(57)【要約】 【課題】  ベース層を作成するときのフォトリソグラフィおよびエッチング工程の回数が少ない、ベース層とエミッタ層とを含む半導体装置の製造方法を提供することである。【解決手段】  基板を酸化することによって、基板本体の表面上に酸化膜を形成する第１酸化膜形成工程と、第１酸化膜形成工程において形成された酸化膜の一部を除去することによって、基板本体が露出する開口を形成する開口形成工程と、開口形成工程で開口内に露出した基板本体を酸化することによって、基板本体のうち開口に臨む基層の表面上に酸化膜を形成する第２酸化膜形成工程と、第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜を介して、不純物を注入する第１不純物注入工程と、第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜を介して、不純物を注入する第２不純物注入工程とを含む。【選択図】      図１
2009123845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を酸化することによって、基板本体の表面上に酸化膜を形成する第１酸化膜形成工程と、
第１酸化膜形成工程において形成された酸化膜の一部を除去することによって、基板本体が露出する開口を形成する開口形成工程と、
開口形成工程で開口内に露出した基板本体を酸化することによって、基板本体のうち開口に臨む基層の表面上に酸化膜を形成する第２酸化膜形成工程と、
第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜を介して、不純物を注入する第１不純物注入工程と、
第１不純物注入工程において注入した不純物を拡散させ、第１不純物領域を形成する第１不純物拡散工程と、
第１不純物拡散工程よりも後に、第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜を介して、不純物を注入する第２不純物注入工程と、
熱処理を行うことによって、第２不純物注入工程で注入された不純物を拡散させ、第２不純物領域を形成する第２不純物拡散工程と、
エミッタ層を、前記第１不純物領域内に形成するエミッタ層形成工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２不純物領域は、前記開口に臨む前記第１不純物領域の表面部を含む範囲に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。
【請求項３】
前記第２不純物領域における不純物の濃度と、前記第１不純物領域のうち、第２不純物領域を除く残余の領域における不純物の濃度とは、異なることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１不純物拡散工程は、不活性ガス雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記不活性ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベース層とエミッタ層とを含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば印加電圧５００ボルト（Volts, 略号「Ｖ」）異常の耐電圧性能が求められるバイポーラトランジスタを製造するときに、ベース深さを１０マイクロメートル（      micrometers, 略号「μｍ」）と深く形成する必要がある。ベース層を深くするためには、Ｂ＋などをイオン注入した後、高温かつ長時間の熱処理が必要となる。この熱処理よりも後の工程でエミッタ層を形成するときに必要となるシリコン酸化膜を、この熱処理工程で形成する。そのためにこの熱処理工程では、酸化性雰囲気が用いられる。酸化性雰囲気下で熱処理を行うと、シリコン酸化膜が成長するにつれて、シリコンに注入したホウ素原子がシリコン酸化膜近傍に偏析し、ベース表面部の不純物濃度が低下するという問題点がある。
【０００３】
前記シリコン酸化膜にホウ素原子が偏析した状態でエミッタ層を形成すると、エミッタ層の周辺部において、酸化膜との界面近傍のベース層表面部で電位が反転しやすくなり、トランジスタにおけるエミッタ設置直流電流増幅率（略称「ｈＦＥ」）が変動するという問題点がある。そこで、ベース層のうち、エミッタ直下に位置するベース部分に比較的不純物濃度が低い内部ベース領域を形成し、エミッタ層とベース層との界面に垂直に見て、内部ベース領域の周囲に位置するベース部分に比較的濃度の高い外部ベース領域とを形成する従来技術が知られる。
【０００４】
図６は、従来技術に係る半導体装置の製造方法を表す断面図である。従来技術では、ベース層を形成するために、次の第１〜第９工程が行われる。第１工程では、シリコン基板１を熱酸化して、比較的厚いシリコン酸化膜２を形成する。第２工程では、形成されたシリコン酸化膜２の一部をフォトリソグラフィおよびエッチングによって開口部３を形成する。第３工程では、開口部３に比較的薄いシリコン酸化膜４を形成する。第４工程では、第３工程で形成された比較的薄いシリコン酸化膜４を介してＢ＋をイオン注入する。第５工程では、Ｂ＋を拡散させて内部ベース領域５を形成するために、酸素雰囲気下でたとえば摂氏１０００度以上で熱処理を行う。第６工程では、内部ベース領域の表面に垂直に見たときに、内部ベース領域の周囲にフォトリソグラフィおよびエッチングによって開口部６を形成する。第７工程では、開口部６に比較的薄いシリコン酸化膜７を形成する。第８工程では、第７工程で形成された比較的薄いシリコン酸化膜７を介してＢ＋をイオン注入する。第９工程では、第８工程で注入されたＢ＋を拡散させて外部ベース領域８を形成する。第１〜第９工程でベース層を形成した後、フォトリソグラフィおよびエッチングを行い、たとえばＰ＋などのエミッタ層用の不純物を注入し、これを拡散させ、エミッタ層９を形成する（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５８０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、内部ベース領域と外部ベース領域とを形成するときに、フォトリソグラフィおよびエッチングを２回行うことが必要であり、フォトリソグラフィおよびエッチングの工程に時間がかかり、使用する薬品が多く、製造コストがかかるという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、ベース層を作成するときのフォトリソグラフィおよびエッチング工程の回数が少ない、ベース層とエミッタ層とを含む半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従えば、半導体装置の製造方法は、第１酸化膜形成工程と、開口形成工程と、第２酸化膜形成工程と、第１不純物注入工程と、第１不純物拡散工程と、第２不純物注入工程と、第２不純物拡散工程と、エミッタ層形成工程とを含んで構成される。第１酸化膜形成工程では、基板を酸化することによって、基板本体の表面上に酸化膜を形成する。開口形成工程では、第１酸化膜形成工程において形成された酸化膜の一部を除去することによって、基板本体が露出する開口を形成する。第２酸化膜形成工程では、前記開口形成工程で開口内に露出した基板本体を酸化することによって、基板本体のうち開口に臨む基層の表面上に酸化膜を形成する。第１不純物注入工程では、前記第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜を介して、不純物を注入する。第１不純物拡散工程では、前記第１不純物注入工程において注入した不純物を拡散させ、第１不純物領域を形成する。第２不純物注入工程では、前記第１不純物拡散工程よりも後に、第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜を介して、不純物を注入する。第２不純物拡散工程では、熱処理を行うことによって、第２不純物注入工程で注入された不純物を拡散させ、第２不純物領域を形成する。エミッタ層形成工程では、エミッタ層を、前記第１不純物領域内に形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１不純物注入工程においても、第２不純物注入工程においても、第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜を介して不純物を注入するので、第１および第２不純物領域を形成するために酸化膜を除去する工程を１回とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を表す断面図である。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、ベース層１１とエミッタ層１２とを含む半導体装置の製造方法である。具体的には、バイポーラトランジスタの前駆体を製造するときの製造方法である。
【００１１】
本実施形態において、基板１３は平板状のシリコンウエハ１３ａである。基板１３をその厚み方向Ｚに見ると、大略的には円形に形成される。基板１３には、厚み方向Ｚの軸線まわりの角変位の角度を明確にするために、円形の基板１３の一部は、円の弦と厚み方向Ｚの直線とを含む平面に沿って切断される。分割された基板１３の２つの部分は、一方が他方よりも大きく、一方の大きい部分を半導体装置１０の製造に用いる。小さい方は半導体装置１０の製造には利用しないので、厚み方向Ｚの軸線まわりの、基板１３の角変位の角度を容易に検出できる範囲内で、前記小さい方は可及的に小さく設定される。
【００１２】
本実施形態において製造するベース層１１は、ｐ型半導体であり、エミッタ層１２はｎ型半導体であるものとする。他の実施形態においてベース層およびエミッタ層は、それぞれｎ型およびｐ型であってもよい。本実施形態においてベース層１１は、ホウ化物イオン（化学記号「Ｂ＋」）を注入することによって、ｐ型半導体とする。Ｂ＋は、無色の気体である三フッ化ホウ素の分子と電子とを衝突させて生成する。このときに生成したＢ＋以外のイオンは、アナライザマグネットで除去される。取出されたＢ＋は、加速管で加速して高速のイオンビームとなり、シリコンウエハ１３ａ上に衝突することで、シリコンウエハ１３ａに注入される。本実施形態において、処理される前の段階におけるシリコンウエハ１３ａも、処理された後のシリコンウエハ１３ａも全体で「基板」と称する。
【００１３】
半導体装置の製造方法は、第１酸化膜形成工程と、開口形成工程と、第２酸化膜形成工程と、第１不純物注入工程と、第１不純物拡散工程と、第２不純物注入工程と、第２不純物拡散工程と、エミッタ層形成工程とを含んで構成される。これらの処理は１つのシリコンウエハ１３ａに対して、複数の部分に対して同時に行われる。したがって、１つのシリコンウエハ１３ａから、複数の半導体装置１０を製造する。第１酸化膜形成工程では、基板１３を酸化することによって、基板本体１６の表面上に酸化膜１７を形成する。第１酸化膜形成工程では、基板１３を空気を含む水蒸気雰囲気下でおよそ摂氏１０００度の熱処理を行う。これによって基板１３の表面は酸化され、基板本体１６の表面上に酸化膜１７が形成される。第１酸化膜形成工程を経てなお酸化されていないシリコン単体である部分を「基板本体」と称する。
【００１４】
開口形成工程では、第１酸化膜形成工程において形成された酸化膜１７の一部を除去することによって、基板本体１６が露出する開口１８を形成する。図１では、１つの開口１８部に注目して、基板１３の一部の断面図を示すけれども、開口形成工程では、１つの基板１３に対して複数の開口１８を同時に形成する。本実施形態において、開口１８を基板１３の厚み方向Ｚに見たときの形状は、長方形であるものとする。他の実施形態において、開口を基板の厚み方向Ｚに見たときの形状は、正方形であってもよい。
【００１５】
図１は、開口１８の長手方向Ｘの直線を含む平面で切断して見た図である。開口１８の長方形の長手方向Ｘの寸法Ｌ１は、１つの基板１３に形成される開口１８すべてに関して同じであるものとする。１つの基板１３に形成される開口１８の形状、長手方向Ｘおよび短手方向Ｙの寸法、長手方向Ｘに延びる辺の方向は、複数の全ての開口１８に関して同じであるものとする。開口１８は、基板１３上において、基板１３の厚み方向Ｚに見たときの、ベース層１１が形成される範囲を決定する。
【００１６】
開口形成工程では、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、基板本体１６表面上に形成された酸化膜１７の一部を除去する。図２は、本発明の一実施形態におけるフォトリソグラフィの処理の工程を表すフローチャートである。フォトリソグラフィの処理は、前処理工程と、レジスト塗布工程と、第１加熱工程と、露光工程と、第２加熱工程と、現像工程と、第３加熱工程とを含んで構成される。
【００１７】
本処理開始後、ステップａ１の前処理工程に移行し、ウエハ表面を洗浄する。この洗浄によって、次の工程においてレジストを塗布したときに、レジストとの密着をよくすることができる。次にステップａ２のレジスト塗布工程に移行し、レジストを塗布する。レジストは、被覆することによって保護することを目的とする被覆材料である。レジストの塗布は、スピンコーティングによって行う。この工程では、シリコンウエハ１３ａの厚み方向Ｚに延びる軸線を中心として、シリコンウエハ１３ａをスピンコータで回転し、シリコンウエハ１３ａの表面上に対してレジストを溶質として含む溶液を滴下し、塗布する。
【００１８】
レジストには、ポジ型とネガ型とがある。ポジ型のレジストは、光崩壊性を有し、光照射によって溶媒に溶解可能となる。ネガ型のレジストは、架橋して光不溶化する性質を有し、光照射によって溶媒に対して不溶となる。ポジ型のレジストとしては、たとえばポリメタクリル酸メチル（化学式「（−ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ３）（ＣＯＯＣＨ３）−）ｎ」）、ノボラック樹脂などを用いることができる。ネガ型のレジストとしては、たとえば化学式（１）に示す化合物を用いることができる。またポリブタジエンと化学式（２）に示す化合物の混合物を用いることも可能である。化学式（１）において「Ｒ」はアルキル基を表す。本実施形態においてレジストは、ポジ型のメタクリル酸メチルとした。
【００１９】
【化１】
2009123845.tif 000003
【００２０】
【化２】
2009123845.tif 000004
【００２１】
次にステップａ３の第１加熱工程に移行し、加熱する。加熱することによって、溶質としてレジストを含んだ溶媒を、揮発させて除去する。次にステップａ４の露光工程に移行し、たとえば水銀ランプなどの光源と、「レチクル」と呼ばれるフォトマスクと用いて、レジスト上の、予め定める形状および大きさの領域にのみ光を照射する。これによって、レチクルのパターンがレジスト上に転写され、本実施形態のレジストの光照射された部分は、溶媒に対して可溶となる。次にステップａ５の第２加熱工程に移行し、加熱を行う。加熱することによって、露光不足を補い、光照射された部分のレジストが、厚み方向Ｚに全て溶媒に可溶となる。
【００２２】
次にステップａ６の現像工程に移行し、露光された部分のレチクルを、溶媒で溶解することによって除去する。ポジ型のレジストを溶解させる溶媒としては、たとえば水酸化テトラメチルアンモニウムを用いることができる。溶媒としての水酸化テトラメチルアンモニウムには、界面活性剤が添加されていてもよい。ネガ型のレジストを用いる場合には、たとえばキシレン、またはキシレンとアセテートとの混合液を用いることができる。
【００２３】
次にステップａ７の洗浄工程に移行し、レジストの溶解に用いた溶媒を洗浄する。次にステップａ８の第３加熱工程に移行し、加熱を行う。この加熱によって、シリコンウエハ１３ａ上に残ったレジストが硬化し、またシリコンウエハ１３ａとレジストとが、より密着する。その後、本処理は終了する。
【００２４】
フォトリソグラフィの処理を終了した後、エッチングを行うことによって、基板本体１６の表面上に形成された酸化膜１７の除去を行う。エッチングは、ドライエッチングであってもウェットエッチングであってもよい。ドライエッチングでは、２つの電極間の空間を真空にし、前記空間にたとえば四フッ化炭素（化学式「ＣＦ４」）などの反応性ガスを導入し、前記２つの電極間に高周波をかけることによってプラズマを発生させる。これによって、前記電極間の空間には、イオン化された反応ガスと、電荷を持たない中性ラジカルとが混在する。
【００２５】
イオン化された反応ガスと中性ラジカルとは、基板本体１６の表面上の酸化膜１７に入射し、酸化膜１７のエッチングが行われる。中性ラジカルは、酸化膜１７表面に衝突することによって酸化膜１７を構成する原子と反応する。中性ラジカルと反応した原子は、イオン化された反応ガスが衝突することによって、結晶に比べて低分子量の粒子に分解する。分解後の粒子は、真空ポンプによって吸引され、基板本体１６の表面上から除去される。フォトリソグラフィの処理で塗布されたレジストは、エッチングによって除去されることはない。
【００２６】
ウェットエッチングでは、溶液を用い、酸化膜１７を構成する成分と、溶液の成分とを反応させ、酸化膜１７を除去する。ウェットエッチングには、たとえばフッ化水素（化学式「ＨＦ」）の水溶液またはフッ化水素と四フッ化アンモニウムとを含む水溶液を用いることができる。酸化膜１７を除去した後、洗浄し、酸化膜１７との反応に用いた溶液の除去を行う。フォトリソグラフィの処理で塗布されたレジストは、ウェットエッチングによっても除去されることはない。
【００２７】
フォトリソグラフィおよびエッチングによって、基板本体１６表面上の酸化膜１７に開口１８が形成される。開口１８には、基板本体１６の位置表面が露出する状態となる。第２酸化膜形成工程では、前記開口形成工程で開口１８内に露出した基板本体１６を酸化することによって、基板本体１６のうち開口１８に臨む基層１９の表面上に酸化膜１７を形成する。基板本体１６の酸化は、第１酸化膜形成工程と同様に、空気を含む水蒸気雰囲気下でおよそ摂氏１０００度で熱処理を行う。これによって基板１３の表面は酸化され、基板本体１６の表面上に酸化膜１７が形成される。第２酸化膜形成工程で形成される酸化膜１７の、厚み方向Ｚの厚さは、第１酸化膜形成工程で形成される酸化膜１７の、厚み方向Ｚの厚みよりも小さい。第２酸化膜形成工程を経てなお酸化されていないシリコン単体である部分を「基層」と称する。
【００２８】
第１不純物注入工程では、前記第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜１７を介して、不純物を注入する。不純物は、半導体の価電子帯と伝導帯との間に不純物準位を形成するために、シリコンウエハ１３ａに添加されるイオンである。本実施形態において、第１不純物注入工程で注入される不純物は、Ｂ＋であり、シリコンウエハ１３ａをｐ型半導体とするために、価電子帯近傍にアクセプタ準位を形成するカチオンである。アクセプタ準位は、価電子帯のうち最もエネルギの高い準位よりもエネルギが高く、伝導帯のうち最もエネルギが低い準位よりもエネルギが低い。伝導帯のうち最もエネルギが低い準位と、アクセプタ準位とのエネルギ差は、価電子帯のうち最もエネルギの高い準位とアクセプタ準位とのエネルギ差よりも大きい。
【００２９】
本実施形態においてイオン注入は、ビーム電流の電流値が数十ミリアンペア（        milliampere, 略号「ｍＡ」）の大電流イオン注入装置を用いて行われる。第１不純物注入工程で行われるイオン注入も、大電流イオン注入装置を用いて行われる。仮に、ベース層１１をｎ型半導体とする場合には、リン化物イオン（化学記号「Ｐ＋」）、ヒ化物イオン（化学記号「Ａｓ＋」）、またはアンチモンイオン（化学記号「Ｓｂ＋」）などのイオンを注入する。Ｐ＋の原料としては、無色の気体である三フッ化リン（化学式「ＰＦ３」）、リン化水素（化学式「ＰＨ３」）などがあり、ヒ化物イオンの原料としては無色の気体であるヒ化水素（化学式「ＡｓＨ３」）などがあり、アンチモンは単体の固体として用いられる。
【００３０】
第１不純物拡散工程では、前記第１不純物注入工程において注入した不純物を拡散させ、第１不純物領域２１を形成する。第１不純物拡散工程では、熱処理を行う。第１不純物拡散工程は、不活性ガス雰囲気下で行われる。この不活性ガスは、窒素ガスである。図１（ａ）は、第１不純物拡散工程終了後の基板１３の断面図である。
【００３１】
第２不純物注入工程では、前記第１不純物拡散工程よりも後に、第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜１７を介して、不純物を注入する。この工程で注入される不純物は、第１不純物注入工程で注入した不純物と同じ化学種であり、この注入は、第１不純物注入工程と同様の装置を用いて行われる。図１（ｂ）は、第２不純物注入工程終了後の基板１３の断面図である。第２不純物拡散工程では、熱処理を行うことによって、第２不純物注入工程で注入された不純物を拡散させ、第２不純物領域２２を形成する。この工程は、酸化ガス雰囲気下で行われる。この酸化ガスは、酸素である。図１（ｃ）は、第２不純物拡散工程終了後の基板１３の断面図である。
【００３２】
第２不純物領域２２は、開口１８に臨む第１不純物領域２１の表面部を含む範囲に形成される。基板１３の厚み方向Ｚに広がる第１不純物領域２１の厚みは、基板１３の厚み方向Ｚに広がる第２不純物領域２２の厚みよりも大きい。この第１不純物領域２１の厚みおよび第２不純物領域２２の厚みは、基層１９の、開口１８に臨む表面からの厚みである。第２不純物領域２２における不純物Ｂ＋の濃度と、第１不純物領域２１のうち、第２不純物領域２２を除く残余の領域における不純物Ｂ＋の濃度とは、異なる。第２不純物領域２２は、不純物の注入が２回行われた領域であり、第１不純物領域２１のうち、第２不純物領域２２を除く残余の領域は、不純物の注入が１回行われた領域であるので、第２不純物領域２２における不純物Ｂ＋の濃度は、第１不純物領域２１のうち、第２不純物領域２２を除く残余の領域における不純物Ｂ＋の濃度よりも高い。
【００３３】
エミッタ層形成工程では、エミッタ層１２を、前記第１不純物領域２１内に形成する。この工程は、エミッタ開口形成段階と、エミッタ用酸化膜形成段階と、エミッタ用不純物注入段階と、エミッタ用不純物拡散段階とを含んで構成される。図１（ｄ）は、エミッタ層形成工程終了後の基板１３の断面図である。
【００３４】
エミッタ層形成工程において、第１不純物領域２１内に注入される不純物は、半導体の価電子帯と伝導帯との間に不純物準位を形成するために、シリコンウエハ１３ａに添加されるイオンである。本実施形態において、エミッタ層形成工程で注入される不純物は、Ｐ＋であり、シリコンウエハ１３ａをｎ型半導体とするために、伝導帯近傍にドナー準位を形成するアニオンである。ドナー準位は、価電子帯のうち最もエネルギの高い準位よりもエネルギが高く、伝導帯のうち最もエネルギが低い準位よりもエネルギが低い。価電子帯のうち最もエネルギが高いエネルギとドナー準位とのエネルギ差は、伝導帯のうち最も最もエネルギが低い準位とドナー準位とのエネルギ差よりも大きい。
【００３５】
エミッタ層形成工程におけるイオン注入は、ビーム電流の電流値が数十ｍＡの大電流イオン注入装置を用いて行ってもよいけれども、本実施形態では、塩化ホスホリル（化学式「ＰＯＣｌ３」）を用いるデポジション法でイオン注入する。塩化ホスホリルは、三塩化ホスホリル、またはオキシ塩化リンとも呼ばれる、常温で無色の液体の化合物である。摂氏１０５．１度以上になると気化するので、熱酸化に用いる炉の中に基板１３と塩化ホスホリルを入れ、加熱することによって、基板１３にＰ＋を注入する。
【００３６】
仮に、エミッタ層１２をｐ型半導体とする場合には、たとえばＢ＋などのイオンを注入する。エミッタ層１２に注入するＰ＋の原料としては、本実施形態では塩化ホスホリルを用いるけれども、たとえば三フッ化リン、リン化水素を用いてもよい。仮にエミッタ層１２をｐ型半導体として形成する場合には、三臭化ホウ素をＢ＋の原料として用い、デポジション法によってエミッタ層１２を形成することも可能である。
【００３７】
本実施形態において、エミッタ層１２が形成される領域を決定する開口１８を「エミッタ開口」と称する。エミッタ開口２７は、ベース層１１が形成される領域を決定した複数の開口１８すべてに関して、１つの開口１８内に１つのエミッタ開口２７として形成される。基板１３の厚み方向Ｚに見たときのエミッタ開口２７の形状は、長方形であるものとする。他の実施形態において、基板の厚み方向Ｚに見たときのエミッタ開口の形状は、正方形であってもよい。エミッタ開口２７の長方形の長手方向Ｘの寸法Ｌ２は、１つの基板１３に関して形成されるエミッタ開口２７すべてに関して同じである。１つの基板１３に形成されるエミッタ開口２７の形状、長手方向Ｘおよび短手方向Ｙの寸法、長手方向Ｘに延びる辺の方向は、複数の全てのエミッタ開口２７に関して同じである。
【００３８】
エミッタ開口２７の長方形の長手方向Ｘの寸法Ｌ２は、開口１８の長方形の長手方向Ｘの寸法Ｌ１よりも短い。エミッタ開口２７の長方形の長手方向Ｘは、開口１８の長方形の長手方向Ｘと同じ方向に設定される。エミッタ開口２７の長方形の長手方向Ｘの位置は、開口１８の長方形の長手方向Ｘの位置の中央に設定される。エミッタ開口２７の長方形の短手方向Ｙの寸法は、開口１８の長方形の短手方向Ｙの寸法よりも短い。エミッタ開口２７の長方形の短手方向Ｙの位置は、開口１８の長方形の短手方向Ｙの位置の中央に設定される。ただし他の実施形態において、エミッタ開口の長方形の長手方向Ｘは、開口１８の長方形の長手方向Ｘに対して角度を成す方向として設定されてもよい。またエミッタ開口２７の長方形の長手方向Ｘの位置は、開口１８の長方形の長手方向Ｘの位置の中央から、基板１３の厚み方向Ｚに垂直ないずれかの方向に偏った位置に設定されてもよい。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を表すフローチャートである。本処理開始後、ステップｂ１の第１酸化膜形成工程に移行し、基板１３を熱酸化し、基板１３の厚み方向Ｚに垂直な一表面に酸化膜１７を形成する。このときに形成される酸化膜１７を「第１酸化膜」と称する。第１酸化膜２４の厚みは、７００ナノメートル（nanometers, 略号「ｎｍ」）程度とする。次にステップｂ２の開口形成工程に移行し、第１酸化膜２４の一部を除去することによって開口１８を形成する。これは、フォトリソグラフィとエッチングによって行う。これによって、基板本体１６の表面が、開口１８に露出する。
【００４０】
次にステップｂ３の第２酸化膜形成工程に移行し、開口１８に露出した基板本体１６の表面部を熱酸化し、酸化膜１７を形成する。このときに形成される酸化膜１７を「第２酸化膜」と称する。第２酸化膜２６に関して、基板１３の厚み方向Ｚに、第１酸化膜２４と反対側には、基層１９が位置する。第２酸化膜２６の厚みは、１００ｎｍ程度である。基板１３の厚み方向Ｚのうち、基層１９から第１酸化膜２４に向かう向きを「厚み方向Ｚ一方」と称し、厚み方向Ｚ一方とは逆の向きを、「厚み方向Ｚ他方」と称する。次にステップｂ４の第１不純物注入工程に移行し、Ｂ＋を基層１９に注入する。このＢ＋は、第２酸化膜２６を介して厚み方向Ｚ一方側から注入される。
【００４１】
このときの条件としては、たとえば加速電圧８０キロエレクトロンボルト（          killoelectronvolts, 略号「ｋｅＶ」）、ドーズ量３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２を挙げることができる。「ｉｏｎｓ／ｃｍ２」の単位は、基板１３の表面１センチメートル（  square centimeters, 略号「ｃｍ２」）当たりに入射するイオン性粒子の個数を表す。この工程が終了した段階では、注入されたＢ＋は、基層１９の厚み方向Ｚ一方側の部分に偏在している。
【００４２】
次にステップｂ５の第１不純物拡散工程に移行し、基層１９の厚み方向Ｚ一方側の部分に偏在しているＢ＋を厚み方向Ｚ他方側に向かって拡散させる。この工程においてＢ＋が拡散した領域を「第１不純物領域」と称する。第１不純物領域２１は、基層１９のうち厚み方向Ｚ一方側の部分に位置し、第１不純物領域２１の厚み方向Ｚ他方には、基層１９のうち、不純物が含まれていない部分が位置する。第１不純物拡散工程は、窒素雰囲気下で行われ、摂氏１２００度での加熱を３００分間行う。
【００４３】
仮に、第１不純物拡散工程を、酸化性ガス雰囲気下で行うと、第２酸化膜２６が厚み方向Ｚ他方に成長し、第２酸化膜２６の厚みが増大する。すると、次の第２不純物注入工程において不純物を注入することができなくなり、再度のフォトリソグラフィおよびエッチング工程が必要となる。しかし本実施形態における第１不純物拡散工程は、不活性ガスである窒素雰囲気下で行うので、第２酸化膜２６が成長することを防止することができる。したがって、ステップｂ５の第１不純物拡散工程を酸化性ガス雰囲気下において行う場合とは異なり、次に第２不純物注入工程で不純物を注入することが可能となる。したがって、第１不純物拡散工程を酸化性ガス雰囲気下において行う場合に比べて、フォトリソグラフィおよびエッチングの工程をそれぞれ１回少なくすることができる。
【００４４】
次にステップｂ６の第２不純物注入工程に移行し、第１不純物領域２１内に再度、Ｂ＋を基層１９に注入する。このＢ＋は、第２酸化膜２６を介して厚み方向Ｚ一方側から注入される。このときの条件として、たとえば加速電圧８０ｋｅＶ、ドーズ量３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２を挙げることができる。この工程が終了した段階では、注入されたＢ＋は、基層１９の厚み方向Ｚ一方側の部分に偏在している。この工程が終了した段階でＢ＋が偏在する領域は、第１不純物領域２１のうちの厚み方向Ｚ一方側の部分を占め、厚み方向Ｚ一方側から見て、第１不純物領域２１の全体にわたって分布する。
【００４５】
次にステップｂ７の第２不純物拡散工程に移行し、第２不純物注入工程で注入されたＢ＋を、厚み方向Ｚ他方に拡散させる。このときの条件としては、たとえば摂氏１０５０度、水蒸気雰囲気下ならば２０分間、酸素雰囲気下ならば、７０分間という条件を挙げることができる。この工程によって第２不純物注入工程で注入されたＢ＋が拡散した範囲を「第２不純物領域」と称する。第２不純物領域２２を厚み方向Ｚに見ると、その範囲は第１不純物領域２１とほぼ同一の範囲である。第２不純物領域２２は、第１不純物領域２１のうちの厚み方向Ｚ一方の部分に位置する。
【００４６】
次にステップｂ８のエミッタ層形成工程に移行し、エミッタ層１２を形成する。その後、本処理は終了する。図４は、本発明の一実施形態におけるエミッタ層形成工程の段階を表すフローチャートである。エミッタ層１２を形成するための本処理開始後、ステップｃ１のエミッタ開口形成段階に移行し、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、エミッタ開口２７を形成する。フォトリソグラフィおよびエッチングは、図２において説明した処理の各工程と同じである。
【００４７】
次に、ステップｃ２の
エミッタ用不純物注入段階に移行し、デポジション法によって、Ｐ＋を注入する。この工程が終了した段階では、注入されたＰ＋は、基層１９の厚み方向Ｚ一方側の部分に偏在している。次に、ステップｃ３のエミッタ用不純物拡散段階に移行し、塩化ホスホリルの気体の供給を止め、さらに加熱を続ける。これによって、Ｐ＋は、拡散し、ｎ型半導体としてのエミッタ層１２が形成される。エミッタ層１２は、基層１９のうちの厚み方向Ｚ一方側の部分に位置し、第１不純物領域２１内に位置する。その後、本処理は終了する。
【００４８】
エミッタ層１２の厚みは、第１不純物領域２１の厚みよりも小さく、第２不純物領域２２の厚みよりも大きい。厚み方向Ｚ一方から見ると、エミッタ層１２は、第１不純物領域２１および第２不純物領域２２内に位置し、ｐ型半導体のベース層１１の一部は、エミッタ層１２を外囲する。第２不純物領域２２を含む第１不純物領域２１のうち、エミッタ層１２を除く残余の部分がベース層１１となる。
【００４９】
ステップｃ２のエミッタ用不純物注入段階およびステップｃ３のエミッタ用不純物拡散段階では、第２不純物領域２２に含まれるＢ＋の拡散も同時に起こる。第１不純物領域２１よりもＢ＋の濃度の高い第２不純物領域２２からＢ＋が拡散することによって、エミッタ層１２と接するベース層１１のＢ＋の濃度が低下することが防がれる。
図５Ａは、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によって作製した半導体の、ベース層１１内のＢ＋の濃度分布を表す図である。横軸は、ベース層１１に接する第２酸化膜２６からの、ベース層１１内における距離を示しており、縦軸は、不純物濃度を表している。図５Ａ（ａ）は、半導体装置の製造方法がステップｂ６およびｂ７の第２不純物注入工程および第２不純物拡散工程を含み、厚み方向Ｚに見てエミッタ層１２の周囲に第２不純物領域２２が形成される場合の濃度分布である。図５Ａ（ｂ）は、半導体装置の製造方法がステップｂ６およびｂ７の第２不純物注入工程および第２不純物拡散工程を含まず、第２不純物領域２２が形成されていない場合の濃度分布である。
【００５０】
厚み方向Ｚに見て、エミッタ層１２の外方に第２不純物領域２２を形成しない場合には、ベース層１１内の、第２酸化膜２６に接する部分における不純物濃度は８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であるのに対し、エミッタ層１２の外方に第２不純物領域２２が形成される場合には、ベース層１１内の、第２酸化膜２６に接する部分における不純物濃度は２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となる。「ａｔｏｍｓ／ｃｍ３」の単位は、１立方センチメートル（cubic centimeters, 略号「ｃｍ３」）中に存在する原子の個数を表す。
【００５１】
図５Ｂは、本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法によって作製した半導体の、エミッタ層１２内およびベース層１１内の不純物の濃度分布を表す図である。横軸は、エミッタ開口２７に臨むエミッタ層１２表面からの距離を示しており、縦軸は、各位置における不純物の濃度を示している。エミッタ層１２内における不純物濃度は、ベース層１１内における不純物濃度よりもおよそ２桁高く、エミッタ層１２を形成した後のエミッタ層１２に接するベース層１１における不純物の濃度分布は、第２不純物領域２２を形成する場合と形成しない場合で、有意な差はない。
【００５２】
本実施形態によれば、第１不純物注入工程においても、第２不純物注入工程においても、第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜１７を介して不純物を注入するので、第１および第２不純物領域２２を形成するために酸化膜１７を除去する工程を１回とすることができる。したがって、エミッタ層形成工程よりも前の工程において酸化膜１７を除去する工程を複数回行う場合に比べて、酸化膜１７を除去するためのフォトリソグラフィおよびエッチングの工程に係る時間を低減することができる。またフォトリソグラフィおよびエッチングの工程に使用する薬品の量を低減することができる。したがって、半導体装置１０の製造にかかる費用を低減することができる。
【００５３】
また本実施形態によれば、第２不純物領域２２の濃度は、前記第１不純物領域２１のうち、第２不純物領域２２を除く残余の領域における不純物の濃度よりも高い。これによって、第２不純物領域２２における不純物の濃度が第１不純物領域２１における不純物の濃度以下である場合に比べて、エミッタ層１２形成後の、エミッタ層１２に接するベース層１１の表面部における不純物の濃度を高くすることができる。したがって、エミッタ層１２およびベース層１１に電圧が印加されたときに、エミッタ層１２に接するベース層１１の表面部において電位が反転することを防止することができる。これによって、ｈＦＥの変動を抑制することができる。
【００５４】
また本実施形態によれば、第２不純物領域２２は、開口１８に臨む第１不純物領域２１の表面部を含む範囲に形成される。エミッタ層１２は、第１不純物領域２１内に形成されるので、開口１８を臨んでエミッタ層１２を見たときに、第２不純物領域２２は、エミッタ層１２が形成されるべき領域よりも外方に広く形成される。したがって、エミッタ層形成工程において、第２不純物領域２２から第１不純物領域２１への不純物の拡散を生じさせることができる。これによって、エミッタ層１２が形成されたときに、エミッタ層１２に接するベース層１１の表面部における不純物の濃度の低下を防止することができる。
【００５５】
また本実施形態によれば、第１不純物拡散工程は、不活性ガス雰囲気下で行われる。これによって、第２酸化膜形成工程において形成された基層１９表面上の酸化膜１７が、第１不純物拡散工程において基層１９側に成長することを防止することができる。したがって、第２不純物注入工程において、第２酸化膜形成工程で形成された酸化膜１７を介して不純物を注入することが可能となる。したがって、第１および第２不純物領域２２を形成するために酸化膜１７を除去する工程を１回とすることができる。
【００５６】
また本実施形態によれば、第１不純物拡散工程で用いられる不活性ガスは、窒素ガスである。窒素ガスは、たとえばアルゴン、ネオンなどの不活性ガスに比べてクラーク数が大きいので、入手が容易であり安価である。したがって、第１不純物拡散工程で窒素以外の不活性ガスを用いる場合に比べて、第１不純物拡散工程に係る費用を低減することができる。
【００５７】
またエミッタ層１２の厚みは、第１不純物領域２１の厚みよりも小さく、第２不純物領域２２の厚みよりも大きい。これによって、エミッタ層１２に接するベース領域の濃度が、高くなりすぎることを防止することができる。
【００５８】
また本実施形態によれば、第２不純物領域２２の不純物Ｂ＋の濃度は、第１不純物領域２１のうち第２不純物領域２２を除く残余の領域の不純物Ｂ＋の濃度よりも高い。したがって、エミッタ層１２を形成すると、厚み方向Ｚに見たときのエミッタ層１２の外方には、厚み方向Ｚにエミッタ層１２に接するベース層１１の不純物濃度よりも不純物濃度が高いベース層１１を形成することができる。換言すれば、厚み方向Ｚにエミッタ層１２と接するベース層１１の形成条件と独立した不純物濃度分布を有するベース層１１をエミッタ層１２の外方に形成することができる。また厚み方向Ｚにエミッタ層１２に接するベース層１１とエミッタ層１２の外方に形成されるベース層１１とを形成するときに必要となる、フォトリソグラフィおよびエッチング工程を、１回とすることができる。
【００５９】
本実施形態において、厚み方向Ｚに見たときのベース層１１およびエミッタ層１２の形状は、ともに長方形であり、ベース層１１およびエミッタ層１２の長方形の長手方向Ｘが一致する構成としたけれども、厚み方向Ｚに見たときのベース層１１およびエミッタ層１２の形状については、規定しない。また厚み方向Ｚに見たときのベース層１１およびエミッタ層１２の長手方向Ｘが互いに角度を成す構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるフォトリソグラフィの処理の工程を表すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を表すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態におけるエミッタ層形成工程の段階を表すフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によって作製した半導体の、ベース層１１内のＢ＋の濃度分布を表す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法によって作製した半導体の、エミッタ層１２内およびベース層１１内の不純物の濃度分布を表す図である。
【図６】従来技術に係る半導体装置の製造方法を表す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  半導体装置
１１  ベース層
１２  エミッタ層
１３  基板
１３ａ  シリコンウエハ
１６  基板本体
１７  酸化膜
１８  開口
１９  基層
２１  第１不純物領域
２２  第２不純物領域
２４  第１酸化膜
２６  第２酸化膜
２７  エミッタ開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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