JPS62139357A - 高周波トランジスタ及びその製造方法 - 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】 本発明は第１導電形の高ドープ基板と、該基板上に設け
られる第１導電形の多少弱目にドープしたエピタキシャ
ル層と、該エピタキシャル層内に形成される第２の反対
導電形の層状ベース領域と、前記エピタキシャル層内に
少なくとも部分的に埋設され、かつ前記ベース領域を多
数の相互分離されたベース領域に細分割するシリコン酸
化物の絶縁パターンとを有しているシリコン半導体本体
を具え、前記相互分離ベース領域を前記絶縁パターン上
に設ける導電層によってｔ目互接続し、第１導電形の少
なくとも１個のエミッタ領域を各ベース領域に形成した
高周波トランジスタに関するものである。

本発明は斯種の高周波トランジスタを製造する方法にも
関するものである。

上述した種類の高周波トランジスタは特開昭５６−９４
７７０号公報から既知である。

高周波トランジスタは、特に広帯域アンテナ増幅器用の
トランジスタとして、また送信機用のトランジスタとし
て種々の目的に用いられる。これらの高周波トランジス
タは多数の必要条件を満足する必要があり、その内でも
最も重要な条件は、広周波範囲内で高い増幅率が得られ
、しかも（一般に低い熱抵抗に関連して）寿命が長くな
るようにすることである。

上述したような必要条件は、エミッタ領域を幅狭のスト
リップ形状とする以外に、エミッターベース及びベース
−コレクタ容量が低く、しかも熱抵抗が低くなるように
トランジスタを構成することによって満足させることが
できる。なお、「熱抵抗」とはベース−コレクタ接合と
ヒートシンクとの間の最大温度差を消費電力で除したも
のを意味するものとする。

しかし、これら３つの必要条件は成る程度矛盾している
。共通ベース領域内に多数のエミッタ領域又はエミッタ
“フィンガー”を具え、これらのエミッタ領域間の距離
を不変とし、またエミッタ表面積も不変とする構成のト
ランジスタの場合、複数のエミッタ領域の幅を狭くする
（従って、エミッタ領域の個数を増やす）と、ベース表
面積が大きくなり、これにより一方では熱抵抗が低くな
るが、他方ではベース−コレクタ容量が高くなり、この
場合にエミッタ領域間の距離を狭くすることによってベ
ース表面積、従ってベースーコレクク容量を低減させる
努力を払うことができるも、このようにすると熱抵抗が
再び増大してしまう。熱抵抗を低減させる既知の方法は
、エミッタ領域を互いに離間させた幾つものベース領域
に分配させるようにしたものである。しかし、このよう
にするとベース−コレクタ容量が再び増大してしまう。

前述した特開昭５６−９４７７０号によるトランジスタ
の構成では、層状のベース領域を埋設酸化物パターンに
よって相互分離されるベース領域に細分割している。従
って、各ベース領域を任意に大きな距離離間させること
ができ、従ってベース−コレクタ容量を大きくすること
なく低い熱抵抗を得ることができる。

しかし斯かるトランジスタの場合には、プレーナｐ−ｎ
接合形態のエミッターベース接合を高ドープベース接点
領域によって画成するために、エミッターベース容量が
高くなると云う欠点がある。

さらに上記トランジスタの場合には、それを製造するの
に、特にアンダーエッチング工程を含む非常に複雑な技
術を必要とすると云う欠点もある。

斯様なアンダーエッチング工程は再現性が劣ることが屡
々あり、これは高周波トランジスタに用いられる微細構
造にとっては特に不都合なことである。

本発明の目的はベース−コレクタ容量が低く、しかも熱
抵抗も低く、またエミッターベース容量も極めて低く保
たれる高周波トランジスタを提供することにある。

本発明の他の目的は、自己整列の度合が高いことに関連
して再現性を極めて高くし得る斯かるトランジスタの製
造方法を提供することにある。

本発明によれば、冒頭にて述べた種類の高周波トランジ
スタにおいて、前記各導電層を第２導電形のシリコン層
で構成し、該シリコン層の少なくとも縁部を前記ベース
領域内にまで延在する薄い酸化物層によって覆い、かつ
前記エミッタ領域の横方向を前記薄い酸化物層によって
画成せしめるようにしたことを特徴とする　　。

上記本発明によるトランジスタではエミッターベース接
合が前記薄い酸化物層に隣接するため、このエミッター
ベース接合の容量が著しく低減され、また本発明の好適
例によりエミッタ領域以外に高ドープベース接点領域を
設けて、これらの接点領域を前記薄い酸化物によってエ
ミッタ領域から分離させてもエミッターベース接合は著
しく低減する。

ベース領域間の結線としてシリコン層を用いれば、補助
シリンコン層の縁部に正確に制御し得る熱酸化処理を利
用することによって前記薄い酸化物層の位置及び厚さを
再現性をもって決定することができる。

本発明の他の好適例によれば、エミッタ領域を第１導電
形のシリコン層で覆い、これらのシリコン層を前記ベー
ス領域を相互接続する第２導電形の層と同じシリコン層
により形成する。

本発明は高周波トランジスタを製造する方法にも関する
ものであり、この本発明の方法は；−第１導電形の高ド
ープシリコン基板上に第１導電形のエピタキシャル層を
堆積する工程と；−ベース領域を規定するために前記エ
ピタキシャル層上に耐酸化マスクを設ける工程と；−前
記エピタキシャル層内に少なくとも部分的に埋設される
酸化物パターンを形成するために前記エピタキシャル層
における前記耐酸化マスクで覆われない露出部分を熱酸
化する工程と；−前記耐酸化マスクを除去した後に、前
記エピタキシャル層及び前記酸化物パターンの上に第１
シリコン層、第１耐酸化層、第２シリコン層及び第２耐
酸化層を順次堆積する工程と；−少なくともエミッタ領
域を形成すべき個所に前記第２耐酸化層が残存するよう
に該第２耐酸化層をエッチングする工程と； 一前記第２シリコン層の露出部分をエッチング除去する
工程と； 一前記第２シリコン層の縁部を酸化するために該第２シ
リコン層を熱酸化する工程と； −前記第１耐酸化層の露出部分をエッチング除去する工
程と； 一前記第１シリコン層の露出している第１部分に第２導
電形のドパントをドーピングする工程と；−露出してい
る酸化物部分をエッチング除去する工程と； 一露出しているシリコン層を熱酸化すると同時に前記シ
リコン層から拡散によりベース接点領域を形成する工程
と； 一前記耐酸化層の露出部分をエッチング除去する工程と
； 一前記シリコン層の露出部分をエッチング除去する工程
とニ 御所くして形成され、かつ前記エピタキシャル層内にま
で延在する第１シリコン層における条溝を熱酸化により
酸化物で充填する工程と；−前記酸化条溝に隣接する第
１導電形のエミッタ領域を形成するために、前記第１シ
リコン層の非酸化第２部分を経て第１導電形のドパント
を注入する工程と； 一前記第１シリコン層の前記第１及び第２部分にベース
及びエミッタ接点を設ける工程；とを含むことを特徴と
する。

以下面につき本発明を説明する。

各図は実寸図示したものでなく、また対応する部分には
同じ部番を付して示してあり、さらに同一導電形の半導
体領域には断面図において同一方向のハツチを付して示
しである。

第１図は本発明による高周波トランジスタの断面図を示
す。このトランジスタは高度にドープした第１導電形の
基板２と、この基板上に設けた多少属目にドープした同
−導電形のエピタキシャル層３とを含むシリコン半導体
本体１を有している。

本例では、基板２及びエピタキシャル層３の双方をｎ導
電形のものとするが、この代りに高度にドープしたｐ形
基板をその上に設けたｐ形エピタキシャル層と共に同じ
ように使用し得ることは明ろかである。

エピタキシャル層３内には第２導電形（本例の場合には
ｐ形）の層状ベース領域（４Ａ、　４Ｂ）を形成する。

トランジスタはシリコン酸化物パターン５も具えており
、この酸化物パターン５は少なくとも部分的にエピタキ
シャル層３内に埋められ、しかもベース領域（４Ａ、　
４Ｂ）を互いに離間した多数のベース領域に細分割する
。これらのベース領域は絶縁パターン５上に設ける導電
層によって相互接続するが、本例ではこれらの導電層を
強度にドープしたｐ形の導電層７で構成する。各ベース
領域には第１導電形（本例の場合にはｎ導電形）のエミ
ッタ領域８を形成する。

本発明によれば、各導電層７を第２導電形（本例の場合
にはｐ形）のシリコン層で構成し、このシリコン層の少
なくとも縁部をベース領域（４Ａ。

４Ｂ）内にまで延在する薄い酸化物層９で覆うと共に、
エミッタ領域８の横方向をこれらの薄い酸化物層９によ
って画成せしめる。

本例では、埋設酸化物パターン５によって画成されると
共に、薄い酸化物層９によって高ドープｎ形エミッタ領
域から分離される高ドープベース接点領域４Ｂをベース
領域に設ける。この結果、本発明によるトランジスタは
ベース−コレクタ容量が比較的低くなり、しかも熱抵抗
が比較的低くなる以外に、エミッターベース容量が低く
なり、このことはトランジスタの高周波特性に好都合な
影響を及ぼす。

しかし、本発明による高周波トランジスタには上述した
ような電気的利点以外に、゛辛少数のマスキング及び整
列工程で斯かるトランジスタを再現性をもって、しかも
比較的簡単な方法で製造し得ると云う大きな利点もある
。

つぎに第１図に示す本発明高周波トランジスタの製造方
法を第２〜８図につき説明する。なお、第２〜８図では
順次の製造段におけるトランジスタを第１図と同じ横断
面における断面図をもって示しである。

出発材料（第２図参照）は高度にドープしたｎ形のシリ
コン基板２と、その上に成長させた厚さが例えば２μｍ
で、固有抵抗が約１ΩＣｍのｎ導電形のエピタキシャル
層３とする。ベース領域を規定するためにエピタキシャ
ル層３の上に耐酸化マスク１０を設ける。このマスク１
０は例えばシリコン窒化物層で構成することができ、こ
の窒化物層はたいてい極めて薄い酸化物層（ここでは図
示せず）の上に形成される。シリコン酸化物に対して選
択的にエッチングし得るものであれば、所要に応じ他の
耐酸化物層を同様に用いることができる。

マスク１０をホトラッカーマスクによって通常の方法で
エッチングする。ホトラッカーマスクは、エピタキシャ
ル層３内に完全に埋設される酸化物パターンを得るため
にマスク１０によって覆われない部分のシリコンを所定
の深さにまでエッチングするのに用いることができる。

しかし、酸化物パターンは必ずしもエピタキシャル層内
に完全に埋設する必要はない。さらに、酸化物パターン
をできるだけ平坦に形成し、しかも所謂「バーズ・ビー
クＪ　（ｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａｋ）効果を発生させない
ために多数の手段を講じることができる。このようなこ
とはいずれも本発明にとって必ずしも必要なことではな
いため、ここでは詳細には説明しないものとする。

ついでマスク１０によって覆われていないエピタキシャ
ル層の部分を熱酸化して、エピタキシャル層中に少なく
とも部分的に（本例では完全に）埋設される酸化物パタ
ーン５を形成する（第３図参照）。この埋設酸化物パタ
ーンの厚さは例えば１゜７５μｍとし、これは１０００
℃の温度で１３時間湿潤酸素中で酸化することにより１
尋られる。

ついで、例えば熱燐酸中でシリコン窒化物をエッチング
除去し、かつこの窒化物の下の酸化物を緩１ｉＨＦ溶液
中でエッチングすることにより耐酸化マスク１０を除去
する。その後、第１シリコン層７、第１耐酸化層１１、
第２シリコン層１２及び第２耐酸化層１３をエピタキシ
ャル層３及び酸化物パターン５に順次被着する（第３図
参照）。本例では耐酸化層１１及び１３をシコン窒化物
層又は窒化−酸化物層とし、シリコン層７及び１２を例
えばＳｉＨ４又は５ＩＣ１，の如きガス状のシリコン化
合物を分解して多結晶シリコンとして堆積する。これら
のシリコン層は故意にドープされず、一般には非ドープ
層と称されるが、これらのシリコン層には常に弱いｎ又
はｐドーピングが存在する。本例ではシリコン層７の厚
さを０．５　μｍとし、シリコン層１２の厚さを０．３
５μｍとし、また耐酸化層１１及び１３の厚さをそれぞ
れ８０ｎｍとする。

ついで、少なくとも形成すべきエミッタ領域の個所に第
２耐酸化層１３が残存するように斯かる第２耐酸化層１
３をエッチングする。このエッチングは酸化物マスク１
４（第３図参照）を介して行なうことができる。本例で
は各ベース領域に僅かに１個のエミッタ領域を形成する
だけであるが、各ベース領域には幾つものエミッタ領域
を形成し得ることは勿論である。

耐酸化層１３をエッチングした後には、第２シリコン層
１２の耐酸化層１３で覆われていない部分もエッチング
し、その後第２シリコン層の残存部分には熱酸化によっ
て酸化縁部１５を形成する（第４図参照）。この熱酸化
は例えば湿潤酸素中で９００℃の温度で９時間酸化する
ことにより行なうことができ、この際形成される縁部１
５の幅は約０．７μｍである。

ついで第１耐酸化層１１の露出部分をエッチング除去し
、その後衛くして露出した第１シリコン層７の第１部分
７Ａを、これに例えばホウ素イオン１６を注入すること
によって強度なｐ導電形とする（第５図参照）。例えば
ドーズ量（線量）は５Ｘ１０′５イオン／−、ｍ２　と
し、かつエネルギーは１００ｋｅＶとする。

つぎに、露出している酸化部分（１４及び１５）をエッ
チング除去し、その後露出しているシリコン層の第１部
分７Ａを熱的に軽度に酸化する（第６図参照）。斯くし
て酸化物層１７及び１８を形成する。

斯かる酸化処理及びつぎの加熱工程中にシリコン層の第
１部分７Ａからエピタキシャル層３内にホウ素を拡散さ
せてベース接点領域４Ｂを形成する。

ついで耐酸化層１１及び１３の露出部分と、シリコン層
７及び１２の露出部分を順次エッチングにより除去して
、シリコン層７にエピタキシャル層３内にまで延在する
条溝１９を形成する（第７図参照）。

つぎにこれらの条溝を熱酸化により酸化物で充填させる
。この酸化処理中に酸化物層１７の厚さも多少厚くなる
（第８図参照）。

ついでベース領域上の第１シリコン層７の非酸化第２部
分７Ｂに、多少属目にドープされるｐ形ベース領域４Ａ
と、多少高度にドープされるｎ形エミッタ領域８を形成
し、この際シリコン層の第２部分７Ｂがイオン注入後に
ｎ形に高度にドープされるように、ｎ形ドーピングをｐ
形ドーピングよりも遥かに高くする。これらのイオン注
入をする前には先ず耐酸化層１１を選択的にエッチング
して除去するのが好適であるが、これは必ずしもそのよ
うにする必要はなく、イオン注入は耐酸化層１１を経て
行なうこともできる。また、使用するドーピングイオン
はホウ素及びヒ素イオンとするのが好適であるが、ドー
ズ量及び注入エネルギーは所望スるエミッタ及びベース
の深さに依存する。本例では先ずホウ素を２５ｋｅｖの
注入エネルギーで、しかも１０１５イオン／ｃｍ２のド
ーズ量で注入し、ついでヒ素を１００ｋｅＶのエネルギ
ーで、しかも１０′６イオン／ｃｍ２のドーズ量で注入
し、その後焼なまし処置を約９９０℃の温度で６０分間
にわたり行なった。この場合、エミッターベース接合の
深さを条溝１９の深さよりも浅くして、エミッタ領域が
酸化条溝によって画成されるようにする必要がある。ま
た、イオン注入は逆の順序で行なうこともできる。

最後に、シリコン層の第２部分７Ｂの上にエミッタ接点
２０を形成し、かつシリコン層の第２部分７Ａの上にお
ける酸化物層１７にあけた接点窓を経てベース接点２１
を形成し、また基板２にコレクタ接点２２を設ける（第
１図参照）。なお、エミッタ及びベース接点用の金属化
部分は互いに噛合するように形成することができる。

本発明は種々の変更が可能であり、例えばシリンコ層の
第１部分７Ａをエミッタ安定抵抗として使用することも
できる。第９図は斯様なエミッタ安定抵抗を有している
トランジスタの平面図である。

第１図は第９図のＩ−Ｉ線上での断面図を示し、第１０
図は第９図のトランジスタにおけるＸ−Ｘ線上での断面
図を示す。第９図ではエミッタ及びベース接点用の金属
化部分の輪郭を破線にて示してあり、これらの金属化部
分がシリコン表面（接点窓）と接触する個所を対角線に
て示しである。抵抗領域を囲む酸化条溝は第７図の場合
と同じ処理工程で形成することができ、抵抗Ｒを形成す
るシリコン層７０部分には、例えば第８図の注入工程中
にヒ素をドープすることができる。

本発明は上述した例のみに限定されるものでなく、幾多
の変更を加え得ること勿論である。特に、各領域の導電
形はくすべて同時に）反対導電形とすることができる。

さらに、所要に応じ各層の厚さ、イオン注入するドーズ
量及び注入エネルギーの値は他の値とすることができ、
また他のドナー及びアクセプタイオンを用いることもで
きる。ベース領域は、埋設酸化物パターンを形成する前
にエピタキシャル層に第２導電形の表面層として形成し
、その後斯かる表面層を前記酸化物パターンによって互
いに分離されるベース領域に細分割することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高周波トランジスタの一例を示す
断面図； 第２〜８図は本発明による高周波トランジスタの順次の
製造段における断面図； 第９図は本発明による高周波トランジスタの平面図； 第１０図は第９図のＸ−Ｘ線上での断面図である。 １・・・シリコン半導体本体 ２・・・第１導電形基板　　３・・・エピタキシャル層
４Ａ・・・ベース領域　　　　４Ｂ・・・ベース接点領
域５・・・シリコン酸化物パターン ７・・・導電層（第１シリコン層） ７Ａ・・・シリコン層の第１部分 ７Ｂ・・・シリコン層の非酸化第２部分８・・・エミッ
タ領域　　　９・・・酸化物層ｌＯ・・・耐酸化マスク
　　　１１・・・第１耐酸化層１２・・・第２シリコン
Ｎ１３・・・第２耐酸化層１４・・・酸化物マスク　　
　１５・・・酸化縁部１６・・・ホウ素イオン　　　１
７．１８・・・酸化物層１９・・・条溝　　　　　　　
２０・・・エミッタ接点２１・・・ベース接点　　　　
２２・・・コレクタ接点Ｒ・・・エミッタ安定抵抗 ＦＩＧ、２ Ｉａ３ ＦＩＧ、４ 一〇 ＦＩＧ、９ ｆａ１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１導電形の高ドープ基板と、該基板上に設けられ
   る第１導電形の多少弱目にドープしたエピタキシャル層
   と、該エピタキシャル層内に形成される第２の反対導電
   形の層状ベース領域と、前記エピタキシャル層内に少な
   くとも部分的に埋設され、かつ前記ベース領域を多数の
   相互分離されたベース領域に細分割するシリコン酸化物
   の絶縁パターンとを有しているシリコン半導体本体を具
   え、前記相互分離ベース領域を前記絶縁パターン上に設
   ける導電層によって相互接続し、第１導電形の少なくと
   も１個のエミッタ領域を各ベース領域に形成した高周波
   トランジスタにおいて、前記各導電層を第２導電形のシ
   リコン層で構成し、該シリコン層の少なくとも縁部を前
   記ベース領域内にまで延在する薄い酸化物層によって覆
   い、かつ前記エミッタ領域の横方向を前記薄い酸化物層
   によって画成せしめるようにしたことを特徴とする高周
   波トランジスタ。 ２、前記ベース領域に高ドープベース接点領域を設け、
   これらの接点領域を前記薄い酸化物層によってエミッタ
   領域から分離させると共に前記埋設酸化物パターンによ
   って画成せしめるようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の高周波トランジスタ。 ３、前記エミッタ領域を第１導電形のシリコン層で覆い
   、これらのシリコン層を第２導電形の前記シリコン層と
   同じシリコン層で形成すると共に前記第１導電形のシリ
   コン層を条溝によって前記第２導電形のシリコン層から
   分離させ、前記条溝に前記薄い酸化物層を充填させるよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は２
   項のいずれか一項に記載の高周波トランジスタ。 ４、前記第２導電形のシリコン層を酸化物層で覆うと共
   に、該酸化物層における接点層を経て前記第２導電形の
   シリコン層をベース接点形成用の金属層に接続するよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のい
   ずれか一項に記載の高周波トランジスタ。 ５、−第１導電形の高ドープシリコン基板上に第１導電
   形のエピタキシャル層を堆積する 工程と； −ベース領域を規定するために前記エピタ キシャル層上に耐酸化マスクを設ける工程 と； −前記エピタキシャル層内に少なくとも 部分的に埋設される酸化物パターンを形成 するために前記エピタキシャル層における 前記耐酸化マスクで覆われない露出部分を 熱酸化する工程と； −前記耐酸化マスクを除去した後に、前 記エピタキシャル層及び前記酸化物パター ンの上に第１シリコン層、第１耐酸化層、 第２シリコン層及び第２耐酸化層を順次堆 積する工程と； −少なくともエミッタ領域を形成すべき 個所に前記第２耐酸化層が残存するように 該第２耐酸化層をエッチングする工程と； −前記第２シリコン層の露出部分をエッ チング除去する工程と； −前記第２シリコン層の縁部を酸化するた めに該第２シリコン層を熱酸化する工程と；−前記第１
   耐酸化層の露出部分をエッチン グ除去する工程と； −前記第１シリコン層の露出している第１ 部分に第２導電形のドパントをドーピング する工程と； −露出している酸化物部分をエッチング除 去する工程と； −露出しているシリコン層を熱酸化すると 同時に前記シリコン層から拡散によりベー ス接点領域を形成する工程と； −前記耐酸化層の露出部分をエッチング除 去する工程と； −前記シリコン層の露出部分をエッチング 除去する工程と； −斯くして形成され、かつ前記エピタキシ ャル層内にまで延在する第１シリコン層に おける条溝を熱酸化により酸化物で充填す る工程と； −前記酸化条溝に隣接する第１導電形のエ ミッタ領域を形成するために、前記第１シ リコン層の非酸化第２部分を経て第１導電 形のドパントを注入する工程と； −前記第１シリコン層の前記第１及び第２ 部分にベース及びエミッタ接点を設ける工 程； とを含むことを特徴とする高周波トランジスタの製造方
   法。 ６、前記条溝を酸化物で充填させた後に、前記第１シリ
   コン層の前記非酸化第２部分を経て第２導電形のドパン
   トを注入してベース領域を形成することを特徴とする特
   許請求の範囲第５項に記載の高周波トランジスタの製造
   方法。 ７、前記エピタキシャル層を形成した後で、しかも前記
   耐酸化マスクを設ける前に前記エピタキシャル層に第２
   導電形の層を形成し、この層を前記埋設酸化物パターン
   によって相互分離ベース領域に細分割することを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の高周波トランジスタ
   の製造方法。 ８、前記条溝をエッチングする工程中に、エミッタ抵抗
   として用いられる第１シリンコ層の部分を同時に規定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の高周
   波トランジスタの製造方法。