JPS6328067A - 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〕 本発明はイオン注入工程と熱処理工程からなる選択エツ
チング方法に関するもので、本出願人による特願昭６１
年７６２２１号の関連発明である。

〔概要〕

この発明は、半導体装置の製造方法等において、Ｓｉ半
導体基体に窒素又は酸素イオンを選択的に注入して熱処
理を行い、イオン注入された部分とされない部分のエン
チング比が異なる事を利用して、イオン注入されていな
い部分を水酸化カリウムによりエツチング除去すること
によって、サイドエッチの生じない選択エツチング方法
を提供するものである。

〔従来の技術〕

近年バイポーラＬＳＩの動作速度が高速化してパターン
の微細化と接合のシャロー化が進んでいる。バイポーラ
トランジスタのベース幅を薄くするためには、ベース拡
散とエミンタ拡１１（を浅くする必要がある。そのため
にＰ型のベース拡散にはポロンのイオン注入が、Ｎ型エ
ミッタにはへＳドープの多結晶ＳｉからのＡｓ拡散等が
用いられている。

浮遊容量の低減等の理由から素子間分離には酸化膜分離
が採用されている。これらの技術を用いて作られたトラ
ンジスタの一例が、第５図Ａに示されたＬＯＧＯ５Ｉ−
ランマスタである。これはＬＯＣＯ３（Ｌｏｃａｌ　０
ｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎ）技術を用い
て作られたトランジスタであるが、イントリンシックな
ヘース領域すとグラフトベースがマスク合わせの余裕度
を持って別々に形成されている。第５図Ｂの改良トラン
ジスタにおいては、多結晶Ｓｉ９をベース頭載等の引き
出し電極に用いることによって、寄生容量を減少させて
いる。

（発明が解決しようとする問題点〕 第１の問題点は、パターンニングの精度についてである
。ウェットエッチによるエツチング法に於いては、その
等方性の性質によって被エツチング体にサイドエッチが
生じることがどうしても避けられず、マスクパターンに
忠実な被エツチングのパターンを得ることが困難であっ
た。

第２の問題点は、微細幅の窓の形成にある。第５図Ａの
トランジスタの断面図においては、トランジスタのアク
ティブ領域の幅すに比較してそれ以外の領域が大幅に大
きくなっている。そのためその寄生成分（容量、抵抗）
によって、トランジスタの高速化が制限されてしまうと
いう欠点があった。

一方、第５図Ｂのトランジスタは、ベース電極に多結晶
Ｓｉを用いて第５図Ａのトランジスタ構造の欠点を改良
したもので、寄生成分は減少しているがこの構造のトラ
ンジスタにおいても、エミッタ・ストライブ幅が微細化
するに連れて、ヘースコンタクト部の幅ａがイントリン
シックなベース幅すに比較して相対的に大きくなって来
る。このグラフトベース領域（第５図Ｂに於けるａ）は
通常多結晶５ｉＪｉ９からの拡散で形成され、イントリ
ンシック部と接続されているが、コンタクト部の幅ａ以
外に、マスク合わせのための余裕度が必要となることか
ら、充分に狭くすることができなかった。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明多結晶Ｓｉ等のＳｉ半導体基体に選択的に窒素ま
たは酸素をイオン注入して、前記基体を熱処理して水酸
化カリウム水溶液により前記基体のイオン注入がされて
いない部分を選択的にエツチング除去することによって
、前記問題点を解決した。

〔作用〕

本発明は、Ｎ１又は０□゛をドーピングして７００℃で
アニーリングを行った多結晶Ｓｉはホフ）Ｗ酸液にほと
んどエツチングされず、一方アニーリングが行われない
とエツチングされてしまう事、またＮＺ”イオンのドー
ズ量を５　×１０１５ｃｍ−２にするとに０１１溶液に
対するエツチングレートが低くなると言う本発明者の発
見に基づいている。

第４図に示されるように、Ｎ２°イオンのドーズ量が１
０１ｂ釧−２になると、ＫＯＨ溶液に対するＮ２゜ドー
ズ多結晶Ｓｉのエツチングレートは２００人／分となり
、ドーズされていない多結晶Ｓｉのエソチングレー）　
１０００人／分に比較して小さくなる。

ベース電極端部段差部の側壁にＳｉＮ４膜のような多結
晶Ｓｉ被イオン注入層と工・７チングレートが異なる物
質を異方性エツチングにより残し、表面全体にＮＺ”又
はＯ２＋等のイオンをイオン注入する（第２図Ｆ）。８
２＋等のイオンが注入された多結晶Ｓｉはドーピングさ
れていない多結晶Ｓｉに比べＫＯｌｌによってエツチン
グされにくい。本発明によれば、このイオ、ン注入され
た多結晶Ｓｉ層と５ｉＪ４膜のエツチング比が異なる事
を利用して１０００人という徽細な窓（第２図Ｇ）をフ
ォトマスクを用いずに形成することができる。この窓の
幅は工程Ｃで形成する多結晶Ｓｉ層１８ｂとＳｉ３Ｎ４
膜１８ａ、１８Ｃの厚みの合計で決まるので、本発明に
よれば膜厚の制御のみで確実に微細な幅が得られる。本
発明の方法によれば、複数の膜を使用しなくても多結晶
Ｓｉ層の厚みのみでサイドウオールの下に微細な幅の窓
を形成することができる。

〔実施例〕

第１の実施例 第２図Ａ−Ｃに基づいて第１の実施例を説明する。

八　基板２７の上に１０００人の多結晶Ｓｉ層２８を形
成し、さらにその上にフォトレジスト層２９を設けてフ
ォトエツチングを行って、イオン注入のマスクを形成す
る。

Ｂ　　４０Ｋｅｖで加速した５　ＸＩＯ”ｃｍ−”のＮ
２°を多結晶５ｉ２８に打ち込む。

次に７００℃のＮ２雰囲気中で３０分間熱処理を行う。

Ｃホットリン酸でエツチングを行って、Ｎ２＋がイオン
注入された部分を除去する。

乎叢■大施■ 本発明の基本的プロセスをＮＰＮ　トランジスタに適用
した第２の実施例を第２図の各工程に基づいて説明する
。

ＡＰ型基板１にＮ゛埋込層３とＰ０チャンネルストッパ
ー２を形成した後、Ｎ型エピタキシャル層６を成長させ
る。この後酸化膜４．４′による絶縁分離を行ない、Ｎ
°コレクタ取出し部５を形成する。次にＣＶＤ法により
ＳｉＯ□膜１５を３０００人成長させて、さらに多結晶
Ｓｉ層９をＣＶＤ法により１５００人形成する。この多
結晶Ｓｉ層９は、素子の完成後にはベース等の取り出し
電極に使用されるので、Ｐ型不純物をドープさせて低砥
抗にしておく。

Ｂ　多結晶Ｓｉ層９の不要部分をフォトエツチングによ
り除去してから、ＳｉＯ□膜１６をＣＶＤ法により成長
させる。

ＲＩ　Ｅ　（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｔｏｎ　Ｅｃｈｉｎｇ
）法により、ベース・エミッタ部分となる能動領域とコ
レクタ取り出しの窓２５．２６を形成する。

熱酸化により１５０人のＳｉＯ□膜１７膜形７する。

０５００人の５ｉＪ４膜１８ｃを成長させ、１０００人
の多結晶Ｓｉ膜１８ｂをＣＶＤ法により形成し、その上
に５ｉＪａ膜１８ａを１０００人成長させた。

Ｄ　　ＲＩ　Ｅ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｊｏｎ　ＥＬｃｈ
ｉｎｇ）法により上層の５ｉＪ４膜１８ａを除去して第
２図Ｅに示されるように窓の側壁のみにサイドウオール
状に５ｉＪ４膜１８ａを残す。５ｉＪ４膜１８ａは多結
晶Ｓｉ膜のサイドにＮ２゛が打込まれない様にしたもの
で省略することもできる。

Ｆ　　４０ｋｅｖで加速したＮ２＋を、多結晶Ｓｉ膜１
８ｂに５Ｘ１０”／ｃａｒ以上ドープさせた後、８００
℃の窒素雰囲気中で３０分間アニールを行って、耐に０
１１溶液性を有する多結晶Ｓｉ膜１９を形成する。

この実施例に於いてはイオンとしてＮ２°を用いたが、
０□゛等の不純物として機能しない他の元素イオンを用
いる事も可能である。

Ｇ　ホット燐酸によりサイドウオール状の５ｉＪａ膜１
８ａを除去した後、ｇｏｕ溶液によってイオンドープさ
れていない多結晶Ｓｉ膜１８ｂを除去する。さらにＮ２
＋イオンがドープされた多結晶Ｓｉ膜１９をマスクとし
てホットリン酸によりＳｉＪ＜膜１８ｃをエツチングす
る。％２＋がイオン注入されてアニーリング処理された
多結晶Ｓｉ層１９をＫＯ）Ｉ水溶液で除去する。なおこ
のエツチング処理工程は省略して、多結晶Ｓｉ層１９は
残したままでも良い。

次に、希釈したＩＩＦ系エツチング液により薄いＳｉＯ
□１り１７を除去することによって基板表面上に２５０
０人幅の窓が露出する。この窓の幅は５ｉＪ−膜１８ａ
、１８Ｃ及び多結晶Ｓｉ膜１８ｂの膜厚の合計で決まる
。

Ｈ４０００人の多結晶Ｓｉ膜２０をＣＶＤ法により形成
して、その上にフォトレジストをかけて、ベース領域側
に窓を開けて、Ｂをイオン注入する。これらの不純物の
多結晶Ｓｉ中における拡散定数は大きいので、８００℃
と言う低温で加熱処理を行うことにより、これらの不純
物を多結晶Ｓｉ中に拡散させることができ、これによっ
て多結晶Ｓｉ層２０と、ベース取り出し領域とのコンタ
クトがとられる。

Ｉ　塩素系のガスを用いたＲＩＥ法により多結晶Ｓｉ膜
２０をエツチングし第２図Ｊに示すようにサイドウオー
ル状に多結晶Ｓｉ膜２０を残す。さらに、必要に応じて
イオン注入用安定化膜を形成する。

Ｋ　フォトレジスト２１をマスクにしてＢＦ２を６０Ｋ
ｅｖに加速してイオン注入を行ない、・す゛イドウオー
ル状多結晶Ｓｉ膜とセルファラインでベースイントリン
シック部を形成する。

Ｌ　　３０００人のＳｉＯ□膜２２全２２Ｄ法により形
成する。

Ｍ　　ＲＹＥ法により、上面のＳｉＯ□膜２２を除去し
てサイドウオールの５ｉｎ２膜２２のみを残す。

Ｎ　フォトレジストでコレクタ部分以外をマスクして、
コレクタ部分にあるサイドウオール状の５ｉＯｚ膜２２
をエツチング除去する。

０　フォトエツチングにより、ベースコンタクト用の窓
２４を形成する。多結晶Ｓｉ膜を抵抗等に使用している
場合には、そのコンタクト用の窓となる。

なお、工程Ｋに於けるコレクタ領域のＳｉＯ□膜２２の
除去と工程りに於けるベース・コンタクト用窓の窓開け
は同時に行うことができる。

Ｐ　　１０００人の多結晶５ｉｌｏをＣＶＤ法により形
成する。

Ｑ　フォトレジスト１１をマスクにして、八Ｓをイオン
注入して、その後の拡散によってエミッタ８を形成する
。

Ｒ従来法と同様にしてベース、エミッタ、コレクタの各
々の電極１２．１３．１４を形成する。

男」」どＵ証拠 第３の実施例を第３図に基づいて説明する。

Ａ　　Ｓｉ基板２７上に５ｉＯｚ層３０を形成して、段
差を設ける。

８　１０００人厚の多結晶Ｓｉ層１８ｂと２０００人厚
のＳｉ３Ｎａ層（ＳｉＯ□でも可能）１８ａをＣＶＤ法
により形成する。

ＣＲＩＥ法によりサイドウオール上に５ｉＪ４層１８ａ
を残し、全体にＮ２°（０□゛も可能）を５　ＸＩＯ”
ｃｍ　−”イオン注入する。

Ｄ８００℃のＮ２雰囲気中で３０分間熱処理を行った後
、ホットリン酸溶液によりサイドウオール状のＳｉ、Ｎ
、層１８ａを除去する。さらにＫＯＩ＋溶液によりサイ
ドウオール状の多結晶Ｓｉ層１８ｂを除去して、２００
０人の微細幅の窓を得る。Ｎ２゛がイオンドープされた
多結晶Ｓｉ層１９をマスクとしてＳｉｎ、層３０にＲＩ
Ｅ処理を行って窓を形成する。

Ｅ　　５ｉＯｚＪ１３０の窓をマスクにしてＣ１系のガ
スによるＲＹＥ処理をＳｉ基板に２７に行って２０００
人幅のトレンチを得る。

〔効果〕

本発明のエツチング方法によれば、従来のウェットエツ
チングのようなサイドエッチが生じないので、マスクパ
ターンそのままのエツチングを行うことができる。

多結晶Ｓｉ　（或いはポリサイド）等の外部電極取出し
領域とトランジスタのアクティブ領域（へ−ス）とのコ
ンタクトを、サイドウオール技術を用いて耐酸化膜の膜
厚に相当する１０００人程度０微細な幅でセルファライ
ンに形成することができた。

これによって、従来この領域を形成するときに必要とし
たマスク合わせが必要なくなって、トランジスタのコレ
クター・ベース接合容量のうちイントリンシック部以外
のグラフトベースによる容量を大幅に減らすことができ
る。

また、マスクを使用したエツチング法では不可能であり
た１０００人程度０微のトレンチ溝が段差を利用するこ
とによりマスクレスで形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す。 第２図Ａ−Ｒは本発明の第２の実施例を示した図である
。 第３図Ａ−Ｅは本発明の第３の実施例を示す。 第４図は本発明の原理を示すグラフである。 第５図は従来のＬＯＧＯ５）ランマスクとその改良トラ
ンジスタを示す図である。 １、・・・Ｐ型基板 ２、・・・２９チヤンネルストツパー ３、・・・Ｎ゛埋込層　　　４，４′・・・酸化膜５、
・・・Ｎ゛コレクタ取出部 ６、・・・Ｎ型エピクキシャル層 ７、・・・ベース領域　　　８．・・・エミッタ領域７
′・・・グラフトベース領域 ９、１Ｇ、　１８ｂ、　２０．２８．・・・多結晶Ｓｉ
層１１、２１．２３．２９．　・・・フォトレジスト１
２、・・・ベース電掻 １３．・・・エミッタ電極　　１４．・・・コレクタ電
極１５、１６．２２．３０．・・・ＳｉＯ□膜１７、・
・・薄い酸化膜 １８ａ、　１８ｃ　・Ｓｉ３Ｎ、膜 １９、・・・イオン注入された多結晶Ｓｉ膜２４、・・
・ベースコンタクト用窓 ２５、・・・ベース・エミッタ用窓 ２６、・・・コレクタコンタクト用窓 ２７、・・・基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｓｉ半導体基体に選択的に窒素または酸素をイオン注
   入する工程と、 前記基体を熱処理する工程と水酸化カリウム水溶液によ
   り前記基体の被イオン注入部分以外の部分を選択的にエ
   ッチング除去する工程とからなるエッチング方法。