JP2629162B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2629162B2
JP2629162B2 JP15884395A JP15884395A JP2629162B2 JP 2629162 B2 JP2629162 B2 JP 2629162B2 JP 15884395 A JP15884395 A JP 15884395A JP 15884395 A JP15884395 A JP 15884395A JP 2629162 B2 JP2629162 B2 JP 2629162B2
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Description

【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及びその製造
方法に関し、特にバイポーラトランジスタとその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIの高速化にともないバイポーラト
ランジスタにもより一層の高速化が必要となってきた。
一般にバイポーラトランジスタを高速化するためには寄
生容量の低減が必須であり、ベース、エミッタの自己整
合化により素子を微細化し寄生容量を低減してきた。し
かし、素子の微細化が進むに従いエミッタ領域と外部ベ
ース領域との距離が短くなり、エミッタ・ベース逆耐圧
低下の問題が生じてきた。そこでエミッタ・ベース逆耐
圧を低下させることなく寄生容量を減少させる技術が必
要となってきた。
【0003】従来の自己整合型バイポーラトランジスタ
の製造方法を図3および図4を用いて説明する。
【0004】まず、n型エピタキシャル層1の表面を熱
酸化して厚さ0.04〜0.06μmの酸化シリコン膜
2を形成する。次に厚さ0.2〜0.25μmの多結晶
シリコン膜3をCVD法で堆積させp型不純物であるボ
ロンをイオン注入する。その次に厚さ0.2〜0.3μ
mの酸化シリコン膜4をCVD法で堆積させ、バイポー
ラトランジスタのベース領域及びエミッタ領域を形成す
る部分の酸化シリコン膜4及び多結晶シリコン膜3を異
方性エッチングにより除去し、図3(a)に示すように
エミッタ部を開口し、酸化シリコン膜2を露出させる。
【0005】次に希フッ酸により酸化シリコン膜2の露
出部及び多結晶シリコン膜3端部下をエッチング除去
し、幅0.1μm程度のアンダーカット部を形成する。
その次にアンダーカット部を埋め込むように厚さ0.0
3〜0.06μm程度の多結晶シリコン膜11をCVD
法で堆積した後、多結晶シリコン膜11をエッチングし
て図3(b)に示すようにアンダーカット部に多結晶シ
リコン11を残存させる。
【0006】次に開口部にボロンを例えばエネルギー1
0KeVドーズ量2×1013cm-2でイオン注入し、さ
らに900℃で20分間の熱処理を施して図4(a)に
示すようにベース領域6を形成した後、図4(b)に示
すように絶縁膜7を堆積させ異方性エッチングにより開
口部側壁以外の絶縁膜7を除去する。その次にn型多結
晶シリコン膜8を堆積させパターニングした後熱処理を
施し、n型多結晶シリコン中の不純物をベース領域6内
に拡散させエミッタ領域9を形成する。また外部ベース
領域10は、多結晶シリコン11を形成した後にかかる
熱処理(主にベース領域6を形成するイオン注入後の熱
処理)により多結晶シリコン膜3中からその多結晶シリ
コン11を通じてn型エピタキシャル層1内に拡散さ
れ、図4(b)に示すように外部ベース領域10を形成
する。この従来の製造技術で使用している多結晶シリコ
ン膜は何れも結晶平均粒径が0.2μm以下の多結晶シ
リコンである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この従来の製造方法で
は主にベース領域6を形成する900℃20分の熱処理
で外部ベース領域10を拡げているため外部ベース領域
10の広がりを抑えることができず、寄生容量を低減す
るためベース・エミッタ間の距離を縮めるとベース・エ
ミッタ逆耐圧が低下してしまう。また逆耐圧を確保する
ために酸化シリコン膜7を厚くして外部ベース領域10
とエミッタ領域9との距離を離した場合にはエミッタサ
イズを同一にすると寄生容量が増加するあるいはベース
抵抗が増加することが問題となってきた。
【0008】このような問題を解決する手段が5−24
3246号および特開平5−36706号に提案されて
いる。
【0009】図5および図6に示した特開平5−243
246号では、まずp型シリコン基板14にn+ 型埋め
込み層12及びp+ 型埋め込み層15を形成した後、n
型エピタキシャル層1を成長させ、素子分離用の酸化シ
リコン膜13を図5(a)に示すように形成する。
【0010】次に窒化シリコン膜17及び酸化シリコン
膜(図示せず)を順次堆積させた後、エミッタ形成領域
を残してエッチング除去する。その後ベース電極用多結
晶シリコン16を全面に堆積させ、フォトレジストで平
坦化した後にエッチバックして酸化シリコン膜表面を露
出させ、バッファードフッ酸で酸化シリコン膜を除去す
る。その後30keVでドーズ量1E13cm-2程度の
ボロンをイオン注入して熱拡散させ低濃度外部ベース領
域18を形成し、さらに30keVで1E15cm-2
度のボロンをイオン注入して高濃度外部ベース領域10
を形成する[図5(b)]。
【0011】次に多結晶シリコン16の表面を酸化して
その表面及び側面に酸化シリコン膜19及び窒化シリコ
ン膜17を残すようにエッチングする[図6(a)]。
【0012】次にイオン注入により真性ベース領域6を
形成し、更に多結晶シリコン8を堆積させ、ヒ素をイオ
ン注入し熱拡散させることでエミッタ領域9を形成する
[図6(b)]。
【0013】また、図7に示した特開平5−36706
号ではn型エピタキシャル層1上に多結晶シリコン膜3
を堆積させボロンをイオン注入した後、酸化シリコン膜
4を堆積させる。次にベース及びエミッタ形成領域を開
口し、全面にボロンをドープした酸化シリコン膜(BS
G膜)20を堆積させた後、異方性エッチングによりB
SG膜20を開口部の側部のみに残存させる。そしてこ
の開口部にイオン注入を行い真性ベース領域を形成す
る。次いで全面にノンドープの酸化シリコン膜を成長さ
せ異方性エッチングを施した後、多結晶シリコン膜8を
堆積し、ヒ素をイオン注入して熱拡散させエミッタ領域
9を形成する。
【0014】図5ないし図7に示した公知例では、何れ
もエミッタ領域とベース領域の接合部のボロン濃度を下
げることでベース・エミッタ逆耐圧の低下を防いでい
る。しかし多結晶シリコン中からn型エピタキシャル層
内へのボロンの熱拡散を抑えることはできず、高濃度外
部ベース領域が拡がってしまうことから寄生容量の増加
が問題となる。従って外部ベース領域の拡がりを抑える
ためには、ボロンを拡散の遅い導電材料を通じて拡散さ
せる必要はある。
【0015】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、ベース・エミッタ間の寄生容量が小さく且つベー
ス・エミッタ逆耐圧の低下を抑えたバイポーラトランジ
スタおうよびその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、第1導電型の半導体領域上に第1の絶縁
膜、第2導電型の第1の半導体膜及び第2の絶縁膜を順
に形成する工程と、前記第2の絶縁膜及び前記第1の半
導体膜の素子形成部に開口部を形成し前記第1の絶縁膜
を露出させる工程と、前記第1の絶縁膜の露出部及び前
記第1の半導体膜の下部をエッチングしアンダーカット
部を形成する工程と前記アンダーカット部を埋設する平
均粒径が0.3μm以上の多結晶シリコン膜を形成する
工程と、前記多結晶シリコン膜をアンダーカット部に埋
設された部分を残してエッチング除去する工程と、前記
開口部により露出された部分の前記第1の半導体領域に
第2導電型不純物を導入して第2導電型の第2の半導体
領域を形成する工程と、前記第1の半導体膜から不純物
を熱拡散させ前記第2の半導体領域周辺に第2導電型の
第3の半導体領域を形成する工程とを有することを特徴
としている。
【0017】
【作用】一般にボロンが多結晶シリコン中を拡散する場
合、シリコン結晶中を拡散する速度に比べ結晶粒界を拡
散する速度の方が早いことが知られている。従って外部
ベース領域10は多結晶シリコン膜3中のボロンが多結
晶シリコン膜11の粒界とエピタキシャル層の界面を中
心にn型エピタキシャル層1内に拡散する。一方、バイ
ポーラトランジスタの逆耐圧はベース・エミッタ接合か
ら高濃度の外部ベース領域までの距離及び対向長により
決まる。ここで従来例のように粒界の小さな多結晶シリ
コンでは、界面の間隔がエピタキシャル層内のボロンの
拡散長より短いためボロン濃度が隣接した界面から拡散
してきたボロンとの和になり高濃度領域の拡がりが大き
くなってしまう。従ってエミッタと外部ベース領域の距
離が短くなり、逆耐圧が低下してしまう。また粒界の密
度が高いとベースエミッタ接合と外部ベース領域の対向
長のうち両者の距離が短い部分の比率が高くなり、逆耐
圧を低下させることになる。
【0018】これに対し本発明では、多結晶シリコン膜
の粒界の密度を下げボロンの拡散を抑制している。これ
により隣接した界面の影響を無くし高濃度領域の拡がり
を抑制して、ベース・エミッタ接合と外部ベース領域の
距離を長くし逆耐圧の低下を防いでいる。また、多結晶
シリコンの平均粒径が0.3μm以上になると隣接した
界面の影響を受けなくなるため本発明の効果が得られる
が、平均粒径が0.5μm以上になると粒界密度がほぼ
半減するため、ベース・エミッタ接合と外部ベース領域
の対向長のうち両者の距離が長い部分の比率が高くなる
ためさらに高い効果が得られる。
【0019】
【実施例】以下に本発明を図面を参照しながら説明す
る。
【0020】まず、図1(a)を参照すると、n型エピ
タキシャル層1の表面を熱酸化し、厚さ0.04〜0.
06μmの酸化シリコン膜2を形成する。次に厚さ0.
2〜0.25μmの多結晶シリコン膜3をCVD法で堆
積させ、p型不純物であるボロンを全面にイオン注入す
る。その後厚さ0.2〜0.3μmの酸化シリコン膜4
をCVD法で堆積させ、バイポーラトランジスタのベー
ス領域およびエミッタ領域を形成する部分の酸化シリコ
ン膜4および多結晶シリコン膜3を異方性エッチングに
より除去し、図1(a)に示すようなエミッタ開口を設
け酸化シリコン膜2を露出させる。次に希フッ酸により
この酸化シリコン膜2の露出部および多結晶シリコン膜
3端部下をエッチング除去し、幅0.1μm程度のアン
ダーカット部を形成する。そしてこのアンダーカット部
を埋め込むように少なくとも酸化シリコン膜2の膜厚の
半分以上の厚さの非晶質シリコン膜をCVD法で堆積
し、窒素雰囲気中で600℃程度の熱処理を施し、非晶
質シリコン膜を平均粒径が0.5μm以上の多結晶シリ
コン膜5に変化させる。次にこの多結晶シリコン膜5を
エッチングして図1(b)に示すようにアンダーカット
部に多結晶シリコン膜5を残存させる。
【0021】その次に開口部にボロンを例えばエネルギ
ー10KeVドーズ量2×1013cm-2でイオン注入し
た後、適切な熱処理を施しボロンを活性化させて図2
(a)に示すように真性ベース領域6を形成する。また
このときの熱処理により多結晶シリコン膜3中から多結
晶シリコン5を通じてn型エピタキシャル層1内にボロ
ンを拡散させ、多結晶シリコン5との界面全面に外部ベ
ース領域10を形成できるように酸化シリコン膜2の膜
厚を調整する。さらに絶縁膜7を堆積させた後、異方性
エッチングにより開口部側壁以外の絶縁膜7を除去す
る。最後にn型多結晶シリコン膜8を堆積させパターニ
ングした後熱処理を施し、n型多結晶シリコン8の不純
物を真性ベース領域6内に拡散させエミッタ領域9を形
成する[図2(b)]。
【0022】本発明の第2の実施例として、第1の実施
例と同様にアンダーカット部を形成した後、多結晶シリ
コン5の代わりに770℃の温度でジシランを使用した
CVD法で多結晶シリコンを成長する。その後第1の実
施例と同様にベース領域及びエミッタ領域を形成する。
その他の構造および製法工程は第1の実施例と同じであ
るので説明は省略する。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、外部ベース領域を形成
するためにボロンを拡散させる多結晶シリコンに従来の
平均粒径が0.2μm以下の多結晶シリコンに比べボロ
ンの拡散が遅い平均粒径が0.2μm以上の多結晶シリ
コンを使用することで外部ベース領域の拡がりを抑える
ことができ、ベース・エミッタ逆耐圧を低下させること
なく寄生容量を低減することができる。また第2の実施
例では、第1の実施例の多結晶シリコン5を多結晶シリ
コンにすることで粒界を無くし、よりボロンの拡散を抑
制することができる。従ってベース・エミッタ逆耐圧を
低下させることなくベースの寄生容量を低減させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)は本発明の一実施例の製造工程
順の断面図である。
【図2】(a)、(b)は図1(a)、(b)に続く本
発明の一実施例の製造工程順の断面図である。
【図3】(a)、(b)は従来の半導体装置の一例の製
造工程順の断面図である。
【図4】(a)、(b)は図3(a)、(b)に続く従
来の半導体装置の一例の製造工程順の断面図である。
【図5】(a)、(b)は従来の半導体装置の他の例の
製造工程順の断面図である。
【図6】(a)、(b)は図5(a)、(b)に続く従
来の半導体装置の他の例の製造工程順の断面図である。
【図7】従来の半導体装置のさらに他の例の断面図であ
る。
【符号の説明】
1 n型エピタキシャル層 2 酸化シリコン膜 3 p+ 多結晶シリコン膜 4 酸化シリコン膜 5 多結晶シリコン膜 6 真性ベース領域 7 酸化シリコン膜 8 n+ 型多結晶シリコン膜 9 エミッタ領域 10 外部ベース領域 11 多結晶シリコン膜 12 n+ 型埋込層 13 酸化シリコン膜 14 p型シリコン基板 15 p+ 型埋込層 16 n+ 型多結晶シリコン膜 17 窒化シリコン膜 18 低濃度外部ベース領域 19 酸化シリコン膜

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の第1の半導体領域上に第1
    の絶縁膜、第2導電型の第1の半導体膜及び第2の絶縁
    膜を順に形成する工程と、前記第2の絶縁膜及び前記第
    1の半導体膜の素子形成部に開口部を形成し前記第1の
    絶縁膜を露出させる工程と、前記第1の絶縁膜の露出部
    及び前記第1の半導体膜の下部をエッチングしアンダー
    カット部を形成する工程と、前記アンダーカット部を埋
    設する平均粒径が0.3μm以上の多結晶シリコン膜を
    形成する工程と、前記開口部により露出された部分の前
    記第1の半導体領域に第2導電型不純物を導入して第2
    導電型の第2の半導体領域を形成する工程と、前記第1
    の半導体膜から不純物を熱拡散させ前記第2の半導体領
    域周辺に第2導電型の第3の半導体領域を形成する工程
    とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第2導電型の第1の半導体膜は平均
    粒径が0.3μm以上の多結晶シリコンであることを特
    徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記平均粒径が0.3μm以上の多結晶
    シリコン膜が非晶質シリコン膜を窒素雰囲気で熱処理を
    施すことにより形成されることを特徴とする請求項1に
    記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 バイポーラトランジスタのエミッタ領
    域、ベース領域、コレクタ領域及びベース電極とベース
    領域を電気的に接続するための高濃度外部ベース領域が
    形成された半導体基板と、ベース電極を形成するための
    多結晶シリコン層とを有する半導体装置において、前記
    多結晶シリコン層のうち少なくとも前記外部ベース領域
    との接触部が平均粒径0.3μm以上の多結晶シリコン
    であることを特徴とする半導体装置。
JP15884395A 1995-06-26 1995-06-26 半導体装置及びその製造方法 Expired - Lifetime JP2629162B2 (ja)

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