JPH0227813B2 - - Google Patents

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JPH0227813B2
JPH0227813B2 JP56215543A JP21554381A JPH0227813B2 JP H0227813 B2 JPH0227813 B2 JP H0227813B2 JP 56215543 A JP56215543 A JP 56215543A JP 21554381 A JP21554381 A JP 21554381A JP H0227813 B2 JPH0227813 B2 JP H0227813B2
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JP
Japan
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semiconductor substrate
layer
silicon nitride
silicon
nitride film
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JP56215543A
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Japanese (ja)
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JPS58110076A (en
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Yoshikimi Morita
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/133Emitter regions of BJTs

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  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、集積回路に適する高周波特性のすぐ
れたバイポーラトランジスタの製造方法に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a bipolar transistor with excellent high frequency characteristics suitable for integrated circuits.

近年高周波特性のすぐれたバイポーラトランジ
スタと前記トランジスタを用いた集積回路を実現
するために、NPNトランジスタのエミツタ領域
をメサ構造にするのが一般的に行われている。第
1図にこの種のトランジスタの構造とその簡単な
製造方法を示す。
In recent years, in order to realize bipolar transistors with excellent high frequency characteristics and integrated circuits using the transistors, it has become common practice to form the emitter region of an NPN transistor into a mesa structure. FIG. 1 shows the structure of this type of transistor and its simple manufacturing method.

第1図の工程図において、まず工程aでは、コ
レクタ領域となるN型のシリコン基板1の表面に
P型ベース領域2および砒素を不純物とした浅い
N+層3を酸素雰囲気中で拡散形成する。上記N+
層3形成の拡散処理後に残留する同N+層3上の
シリコン酸化膜をエツチング除去した後に、全面
にCVD法などを用いシリコン酸化膜4を、前記
コレクタ領域1上および前記ベース領域2上に形
成し、ついで、シリコン窒化膜5、多結晶シリコ
ン膜6を蒸着する。そして、最表部に所定のフオ
トレジストパターン7を設ける。
In the process diagram of FIG. 1, first, in step a, a P-type base region 2 and a shallow trench doped with arsenic are formed on the surface of an N-type silicon substrate 1, which will serve as a collector region.
The N + layer 3 is formed by diffusion in an oxygen atmosphere. Above N +
After etching and removing the silicon oxide film on the N + layer 3 that remains after the diffusion treatment for forming the layer 3, a silicon oxide film 4 is deposited on the entire surface using a CVD method or the like on the collector region 1 and the base region 2. Then, a silicon nitride film 5 and a polycrystalline silicon film 6 are deposited. Then, a predetermined photoresist pattern 7 is provided on the outermost portion.

工程bでは、上記多結晶シリコン膜6表面に通
常の方法で形成した例えば商品名OFPR−800な
どの前記ポジ型フオトレジストパターン7をマス
クにして、この多結晶シリコン膜6をエツチング
し、ついで、前記フオトレジストパターン7を除
去した後に、同形の前記多結晶シリコン膜6aを
マスクとして直下の前記シリコン窒化膜5を熱リ
ン酸でエツチングして、同形状のシリコン窒化膜
5aを形成する。
In step b, the polycrystalline silicon film 6 is etched using the positive photoresist pattern 7, such as OFPR-800 (trade name), formed on the surface of the polycrystalline silicon film 6 by a conventional method as a mask, and then, After removing the photoresist pattern 7, using the polycrystalline silicon film 6a of the same shape as a mask, the silicon nitride film 5 immediately below is etched with hot phosphoric acid to form a silicon nitride film 5a of the same shape.

工程cでは、シリコン窒化膜5aをマスクとし
て前記N+層3をエツチングしてN+型エミツタ領
域3aを形成する。このエツチング処理過程で同
時にマスク上方の前記多結晶シリコン膜6aもエ
ツチング除去する。
In step c, the N + layer 3 is etched using the silicon nitride film 5a as a mask to form an N + type emitter region 3a. During this etching process, the polycrystalline silicon film 6a above the mask is also etched away.

工程dでは、P型ベース領域2およびN+型エ
ミツタ領域3aの露出面を温度900℃程度の酸化
性雰囲気中で選択酸化し、表面のシリコン酸化膜
4aを形成する。
In step d, the exposed surfaces of the P type base region 2 and the N + type emitter region 3a are selectively oxidized in an oxidizing atmosphere at a temperature of about 900° C. to form a silicon oxide film 4a on the surface.

上記第1図に示した従来の方法では、高周波特
性を向上させるために前記N+層3に添加される
砒素濃度は1×1021cm-2程度と高く、このため
に、通常の単結晶シリコンのエツチング速度に比
較してこの層3のエツチング速度がいちじるしく
大きい。したがつて、前記N+層3をエツチング
してN型エミツタ領域3aを形成する場合に、弗
酸系溶液によるエツチングでは、マスクである前
記シリコン窒化膜5aに対するアンダーカツト量
も大きく、同エミツタ領域3のパターン寸法と形
状の制御、再現性が悪く、また上記のような製造
工程では、前記N+層3のエツチングの終点決定
が困難であり、したがつて電気的特性とりわけ遮
断周波数などの高周波特性のばらつきが大きくな
る問題があつた。
In the conventional method shown in FIG . The etching rate of this layer 3 is significantly higher than that of silicon. Therefore, when etching the N + layer 3 to form the N-type emitter region 3a, etching with a hydrofluoric acid solution results in a large amount of undercut with respect to the silicon nitride film 5a, which is a mask, and the emitter region 3a is etched. The control and reproducibility of the pattern size and shape of 3 is poor, and in the manufacturing process described above, it is difficult to determine the end point of etching of the N + layer 3. There was a problem of large variations in characteristics.

本発明の目的は、上記問題を解決したバイポー
ラトランジスタ製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a bipolar transistor manufacturing method that solves the above problems.

本発明は、半導体基板の表面上に直接あるいは
酸化膜を介して形成されたシリコン窒化膜を環状
に選択食刻して、内側の島状部分と外側部分とに
分離した後、前記シリコン窒化膜をマスクにして
選択食刻部下の半導体基板内へ同基板の導電型と
は逆導電型を与える不純物イオンを注入して所定
の領域を形成する工程、前記内側島状部分に残存
するシリコン窒化膜もしくは同シリコン窒化膜と
この直下の酸化シリコン膜を除去して半導体基板
面を露呈する工程、前記露呈半導体基板部分上に
これと同一導電型のエピタキシヤル層を形成した
後に、同エピタキシヤル層の下方、もしくは前記
半導体基板の頂部分を逆導電型の層に変換する工
程を有する半導体装置の製造方法である。
In the present invention, a silicon nitride film formed directly or through an oxide film on the surface of a semiconductor substrate is selectively etched into an annular shape to separate it into an inner island-like part and an outer part, and then the silicon nitride film is separated into an inner island-like part and an outer part. A step of forming a predetermined region by implanting impurity ions that give a conductivity type opposite to that of the substrate into the semiconductor substrate under the selective etching using as a mask, and a silicon nitride film remaining in the inner island-like portion. Alternatively, a step of removing the silicon nitride film and the silicon oxide film immediately below it to expose the semiconductor substrate surface, forming an epitaxial layer of the same conductivity type on the exposed semiconductor substrate portion, and then removing the same epitaxial layer. This method of manufacturing a semiconductor device includes a step of converting a lower portion or a top portion of the semiconductor substrate into a layer of an opposite conductivity type.

以下、本発明を実施例により、図面を用いて詳
細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be explained in detail by way of examples and with reference to the drawings.

第2図において、aからfは本発明の一実施例
であるバイポーラ集積回路の製造方法である。
In FIG. 2, a to f illustrate a method of manufacturing a bipolar integrated circuit, which is an embodiment of the present invention.

工程aではNPNトランジスタのコレクタ領域
となるN型シリコン基板10を酸化雰囲気中で熱
酸化することによりシリコン酸化膜11aを300
〜500Å程度に成長させた後、同シリコン酸化膜
11a上にシリコン窒化膜12を、プラズマ蒸着
法により、6000〜8000Å程度に蒸着形成し、つい
で、例えば商品名OFPR−800などのポジ型フオ
トレジスト膜パターンをマスクにして、前記シリ
コン窒化膜12をプラズマドライエツチングにて
環状に選択的に除去して、島状部分12aを形成
する。
In step a, the N-type silicon substrate 10, which will become the collector region of the NPN transistor, is thermally oxidized in an oxidizing atmosphere to form a silicon oxide film 11a with a thickness of 300 nm.
After growing the silicon oxide film 11a to a thickness of about 500 Å, a silicon nitride film 12 is deposited to a thickness of about 6000 to 8000 Å on the silicon oxide film 11a by plasma deposition, and then a positive photoresist such as OFPR-800 (trade name) is deposited. Using the film pattern as a mask, the silicon nitride film 12 is selectively removed in an annular manner by plasma dry etching to form an island portion 12a.

工程bでは、前記シリコン窒化膜12,12a
をマスクとして、イオン注入法により注入エネル
ギー60KeV、ドーズ量1×1015cm-2程度で硼素イ
オンを注入してP型ベースコンタクト領域(P型
グラフト・ベース領域)となるP+層13を形成
し、ついで、温度850〜900℃程度の窒素雰囲気中
でアニールした後、温度900〜950℃程度の酸化性
雰囲気中で100分程度酸化する工程である。これ
により、前記P+層13の領域は、拡散とともに
酸化が進行し、膜厚3000〜4000Å程度のシリコン
酸化膜11bが形成され、同時に、シリコン窒化
膜12,12aの一部も200〜300Å程度酸化され
シリコン酸化膜11cが形成され、前記シリコン
窒化膜12,12a上とP+層13上の厚いシリ
コン酸化膜11bとは厚みの差は十分に大きくな
る。
In step b, the silicon nitride films 12, 12a
Using this as a mask, boron ions are implanted using the ion implantation method at an implantation energy of 60 KeV and a dose of approximately 1×10 15 cm -2 to form a P + layer 13 that will become a P-type base contact region (P-type graft base region). Then, after annealing in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 850 to 900°C, it is oxidized for about 100 minutes in an oxidizing atmosphere at a temperature of about 900 to 950°C. As a result, oxidation progresses in the region of the P + layer 13 as it diffuses, and a silicon oxide film 11b with a thickness of about 3000 to 4000 Å is formed, and at the same time, a portion of the silicon nitride films 12 and 12a also has a thickness of about 200 to 300 Å. An oxidized silicon oxide film 11c is formed, and the difference in thickness between the silicon nitride films 12 and 12a and the thick silicon oxide film 11b on the P + layer 13 becomes sufficiently large.

工程c,dでは、フオトレジストパターン14
をマスクにして、シリコン窒化膜12aおよび同
膜周辺の薄いシリコン酸化膜11a,11cを弗
酸系溶液でエツチング除去し、選択的に基板シリ
コン10および前記P+層13の一部を露出させ
る。これにより、前記基板シリコン10および前
記P+層13の一部以外はシリコン酸化膜11a,
11b,11cおよびシリコン窒化膜12で被覆
される。
In steps c and d, the photoresist pattern 14
Using as a mask, the silicon nitride film 12a and the thin silicon oxide films 11a and 11c surrounding the film are etched away using a hydrofluoric acid solution, thereby selectively exposing a portion of the silicon substrate 10 and the P + layer 13. As a result, the silicon oxide film 11a, except for part of the silicon substrate 10 and the P + layer 13,
11b, 11c and a silicon nitride film 12.

工程eでは、前記基板シリコン10および前記
P+層13の一部の上に、減圧エピタキシヤル成
長法によりN型エピタキシヤル層15を5000〜
7000Å程度、選択的に成長させる。成長条件は反
応ガスとしてジクロールシラン(SiH2Cl2)を用
い、成長速度0.5〜1.0μm/min、成長温度1050〜
1100℃程度、成長時圧力80Torr程度である。こ
れにより、シリコン露出面上にのみ、選択的に前
記N型エピタキシヤル層15が成長する。
In step e, the substrate silicon 10 and the
On a part of the P + layer 13, an N-type epitaxial layer 15 is formed with a thickness of 5000~
Selectively grow to about 7000 Å. The growth conditions were as follows: dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) was used as the reaction gas, growth rate was 0.5-1.0 μm/min, and growth temperature was 1050-1050 μm/min.
The temperature is about 1100℃ and the pressure during growth is about 80Torr. As a result, the N-type epitaxial layer 15 selectively grows only on the exposed silicon surface.

工程fでは前記シリコン酸化膜11bおよび前
記シリコン窒化膜12をマスクとして前記N型エ
ピタキシヤル層15内にN型高濃度のエミツタ領
域であるN+層15aをイオン注入法により、注
入エネルギー40KeV、ドーズ量6×1015cm-2程度
で砒素イオンを注入した後、窒素雰囲気中、950
〜1000℃の温度で拡散して形成する。続いて、N
型エピタキシヤル層内の下方、あるいは前記基板
シリコン10の頂部分にP型ベース領域である
P-層16をイオン注入法により、注入エネルギ
ー140〜160KeV、ドーズ量1×1013cm-2程度で硼
素イオンを注入し、窒素雰囲気中、900℃程度の
温度で30分アニールして形成する。
In step f, using the silicon oxide film 11b and the silicon nitride film 12 as masks, an N + layer 15a, which is a high concentration N type emitter region, is formed in the N type epitaxial layer 15 by ion implantation at an implantation energy of 40 KeV and a dose. After implanting arsenic ions at an amount of about 6×10 15 cm -2 , the
Formed by diffusion at temperatures of ~1000°C. Next, N
A P-type base region is formed below in the type epitaxial layer or on top of the substrate silicon 10.
The P - layer 16 is formed by implanting boron ions using an ion implantation method at an implantation energy of 140 to 160 KeV and a dose of about 1×10 13 cm -2 and annealing at a temperature of about 900° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. .

以上説明したように、本発明によるバイポーラ
集積回路の製造方法を用いれば、第1図の従来例
におけるエミツタ領域のN+層3のような高濃度
に不純物添加されたシリコンをエツチングする工
程はなく、これによるエミツタ領域のパターン寸
法、形状のばらつきはなくなるので、トランジス
タのエミツタの寸法、高周波特性を制御する場
合、そのばらつきを小さくすることができる。ま
た本発明によれば、ドライエツチングで除去され
るシリコン窒化膜12a直下および周辺には薄い
シリコン酸化膜11a,11cがあり、このシリ
コン窒化膜12aのプラズマドライエツチング時
のストツパーの役割を果しているためドライエツ
チングの終点の制御性も良い。
As explained above, by using the method of manufacturing a bipolar integrated circuit according to the present invention, there is no need to etch the highly doped silicon, such as the N + layer 3 in the emitter region in the conventional example shown in FIG. Since this eliminates variations in the pattern dimensions and shape of the emitter region, it is possible to reduce the variations when controlling the emitter dimensions and high frequency characteristics of the transistor. Further, according to the present invention, there are thin silicon oxide films 11a and 11c directly under and around the silicon nitride film 12a to be removed by dry etching, and this serves as a stopper during plasma dry etching of the silicon nitride film 12a. The controllability of the end point of dry etching is also good.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のメサ構造のエミツタ領域をもつ
たバイポーラトランジスタを形成する方法を示す
素子の工程断面図、第2図は、本発明の一実施例
であり、メサ構造をもつたバイポーラトランジス
タを形成する方法を製造工程順に示した素子の断
面図である。 1,10……N型シリコン基板、2,13,1
6……P型ベース領域、3……N+層、3a,1
5a……N型エミツタ領域、4,4a,11a,
11b,11c……シリコン酸化膜、5,5a,
12,12a……シリコン窒化膜、6……多結晶
シリコン膜、7,14……フオトレジスト膜パタ
ーン、15……N型エピタキシヤル層。
FIG. 1 is a process cross-sectional view of a device showing a conventional method for forming a bipolar transistor with a mesa structure emitter region, and FIG. 2 is an embodiment of the present invention, in which a bipolar transistor with a mesa structure is formed. FIG. 3 is a cross-sectional view of an element showing a method of forming the element in the order of manufacturing steps. 1, 10...N-type silicon substrate, 2, 13, 1
6...P type base region, 3...N + layer, 3a, 1
5a...N-type emitter region, 4, 4a, 11a,
11b, 11c... silicon oxide film, 5, 5a,
12, 12a...Silicon nitride film, 6...Polycrystalline silicon film, 7, 14...Photoresist film pattern, 15...N-type epitaxial layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板の表面上に直接あるいは酸化膜を
介して形成されたシリコン窒化膜を環状に選択食
刻して、内側の島状部分と外側部分とに分離した
後、前記シリコン窒化膜をマスクにして前記半導
体基板内へ同基板の導電型とは逆導電型を与える
不純物イオンを注入して、所定の領域を形成する
工程と、前記内側の島状部分に残存するシリコン
窒化膜もしくは同シリコン窒化膜とこの直下の酸
化シリコン膜とを除去して、前記半導体基板面を
露呈する工程と、前記露呈半導体基板部分上にこ
れと同一導電型のエピタキシヤル層を選択形成す
る工程と、同エピタキシヤル層の下方、もしくは
前記半導体基板の頂部分を逆導電型の層に変換す
る工程とを具備することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
1. A silicon nitride film formed directly or via an oxide film on the surface of a semiconductor substrate is selectively etched into an annular shape to separate it into an inner island portion and an outer portion, and then the silicon nitride film is used as a mask. a step of implanting impurity ions that give a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate into the semiconductor substrate to form a predetermined region; and a step of implanting a silicon nitride film remaining in the inner island-like portion or a step of removing the film and a silicon oxide film immediately below the semiconductor substrate to expose the surface of the semiconductor substrate; a step of selectively forming an epitaxial layer of the same conductivity type on the exposed semiconductor substrate portion; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of converting a lower part of the layer or a top portion of the semiconductor substrate into a layer of an opposite conductivity type.
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