JP2626300B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2626300B2
JP2626300B2 JP9462291A JP9462291A JP2626300B2 JP 2626300 B2 JP2626300 B2 JP 2626300B2 JP 9462291 A JP9462291 A JP 9462291A JP 9462291 A JP9462291 A JP 9462291A JP 2626300 B2 JP2626300 B2 JP 2626300B2
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film
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に自己整合のエミッターベース分離の半導体
装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高速化が進み、
特にバイポーラ型半導体集積回路では自己整合型のデバ
イスが開発され実用化されている。ここで一例として、
SSTプロセス(スーパー・セルフ・アラインド・プロ
セス・テクノロジー(Super Self−alig
ned process Technology))に
ついてその製造方法を簡単に説明する。なお、説明の都
合上コレクタ領域及び埋込工程、エピタキシャル工程の
説明は省略し、ベース・エミッタ領域の形成方法につい
てのみ図13〜図18を参照して説明する。
【0003】まず図13に示すように、シリコン基板2
01(図示しないコレクタ領域や埋込層などが形成され
ているものとする。)表面を薄く酸化後、窒化シリコン
膜203を気相成長法により200nmの厚さに成長さ
せた後、高濃度のボロンを注入することによりボロンド
ープトポリシリコン膜204aに変換する。次にベース
及びエミッタ形成領域上のボロンドープトポリシリコン
膜204aを選択的にエッチング除去する。
【0004】次に図14に示すように、ボロンドープト
ポリシリコン膜204aの露出部を酸化し、厚さ200
nm程度の酸化シリコン膜216を形成する。
【0005】その後図15に示すように、熱リン酸を用
いて窒化シリコン膜203の露出部をエッチング除去
し、更にボロンドープトポリシリコン膜204aに被覆
されている領域までアンダーカットを施す。次にシリコ
ン基板201の表面を覆う薄い酸化シリコン膜(図示せ
ず)をエッチング除去した後、前述のアンダーカット領
域を埋め戻すように第2のノンドープポリシリコン膜2
08を成長する。
【0006】次に図16に示すように、熱処理によりボ
ロンドープトポリシリコン膜204aより前述のアンダ
ーカット領域に埋め込まれた第2のノンドープポリシリ
コン膜208にボロンを拡散し、さらに前述のボロン拡
散領域直下のシリコン基板201へもボロンを拡散し、
グラフトベース領域210を形成する。この後、KOH
水溶液又はヒドラジンを用いてノンドープポリシリコン
膜208のみを選択的にエッチング除去する。
【0007】この後図17に示すように、ボロンドープ
トポリシコン膜204aの露出部及びシリコン基板20
1の露出部を酸化して70nm程度の厚さの薄い酸化シ
リコン膜のベースーエミッタ分離膜216aを形成す
る。次に薄い酸化シリコン膜(216a)を通してボロ
ンをイオン注入しシリコン基板201にベース領域20
7を形成する。
【0008】その後、図18に示すように、異方性イオ
ンエッチング装置を用いてエミッタコンタクトを開孔
し、第3のポリシリコンを成長した後高濃度のヒ素をイ
オン注入することによりヒ素ドープトポリシリコン膜2
17に変換する。次に熱処理によりヒ素ドープトポリシ
リコン膜217よりベース領域207へヒ素を拡散して
エミッタ領域211を形成する。
【0009】以上のようにエミッタ−ベース分離が自己
整合的に形成される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のSST
プロセスによる自己整合型バイポーラトランジスタの製
造上の問題点としては、まず第1に窒化シリコン膜20
3のアンダーカット部の加工精度の悪さがあり、第2に
第2のノンドープポリシリコン膜208とボロンドープ
トポリシリコン膜204aとの選択エッチに、トランジ
スタ素子の性能を劣化させるカリウムを使用するか、米
国では発ガン性物質として使用を禁止しているヒドラジ
ンを使用せねばならない点である。
【0011】また特性上の問題点としては、第1にボロ
ンドープトポリシリコン膜204aを酸化することによ
る抵抗値のバラツキあるいはベース引き出し抵抗の増大
があり、第2に第3のポリシリコン27が溝形状となる
ためエミッタ部でのイオン注入によるヒ素濃度が開口部
が狭いほど低下し、直流電流増幅率hFEにバラツキが
生ずる点であり、第3にAl等の金属電極材料が溝形状
となったエミッタ部に被着しずらくエミッタ抵抗が増大
する点であり、第4にベース引出しポリシリコン膜(2
04a)直上に薄い酸化シリコン膜を216を介してエ
ミッタ電極(218)が形成される構造のためベース−
エミッタ間の容量が大である点等が列挙される。
【0012】本発明の目的は、以上の欠点に鑑みSST
等の自己整合型バイポーラトランジスタの優れた特色を
損なわずにかつ、以上の欠点を大幅に改善した半導体装
置の製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、第1導電型半導体基板の一主表面上に酸化シ
リコン膜、第1の窒化シリコン膜、第1のポリシリコン
膜を順次形成する工程と、該第1のポリシリコン膜に選
択的に第1導電型及び第2導電型の不純物をそれぞれ添
加する工程と、第2の窒化シリコン膜を形成する工程
と、第1パターン内に前記第1導電型不純物領域と第2
導電型不純物領域とを含むように前記第1のポリシリコ
ン膜と第1及び第2の窒化シリコン膜をエッチング除去
する工程と、前記酸化シリコン膜の露出した領域を通し
て前記第1導電型半導体基板へ第1の第2導電型不純物
領域を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の露出部の
少なくとも一部をエッチング除去する工程と、第2のポ
リシリコン膜を成長し、該第2のポリシリコン膜の少な
くとも一部を異方性エッチングして前記第1のポリシリ
コン膜の側壁に残す工程と、前記第1のポリシリコン膜
から第1導電型及び第2導電型不純物をそれぞれ第2の
ポリシリコン膜の残存部を通して半導体基板に拡散し、
第2の第2導電型不純物領域及び第1の第2導電型不純
物領域内に第1導電型不純物領域を同時に形成する工程
とを含むというものである。
【0014】
【実施例】次に本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。
【0015】図1〜図6は本発明の第1の実施例を説明
するための工程順に示した断面図である。なお説明の都
合上コレクタ領域及び埋込工程、エピタキシャル工程の
説明は省略し、ベース、エミッタ領域の形成方法につい
てのみを説明する。
【0016】まず、図1に示すように、シリコン基板1
01表面に熱酸化により200nmの厚さの酸化シリコ
ン膜102を形成し、気相成長法により厚さ300nm
第1の窒化シリコン膜103を成長し、さらに気相成長
法により厚さ500nmの第1のポリシリコン膜104
を成長後高濃度のボロン及びヒ素をイオン注入により選
択的に注入してヒ素ドープトポリシリコン膜104a及
びボロンドープトポリシリコン膜104bに変換する。
次に厚さ500nmの第2の窒化シリコン膜105を気
相成長法により形成する。
【0017】次に図2に示すように、第1のフォトレジ
スト膜106をマスクとして第2の窒化シリコン膜10
5及びヒ素ドープトポリシリコン膜104aとボロンド
ープトポリシリコン膜104bさらに第1の窒化シリコ
ン膜103を順次エッチング除去する。この時第1のフ
ォトレジスト膜106をマスクとしてエッチングされる
領域内にヒ素ドープトポリシリコン膜104aとボロン
ドープトポリシリコン膜104bがほぼ等量づつエッチ
ングされる様にパターン設計しておく。続いて酸化シリ
コン膜102を通して低濃度のボロンをイオン注入して
ベース領域107を形成する。
【0018】次に図3に示すように、露出した酸化シリ
コン膜102をエッチング除去した後、第2ノンドープ
ポリシリコン膜108を気相成長法により500nmの
厚さに成長する。
【0019】次に図4に示すように平坦部の厚さが20
0nm程度になるまで異方性エッチングにより第2のノ
ンドープポリシリコン膜108をエッチングする。
【0020】次に図5に示すように、平坦部のノンドー
プポリシリコン膜108が全て酸化シリコン膜109に
なるまで酸化する。
【0021】次に図6に示すように、熱拡散により、ノ
ンドープポリシリコン膜108の残存部にヒ素ドープト
ポリシリコン膜104aからヒ素を又ボロンドープトポ
リシリコン膜104bからボロンを同時に拡散し、さら
にシリコン基板101内へボロン及びヒ素を押し込んで
グラフトベース領域110及びエミッタ領域111を形
成する。この後ベース電極取り出し口及びエミッタ電極
取り出し口をそれぞれボロンドープトポリシリコン膜1
04b及びヒ素ドープトポリシリコン膜104a上に開
口しアルミニウム電極112a,112bを形成する。
【0022】以上説明したように、本実施例によればベ
ースとエミッタの分離が自己整合的に形成されかつ微細
化が可能なSSTプロセスの優れた特色を損なわずに、
前に述べた製造上の問題点及び特性上の問題点を解決す
ることができる。
【0023】つまり製造上の第1の問題である窒化シリ
コン膜のアンダーカットの精度の悪さは第2のポリシリ
コン膜の厚さに置き替えることにより改善され、第2の
問題点である有害薬液の使用は第2のノンドープポリシ
リコン膜への不純物の供給を第1のドープトポリシリコ
ン膜の底面からでなく、側面より行うことで不要とし、
特性上の第1の問題点である抵抗値のバラツキは、第1
のドープトポリシリコン膜を酸化しないことをで解決
し、第2の問題であるhFEのバラツキは高濃度ヒ素の
第1のドープトポリシリコン膜よりヒ素を安定供給させ
ることで安定化させ、第3の問題であるエミッタ抵抗の
増大も高濃度ヒ素の第1のドープトポリシリコン膜を使
用することで解決し、第4の問題点であるエミッタ−ベ
ースの容量増大は、ベース引き出しポリシリコン上にエ
ミッタ電極が形成されない構造のため大幅に改善が可能
である。
【0024】次に本発明の第2の実施例について図7〜
図12を参照して説明する。図7,図8はそれぞれ図
1,図2と同じであり、ベース領域107形成までは第
1の実施例と同一である。
【0025】ベース領域107形成後、図9に示すよう
に第2のフォトレジスト膜113を塗布した後シリカフ
ィルムを塗布して約150℃の熱処理を行ない酸化シリ
コン膜114を形成する。
【0026】次に図10に示すように第2のフォトレジ
スト膜113のくぼみに溜った酸化シリコン膜114が
残るようにして平坦部の酸化シリコン膜114を異方性
エッチングにより除去した後、第2のフォトレジスト膜
113のくぼみに残った酸化シリコン膜114をマスク
として第2のフォトレジスト膜113を異方性エッチン
グにより除去する。
【0027】次に図11に示すように、残存する第2の
フォトレジスト膜113をマスクとして酸化シリコン膜
102の一部をエッチング除去すると同時に酸化シリコ
ン膜114もエッチング除去し、第2のフォトレジスト
膜113を除去した後第2のノンドープポリシリコン膜
108を気相成長法により500nmの厚さに成長す
る。
【0028】次に図12に示すように、平坦部の第2の
ノンドープポリシリコン膜108を異方性エッチングに
より全てエッチング除去した後、気相成長法により酸化
シリコン膜105を500nmの厚さに成長して熱処理
を行い、グラフトベース領域110,エミッタ領域11
1を形成することにより、第1の実施例とほぼ同一の構
造及び性能の自己整合型のバイポーラトランジスタのベ
ース,エミッタを得ることができる。
【0029】この実施例は第2のノンドープポリシリコ
ン膜108の酸化工程を省くことができる利点がある。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、窒化シリ
コン膜のアンダーカットを利用しないので高精度加工可
能であり、ノンドープポリシリコン膜をドープトポリシ
リコン膜に対して選択的に除去する工程を有していない
ので従来例で問題となった有害薬品の使用を必要とせ
ず、第1のドープトポリシリコン膜を酸化する工程がな
いので抵抗値のバラツキが少なく、第1のドープトポリ
シリコン膜からの拡散によりエミッタ領域を形成するの
で直流電流増幅率の安定化が実現され、エミッタ電極と
ベース電極とが絶縁膜を介して近接配置される構造では
ないのでエミッタ−ベース間の寄生容量は小さくなる。
すなわち、安全かつ確実に高性能の自己整合型のバイポ
ーラトランを実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図2】本発明の第1の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図3】本発明の第1の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図4】本発明の第1の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図5】本発明の第1の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図6】本発明の第1の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図7】本発明の第2の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図8】本発明の第2の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図9】本発明の第2の実施例の説明に使用する断面図
である。
【図10】本発明の第2の実施例の説明に使用する断面
図である。
【図11】本発明の第2の実施例の説明に使用する断面
図である。
【図12】本発明の第2の実施例の説明に使用する断面
図である。
【図13】従来の説明に使用する断面図である。
【図14】従来の説明に使用する断面図である。
【図15】従来の説明に使用する断面図である。
【図16】従来の説明に使用する断面図である。
【図17】従来の説明に使用する断面図である。
【図18】従来の説明に使用する断面図である。
【符号の説明】
101,201 シリコン基板 102 酸化シリコン膜 103,203 窒化シリコン膜 104a,204a ボロンドープトポリシリコン膜 104b ヒ素ドープトポリシリコン膜 105 窒化シリコン膜 106 第1のフォトレジスト膜 107,207 ベース領域 108,208 ノンドープポリシリコン膜 109 酸化シリコン膜 110 グラフトベース領域 111 エミッタ領域 112a アルミニウム電極(エミッタ電極) 112b アルミニウム電極(ベース電極) 113 第2のフォトレジスト膜 114 酸化シリコン膜 115 酸化シリコン膜 216,216a 酸化シリコン膜 217 ヒ素ドープトポリシリコン膜 218a アルミニウム電極(エミッタ電極) 218b アルミニウム電極(ベーム電極)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型半導体基板の一主表面上に酸
    化シリコン膜、第1の窒化シリコン膜、第1のポリシリ
    コン膜を順次形成する工程と、該第1のポリシリコン膜
    に選択的に第1導電型及び第2導電型の不純物をそれぞ
    れ添加する工程と、第2の窒化シリコン膜を形成する工
    程と、第1パターン内に前記第1導電型不純物領域と第
    2導電型不純物領域とを含むように前記第1のポリシリ
    コン膜と第1及び第2の窒化シリコン膜をエッチング除
    去する工程と、前記酸化シリコン膜の露出した領域を通
    して前記第1導電型半導体基板へ第1の第2導電型不純
    物領域を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の露出部
    の少なくとも一部をエッチング除去する工程と、第2の
    ポリシリコン膜を成長し、該第2のポリシリコン膜の少
    なくとも一部を異方性エッチングして前記第1のポリシ
    リコン膜の側壁に残す工程と、前記第1のポリシリコン
    膜から第1導電型及び第2導電型不純物をそれぞれ第2
    のポリシリコン膜の残存部を通して半導体基板に拡散
    し、第2の第2導電型不純物領域及び第1の第2導電型
    不純物領域内に第1導電型不純物領域を同時に形成する
    工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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