JPS63181465A - バイポ−ラトランジスタの製造方法 - 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】 〔概要〕 １枚のマスクを使用するのみで、層間絶縁層、ベースコ
ンタクト層、内部ベース領域、エミッタ領域を自己整合
で形成し、トランジスタの動作領域（実際にトランジス
タ作用にあずかる機能領域）内にある内部（真性）ベー
ス領域の側壁よりベース電極を引き出す新方法を提案し
、高速、高集積バイポーラトランジスタの形成を可能と
し、バイポーラ集積回路に適用できるようにする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は集積度と動作速度の向上を自損したバイポーラ
トランジスタの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

第３図は従来例によるバイポーラトランジスタの断面図
である。

図において、２１はｐ型の半導体基板、２２はｎ゛型の
高不純物濃度埋込層、２３はｎ型エピタキシャル成長半
導体層でコレクタを構成し、２４はｐ型の素子分離領域
、２５はｐ型の不純物導入層でベースを構成し、２６は
ｎ゛型の不純物導入層でエミッタを構成し、２７はｎ゛
型のコレクタ電極引出し領域、２８、２９．３０は導電
層よりなり、それぞれコレクタ、ベース、エミッタ電極
を構成し、３１は絶縁層である。

このような構造のトランジスタにおいては、マスク合わ
せの余裕、および加工精度のため、ベース電極２９をエ
ミッタ電極３０に近づけることはできない。従ってベー
ス領域２５はエミッタ領域２６よりかなり大きくしなけ
ればならない。しかしトランジスタ作用にあずかる動作
領域はエミッタ領域２６の直下の領域のみで、それ以外
の領域（外部ベース領域）はベース電極引出し用のもの
であり、ここに派生する容量、抵抗のために高速動作を
妨げるため、その大きさはできるだけ小さいことが望ま
しい。

そこで考えられるのは第４図のような構造である。

第４図は改良された従来例を示すバイポーラトランジス
タの断面図である。

図で、４２．４３はそれぞれｎ型半導体バルク４１内に
形成されたｐ型ベース、ｎ型エミッタ領域、４４．４５
はそれぞれｐ型、ｎ型多結晶珪素（ポ’ＪＳｉ）層、４
６は絶縁層、Ｅ　、　Ｂ　／夕はそれるぞれエミッタ、
ベース／コレクタ電極である。

この構造では、半導体バルク４１内に形成されたｐ型ベ
ース領域４２より、ｐ型ポリＳｉ層４４でベース電極Ｂ
を引き出し、ｐ型ベース領域４２の面積を大幅に低減し
ている。

しかしながら、電極引き出し層がポリＳｔ層ではベース
抵抗の低減に限度があり、また電極形成は従来と同様で
あり、集積度の向上は望めない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来例によるバイポーラトランジスタにおいては、ベー
ス領域を機能的に必要とする大きさより大きくしなけれ
ばならず、集積度を向上する制約となり、さらに動作速
度を制限するという欠点があらた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点の解決は、一導電型珪素基板（１）表面に
他導電型不純物を導入してベース層となる他導電型珪素
層（１Ａ）を形成する工程と、形成しようとするトラン
ジスタの動作領域において、該他導電型珪素層（１Ａ）
上に一導電型多結晶珪素層（５）、耐酸化層（６）を順
次形成し、該一導電型多結晶珪素層（５）中の一導電型
不純物を該他導電型珪素層（１Ａ）の表面より導入して
エミッタ層となる一導電型半導体層（１Ｂ）を形成する
工程と、該耐酸化層（６）をマスクにして該一導電型多
結晶珪素層（５）の側面を酸化して第１の二酸化珪素層
（７）を形成する工程と、該耐酸化層（６）と該第１の
二酸化珪素層（７）をマスクにしたエツチングにより該
他導電型珪素層（１Ａ）を除去して、動作領域に残った
該他導電型珪素Ｊ’ｉ　（１Ａ）の側面を露出する工程
と、該第１の二酸化珪素層（７）および該他導電型珪素
層（１Ａ）の側面に耐酸化物よりなる側壁（９）を形成
し、該耐酸化層（６）と該側壁（９）をマスクにして該
一導電型珪素基板（１）表面に第２の二酸化珪素層（１
０）を形成する工程と、該耐酸化層（６）と該側壁（７
）を除去して該他導電型珪素層（１Ａ）の側面を露出し
、露出面を覆って基板全面に他導電型多結晶珪素層（１
１）を形成する工程と、動作領域の該他導電型多結晶珪
素層（１１）を除去して該第１の二酸化珪素層（７）と
該−導電型多結晶珪素層（５）を露出する工程と、残っ
た該他導電型多結晶珪素層（１１）表面に高融点金属の
シリサイドｌ　（１３）を形成する工程とを含むバイポ
ーラトランジスタの製造方法により達成される。

〔作用〕

本発明によれば、フォトマスクを用いた通常のりソゲラ
フイエ程によりバターニングして、基板の動作領域上に
のみ、耐酸化層とポリ５ｉｉＪを順次被着し、この後の
工程はこれらの層よりなるパターンに自己整合させて行
う。

すなわち、 （１）　　最初に分離絶縁層内全面にベース層を形成し
ておき、このパターンをマスクにしてエツチングして内
部ベース領域を形成する。

（２）　　このパターンのポリＳＮ層より不純物を導入
してエミッタ領域を形成する。

（３）　　このパターンをマスクにした熱酸化により、
基板とベースコンタクト層間の眉間絶縁層を形成する。

（４）　　さらに、層間絶縁層の上に形成されるベース
コンタクト層を形成する。

（５）　　このパターンをマスクにしてベースコンタク
ト層表面にシリサイド層を形成する。

以上のように１枚のフォトマスクを使用するのみで上記
の５工程は自己整合により行うことができる。

ここで、このパターンの側面に形成された第１の二酸化
珪素ｃｓｉｏｚ）Ｊｉ！が上記の（４）、（５）の工程
におけるエツチング工程進行の目安として、またエミッ
タ、ベース間の絶縁に有効に作用している。

さらに、ベースコンタクト層表面にシリサイド層を形成
してベース抵抗を下げている。

上記の工程を経ることにより、ベースコンタクト層を内
部ベース領域の側壁より引出すことができ、ベース領域
を必要最低限度に小さく形成することができる。

また、自己整合により各工程のパターニング精度がよく
なり、しかもベース領域を小さく形成できるため、トラ
ンジスタの高集積化、高速化が可能となる。

〔実施例〕

第１図ｉｌｌ〜（９）は本発明を工程順に示したバイポ
ーラトランジスタの断面図である。

第１図（１１において、ｎ型の珪素（ｎ−Ｓｔ）基板１
上に、パッドの絶縁層として厚さ５０ｎｍの二酸化珪素
（ＳｉＯｚ）１２、耐酸化層として化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）法による厚さ１１００ｎの窒化珪素（ＳｉＮ）　Ｎ
３を成長する。

つぎに、これらの層を通常のりソグラフィによりパター
ニングしてトランジスタ形成領域の部分を残す。

パッドＳｉｎｇは１０００℃の乾燥酸素（０□）中で熱
酸化を行う。

ＣＶＤ−５ｉＪｎはモ／　’／　ラフ　（ＳｉＨ４）と
アンモニア（ＮＨ３）の混合ガスをＩ　Ｔｏｒｒに減圧
して８００〜９００℃で熱分解して被着する。

ＳｉＯ□、およびＳｔＮのバターニングは、リアクティ
ブイオンエツチング（ＲＩＥ）により行う。

５ｉａｔｓ　ＳＩＮのＲＩＢ条件はいずれも、エツチン
グガスとしてトリフロロメタン（ＣＨＦ３）を０．０５
Ｔｏｒｒに減圧して周波数１３．５６　Ｍｌｌｚの電力
を基板あたり２００Ｗ印加して行う。

つぎに、ＳｉＮ層３をマスクにして、ウェット酸化によ
り動作領域を画定する分離絶縁層として厚さ１μｍの５
ｉＯｚＮ４を形成する。

ウェット酸化条件は９００℃のウェットθ□中で熱酸化
を行う。

つぎに、基板表面より硼素イオン（Ｂ゛）を注入してベ
ース層となるｐ型ＪｉｆｌＡを形成する。

Ｂ゛の注入条件は、エネルギ２５　Ｋｅν、ドーズ量１
Ｅ１３ｃｍ−２である。この後９５０℃で３０分アニー
ルして注入不純物を活性化する。

第１図（２）において、弗酸（ＨＦ）を用いてパッドＳ
ｉＯ□層２を除去して基板ｌを露出し、この上に厚さ５
００ｎｍのＣＶＤ−ポリＳｉ、［５を成長し、この層に
砒素イオン（Ａｓつをエネルギ１８０ＫｅＶ、ドーズ量
ＩＥ１６ｃｍ−２で注入する。

ＣＶＤ−ポリＳｉの成長は、ＳｉＨ，ガスをＩ　Ｔｏｒ
ｒに減圧して、６００℃で熱分解して行う。

つぎに、ＣＶＤ−ポリ５ｉＮｓ上に厚さ３００ｎｍのＣ
ＶＤ−５ｉＮ層６を成長する。

ＣＶＤ−５ｉＮ　（７）成長は、ＮＨ４＋　５ｉＣ１ｚ
ｌｈガスを工Ｔｏｒｒに減圧して、８００℃で熱分解し
て行う。

第１図（３）において、ＲＩＢにより、動作領域以外ノ
ＣｖＤ−ポリＳｉ層５　、ＣＶＤ−５ｉＮ層６を除去す
る。

ポリＳｉのＲＩＥ条件は、エツチングガスとしてＣＣ１
ｔ＋ＢＣ１ｆｆを用い、これを０．０５　Ｔｏｒｒに減
圧して周波数１３．５６　ＭＨｚの電力を基板あたり２
００　Ｗ印加して行う。

つぎに、９００℃で３０分アニールしてＣＶＯ−ポリ３
１層５内に注入されたＡｓ”を活性化し、これをｐ型層
１Ａの表面より拡散してエミッタ層となるｎ型層ＩＢを
形成する。

第１図（４）において、ＣＶＤ−５ｉＮ層６をマスクに
して、ウェット酸化によりＣｖＤ−ポリＳｉ層５の側面
に厚さ５００ｎｍのＳｉＯ□層７を形成する。

ウェット酸化条件は９００℃のウェット０□中で熱酸化
を行う。

この際、単結晶のｐ型層１Ａ上にも薄＜　５ｉＯｚ層が
形成される。

第１図（５）において、ｐ型層１Ａに形成されたＳｉ０
２層を除去し、ＣＶＤ−５ｉＮ層６とＳｉＯ□層７をマ
スクにしたＲＩＥにより、動作領域以外のｐ型層１Ａを
除去する。

つぎに、ウェット酸化により、動作領域に残ったｐ型層
ＬＡの側面に厚さ５０ｎｍのパッドのＳｉＯ□層８を形
成する。

ウェット酸化条件は９００℃のウェット０□中で熱酸化
を行う。

この際、露出したｎ−５ｉ基板１上にもＳｉ０２層が形
成される。

第１図（６）において、ＣＶＤ−５ｉＮ層を基板全面に
成長し、ＲＩＨによる異方性エツチングを行って、Ｓｉ
０２層７、パッドのＳｉＯ□層８上にＳｉＮの側壁９を
形成する。

つぎに、ＣＶＤ−５ｉＮ　Ｆｊ　６とＳｉＮ　（７）側
壁９をマスクにして、ウェット酸化によりｎ−Ｓｉ基板
ｌ上に眉間絶縁層となる厚さ３００ｎｍの５ｔｏＺｉＪ
ｔｏを形成する。

ウェット酸化条件は９００℃のウェット０２中で熱酸化
を行う。

第１図（７）において、熱燐酸（Ｈ３ＰＯ４）を用いて
ＣＶＤ−５ｉＮ層６とＳｉＮの側壁９を除去し、ＩＩＦ
を用いてパッドのＳｉＯ□層８を除去する。

つぎに、基板全面にベースコンタクト層となる厚さ５０
０ｎｍのＣＶＯ−ポリＳｉ層１１を成長し、この層に硼
素イオン（Ｂつをエネルギ６０ＫｅＶ、ドーズ量ＩＥ１
６ｃｍ−”で注入する。

つぎに、基板凹部にレジスト１２を埋め込み基板表面を
平坦化する。

第１図（８）ニおイテ、ＲＩＢニよりＣＶＤ−ポリＳｉ
層１１とレジスト１２を平坦化エツチングして、ＣＶＤ
−ポリ５ｉｉｉ５を露出する。

この場合、ＳｉＯ□層７の端面が基板表面に突出する程
度にエツチングする。

つぎに、９００℃で３０分アニールしてＣＶＯ−ポリ３
１層１１内に注入されたＢ１を活性化する。

第１図（９）において、スパッタ法により、ＣＶＯ−ポ
リＳｉ層５とＣＶＯ−ポリＳｔ層１１ニ高融点金属、例
えばチタン（Ｔｉ）を被着し、加熱してシリサイド化し
てチタンシリサイド（ＴｉＳｉ）層１３を形成する。

つぎに、エッチャントとしてＮＨ＊ＯＨ＋ＨｚＯ□を用
いて、Ｓｉ０２層上のＴｉ層を除去する。

以上でトランジスタの主要部の形成を終わり、この後は
通常の工程により、第２図のように、カバー絶縁層を被
着し、これを開口してエミッタ電極、ベース電極、コレ
クタ電極を引出す。

第２図は本発明によるバイポーラトランジスタの断面図
である。

図において、１４はｐ型５ｔ（ｐ−Ｓｔ）基板、１５は
ｎ＋型の埋込層、ｌは第１図のｎ−Ｓｉ基板に相当する
工ビタキシャル層で、ｎ型のコレクタ領域、ｌＡはｐコ
ンタクト領域、１７は５ｉＯｚ層、１８Ｂはエミッタ電
極、１８Ｂはベース電極、１８Ｃはコレクタ電極である
。

実施例では、高融点金属としてＴｉを用いたが、これの
代わりにタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等を
用いてもよい。

また、実施例では単体のトランジスタについて説明した
が、集積回路に集積するトランジスタについても本発明
の要旨は変わらない。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、ベース領域
を機能的に必要十分な大きさまで縮小でき、集積度と動
作速度を向上できるブレーナ型バイポーラトランジスタ
の精度のよい製造方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）〜（９）は本発明を工程順に示したバイポ
ーラトランジスタの断面図、 第２図は本発明によるバイポーラトランジスタの断面図
、 第３図は従来例によるバイポーラトランジスタの断面図
、 第４図は改良された従来例を示すバイポーラトランジス
タの断面図である。 図において、 １はｎ−５ｔ基板、 ２．８はバッドのＳｉｎ、層、 ３．６は耐酸化層テｃＶＤ−ＳｉＮ　ｊ５．４は分離絶
縁層でＳｉＯ□層、 ５はＣＶＤ−ポリＳｉ層、 １Ａはベース層でｐ型層、 １Ｂはエミッタ層でｎ型層、 ７はＳｉＯ２層、 ９はＳｉＮの側壁、 １０は眉間絶縁層でＳｉＯ□層、 １１はベースコンタクト層でＣＶＤ−ポリＳｉ層、１２
はレジスト、 １３はＴｉ５ｉＪは 第　１　＠ 本発明ε繊ｕＨマ３１ｆｒ酊園 第　１　叫 茅２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　一導電型珪素基板（１）表面に他導電型不純物を導入
   してベース層となる他導電型珪素層（１Ａ）を形成する
   工程と、 形成しようとするトランジスタの動作領域において、該
   他導電型珪素層（１Ａ）上に一導電型多結晶珪素層（５
   ）、耐酸化層（６）を順次形成し、該一導電型多結晶珪
   素層（５）中の一導電型不純物を該他導電型珪素層（１
   Ａ）の表面より導入してエミッタ層となる一導電型半導
   体層（１Ｂ）を形成する工程と、該耐酸化層（６）をマ
   スクにして該一導電型多結晶珪素層（５）の側面を酸化
   して第１の二酸化珪素層（７）を形成する工程と、 該耐酸化層（６）と該第１の二酸化珪素層（７）をマス
   クにしたエッチングにより該他導電型珪素層（１Ａ）を
   除去して、動作領域に残った該他導電型珪素層（１Ａ）
   の側面を露出する工程と、 該第１の二酸化珪素層（７）および該他導電型珪素層（
   １Ａ）の側面に耐酸化物よりなる側壁（９）を形成し、
   該耐酸化層（６）と該側壁（９）をマスクにして該一導
   電型珪素基板（１）表面に第２の二酸化珪素層（１０）
   を形成する工程と、 該耐酸化層（６）と該側壁（７）を除去して該他導電型
   珪素層（１Ａ）の側面を露出し、露出面を覆って基板全
   面に他導電型多結晶珪素層（１１）を形成する工程と、 動作領域の該他導電型多結晶珪素層（１１）を除去して
   該第１の二酸化珪素層（７）と該一導電型多結晶珪素層
   （５）を露出する工程と、 残った該他導電型多結晶珪素層（１１）表面に高融点金
   属のシリサイド層（１３）を形成する工程とを含むこと
   を特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。