JPS6189668A - 半導体装置の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、超高速、高集積の半導体装置に一般的に応用
される半導体装置の製造方法に関する。

従来例の構成とその問題点 半導体装置の高速化、高集積化に伴なって、微細加工技
術、自己整合技術が不可決になってきている。さらに、
バイポーラ型では層厚さ方向の薄膜化と制御が重要にな
っている。これらを実現するため種々の構造が提案され
ている。その−例を第１図に挙げる。

同図からも明らかなように自己整合型プロセスにするた
めに複流な多層の薄膜を繰り返し使用している。先ず、
第１図ａのようにＰ型基板１に忙埋込２を行ない、続い
て、Ｎエピ層３，３′を形成する。この時、エピ成長中
にＮ＋埋込２が公知のようにもち上がる。この後薄い酸
化膜４．窒化膜６、ドープ多結晶７リコン６さらに、窒
化膜７゜酸化膜８と５層積み重さね１通常の露光技術に
よりパターン形成を行なう。例えばドライエッチ技術に
よって、上記５層を順次選択的に除去し、最後に、Ｎエ
ピ層３′をエッチし、メサ形状を形成する。

次に、この上に、又、酸化膜、厚い窒化膜の２層をパタ
ーン形成し１選択酸化を行ない、酸化膜９により分離を
行なう。そして、窒化膜、酸化膜を除去する（第１図ｂ
）。さらに、窒化膜７を除去した後、多結晶シリコン膜
１０を形成して熱処理を行うと、ドープ多結晶シリコン
６の不純物が多結晶シリコンに拡散するため、エツチン
グによって１選択的に高濃度部分が除去されＮエピ層３
に接続される多結晶シ１リコン膜１０が残存形成される
。しかし、段差部などはエツチングされ易いために多結
晶シリコン１ｏはＮエピ層３から分離されてしまうこと
が多い。この後酸化処理により多結晶シリコン膜１０を
酸化し、酸化膜１１を形成する。この後、コンタクト窓
を開口後、アルミ配線１２を行い、第１図ｄの最終構造
を得る。

以上のプロセス説明で明らかなように、従来はプロセス
そのものが複雑に多層の薄膜を使用して。

いるため、エツチングにおける選択性や制御性ないしは
薄膜厚さ制御に非常な精度が要求される点、エツチング
による断線や、凹部における汚染の残存し易い事、エツ
チングによる溝深さの制御が高精度に必要な事、さらに
エピ成長において埋込みの持ち上がりのある事やイオン
注入による結晶欠陥の他、急峻な接合を得難い点などの
種々の問題点を有している。

他にも種々の方法が提案されてはいるが、いずれも全く
同様の問題点を抱えており、これらの解決がこれら半導
体装置の実用化において必要な事項となっている。

発明の目的 本発明は、以上のような問題点を解決し、自己整合的に
微細な構造（平面及び深さ方向〕及び同時に急峻な接合
をも実現せしめる新しい半導体装置の製造方法を提供す
る。

発明の構成 本発明は半導体層上に単結晶半導体を自己整合的に形成
し、さらに絶縁層上に形成される多結晶半導体を自己整
合的に所定量エツチングする半導体装置の製造方法であ
って、これにより微細構造の半導体装置を得ることがで
きるものである。

実施例の説明 以下、本発明に係る実施例を図面とともに説明する。

第２図ａに示すように、Ｐ型（１１１）３９ｃｍのＳｌ
　ウエノ・−１１にＮ＋埋込み層１２を形成し。

高圧酸化により、熱酸化膜１３を０．２ｐｍ厚形成し、
同時に巾１．４μｍ長さ１０μｍのエミッタ一部開口１
４を設けた。この工程は従来より使用されている通常の
工程である。

次に本発明の特徴である低温単結晶−非単結晶成長エピ
技術により自己整合的に単結晶１６゜１６．１７を成長
せしめる。尚１６’　、１６’　、１７’は熱酸化膜１
３上に成長した多結晶層である。

（第２図ｂ）　先ず、試料をいわゆる分子線エピ装置内
に装填し、　１０−’　ｔｏｒｒの真空中９００℃１分
の清浄化を行った後、温度を６６０℃に下げ、電子銃で
加熱、蒸発した＄１ビームを約６人／Ｓで試料上に照射
する。Ｎドープに対しては、ｓｂをイオン化セルから照
射し、Ｐドープに対してはＧａを別のイオン化セルから
照射した。最初のＮ層１５　、１５’は厚さ０．３ｐｍ
、７９度１０　”　７／　ｃＡ、次（７）Ｐ層１６　、
１８’は、厚さ０．２μｍ、濃度２Ｘ１０１８／　ｃＡ
　、最後のＮ”ｌｉ’ｊ　１７　、．１７’は、厚さ０
．３１１ｍ　　。

濃度ｌＸ１０”／ｄ　　である。

この後、さらにイオン注入によりＡｓイオンを３０ＫＶ
　、１０”　’　／　ｃＡを表面層に注入した。

なお、最後のＮ＋層１７　、１７’のかわりにｐ−７脅
。

ｉ層Ｎ一層を形成しておき、高濃度のイオン注入を行っ
てもよいことも確認された。この時、注入イオンの熱処
理後の不純物分布のすその部分が２層１６にかかる。こ
の濃度がＰ層の濃度２×１０１８に対して、低い４×１
０１７　に調整した。このため、イオン注入熱処理とい
った拡散による不安定要素が入っても、ＰＩＪ１６の厚
み制御に対して。

何らの悪影響のないことが実証された。

以上のエピ成長で柱状単結晶部１５，１６．１７が自己
整合的に単結晶開口部４上に成長する。走査電子顕微鏡
で、その断面を観察した所、開口１．４μｍ巾に対し、
先端層１７では、１．５５μｍとわずかに広がっていた
が、自己整合的に開口部上に直角に形成され、通常のエ
ピ成長時のパターン流れのように斜めに幀いているのは
全く認められなかった。この成長時、絶縁膜上に多結晶
層１５’　、　１６’　、　１７’が同じ厚さで形成さ
れる。この理由は、シリコンの６００〜７００℃での絶
縁膜上への耐着Ｖ？！、数はほぼ１に近く、蒸着速度が
早いため、再離脱しないためである。又、絶縁膜には、
単結晶のような整った結晶核（面）がないため、無秩序
な核形成が生じ、それが柱状に成長してゆく。以上の例
では、粒径約５０Ａの柱状結晶が認められた。なお基板
温度を下げても、開口部４上には単結晶が成長するが、
絶縁膜上には６ｏｏｔ：以下程度で非晶質化し始める。

しかし、この状態においても、何ら本発明の趣旨に反し
ない。

次に弗硝酸酢酸（弗酸１．硝酸５０．酢酸ＳＯ）で多結
晶層１７′をほぼ選択エッチしてしまう。これは上記エ
ツチング液の単結晶に対する選択比が約３５と非常に高
いためである。そして第２図Ｃのようにベース領域を残
す。

次に、ベース領域１８の濃度を上げるためにボロンカラ
スを薄く、０．３μｍ相当スピン塗布を行った。この時
、ガラス２１は第３図に示すように主に凹みに耐着し、
９００℃１０分の熱処理後、ガラスを除去し、８７５℃
１５分の追加熱処理で、はぼ多結晶層１８全体に拡散し
、単結晶層Ｎ＋層の周辺部に極くわずか拡散する。しか
し、Ｎ＋層１７の表面にはＡｓが高濃度にイオン注入さ
れているために問題はない。次に高圧酸化により、８５
゜℃で０・１μｍの酸化膜１９を形成した後、Ｌ　Ｐ　
ＣＶ　Ｄ法により酸化膜９を０．３μｍ追加形成した。

次にベース、エミッター、コレクター開口を行ない、そ
れぞれＡＪの電極配線２ｏを行った（第２図ｄ）。

得られたＳｌ　ウェハー１１のモニタ一部分を利用して
Ｎ＋ＰＮＮ”Ｐ１％’ｙ）の不純物濃度分布を、ＳＩＭ
Ｓ法てよって解析した。ＳＩＭＳにおける分解能では判
別できない位の相互拡散しか観察されず、はぼ実験条件
通りの厚さの層が確認された。さらに、得られたトラン
ジスターのしゃ断時性は約１０ＧＨｚ　と高く、従来の
６〜６　Ｇ　Ｈｚに対して高速化が達成された。今後、
不純物濃度１．￥１厚さなどを最適化することで、ｉら
に高速化が達成されるであろう。

発明の効果 以上の説明から明らかなように５本発明により自己整合
的に微細加工が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ　−ｄは従来の製造工程断面図、第２図ａ　−
ｄは本発明の製造工程断面図、第３図は本実施例に係る
一工程を示す断面図である。 １３・・・・・・熱酸化膜、１５，１６．１７・・・・
・・単結晶層、１６’　、１６’　、１７’・・・・・
・多、結晶層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　第１の導電体基板域が絶縁層間に少なくとも開口部に
   て露出され、その開口部に、低温単結晶−非単結晶エピ
   成長技術により、同種及び異種の導電体を含む単結晶領
   域を自己整合的に形成し、さらに選択的エッチングによ
   って前記絶縁層上の多結晶層を自己整合的に所定量除去
   する工程を含むことを特徴とした半導体装置の製造方法
   。