JPS6229890B2

JPS6229890B2 -

Info

Publication number: JPS6229890B2
Application number: JP20095882A
Authority: JP
Inventors: Kunio Aomura; Fujiki Tokuyoshi; Masahiko Nakamae
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1982-11-15
Publication date: 1987-06-29
Also published as: JPS58100423A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は酸化物により素子または素子の一部を
分離する構造をもつ半導体装置の製造方法に関し
とくにこのような酸化物に少くとも二つのPN接
合を終端させて設ける方法に関する。

半導体素子の小型化のために厚い酸化物によつ
て素子間または素子内の領域間を分離した構造の
半導体装置が最近使われ始めている。このような
半導体装置においてはPN接合を一つだけ厚い酸
化物に終端させて設けることは比較的容易なため
に実用化されているが、二つまたはそれ以上の
PN接合を互に比較的近接させて厚い酸化物の同
一の側に終端させることは非常に困難であつた。
これは、従来の技術では近接したPN接合のとく
に酸化物に終端する部分において間隔が充分にコ
ントロールできず、所定の特性が得られなかつた
りPN接合同士が短絡して素子が形成できなかつ
たりするためである。

従つて本発明の目的は、半導体主面に選択的に
設けられた比較的厚い酸化物の同一の側に終端す
るようなPN接合を二つまたはそれ以上高い信頼
度で形成することのできる方法を提供することに
ある。

本発明は従来技術におけるPN接合間隔の制御
不能の原因が、PN接合を形成しようとする領域
の表面の絶縁膜の除去にあるという知見に基ずく
ものである。厚い酸化物を選択的に設けた半導体
装置にあつては半導体領域表面の絶縁膜除去の際
に厚い酸化物の表面も除去するようなパタンが使
われる。このため厚い酸化物の界面の表面が除去
されて半導体領域の表面のみならず肩の部分が露
出され、ここからも不純物が導入されるため形成
されたPN接合は酸化物に終端する部分で特に深
く屈折する。二つ以上のPN接合を作るために再
び半導体領域表面を露出すると肩の部分がよりは
げしく露出されて、二つ目のPN接合は酸化物で
終端する部分がさらにはげしく屈折して先のPN
接合との間隔をきわめて小またはゼロにしてしま
うのである。

本発明の特徴は半導体材料の一主面に選択的に
埋設たれた比較的厚い酸化物で囲まれた半導体領
域内の少なくとも２つのPN接合が、前記厚い酸
化物の同一側面で終端する構造を有する半導体装
置の製造方法において、前記PN接合のうち少な
くとも１つを前記半導体領域の表面を露出するこ
となくイオン注入によつて形成し、他の１つを前
記半導体領域の表面を露出しないように覆う絶縁
層の薄い領域をガラス層にその底部まで変換し、
該ガラス層より半導体領域内に不純物を拡散して
形成すること半導体装置の製造方法にある。

又、上記半導体装置の製造方法において、前記
PN接合をイオン注入によつて形成する工程が、
前記酸化物により囲まれた半導体領域の表面を覆
う均一な厚さの絶縁層を通して不純物を通して不
純物をイオン注入法により注入し、前記半導体領
域の当初の導電型と異なる導電型の第１の領域を
形成する工程を含み、前記PN接合を不純物を拡
散して形成する工程が、前記半導体領域の表面に
厚さの異なる絶縁層を形成する工程と、不純物の
熱拡散により少なくとも半導体領域表面の相対的
に薄い絶縁層をガラス層に変換し、該ガラス層よ
り前記第１領域中に不純物を拡散して前記第１領
域と異なる導電型の第２領域を形成する工程とを
含むことができる。

又、上記半導体装置の製造方法において、前記
PN接合をイオン注入によつて形成する工程が、
前記酸化物により囲まれた半導体領域の表面を覆
う均一な厚さの絶縁層を通して不純物をイオン注
入法により注入し、前記半導体領域の当初の導電
型と異なる導電型の第１領域を形成する工程を含
み、前記PN接合を不純物を拡散して形成する工
程が、前記絶縁層の膜厚の一部を選択的に除去
し、薄い絶縁層を選択的に残す工程と、不純物の
熱拡散により少なくとも該薄い絶縁膜をガラス層
に変換し該ガラス層より前記第１領域中に不純物
を拡散して前記第１領域と異なる導電型の第２領
域を形成する工程とを含むことができる。

このようにすればPN接合の終端の間隔は他の
部分の間隔とほゞ同じに保たれ、より完全な信頼
性が得られる。

以下本発明の原理、目的、特徴がより明確にな
るように本発明につき図面を用いて詳細に説明す
る。

まず第１図を参照して従来の方法ならびにその
欠点を説明する。第１図Ａに示すように、まず半
導体基板或いはエピタキシヤル層１の表面を酸化
して、500〜1000Å程度の薄い酸化物２を形成
し、Si₃N₄膜３を1000〜2000Å程度の膜厚で設け
る。このSi₃N₄膜３をさらにその上に設けた酸化
シリコン膜４をマスクにして熱リン酸にて選択的
に除去する。次にこのSi₃N₄膜３をマスクにして
比較的低温での長時間酸化により１〜２μ程度の
比較的厚い分離酸化物５を形成し、島状の半導体
領域１′を残す。この場合、酸化後の表面を平担
にするために予め酸化すべき部分の半導体材料１
を所定の深さまで除去しておく事が行なわれる。
次に第１図Ｂに示すように酸化シリコン膜４と
Si₃N₄膜３を除去した後、3000〜4000Å程度の酸
化シリコン膜６を活性領域１′の表面に形成す
る。そして第１のPN接合を形成するためのフオ
トレジスト７が設けられ、酸化膜６が選択的に除
去される。この時、位置合せ余裕度を大きくとる
ために、かつセルフアラインの利点を生かすため
にフオトレジスト７のエツジは分離酸化物領域５
の部分にまで拡がつて位置する。このため活性領
域１′の表面の酸化膜６が除去された時に、第１
図Ｃに８で示した様に厚い酸化物５の一部が同時
に除去されるため活性領域１′の「肩」の部分Ｓ
が露出する。この状態で第１図Ｄに示すように活
性領域１′の露出表面から不純物を拡散し第１の
接合９を形成する。この結果活性領域内に形成さ
れた第１のPN接合９のうち厚い酸化物５に終端
する部分９′は余分に拡散が進むため下方に屈曲
する。このような変形は第１図Ｃで酸化シリコン
膜６を選択的に除去する際、島状活性領域１′と
埋設酸化膜５との間での自巳整合を利用する為に
起こるものである。即ち島状領域１′の表面の酸
化シリコン酸６をフオトレジスト７をマスクにし
て除去する際、島状領域１′の肩Ｓに沿つて埋設
酸化膜５が余分に除去される結果によるものであ
る。これは島状領域１′の表面の酸化シリコン膜
６を完全に取り去る為に必ず発生する現象であ
る。次に島状活性領域１′の表面に再び3000〜
4000Å程度の酸化膜１０を形成する。この時分離
酸化物５は既に充分膜厚があるため僅かしか膜厚
が増加しない。続いて第１図Ｅに示すように第２
のPN接合を設けるためのフオトレジスト１１を
酸化物５，１０上に設け、活性領域１′表面の酸
化膜１０を選択的に除去する。この時フオトレジ
スト１１のエツジの少なくとも一辺は再び位置合
せの余裕度を大きくとるために分離酸化物５の上
に位置する。従つて再び酸化膜１０を除去すると
１２に示す様に分離酸化物５も除去され島状領域
の肩Ｓが再び露出する。しかも今回はその程度が
前に比べて大きくなる。これは分離酸化物５に近
接する部分は前工程で肩Ｓが露出した部分が表面
と同じ酸化膜厚で、かつすぐその下部も殆んど酸
化膜厚が同じなので深く酸化物が除去されるから
である。この様にして開けられた酸化膜５，１０
の開口部１２から第２の接合を形成するために拡
散を行なうと、第１図Ｆに示すように第２のPN
接合１３は分離酸化物５に終端する部分１３′で
さらに大きく屈曲し、第１のPN接合９と交叉し
てしまい、所望の特性が得られない。

上記の様に、従来法の欠点は写真蝕刻工程に於
いて分離用埋設酸化膜が余分に除去されるところ
にある。それ故、本発明は埋設酸化膜が余分に除
去されないようにするところに特徴がある。即ち
埋設酸化膜の余分な除去は島状半導体領域の表面
の酸化膜の除去を行なえば必ず発生する現象であ
るので、島状半導体領域にPN接合を形成する際
に表面の酸化膜を除去しないことを特徴とする。

このようにすれば、常に島状半導体領域表面が
酸化膜で覆われた状態のままであるためこの領域
の「肩」の露出がなく、従つてセルフアラインの
利点をそのまま生かせるマスク寸法の設計が可能
でかつPN接合に短絡不良が起らず、分離酸化物
でPN接合が終端する半導体装置を高収率でしか
も所望の特性をもつように得られる。

次に本発明の実施例を説明する。

まず第２図Ａに示すようにＮ型シリコン基板
300の一主面にシリコン酸化膜３０２，３０２′
（元来は同じもの）を設け、さらにその上にシリ
コン窒化膜を被着させ、これを選択的に除去して
得た残余シリコン窒化膜３０３，３０３′をマス
クにしてシリコン基板３００の熱酸化を行ない、
シリコン基板３００に埋設されたシリコン酸化膜
３０１，３０１′，３０１″を形成してシリコン基
板３００の表面を島状の二つの領域３００′，３
００″に分離する。この時、シリコン窒化膜はモ
ノシランとアンモニアの780℃での熱反応によ
り、1200Åの厚さに成長させ、又該シリコン窒化
膜の下の薄いシリコン酸化膜３０２，３０２′は
熱酸化により500Åの厚さに成長させる。次に第
２図Ｂに示すようにシリコン窒化膜３０３，３０
３′をフレオン雰囲気中でプラズマエツチングに
より除去した後、再びシリコン基板の熱酸化を行
ない、各島状領域３００′，３００″表面の500Å
の厚さであつたシリコン酸化膜３０２，３０２′
を3000Åの厚さのシリコン酸化膜３２０，３２
０′にする。その後、写真蝕刻法により片方の島
状シリコン基板領域３００′以外の表面を約0.5μ
（ミクロン）以上のホトレジスト膜３０５で覆
い、このホトレジスト膜３０５及び埋設酸化膜３
０１，３０１′をマスクにして島状シリコン基板
領域３００″にイオン注入法により硼素原子を注
入してベース領域３０７を形成する。この時のイ
オン注入の条件はエネルギーを100KeV、ドーズ
量を２×10¹⁴／cm²にするのが適当である。次に第
２図Ｃに示すように前記のホトレジスト膜３０５
を除去し、高温処理により、アニールしたあと再
びホトレジスト膜３０８を選択的に形成する。次
に第２図Ｄに示すようにホトレジスト膜３０８を
マスクにして島状シリコン基板領域３００′，３
００″表面のシリコン酸化膜３２０，３２０′と埋
設シリコン酸化膜３０１′，３０１″とを部分的に
除去し、島状シリコン基板領域３００′，３０
０″表面の酸化膜厚を部分的に500Åにする。この
状態でリンの熱拡散をすると表面のシリコン酸化
膜はリンガラス層３３０に変換する。この際、薄
くされた500Å厚のシリコン酸化膜は全てリンガ
ラス層３３０に変換するが、その他の部分はシリ
コン酸化膜が厚い為シリコン酸化膜の全てがリン
ガラス層３３０に変換しない。さらにこのリンガ
ラス層３３０がシリコン基板と接している所で
は、シリコン基板中へリンの拡散が行なわれ、こ
れにより、ベース領域３０７中にエミツタ領域３
１０が、又他方の島状シリコン基板領域３００″
中にコレクタ電極取り出し用高濃度Ｎ型領域３１
１が形成される。次に表面に形成されたリンガラ
ス層３３０を除去し、再び熱酸化をして、シリコ
ン基板表面をシリコン酸化膜３３１で覆う（第２
図Ｆ）。シリコン基板表面を覆つているシリコン
酸化膜３３１に選択的にシリコン基板に達する開
孔部を設け、コレクタ、エミツタ、ベース各領域
３１１，３１０，３０７の外部取り出し電極用の
開孔部とする（第２図Ｇ）。次に、これら開孔部
を覆つて金属薄膜を被着させ、ベース領域３０
７、エミツタ領域３１０及びコレクタ領域３１１
の外部取り出し電極３４０，３４１，３４２を形
成する（第２図Ｈ）。

第２図の実施例は、シリコン酸化膜を部分的に
除去して薄くする（第２図Ｄ）という技術的にや
や困難な製造方法を用いるものであるが、第３
図、第４図の実施例はこれを解消した容易な製造
方法である。

第３図に挙げた実施例を説明する。

まず、Ｐ型シリコン基板（図示しない）上に形
成されたＮ型シリコンエピタキシヤル層４００の
一主面にシリコン酸化膜４０２，４０２′を設
け、さらにその上にシリコン窒化膜をを被着さ
せ、これを選択的に除去して得た残余シリコン窒
化膜４０３，４０３′をマスクにしてエピタキシ
ヤル層４００の熱酸化を行ないシリコン層４００
に埋設されたシリコン酸化膜４０１，４０１′，
４０１″を形成し、シリコン層４００の表面を島
状領域４００′，４００″に分離する（第３図
Ａ）。この時のシリコン窒化膜はモノシランとア
ンモニアの780℃での熱反応により1200Å成長さ
せ、又、該シリコン窒化膜の下のシリコン酸化膜
は熱酸化により500Åの厚さに成長させる。次に
写真食刻法により一部の島状シリコン領域４０
０′以外の表面を約0.5μ以上のホトレジスト膜４
０５で覆い、このホトレジスト膜４０５及び埋設
酸化膜４０１，４０１′をマスクにしてシリコン
酸化膜４０３及びシリコン酸化膜４０２を通して
イオン注入法により硼素原子を島状領域４００′
内に注入し、そこにベース領域４０７を形成する
（第３図Ｂ）。この時のイオン注入の条件はエネル
ギーを100KeV、ドーズ量を２×10¹⁴／cm²にする
のが適当である。次にホトレジスト膜４０５を除
去し、高温処理によりアニールしたあと、再びホ
トレジスト膜４０８を選択的に形成する。このホ
トレジスト膜４０８をマスクにしてフレオン雰囲
気中でプラズマエツチングを行ないエツチング速
度の差を利用して、ホトレジスト膜４０８で覆わ
れていないシリコン窒化膜を除去しその下のシリ
コン酸化膜４０２，４０２′を露わす（第３図
Ｃ）。この露出したシリコン酸化膜４０２，４０
２′は500Åという薄さであるためホトレジスト膜
４０８を除去した後、リンの熱拡散をすると、こ
れら500Åの露出したシリコン酸化膜４０２，４
０２′は全てリンガラス層４３０に変換し、この
リンガラス膜４３０より島状シリコン領域４０
０′，４００″中にリン原子が拡散され、これによ
り、ベース領域４０７中にエミツタ領域４１０
が、又、ベース領域４０７に隣接する島状シリコ
ン領域４００″中に、コレクタ電極取に出し用高
濃度Ｎ型領域４１１が形成される（第３図Ｄ）。
しかるに、埋設シリコン酸化膜４０１，４０
１′，４０１″で覆われた領域はその膜厚が厚い
為、表面の一部にのみリンガラス層に変換するだ
けでシリコン中には拡散されないしシリコン窒化
膜４０３で覆われた領域はシリコン窒化膜がシリ
コン酸化膜に比し、リンガラス層に変換されにく
い為、シリコン窒化膜の表面のわずかのみがリン
ガラス層に変換するだけで、リンはシリコン中に
拡散されない。リンガラス層４３０を除去し、再
び島状シリコン領域表面をシリコン酸化膜４３１
で覆つた後、残余シリコン窒化膜４０３をフレオ
ンのプラズマエツチングにより除去する（第３図
Ｅ）。次に島状シリコン領域表面を覆つているシ
リコン酸化膜に選択的にシリコンに達する開孔部
を設け、ベース、エミツタ、コレクタの各領域４
０７，４１０，４１１の外部取り出し電極用の開
孔部とする（第３図Ｆ）。次にこれら開孔部を覆
つて金属薄膜を被着させ、ベース、エミツタ、及
びコレクタ各領域４０７，４１０，４１１の外部
取り出し用電極４４０，４４１，４４２を形成す
る（第３図Ｇ）。

次に第４図に挙げた実施例を説明する。

まずＮ型シリコン基板５００の一主面にシリコ
ン酸化膜５０２，５０２′さらにその上にシリコ
ン窒化膜を被着させ、選択的に除去して得た残余
シリコン窒化膜５０３，５０３′をマスクにし
て、熱酸化を行ないシリコン基板に埋設された、
シリコン酸化膜５０１，５０１′，５０１″を形成
し、シリコン基板５００の表面を島状領域５０
０′，５００″に分離する（第４図Ａ）。この時の
シリコン窒化膜はモノシランをアンモニアの780
℃での熱反応により1200Å成長させ、又、シリコ
ン窒化膜の下のシリコン酸化膜へ熱酸化により
500Åの厚さに成長させる。次に写真食刻法によ
り、一部の島状シリコン基板５００′以外の表面
を約0.5μ以上のホトレジスト膜５０５で覆いこ
のホトレジスト膜５０５及び埋設酸化膜５０１，
５０１′をマスクにして、島状領域５００′表面を
おおうシリコン窒化膜５０３及びシリコン酸化膜
５０２を通してイオン注入法により硼素原子を島
状領域５００′に注入し、そこにベース領域５０
７を形成する（第４図Ｂ）。この時のイオン注入
の条件はエネルギーを100KeV、ドーズ量を２×
10¹⁴／cm²にするのが適当である。次に、ホトレジ
スト膜５０５を除去し、高温処理により、アニー
ルしたあと、再びホトレジスト膜５０８を選択的
に形成する。このホトレジスト膜５０８をマスク
にして、フレオン雰囲気中でプラズマエツチング
を行ない、エツチング速度の差を利用して、ホト
レジスト膜５０８で覆われていないシリコン窒化
膜５０２を除去しその下のシリコン酸化膜５０２
を露わす（第４図Ｃ）。再び表面のホトレジスト
膜５０８を除去したあと残余シリコン窒化膜５０
３，５０３′をマスクにして、熱酸化することに
より、前段階で露われた500Åの薄い酸化膜５０
２を約3000Åの厚さのシリコン酸化膜５２０に成
長させる（第４図Ｄ）。残余シリコン窒化膜５０
３，５０３′を除去することにより、その下のシ
リコン酸化膜５０２，５０２′の表面に出す（第
４図Ｅ）。露出したシリコン酸化膜は500Åと薄い
為、リンの熱拡散をすると、これらシリコン酸化
膜は全てリンガラス層５３０に変換し、このリン
ガラス層５３０からシリコン島状領域中にリン原
子が拡散され、これにより、ベース領域５０７中
にエミツタ領域５１０が、他方の島状シリコン基
板５００″中にコレクタ電極取り出し用Ｎ型高濃
度領域５１１が形成される（第４図Ｆ）。しかる
に、その他のシリコン基板領域は表面のシリコン
酸化膜が厚い為シリコン酸化膜表面の一部のみが
リンガラス層に変換するだけで該領域には拡散さ
れない。リンガラス層５３０を除去し、再びシリ
コン基板表面をシリコン酸化膜５２１で覆う（第
４図Ｇ）。次に、シリコン基板表面を覆つている
シリコン酸化膜に選択的にシリコン基板に達する
開孔部を設けベース、エミツタ、コレクタの各領
域５０７，５１０，５１１の外部取り出し電極用
の開孔部とし、これら開孔部を覆つて金属薄膜を
被着させ、ベース、エミツタ、及びコレクタ各領
域の外部取り出し電極５４０，５４１，５４２を
形成する（第４図Ｈ）。上記の実施例ではNPN型
トランジスタを形成する方法について説明した
が、導電型を逆にすれば同様の方法でPNP型トラ
ンジスタを形成できることは勿論である。又、高
速トランジスタに使われているウオツシユト・エ
ミツタ（Washed emitter）構造のトランジスタ
にも適用できる。又、トランジスタのみならず、
ダイオード、及びこれらを使つた集積回路装置に
も適用できることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｆは従来法の欠点を説明するための
従来の製造法の主な製造工程の断面図、第２図Ａ
〜Ｈ、第３図Ａ〜Ｇ、第４図Ａ〜Ｈはそれぞれ本
発明の実施例の半導体装置の製造方法の主な製造
工程の断面図である。３００，４００，５００……Ｎ型シリコン基
板、３０７，４０７，５０７……Ｐ型領域、３１
０，４１０，５１０……Ｎ型領域、３０１，４０
１，５０１……酸化膜。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体材料の一主面に選択的に埋設された比
較的厚い酸化物で囲まれた半導体領域内の少なく
とも２つのPN接合が、前記厚い酸化物の同一側
面で終端する構造を有する半導体装置の製造方法
において、前記PN接合のうち少なくとも１つを
前記半導体領域の表面を露出することなくイオン
注入によつて形成し、他の１つを前記半導体領域
の表面を露出しないように覆う絶縁層の薄い領域
を不純物含有ガラス層にその底部まで変換し、該
ガラス層より半導体領域内に不純物を拡散して形
成することを特徴とする半導体装置の製造方法。２前記PN接合をイオン注入によつて形成する
工程が、前記酸化物により囲まれた半導体領域の
表面を覆う均一な厚さの絶縁層を通して不純物を
イオン注入法により注入し、前記半導体領域の当
初の導電型と異なる導電型の第１領域を形成する
工程を含み、前記PN接合を不純物を拡散して形
成する工程が、前記半導体領域の表面に厚さの異
なる絶縁層を形成する工程と、不純物の熱拡散に
より少なくとも半導体領域表面の相対的に薄い絶
縁層を不純物含有ガラス層に変換し、該ガラス層
より前記第１領域中に不純物を拡散して前記第１
領域と異なる導電型の第２領域を形成する工程と
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の半導体装置の製造方法。３前記PN接合をイオン注入によつて形成する
工程が、前記酸化物により囲まれた半導体領域の
表面を覆う均一な厚さの絶縁層を通して不純物を
イオン注入法により注入し、前記半導体領域の当
初の導電型と異なる導電型の第１領域を形成する
工程を含み、前記PN接合を不純物を拡散して形
成する工程が、前記絶縁層の膜厚の一部を選択的
に除去し、薄い絶縁層を選択的に残す工程と、不
純物の熱拡散により少なくとも該薄い絶縁膜を不
純物含有ガラス層に変換し該ガラス層より前記第
１領域中に不純物を拡散して前記第１領域と異な
る導電型の第２領域を形成する工程とを含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導
体装置の製造方法。