JP3324597B2 - セルフアライン型ベース−エミッタ接合を有するバイポーラ素子の製造方法 - Google Patents
セルフアライン型ベース−エミッタ接合を有するバイポーラ素子の製造方法Info
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Description
ラ素子を製造することに関する。この発明はバイポーラ
技術のみを用いたバイポーラトランジスタ又はバイポー
ラMOS(BICMOS)技術を含んだバイポーラトランジスタを
製造することに適用する。
ンジスタを製造する場合、種々の問題が生ずる。特にセ
ルフアライン(自己整合)型製造法を好適に用いて該ト
ランジスタの構造を小さくすることが望まれている。
ジスタを製造する場合、ドーピングによるガウス形の構
造を必ず生ずる。前記のベースはドーピングしたエピタ
キシーの堆積により形成されることが理想である。
抗(ベース抵抗)を最小にし、該トランジスタの周波数
特性を改善することが望まれている。この要求を満たす
ため、特にベースにシリコン−ゲルマニウム層を使用す
ることが提案されている。しかし、ゲルマニウムを使用
することによりバイポーラトランジスタの接続抵抗と該
ベースの通過時間がかなり改善される反面、注入に対す
る問題が生ずる。前記の場合、該注入により前記のゲル
マニウムをシリコン層内に入れることが難しく、しかも
この種のシリコン層は高温に耐えることができない。
ース−エミッタ接合をセルフアライン(自己整合)法で
形成する新規なバイポーラトランジスタの製造法を提供
することである。
ベース抵抗を少なく、即ち最小にする前記の製造法を提
供することである。
ニウムのベース領域に使用できる前記の製造法を提供す
ることである。
目的を達成するため、この発明は電界絶縁材を満たした
トレンチにより範囲が定められる第一の導電型を有する
能動シリコン領域上にバイポーラトランジスタのエミッ
タ−ベース接合を製造する方法であって、この方法によ
る構造体が第一の絶縁層で覆われていることを特徴とし
ている。前記の方法は、第一の絶縁層をエッチングして
前記電界絶縁材の上に広がる開口を形成して該能動シリ
コン領域の表面を露出すること;該能動シリコン領域の
表面を所定の厚さだけエッチングすること;該第一の絶
縁層の前記のエッチングと該能動シリコン領域の前記エ
ッチングにより得られる前記第一の絶縁層と前記電界絶
縁材で形成される急な***部にそって第二の導電型を有
し十分にドーピングした第二のシリコンスペーサと第一
のシリコンスペーサをそれぞれ形成すること;第二の導
電型のドーピングしたベース層をエピタキシーにより堆
積すること;前記の第一のシリコンスペーサに対応した
ベース層の***部の内側周囲の絶縁材料内に第三のスペ
ーサを形成すること;第一の導電型のシリコンを十分に
ドーピングしたエミッタ層を堆積すること;前記第一の
層と第三のスペーサの層を停止部として使用し化学機械
研磨を行うこと;の各段階を含んでいる。
動シリコン領域をエッチングするため、第一の絶縁層に
所定の厚さのシリコン層を堆積すること;前記能動シリ
コン領域の上で前記シリコン層と第一の絶縁層に対しマ
スキングとその除去を行うこと;該シリコンを選択的に
エッチングし第一の絶縁層に到達するとその検出を行い
該エッチングを止めること;の各段階を含んでいる。
び第二のスペーサを形成することは前記能動シリコン領
域をオーバーエッチングすることにより行う。
は酸化シリコン層と窒化シリコン層で形成した多層であ
る。
スペーサは第二の導電型のドーピングしたポリシリコン
から作られている。
一のスペーサは単結晶シリコンから作られている。
リコンとゲルマニウムから作られている。
のゲルマニウムの傾斜と第一の導電型のドーパントの傾
斜はゲルマニウムの最大濃度部とドーパントの最大濃度
部がそれぞれ該能動シリコン領域の界面とエミッタ領域
の界面に近い所にある様になっている。
サは酸化シリコンにより作られている。
図9のそれぞれの図で同じエレメントは同じ参照番号で
示し、集積回路で通常表示する様に図1から図9のそれ
ぞれのエレメントの縮尺は異なっている。
最初の段階の後を示す図で、第一の導電型の、例えばP
型のシリコン基板1の状態を示している。該基板1は、該
基板の上側表面に第二の導電型の、例えばN型の領域2及
び3を含み、それぞれの領域は十分なドーピングと軽い
ドーピングが行われている。該領域2は、例えば該基板1
内への注入/拡散により得られ、該領域3はエピタキシャ
ル成長から得られる。電界絶縁材4、例えば酸化シリコ
ン(SiO2)で満たされたトレンチにより該領域3内に能動
領域が定められる。この構造体は絶縁層5で覆われてい
る。該層5はシリコン層6、好適にはポリシリコンでふさ
がれている。層6の厚さh1は後述する様に決められてい
る。
であり相互に及びシリコン層6に対し選択的にエッチン
グされている異なる絶縁材の層から形成されている。該
層5は例えば下側の酸化シリコン層5-1と上側の窒化シリ
コン層5-2(Si3N4)である。
の段階で層6と層5はシングルマスクにより開口が作られ
る。該シングルマスクは内部にバイポーラトランジスタ
が形成される領域3の該能動表面を露出するためこの段
階に使用されている。更にこの段階で層6と層5の開口は
周囲の電界絶縁領域の上に広がっている。該開口を形成
した後、高エネルギーが注入され、領域2と接触してい
る領域3の底部にドーピングを十分行ったN型の領域7が
形成される。該領域7はバイポーラトランジスタのコレ
クタの底部を形成する役割をしている。該領域7に注入
するため、絶縁層5-1が残ることが好適である。次に該
絶縁層5-1が除去され、熱酸化物が成長する。領域2とオ
ーム接触の形成は従来の方法の通り行うため、記載及び
図示しない。
が、この段階で酸化シリコン層5-1が除去される。次に
シリコンに対し異方性エッチングを行う。該異方性エッ
チングを行った後、該開口の底部にある領域3の露出表
面は層6と同時にエッチングされる。該エッチングは該
層6の除去が完全に終わる直後に停止される。
は、絶縁層5が形成するエッチングの停止層を有するこ
とである。該絶縁層5により該エッチングを終了する検
出も行われる。層6と層3を作る材料のエッチング特性の
違いは周知であり、層6の高さh1により領域3の取り除か
れることが望ましい高さh2が決められる。
が、この段階で極めて十分にドーピングしたP型のシリ
コン層が堆積される。該ドーピングは好適にはその場所
で行われる。次に該極めて十分にドーピングした層はエ
ッチングを異方的に行い、電界絶縁材4と絶縁層5で形成
された急な***部に沿ってスペーサを作る部分8-1と8-2
を適所にのみ残す。部分8-1の幅はシリコン層6の最初の
厚さにより決定される。
である領域3を任意にオーバーエッチングすることによ
り行われることに注目する必要がある。前記のオーバー
エッチングは十分深い厚さまで行い、領域3の表面にお
ける部分8-1のドーパントを拡散することにより発生す
る可能性のある寄生的なドーピングを取り除いてから、
又は可能なら取り除く前に十分にドーピングした層をエ
ッチングする。領域3のオーバーエッチングを好適に行
い領域3の露出した表面と部分8-1との接触部分の間に滑
らかな傾斜を得る。
より小さい高さh3までエッチングされる。このエッチン
グの目的は部分8-1の外側の周りにくぼみ9を形成するこ
とである。従って、部分8-1は周囲にある電界絶縁材4に
対し部分的に盛り上がっている。
が、この段階でシリコン層10はくぼみ9の高さh3(図
4)に少なくとも等しい厚さを越えて同じ角度に堆積さ
れている。該層10の役割はバイポーラトランジスタのベ
ースを形成することであり、エピタキシにより堆積し少
なくとも領域3の上で単結晶層になることである。該層1
0はP型のドーパント、例えばホウ素により5×1018原子/
cm3程度の少ない濃度でドーピングされている。
層の上側表面は下側の層で特にシリコンのリング部分8-
1の急な内側の***部を再現している。これによりリン
グ状のスペーサ11は図示の様に例えば酸化シリコンによ
る絶縁層を堆積し異方性のエッチングを行うことにより
形成される。
が、この段階でN型のドーパントにより好適にはその場
所で十分にドーピングされたポリシリコン層12が堆積さ
れる。該ドーパントはあらゆる周知のドーパント、例え
ばヒ素又はリンである。該層12の役割はバイポーラトラ
ンジスタのエミッタを作ることである。
が、この段階でこの発明に基づき化学機械研磨を行う。
前記の研磨は該層5とスペーサ11の上側表面に達すると
止められる。得られた平坦部により少なくとも一方向の
大きさが改善、即ち少なくなり、これは高周波集積素子
の場合常に改善が得られる。N型シリコン層12の場合、
リング状のスペーサ11に対し内側にエミッタ部分のみが
残る。P型シリコン層はベースの中央部分の適所に残
る。更に、該層10の周辺部10-1も残り、該周辺部により
ドーピングが十分に行われたP型のシリコン部分8-1と8-
2(これらは図4のくぼみ9に対応した領域内にある)の
間の接触が確実になる。エレメント10、8-1、及び8-2の
間が電気的に接続されていることに注目する必要があ
る。
段階で見かけの導電性表面をケイ化物にする。この処理
を行った第一のケイ化物のベース接触13は同じ第一のド
ーピングの種類(P)である種々のエレメントの上側表面1
0、8-1、10-1及び8-2の上に形成される。該ケイ化物の
接触13の殆どの部分は該絶縁領域4の上にある。これに
よりベース−コレクタ容量が少なくなる。更に第二のケ
イ化物の接触14もエミッタ層12の上に形成される。次
に、例えば酸化シリコンで作られた絶縁層15は堆積及び
開口され、該接触部13及び14を部分的に露出する。領域
8-1、10-1及び8-2の上にケイ化物13があることにより、
ベース接触の広がりにより該ベース接触開口の位置決め
が重要なことでなく、これがこの発明の特筆すべき利点
であることに注目する必要がある。
電性材16、例えば金属であり好適にはタングステンによ
り該層の該開口を満たすことで終わる。ベース及びエミ
ッタ接触領域16-1及び16-2は従ってそれぞれ形成され
る。
ていない)で、層2を再現する接触の領域も形成され、
図示の平面外にコレクタ用の接触領域は得られる。
マニウムで作られるトランジスタの形成に適用される。
実際には、図5に関連して前述したベース層10のエピタ
キシャル堆積の段階の間に、層10の少なくとも厚い部分
が選定した濃度部の構造に基づき、ゲルマニウム−シリ
コン合金で作ることを提供することができる。該層10に
入れられたゲルマニウム及びドーパント、例えばホウ素
から成る濃度部の堆積は層10内の最大濃度部が異なって
おり、ゲルマニウムの最大濃度部はホウ素の最大濃度部
よりもベース−基板の接合3-10により近い所にあること
が好適である。
分にドーピングしたシリコン素子の上でベース接触を行
い、ゲルマニウムを含む層(層10)よりもケイ化物にす
ることが容易であることである。該部分8-1と8-2のドー
ピングが非常に高いので、隣接したエレメント内に拡散
が十分に行われ、特に前記部分間の接触を十分にする部
分10-1内への拡散が十分に行われることに注目する必要
がある。
ッチングの特性は次の通りである; −領域2について: 厚さ:1μmから3μmで好適には2μm; ドーピング:ヒ素で2×1019at./cm3; −領域3について: 厚さ:0.5μmから1μm; ドーピング:ヒ素で1×1016at./cm3; −多層5について: 層5-1は酸化シリコンから作られ、厚さが2nmから20nmで
好適には5nm程度; 層5-2は窒化シリコンから作られ、厚さが40nmから100nm
で好適には55nm程度; −領域3のエッチングの停止部を定める層6の厚さh1(図
1及び図2)について: 100nmから250nmで好適には150nm程度; −領域3の高さh2(図3)について: 厚さh1と同程度; −部分8-1及び部分8-2について: ホウ素のドーピングで1×1020at./cm3; −領域3の表面のオーバーエッチングについて(図
4):ほぼh1に等しい; −くぼみ9の高さh3について(図4):30nmから100nmの
間で、好適には60nm程度である; −ベースのゲルマニウム−シリコン層について:厚さが
30nmから150nmの間で、好適には60nm程度である(Geが
ある場合厚さがより大きい); −ポリシリコンのエミッタ層12について: ドーピング:ヒ素又はリンの場合1020から2×1021at./c
m3である; 研磨前の能動窓の厚さ(図6):100nmから250nmの厚さ
で、好適には150nm程度である; 研磨後の能動窓の厚さ(図7):80nmから200nmの厚さ
で、好適には100nm程度の厚さである; −酸化シリコン層15の厚さは300nmから2000nmの間で、
好適には800nm程度の厚さである; −接触金属化材16-1、16-2:金属とケイ化物の間にTi/T
iN障壁層を有するタングステン又はアルミニウム又はこ
れらの金属の合金;層15の上に行われる該金属化は同じ
層15の開口を満たす材料と異なる材料から形成される。
できる種々の変形、変更又は改善を有する可能性がある
ことは勿論である。特に、この発明の原理はNPN型バイ
ポーラトランジスタを形成することに適用できると記載
及び図示した。しかし該当業者は、PNP型トランジスタ
が同じ原理に基づき種々のシリコン領域、層、即ち部分
1、2、3、7、8-1、10及び12に相補的ドーピングを行う
ことにより形成できることを理解できる。
開示の部分であり、この発明の精神及び範囲内である。
従って、前述の記載は一例でありこの例に限定されな
い。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
におけるバイポーラトランジスタの簡単な部分断面図で
ある。
Claims (9)
- 【請求項1】 電界絶縁材(4)を満たしたトレンチによ
り範囲が定められる第一の導電型を有する能動シリコン
領域(3)の上にバイポーラトランジスタのエミッタ−ベ
ース接合を製造する方法であって、この方法による構造
体が第一の絶縁層(5)で覆われており、次の各段階; 第一の絶縁層(5)をエッチングして前記電界絶縁材の上
に広がる開口を形成して前記能動シリコン領域を露出す
ること; 該能動シリコン領域の表面を所定の高さ(h2)だけエッチ
ングすること; 前記第一の絶縁層の前記エッチングと前記能動シリコン
領域の前記エッチングにより得られる前記第一の絶縁層
と前記電界絶縁材で形成される急な***部にそって第二
の導電型を有し十分にドーピングした第二のシリコンス
ペーサと第一のシリコンスペーサ(8-2,8-1)をそれぞれ
形成すること; 第二の導電型のドーピングしたベース層(10)をエピタキ
シーにより成長させること; 前記の第一のスペーサに対応したベース層の***部の内
側の周囲に絶縁材の第三のスペーサ(11)を形成するこ
と; 第一の導電型の十分にドーピングしたシリコンエミッタ
層(12)を堆積すること; 前記第一の絶縁層と前記第三のスペーサを停止部として
使用し化学機械研磨を行うこと; を含むことを特徴とするバイポーラトランジスタのエミ
ッタ−ベース接合の製造法。 - 【請求項2】 前記能動シリコン領域(3)に対しエッチ
ングを行うため次の各段階; 第一の絶縁層(5)に所定の厚さ(h1)のシリコン層(6)を堆
積すること; 前記能動シリコン領域の上で前記シリコン層と第一の絶
縁層に対しマスキングと除去を行うこと; 第一の絶縁層(5)に到達するとその検出を行いエッチン
グの停止部まで該シリコンを選択的にエッチングするこ
と; を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記第一と第二のスペーサ(8-1,8-2)の
形成は前記能動領域をオーバーエッチングすることによ
り行うことを特徴としている請求項1又は2のいずれか
に記載の方法。 - 【請求項4】 前記第一の絶縁層(5)が酸化シリコン層
(5-1)と窒化シリコン層(5-2)で形成された多層であるこ
とを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項5】 前記第一と第二のスペーサ(8-1,8-2)が
第二の導電型の種類のドーピングしたポリシリコンから
作られていることを特徴とする請求項1又は2のいずれ
かに記載の方法。 - 【請求項6】 少なくとも第一のスペーサが単結晶シリ
コンから作られていることを特徴とする請求項1又は2
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 該ベース層(10)がシリコンとゲルマニウ
ムから形成されていることを特徴とする請求項1又は2
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 前記ベース層(10)のゲルマニウムの傾斜
と第一の導電型のドーパントの傾斜は、該ゲルマニウム
の最大濃度部とドーパントの最大濃度部がそれぞれ該能
動シリコン領域とエミッタ領域の界面に近い所にある様
にしていることを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記第三のスペーサ(11)が酸化シリコン
により作られていることを特徴とする請求項1に記載の
方法。
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