A JP S61269308A JP 11144185 A JP11144185 A JP 11144185A JP 11144185 A JP11144185 A JP 11144185A JP S61269308 A JPS61269308 A JP S61269308A
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JP
Japan
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insulating film
epitaxial growth
type
substrate
region
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JP11144185A
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English (en)
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Fumitake Mieno
文健 三重野
Yuji Furumura
雄二 古村
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532Silicon, silicon germanium, germanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/042Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks

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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〕 半導体基体の表出面と、該半導体基体上の絶縁膜の上面
との段差部を有する被処理基板上に、減圧エピタキシャ
ル成長方法若しくは減圧エピタキシャル成長方法を含む
エピタキシャル成長技術によって半導体層を形成するこ
とにより、前記段差を吸収し、且つ表面荒れのない平坦
な半導体層を形成し、該半導体層上に配設される配線の
品質低下を防止する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ベースの能動領域の側面が絶縁膜で画定され
、ベースのコンタクト領域が上記絶縁膜内に導出される
構造を有し、5ICO3(S工dewall   ba
se   Contact   5utructure
)と呼ばれる縦型のバイポーラ型半導体装置の製造方法
に係り、特に半導体基体面を表出する開孔を存する絶縁
膜が配設された半導体基体上に、上記バイポーラ型半導
体装置を形成するための、段差及び荒れのない平坦な半
導体層を形成する方法に関する。
第3図は従来の縦型(SICO3型)バイポーラ・トラ
ンジスタの要部を模式的に示す側断面模式図である。
同図中、1はp型シリコン基板、2はn゛型埋没拡散領
域、3は第1の絶縁膜、4は第2の絶縁膜、5は第3の
絶縁膜、6aはn型コレクタ領域、6bはn型コレクタ
・コンタクト領域、7はp型ベース領域、8はp型ベー
ス・コンタクト領域、9aはベース・コンタクト窓、9
bはエミッタ・コンタクト窓、9cはコレクタ・コンタ
クト窓、10はn゛型エミッタ領域、11はn゛型コレ
クタ・コンタクト領域、Bはベース電極、Eはエミッタ
電極、Cはコレクタ電極、PSは多結晶シリコンを示し
ている。
この構造は、ベース−コレクタ間の接合が能動ベース領
域7の下部のみでベース・コンタクト領域8の下部には
存在しない(n”型埋没拡散領域2との間に第1の絶縁
膜3が介在する)ためにベースの接合容量即ち寄生容量
を大幅に減少でき、これによって該トランジスタの高速
化が図れること、及びコレクタ領域とベース領域がセル
ファラインされるので素子の微細化が図れることから、
近時、大規模集積回路(LSI)を形成する際に注目さ
れている。
然しこの構造においては素子上面の凹凸段差が激しくな
り、矢視DEFの場所で配線や表面保護絶縁膜の品質低
下を招くという問題があり、素子の信頼度確保の面から
上面が平坦化された構造が要望されている。
〔従来の技術〕
従来、上記縦型バイポーラ・トランジスタは、第4図(
a)乃至(e)に示す工程断面図を参照して以下に説明
する方法で形成されていた。
第4図(a)参照 即ち先ず、p型シリコン基板1の表面にn゛型埋没拡散
領域2を形成し、該基板上に二酸化シリコン(Sing
)等よりなる第1の絶縁膜3を形成し、該第1の絶縁膜
3にトランジスタが載設される領域を表出する第1の開
孔12とコレクタ・コンタクト部が載設される第2の開
孔13を形成する。
第4図(bl参照 次いで、常圧において行われる通常のエピタキシャル成
長法により、上記基板上にn型シリコ7層14を形成す
る。この際表出する半導体基板上即ち埋没拡散領域2上
にはn型車結晶シリコンSSが、絶縁膜3上には多結晶
シリコンpsが同時に成長する。この成長技術をエピタ
キシャル−ポリシリコン同時成長技術と称する。   
 ゛ 上記常圧のエピタキシャル−ポリシリコン同時成長は、
一般に760Torrのモノシラン(SiH*)中で、
1000℃程度の温度で行われる。なおn型ドーパント
として所定割合のフォスフイン(PH3)が混入される
第4図(C)参照 次いで、上記シリコン層14上に、ベース・コンタクト
形成領域Abcを含むトランジスタ形成領域Atrとコ
レクタ・コンタクト形成領域Aceとを個々に覆う耐酸
化膜15a及び15bを形成し、選択酸化を行って、5
i02よりなる第2の絶縁膜4を形成する。
第4図((fl参照 次いで上記耐酸化膜15a及び15bを除去した後、コ
レクタ・コンタクト形成領域Acc上をレジスト膜Rで
覆って硼素(B9)のイオン注入を行い、上記レジスト
膜Rを除去し、所定の熱処理を施してp型ベース領域7
及びp型ベース・コンタクト領域8を形成する。
なお、6aはn型コレクタ領域に、6bはn型コレクタ
・コンタクト領域になる。
第4図(e)参照 次いで、該基板上に通常の化学気相成長(CVD)法に
よりSing等よりなる第3の絶縁膜5を形成し、次い
で通常の方法により第3の絶縁膜5にベース・コンタク
ト窓9a、エミッタ・コンタクト窓9b及びコレクタ・
コンタクト窓9Cを形成し、次いで図示しないレジスト
膜でベース・コンタクト窓9a上を覆ってn型不純物を
イオン注入し、所定の熱処理を行ってn゛型エミッタ領
域10及びn゛型コレクタ・コンタクト領域11を形成
した後、通常の方法により上記第3の絶縁膜5上に各コ
ンタクト窓部においてそれぞれの領域に接続するベース
配kl、エミッタ配線E及びコレクタ配線Cを形成する
〔発明が解決しようとする問題点〕
弔 然し上記従来方法においては、第1図(blに示すシリ
コン層14の成長が、前述のように常圧のエピタキシャ
ル−ポリシリコン同時成長技術で行われたため、図示の
ようにシリコンi14の上面に第1の絶縁膜3の段差に
相当する例えば5000人程度0高い段差りが形成され
、上記シリコン層14上に形成される第3の絶縁膜5上
にも同様な段差部が形成されるために、該絶縁膜5上に
形成される配線斗 が、第1図(el中に矢視DEFで示すように上記段差
部上で#fA#aに薄くなり、発熱1gi食、マイグレ
ーシッン等による断線を生ずる。
また図示されないが、常圧のエピタキシャル−ポリシリ
コン同時成長においては、多結晶シリコンPSの領域の
上面が0.1μm程度の高い凹凸を有する粗面になるた
め、ベース・コンタクト領域8とベース配線Bとの接触
が悪くなり、更には多結晶シリコンPS領域の上部に形
成される絶縁膜上にも上記段差が生じて、その上に形成
される配線の品質を低下させる。
これらの点から従来は、上記縦型バイポーラ・トランジ
スタを具備するLSIの信頼度が低下するという問題が
あった。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図及び第2図は本発明の実施例の工程断面図である
上記問題点は同図に示すように、半導体基板l上に絶縁
膜3を形成し、該絶縁膜3に該半導体基板1面を表出す
る開孔12を形成し、減圧エピタキシャル成長方法若し
くは減圧エピタキシャル成長方法を含むエピタキシャル
成長方法により、該半導体基板1の表出面及び絶縁膜3
上に、半導体層14を同時成長させる工程を含む本発明
による半導体装置の製造方法、若しくは、半導体基板l
上に絶縁膜3を形成し、該絶縁膜3上に減圧エピタキシ
ャル成長方法により多結晶半導体層16を形成し、該多
結晶半導体層16及び絶縁膜3を貫通し半導体基板1面
を表出する開孔12を形成し、減圧エピタキシャル成長
方法若しくは減圧エピタキシャル成長方法を含むエピタ
キシャル成長方法により、該半導体基板1の表出面及び
該多結晶半導体7116上に、半導体層14を同時成長
させる工程を含む本発明による半導体装置の製造方法に
よって解決される。
〔作用〕
即ち本発明の方法は、半導体基板と、該半導体基板上に
配設された該半導体基板面を表出する開孔を有する絶縁
膜とを備えてなる被処理基板上に、減圧下で半導体層を
エピタキシャル成長させることによって、反応ガス分子
の平均自由行程を長くして開孔底面の隅の部分にも良く
ガス分子を到達せしめ、且つ単結晶半導体層の成長速度
を多結晶半導体層より速めることによって絶縁膜開孔部
の段差を吸収し、且つ表面荒れのない平坦な半導体層を
形成し、該半導体層上に配設される配線の品質低下を防
止するものである。
〔実施例〕
以下本発明を、図を参照し、実施例により具体的に説明
する。
第1図(a)〜(d)は本発明の方法の第1の実施例の
工程断面図で、第2図(al〜(C1は第2.第3の実
施例の工程断面図である。
企図を通じ同一対象物は同一符号で示す。
第1図(a)参照 本発明に係わる第1の方法を用いて前記縦型バイポーラ
・トランジスタを形成するに際しては、例えばp型シリ
コン基板1面に、通常の方法でn゛型埋没拡散領域2を
形成し、このシリコン基板1上に熱酸化法等により厚さ
例えば5000人程度0第1のSiO□絶縁膜3を形成
する。
第1図(bl参照 次いで通常のフォトリソグラフィ技術により、上記第1
のSin、絶縁膜3に、トランジスタ形成領域^trを
表出する第1の開孔12及びコレクタ・コンタクト形成
領域Aceを表出する第2の開孔13を形成する。(以
上は従来と同じ工程である)第1図(C1参照 次いで本発明の一方法においては、上記基板の表出シリ
コン基板1面及び第1のSiO□絶縁膜3上に、減圧エ
ピタキシャル成長方法により、開孔12及び13内を十
分に埋める例えば7000人程度0厚さのn型2937
層14を成長させる。この減圧エピタキシャル成長は、
0.5〜1OTorr望ましくはIT。
rrに減圧した、モノシラン(StH4)中にn型ドー
パントとして所定割合のフォスフイン(PH:+)を混
入してなる成長ガス中において、約900℃で行われる
この成長で通常通りシリコン基板1の表出面上にはn型
の単結晶シリコンSSが、第1の絶縁膜3上にはn型の
多結晶シリコンPSが成長するが、上記条件で第1のS
iO□絶縁膜3の開孔部に形成されていた5000人程
度0第差は、反応ガス分子の平均自由行程の増大及び基
板上即ち単結晶シリコンと絶縁膜上即ち多結晶シリコン
との成長速度の違いによってシリコンJif14に完全
に吸収され、且つ多結晶993723層上にも突起は形
成されず、上面が平坦なシリコン層14が形成される。
第1図16)参照 以後前記従来方法と同様に、選択酸化により第2のSi
0g絶縁膜4を形成し、選択的にp型不純物を導入して
p型ベース領域7及びp型ベース・コンタクト領域8を
形成し、第3のSiO□絶縁膜5を形成し、第3の絶縁
膜5にベース・コンタクト窓9asエミツタ・コンタク
ト窓gb、コレクタ・コンタクト窓9Cを形成し、エミ
ッタ・コンタクト窓9b及びコレクタ・コンタクト窓9
Cから選択的にn型不純物を導入してn゛型エミッタ領
域10及びn゛型コレクタ・コンタクト領域11を形成
し、前記コンタクト窓上に例えば下層に多結晶シリコン
層を有するアルミニウム層等よりなるベース電極B、エ
ミッタ電極E及びコレクタ電極Cをそれぞれ形成する。
なお図中、6aはn型コレクタ領域、6bはn型コレク
タ・コンタクト領域を示す。
第2図(a)参照 本発明に係わる第2の方法においては、例えばp型シリ
コン基板1面に、通常の方法でn゛型埋没拡散領域2を
形成し、このシリコン基板1上に熱酸化法等により厚さ
例えば5000人程度0第1のSiO□絶縁膜3を形成
し、この絶縁膜3上に前記SiH,ガスを用いる減圧成
長により厚さ1000人程度0補助多結晶シリコン層1
6を形成する。
第2図(bl参照 次いで通常のフォトリソグラフィ技術により、上記補助
多結晶シリコン層16及び第1の5iOz絶縁膜3を貫
き、トランジスタ形成領域Atrを表出する第1の開孔
12及びコレクタ・コンタクト形成領域Accを表出す
る第2の開孔13を形成する。
第2図(C1参゛照 次いで、S i Ha中にn型ドーパントとして所定割
合のPH,を混入してなる常圧の成長ガス中で、100
0℃程度の温度で、厚さ6000〜7000人程度のn
型2937層14を上記基板上に形成する。
この成長においても、シリコン基板1上にはn型単結晶
シリコンSS層が、絶縁膜3の上部にはn型多結晶99
3723層が形成される。
そして前記実施例同様、開孔12及び13の段差はシリ
コン層14に吸収され、且つ多結晶シリコン層PS層上
の凹凸は防止されて、平坦なn型9937層14が形成
される。
以後、前記実施例同様の方法により第1図(d)に示す
ような縦型バイポーラ・トランジスタが形成される。
本発明に係わる第3の方法も、第2図(a)及び(b)
に示す工程に従って行われる。
第2の方法との違いはn型9937層14の成長に、ト
リクロロシラン(SiHCj!+)による減圧エピタキ
シャル成長方法を用いる点である。
この際成長ガスには上記5iHCβ3にn型ドーパント
として所定割合のPH,を混合したガスを用い、0.5
〜10Torr望ましくはI Torr程度のガス圧中
で、900℃程度の温度で6000〜7000人程度の
厚さに成長が行われる。
この方法でも開耳部の段差はn型9937層14に吸収
され、且つ多結晶993728層上の凹凸は防止されて
平坦な上面が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、半導体基板上に形成
された絶縁膜上と、この絶縁膜の開孔内に表出する半導
体基板上に段差のない連続した半導体層を形成すること
が出来る。
従って本発明によれば、バイポーラLSIに適用が要望
されている5ICO3型と称する縦型バイポーラ・トラ
ンジスタの表面が平坦化されて配線品質が向上するので
、上記バイポーラLSIの信頼度の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図(al〜(d+は本発明の方法における第1の実
施例の工程断面図、 第2図(al〜(C)は第2.第3の実施例の工程断面
図、 第3図は従来の縦型バイポーラ・トランジスタの要部を
示す側断面模式図、 第4図(al乃至(elは従来の方法の工程断面図であ
る。 図において、 1はp型シリコン基板、 2はn9型埋没拡散領域、 3.4.5は5iOz陥色縁膜、 6aはn型コレクタ頭域、 6bはn型コレクタ・コンタクト領域、7はp型ベース
領域、 8はベース・コンタクト領域、 9B、9b、9cは’:J7);!’)ト窓、10はn
゛型エミッタ領域、 11はn+型コレクタ・コンタクト領域、12、13は
開孔、 14はn型シリコン層、 15a、15bは耐酸化膜、 16は補助多結晶シリコン層、 Bはベース電極、 Eはエミッタ電極、 Cはコレクタ電極、 psは多結晶シリコン、 SSは単結晶シリコン を示す。 葬 1 区 革 2 Z 罹り βンY甜 墳食客 式  図 $ 3 図 従来の方法の工程折面2 草4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板(1)上に絶縁膜(3)を形成し、該絶
    縁膜(3)に該半導体基板(1)面を表出する開孔(1
    2)を形成し、 減圧エピタキシャル成長方法若しくは減圧エピタキシャ
    ル成長方法を含むエピタキシャル成長方法により、 該半導体基板(1)の表出面及び絶縁膜(3)上に、半
    導体層(14)を同時成長させる工程を含むことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。 2、半導体基板(1)上に絶縁膜(3)を形成し、該絶
    縁膜(3)上に減圧エピタキシャル成長方法により多結
    晶半導体層(16)を形成し、 該多結晶半導体層(16)及び絶縁膜(3)を貫通し半
    導体基板(1)面を表出する開孔(12)を形成し、減
    圧エピタキシャル成長方法若しくは減圧エピタキシャル
    成長方法を含むエピタキシャル成長方法により、 該半導体基板(1)の表出面及び該多結晶半導体層(1
    6)上に、半導体層(14)を同時成長させる工程を含
    むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 3、上記減圧エピタキシャル成長における主たる反応ガ
    スに、モノシラン・ガスを用いることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項及び第2項記載の半導体装置の製造方
    法。 4、上記減圧エピタキシャル成長における主たる反応ガ
    スに、モノシラン・ガスとトリクロロシラン・ガスを用
    いることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導
    体装置の製造方法。
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Cited By (2)

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US5110757A (en) * 1990-12-19 1992-05-05 North American Philips Corp. Formation of composite monosilicon/polysilicon layer using reduced-temperature two-step silicon deposition
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