JPS6262064B2 - - Google Patents

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JPS6262064B2
JPS6262064B2 JP55086229A JP8622980A JPS6262064B2 JP S6262064 B2 JPS6262064 B2 JP S6262064B2 JP 55086229 A JP55086229 A JP 55086229A JP 8622980 A JP8622980 A JP 8622980A JP S6262064 B2 JPS6262064 B2 JP S6262064B2
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JP
Japan
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type
polycrystalline silicon
film
region
base
Prior art date
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Application number
JP55086229A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5710961A (en
Inventor
Yoshitaka Sasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP8622980A priority Critical patent/JPS5710961A/en
Publication of JPS5710961A publication Critical patent/JPS5710961A/en
Publication of JPS6262064B2 publication Critical patent/JPS6262064B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

一般に高周波用または高速スイツチング素子に
適したバイポーラ・トランジスタにおいては、利
得帯域幅積fTを大きくすることにある。そこで
Tを大にするには素子寸法をできるだけ小さく
すると同時に、少数キヤリヤのベース走行時間を
特に短縮する必要がある。現在シリコントランジ
スタのほとんどがプレーナ形であり、エミツタお
よびベースは不純物拡散によつて形成されてい
る。この場合エミツタの寸法が小さくなると、接
合が曲面となり、実効的なベース走行時間は単な
るベース幅ではなく、コレクタ・ベース接合深さ
がどの程度か、にも依存してくる。したがつて、
Tを改善するにはベース幅の縮少と同時にコレ
クタ・ベース接合深さも同時に減少することも要
求され、結局浅い拡散接合をいかにして実現する
かが問題となる。
In general, a bipolar transistor suitable for high frequency use or high speed switching devices is designed to have a large gain bandwidth product f T . Therefore, in order to increase f T , it is necessary to reduce the element dimensions as much as possible and at the same time particularly shorten the base running time of the minority carrier. Currently, most silicon transistors are of planar type, and the emitter and base are formed by impurity diffusion. In this case, as the size of the emitter becomes smaller, the junction becomes a curved surface, and the effective base travel time depends not only on the base width but also on the depth of the collector-base junction. Therefore,
In order to improve f T , it is required to reduce the base width and the collector-base junction depth at the same time, and the problem ultimately becomes how to realize a shallow diffusion junction.

ところで、従来のバイポーラ型npnトランジス
タは第1図に示す構造になつている。即ち、第1
図中の1はp-型シリコン基板であり、この基板
1にはn+型埋込層2が、更に同基板1上にはn
型エピタキシヤル層3が設けられている。このエ
ピタキシヤル層3は素子分離のためのp+アイソ
レーシヨン領域4が設けられている。このアイソ
レーシヨン領域4で分離された島状のエピタキシ
ヤル層3にはp型のベース領域5が、該領域5内
にはn+型のエミツタ領域6が、更にエピタキシ
ヤル層3の別の箇所には前記n+埋込層2まで達
するコレクタ接続用拡散層7が、夫夫形成されて
いる。また、前記n型エピタキシヤル層3上には
熱酸化膜8が設けられており、かつ該熱酸化膜8
上にはコンタクトホール9,9,9を介し
てエミツタ領域6、ベース領域5及びコレクタ接
続用拡散層7と接続したアルミニウム電極10,
11,12が設けられている。しかしながら、か
かる構造のトランジスタにおいて、ベース領域5
の深さを浅くすると、それに伴なつてベース抵抗
が大きくなつてしまう。とりわけ、ベース領域5
が極端に浅くなると、ベース抵抗はベースコンタ
クトホール9の端とエミツタ領域6との間の距
離に依存することになる。このエミツタ領域6の
拡散窓とベースコンタクトホール9の位置関係
は、フオトエツチング技術で決まり、現在の光に
よる位置合せ技術ではこの距離lを2μm以下に
することは不可能である。
By the way, a conventional bipolar type npn transistor has a structure shown in FIG. That is, the first
1 in the figure is a p - type silicon substrate, this substrate 1 has an n + type buried layer 2, and further on the same substrate 1 is an n
A type epitaxial layer 3 is provided. This epitaxial layer 3 is provided with a p + isolation region 4 for element isolation. In the island-shaped epitaxial layer 3 separated by the isolation region 4, there is a p-type base region 5, an n + type emitter region 6 is provided in the region 5, and another region of the epitaxial layer 3 is provided. A collector connection diffusion layer 7 reaching up to the n + buried layer 2 is formed at this location. Further, a thermal oxide film 8 is provided on the n-type epitaxial layer 3, and the thermal oxide film 8
On the top, an aluminum electrode 10 is connected to the emitter region 6 , the base region 5, and the collector connection diffusion layer 7 through contact holes 91, 92 , 93 .
11 and 12 are provided. However, in a transistor with such a structure, the base region 5
If the depth is made shallower, the base resistance increases accordingly. In particular, the base region 5
If it becomes extremely shallow, the base resistance will depend on the distance between the end of the base contact hole 92 and the emitter region 6. The positional relationship between the diffusion window of the emitter region 6 and the base contact hole 92 is determined by photo-etching technology, and it is impossible to reduce this distance l to 2 μm or less using current optical alignment technology.

一方、バイポーラ論理素子であるI2L
(Integrated Injection Logic)を例にとると、従
来のI2Lは第2図に示す構造になつている。即
ち、第2図中の1はp-型シリコン基板であり、
この基板1にはn+埋込層2が、更に同基板1上
にはp+型アイソレーシヨン領域4で分離された
n型エピタキシヤル層3が、設けられている。こ
のエピタキシヤル層3にはp型のインジエクタ1
3、p型のベース領域14が、更に該ベース領域
14内には複数のn+型のコレクタ領域15…が
設けられている。そしてn型エピタキシヤル層3
上には熱酸化膜8が設けられており、この熱酸化
膜8上にはコンタクトホール9…を介して前記各
コレクタ領域15…、ベース領域14、インジエ
クタ13及び前記n+埋込層2の延在部2′と接続
したアルミニウム電極16,16,17,1
8,19が設けられている。こうしたI2Lは、通
常のトランジスタのエミツタとコレクタを逆に使
う、いわゆる逆動作形の縦方向npnトランジスタ
と、このトランジスタのベースをコレクタとする
横方向pnpトランジスタの複合構造をもつたバイ
ポーラ論理素子である。しかしながら、上述した
I2Lにあつては、インバータとしての縦方向npn
トランジスタが逆形であるため、エミツタ・ベー
ス接合面積がコレクタ・ベース接合面積に比べて
はるかに大きくなつているため、バイポーラ素子
本来の高速動作が十分実施されていない。
On the other hand, I 2 L which is a bipolar logic element
(Integrated Injection Logic) as an example, a conventional I 2 L has the structure shown in FIG. That is, 1 in FIG. 2 is a p - type silicon substrate,
An n + buried layer 2 is provided on this substrate 1 , and an n type epitaxial layer 3 separated by a p + type isolation region 4 is further provided on the substrate 1 . This epitaxial layer 3 has a p-type injector 1.
3. A p-type base region 14 is provided, and a plurality of n + -type collector regions 15 are provided within the base region 14. and n-type epitaxial layer 3
A thermal oxide film 8 is provided on the thermal oxide film 8, and the collector regions 15, the base region 14, the injector 13, and the n + buried layer 2 are formed on the thermal oxide film 8 through contact holes 9. Aluminum electrodes 16 1 , 16 2 , 17, 1 connected to the extension part 2'
8 and 19 are provided. Such an I 2 L is a bipolar logic element with a composite structure of a so-called reverse-acting vertical npn transistor, which uses the emitter and collector of a normal transistor in reverse, and a horizontal pnp transistor, whose collector is the base of this transistor. It is. However, as mentioned above
For I 2 L, vertical npn as an inverter
Since the transistor is inverted, the emitter-base junction area is much larger than the collector-base junction area, so the high-speed operation inherent to bipolar elements cannot be fully realized.

即ち、ベースへのキヤリヤ注入は、コレクタ領
域直下を取り囲む広い面積のエミツタ領域全体か
ら行われているため、実効的なベース幅が大きく
なり、従つて電流増幅率が小さく、fTが低くな
り、これがI2Lの性能とりわけスイツチングスピ
ードを妨げるという欠点があつた。
That is, since carrier injection into the base is performed from the entire emitter region, which has a wide area surrounding just below the collector region, the effective base width becomes large, and therefore the current amplification factor becomes small and f T becomes low. This had the disadvantage of interfering with I2L performance, especially switching speed.

そこで、これらの欠点を補うため、IEDM
technical digest pp 201〜204、(1979)“Sub―
Nanosecond Self―Aligned I2L/MTL
Circuits”にI2Lのコレクタ領域に高濃度n+型ド
ープト多結晶シリコン層を使い、ベースコンタク
トホールとコレクタ領域をシリコン酸化膜の厚み
の相違によるセルフアライン手法で形成すること
を可能とし、さらに表面に露出するベース領域は
金属で被うことでベース抵抗を下げ、かつ素子の
微細化を可能にし、エミツタ・ベースとコレク
タ・ベース接合面積比を1に近づける構造を可能
にしたI2Lが示されており、その性能は、最小伝
播遅延時間tpd minで約0.8nsecという従来のI2L
では最高の性能を示している。しかしその反面、
この“Sub―Nanosecond Self―Aligned I2L/
MTL Circuits”には、数多くの問題点が存在す
る。以下この素子の製法を第3図a〜f、第4図
及び第5図を参照して説明する。
Therefore, to compensate for these shortcomings, IEDM
technical digest pp 201-204, (1979) “Sub-
Nanosecond Self-Aligned I 2 L/MTL
By using a highly concentrated n + type doped polycrystalline silicon layer in the I 2 L collector region, it is possible to form the base contact hole and the collector region using a self-alignment method due to the difference in the thickness of the silicon oxide film. The base region exposed on the surface is covered with metal, which lowers the base resistance and enables miniaturization of the device, making it possible to create a structure in which the emitter-base and collector-base junction area ratio approaches 1 . The performance is superior to that of conventional I 2 L with a minimum propagation delay time tpd min of approximately 0.8 nsec.
shows the best performance. But on the other hand,
This “Sub―Nanosecond Self―Aligned I 2 L/
There are many problems with "MTL Circuits".The method for manufacturing this device will be explained below with reference to FIGS. 3a-f, 4 and 5.

まず、n+型半導体基板22にn型エピタキ
シヤル成長層23を形成し、その表面から、高濃
度n+型半導体層22を形成し、エミツタ領域
とする(第3図a図示)。
First, an n type epitaxial growth layer 23 is formed on an n + type semiconductor substrate 221 , and a high concentration n + type semiconductor layer 222 is formed from the surface thereof to form an emitter region (as shown in FIG. 3a).

次に、第3図bのように、シリコン窒化膜24
を約1000Å堆積させ、所望のシリコン窒化膜を一
部開口し、その下のn型エピタキシヤル層23を
選択的にエツチングする。そして第3図cのよう
に約1.0〜1.5μmのシリコン酸化膜25を形成す
る。このシリコン酸化膜25はI2Lゲートの周辺
を囲むように設けているため、酸化膜カラー又は
酸化膜分離層とも言い、I2Lのゲートとゲート間
を分離し、エミツタからベースへ注入される少数
キヤリアの効果を高める役割をはたしている。そ
して、シリコン窒化膜24を全て除去後、再度
5000Åのシリコン酸化膜26を形成し、所望のシ
リコン酸化膜を開口した(同第3c図示)。
Next, as shown in FIG. 3b, the silicon nitride film 24
A desired silicon nitride film is partially opened and the underlying n-type epitaxial layer 23 is selectively etched. Then, as shown in FIG. 3c, a silicon oxide film 25 of about 1.0 to 1.5 μm is formed. Since this silicon oxide film 25 is provided so as to surround the periphery of the I 2 L gate, it is also called an oxide film collar or an oxide film separation layer, and it separates the I 2 L gates and prevents the injected material from being injected from the emitter to the base. It plays a role in increasing the effectiveness of minority carriers. Then, after removing all the silicon nitride film 24,
A silicon oxide film 26 with a thickness of 5000 Å was formed, and desired openings were opened in the silicon oxide film (as shown in Figure 3c).

次にベース領域27とインジエクタ領域28を
形成後、全面砒素ドープ多結晶シリコン層を3000
Å堆積させ、さらにその上にCVDシリコン酸化
膜(CVD―SiO2)30を3000Å堆積させる。そし
てこのCVD―SiO230をフオトエツチング技術
でパターニングし、さらにCVD―SiO230をマ
スクにHF:HNO3:CH3COOH=1:3:8の混
合液で砒素ドープ多結晶シリコン層をエツチング
した(第3図d図示)。この時、選択的に残した
砒素ドープ多結晶シリコン層29の一部は、I2L
のコレクタ領域を形成するベース領域27上に存
在し、他の一部は絶縁膜上に存在しており、コレ
クタ電極引き出し配線として用いている。
Next, after forming the base region 27 and injector region 28, a layer of arsenic-doped polycrystalline silicon is deposited on the entire surface with a thickness of 3000 nm.
A CVD silicon oxide film (CVD-SiO 2 ) 30 with a thickness of 3000 Å is further deposited thereon. This CVD-SiO 2 30 was then patterned using photo-etching technology, and the arsenic-doped polycrystalline silicon layer was further etched using a mixed solution of HF:HNO 3 :CH 3 COOH=1:3:8 using the CVD-SiO 2 30 as a mask . (as shown in Figure 3d). At this time, a part of the arsenic-doped polycrystalline silicon layer 29 selectively left is I 2 L
It exists on the base region 27 forming the collector region, and the other part exists on the insulating film, and is used as a collector electrode lead wiring.

次に、砒素ドープ多結晶シリコン膜29からコ
レクタ領域31を拡散形成しながら、低温(700
℃〜900℃)でシリコン酸化膜32と32
形成した。ベースとインジエクタ領域上には数
100Åのシリコン酸化膜32を形成し、砒素ド
ープ多結晶シリコン層29の面には約1000〜2000
Åのシリコン酸化膜32が形成される。これ
は、高濃度n+型半導体層の酸化膜成長速度は、
低温(700℃〜900℃)で酸化することにより、低
濃度p-型半導体層と比べて数倍から十数倍の酸
化膜成長速度を持つているためである。ひきつづ
き、金属電極膜とコンタクト抵抗を減らすため、
高濃度p+型のイオン注入を行い、インジエクタ
領域28と外部ベース27′を再度拡散形成する
(第3図e図示)。
Next, while forming the collector region 31 by diffusion from the arsenic-doped polycrystalline silicon film 29,
Silicon oxide films 32 1 and 32 2 were formed at a temperature of 900° C. to 900° C. There are several numbers on the base and injector area.
A silicon oxide film 322 with a thickness of 100 Å is formed, and about 1000 to 2000 Å is formed on the surface of the arsenic-doped polycrystalline silicon layer 29.
A silicon oxide film 321 having a thickness of 1.5 Å is formed. This means that the oxide film growth rate of the high concentration n + type semiconductor layer is
This is because by oxidizing at low temperatures (700°C to 900°C), the oxide film growth rate is several to ten times faster than that of a low-concentration p - type semiconductor layer. Continuing, in order to reduce the metal electrode film and contact resistance,
High-concentration p + type ion implantation is performed to form the injector region 28 and the external base 27' by diffusion again (as shown in FIG. 3e).

次に、前記インジエクタ領域28と外部ベース
領域27′上の数100Åのシリコン酸化膜32
セルフアライン手法でエツチングし、すべてのコ
ンタクトホールをフオトエツチング技術によつて
開口し、金属電極膜を被着後、電極分離を行なつ
て、ベース取出し電極33、インジエクタ取出し
電極34及びエミツタ接地用電極35を形成して
I2Lを製造した(第3図f図示)。なお、第3図f
の平面図を第4図に、第4図の―線に沿う断
面図を第5図に示した。
Next, the silicon oxide film 322 with a thickness of several hundred Å on the injector region 28 and the external base region 27' is etched using a self-alignment method, all contact holes are opened using a photo-etching method, and a metal electrode film is covered. After the attachment, the electrodes are separated to form a base lead-out electrode 33, an injector lead-out electrode 34, and an emitter grounding electrode 35.
I 2 L was produced (as shown in Figure 3 f). In addition, Fig. 3 f
FIG. 4 shows a plan view of the same, and FIG. 5 shows a cross-sectional view taken along the line --- in FIG.

上述した製造工程により製造されたI2Lでは、
素子の電極はベースとインジエクタ及びエミツタ
を金属電極膜で取出し、コレクタ電極を砒素ドー
プ多結晶シリコンで取出すことができるため、既
述の如き種々の特長を有する。しかし、こうした
製造方法にあつては以下に列挙する種種の問題点
がある。
In I 2 L manufactured by the manufacturing process described above,
Since the electrodes of the device include the base, injector, and emitter using metal electrode films, and the collector electrode using arsenic-doped polycrystalline silicon, the device has various features as described above. However, these manufacturing methods have various problems listed below.

前述した第3図d工程において、CVD―SiO2
膜30をマスクとして砒素ドープ多結晶シリコン
層(厚さ3000Å)をエツチングする際、該多結晶
シリコン膜の膜厚だけサイドエツチングされ、
CVD―SiO2膜30がオーバーハング形状とな
る。こうした状態で砒素ドープ多結晶シリコン膜
29を酸化すると、第6図aに示す如く砒素ドー
プ多結晶シリコン膜29の周側面に異状な形でシ
リコン酸化膜32が成長し、その上に存在する
CVD―SiO2膜30を押し上げる。その結果、こ
の砒素ドープ多結晶シリコン膜29を横切るベー
ス取出し電極の断切れを誘発する欠点がある。し
かも、この砒素ドープ多結晶シリコン膜29は素
子間を結線する1層配線として用いることから、
この上を横切る2層配線の断切れを誘発する。
In the step d in Fig. 3 described above, CVD-SiO 2
When etching the arsenic-doped polycrystalline silicon layer (3000 Å thick) using the film 30 as a mask, side etching is performed by the thickness of the polycrystalline silicon film.
The CVD-SiO 2 film 30 has an overhang shape. When the arsenic-doped polycrystalline silicon film 29 is oxidized in such a state, a silicon oxide film 321 grows in an abnormal shape on the circumferential side of the arsenic-doped polycrystalline silicon film 29, as shown in FIG. 6a, and is present on it.
Push up the CVD-SiO 2 film 30. As a result, there is a drawback that the base lead-out electrode crossing the arsenic-doped polycrystalline silicon film 29 is broken. Moreover, since this arsenic-doped polycrystalline silicon film 29 is used as a single-layer wiring for connecting elements,
This induces a break in the two-layer wiring that crosses over this.

また、前述した第3図e工程において、ベース
コンタクトホールと、コレクタ領域31をセルフ
アライン手法で構成する手段として、低温酸化に
よる、シリコン酸化膜の成長速度の違いを利用し
ているため、ベース・コレクタ間は、金属電極に
よるシヨートがしばしば生じる。この原因とし
て、砒素ドープ多結晶シリコン層29を低温酸化
することによつて、そこに成長されるシリコン酸
化膜32は、温度が低いほどベース領域27上
に形成されるシリコン酸化膜32より数倍厚く
形成される。しかしながら、反面、膜質の緻密さ
では劣り、絶縁性も数倍悪くなり、特に砒素ドー
プ多結晶シリコン層29を700℃で酸化させて形
成したシリコン酸化膜をHF系エツチヤントで処
理後の絶縁性は非常に悪く、単結晶シリコン層を
高温(1000℃以上)で酸化させて形成したシリコ
ン酸化膜1000Åで80〜90Vの絶縁耐圧をもつてい
るのに比較して、2000Åで10〜20V程度が、或い
は絶縁耐圧が零の場合もある。更に、熱酸化後の
状態を観察すると、p型単結晶シリコン層である
ベース領域27上に存在する砒素ドープ多結晶シ
リコン層29の両側面に成長したシリコン酸化膜
32はp型単結晶シリコン層(ベース領域2
7)との接触部においてシリコン酸化膜が少なく
成長し、凹部形状になる。このため、n+多結晶
シリコン側面のシリコン酸化膜32をHF系エ
ツチヤントで除去すると、前述の如く砒素ドープ
多結晶シリコン層29のシリコン酸化膜32
緻密性に劣り、エツチヤントに弱く、しかもベー
ス領域27との接触部は他の部分に比べて薄いの
で、第6図bに示す如くコレクタ領域31の砒素
ドープ多結晶シリコン層29の側面下部、或いは
同多結晶シリコン層29を拡散源として形成され
たn+型のコレクタ領域31が露出し、その結
果、ベース取出し電極33を形成した場合、該電
極33とコレクタ領域31とが短絡する。
In addition, in the step e in FIG. 3 described above, the base contact hole and the collector region 31 are formed using the self-alignment method by utilizing the difference in the growth rate of the silicon oxide film due to low-temperature oxidation. Shorts due to metal electrodes often occur between the collectors. The cause of this is that the silicon oxide film 32 1 grown thereon by low-temperature oxidation of the arsenic-doped polycrystalline silicon layer 29 is more sensitive to the silicon oxide film 32 2 formed on the base region 27 as the temperature is lower. Formed several times thicker. However, on the other hand, the density of the film is inferior, and the insulation properties are several times worse.In particular, the insulation properties after the silicon oxide film formed by oxidizing the arsenic-doped polycrystalline silicon layer 29 at 700°C are treated with an HF-based etchant. It is very bad, and compared to a silicon oxide film formed by oxidizing a single crystal silicon layer at high temperature (1000℃ or higher) of 80 to 90 V with a thickness of 1000 Å, a dielectric breakdown voltage of 10 to 20 V with a thickness of 2000 Å is very poor. Alternatively, the dielectric strength voltage may be zero. Furthermore, when observing the state after thermal oxidation, it is found that the silicon oxide films 321 grown on both sides of the arsenic-doped polycrystalline silicon layer 29 existing on the base region 27, which is a p-type single-crystal silicon layer, are p-type single-crystal silicon. layer (base area 2
7), a small amount of the silicon oxide film grows in the contact area with the silicon oxide film, forming a concave shape. Therefore, when the silicon oxide film 322 on the side surface of the n + polycrystalline silicon is removed with an HF-based etchant, the silicon oxide film 321 on the arsenic-doped polycrystalline silicon layer 29 has poor density and is susceptible to etchants, as described above. Since the contact portion with the base region 27 is thinner than other portions, as shown in FIG. The formed n + type collector region 31 is exposed, and as a result, when the base extraction electrode 33 is formed, the electrode 33 and the collector region 31 are short-circuited.

本発明は上記問題点を解消するためになされた
もので、高性能で高集積化が可能な半導体装置の
製造方法を提供しようとするものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device with high performance and high integration.

即ち、本発明方法は第1導電型の半導体層の一
部に第2導電型の第1半導体領域を選択的に形成
する工程と、突出部形成予定部以外の前記第1半
導体領域上に少なくとも耐酸化性絶縁膜を選択的
に形成する工程と、全面に半導体膜を形成し、前
記第1半導体領域上に直接接触する部分に第2導
電型の単結晶シリコン層を、前記絶縁膜上に接す
る部分に第2導電型の多結晶シリコン層を形成す
る工程と、前記多結晶シリコン層の所望部分から
前記単結晶シリコン層の一部をマスクした後、多
結晶シリコン層を選択エツチングして第1半導体
領域上に第2導電型の単結晶シリコンからなる突
出部を形成すると共に、該突出部と一体的に接続
した所望の多結晶シリコンパターンを形成する工
程と、熱酸化処理を施して前記第2導電型の単結
晶シリコンからなる突出部全面に絶縁膜としての
熱酸化膜を成長させる工程と、前記第1半導体領
域上に設けられた耐酸化性絶縁膜を選択的に除去
して前記突出部に隣り合う第1半導体領域部分を
露出する工程と、熱酸化膜で覆われた突出部をマ
スクとして第1導電型の不純物を第1半導体領域
に選択的にドーピングして突出部に対して自己整
合となる第1導電型の第2半導体領域を形成する
工程とを具備したことを特徴とするものである。
That is, the method of the present invention includes a step of selectively forming a first semiconductor region of a second conductivity type in a part of a semiconductor layer of a first conductivity type, and a step of forming a first semiconductor region of a second conductivity type on a portion of a semiconductor layer of a first conductivity type; selectively forming an oxidation-resistant insulating film, forming a semiconductor film on the entire surface, and forming a single crystal silicon layer of a second conductivity type on the insulating film in a portion directly in contact with the first semiconductor region; A step of forming a polycrystalline silicon layer of a second conductivity type in the contacting portion, and masking a part of the single crystal silicon layer from a desired portion of the polycrystalline silicon layer, and selectively etching the polycrystalline silicon layer. A step of forming a protrusion made of single crystal silicon of a second conductivity type on one semiconductor region and forming a desired polycrystalline silicon pattern integrally connected to the protrusion, and performing thermal oxidation treatment to A step of growing a thermal oxide film as an insulating film on the entire surface of the protrusion made of single crystal silicon of a second conductivity type, and selectively removing an oxidation-resistant insulating film provided on the first semiconductor region. a step of exposing a portion of the first semiconductor region adjacent to the protrusion; and a step of selectively doping the first semiconductor region with an impurity of the first conductivity type using the protrusion covered with the thermal oxide film as a mask to prevent the protrusion from being exposed. The method is characterized by comprising a step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type that is self-aligned.

本発明方法における第2導電型の第1半導体領
域の形成手段としては、第1導電型の半導体層に
第2導電型の不純物を選択的に熱拡散する方法、
同不純物をイオン注入し、熱処理する方法等を挙
げることができる。
In the method of the present invention, the method for forming the first semiconductor region of the second conductivity type includes a method of selectively thermally diffusing impurities of the second conductivity type into the semiconductor layer of the first conductivity type;
Examples include a method of ion-implanting the impurity and subjecting it to heat treatment.

本発明方法に用いる耐酸化性絶縁膜は半導体膜
の形成に際し、突出部形成予定部以外の第2導電
型の第1半導体領域部分に該予定部に成長された
単結晶シリコン層とはエツチングレート等の物性
の異なる多結晶シリコン層を形成させ、かつ熱酸
化時には該絶縁膜下の第1半導体領域への酸化剤
の侵入を阻止してその領域部分に熱酸化膜が成長
されるのを防止する役目をする。更には熱酸化後
の第1半導体領域に第1導電型の第2半導体領域
の形成窓を設けるにあたつて熱酸化膜に対して選
択エツチング性を有し、突出部周囲の熱酸化膜の
膜減りを招くことなく耐酸化性絶縁膜を除去でき
るという特長を備える。かかる耐酸化性絶縁膜と
しては例えばシリコン窒化膜、アルミナ膜等を挙
げることができる。但し、シリコン窒化膜を耐酸
化性絶縁膜として用い、第1半導体領域上に直接
設けると、熱酸化工程時、該第1半導体領域に窒
化物などの素子特性に悪影響を及ぼす物質が生成
される恐れがあるため、第1半導体領域上に熱酸
化工程で成長される熱酸化膜より十分薄い(50〜
100Å)のSiO2膜を介してシリコン窒化膜を選択
的に形成することが望ましい。
When forming the semiconductor film, the oxidation-resistant insulating film used in the method of the present invention has an etching rate that is higher than that of the single-crystal silicon layer grown in the second conductivity type first semiconductor region other than the planned portion where the protrusion is to be formed. forming a polycrystalline silicon layer having different physical properties such as, and preventing the oxidizing agent from entering the first semiconductor region under the insulating film during thermal oxidation to prevent a thermal oxide film from growing in that region. play a role. Furthermore, when providing a formation window for the second semiconductor region of the first conductivity type in the first semiconductor region after thermal oxidation, it has selective etching properties for the thermal oxide film, and the thermal oxide film around the protrusion is etched. It has the advantage of being able to remove the oxidation-resistant insulating film without causing film thinning. Examples of such an oxidation-resistant insulating film include a silicon nitride film and an alumina film. However, if a silicon nitride film is used as an oxidation-resistant insulating film and is provided directly on the first semiconductor region, substances such as nitrides that adversely affect device characteristics are generated in the first semiconductor region during the thermal oxidation process. Therefore, the thermal oxide film grown on the first semiconductor region in the thermal oxidation process should be sufficiently thinner (50~
It is desirable to selectively form a silicon nitride film through a SiO 2 film (100 Å).

本発明における半導体膜形成手段としては、例
えば液相成長法、固相成長法、多結晶シリ
コンをCVD法、PVD法等による気相成長法によ
り多結晶シリコン層を堆積した後、レーザ光等の
高エネルギビームを照射して単結晶シリコン層を
選択的にエピタキシヤル成長する方法等を挙げる
ことができる。こうした半導体膜を形成する際、
エピタキシヤル成長法を採用するのは、第1半導
体領域上には第2導電型の単結晶シリコン層を、
第1半導体領域の絶縁膜上には前記単結晶シリコ
ンに対し選択エツチング性を有する第2導電型の
多結晶シリコン層を形成するためである。なお、
第2導電型の単結晶シリコン層、多結晶シリコン
層を形成するには、例えば気相エピタキシヤル成
長に際して不純物ドープさせる方法、或いはアン
ドープ多結晶シリコン層と単結晶シリコンを成長
させた後、第2導電型の不純物を拡散或いはイオ
ン注入する方法等を採用し得る。
As a method for forming a semiconductor film in the present invention, for example, after depositing a polycrystalline silicon layer by a liquid phase growth method, a solid phase growth method, or a vapor phase growth method such as a CVD method or a PVD method, Examples include a method of selectively epitaxially growing a single crystal silicon layer by irradiating a high-energy beam. When forming such a semiconductor film,
The epitaxial growth method is adopted because a single crystal silicon layer of the second conductivity type is formed on the first semiconductor region.
This is to form a second conductivity type polycrystalline silicon layer having selective etching properties with respect to the single crystal silicon on the insulating film of the first semiconductor region. In addition,
To form a single crystal silicon layer or a polycrystalline silicon layer of the second conductivity type, for example, a method of doping impurities during vapor phase epitaxial growth, or a method of doping an impurity during vapor phase epitaxial growth, or a method of growing an undoped polycrystalline silicon layer and single crystal silicon, and then forming a second conductivity type single crystal silicon layer and a polycrystalline silicon layer A method of diffusing or ion-implanting a conductive type impurity may be adopted.

次に、本発明をバイポーラ型npnトランジスタ
に適用した例について製造方法を併記して説明す
る。
Next, an example in which the present invention is applied to a bipolar type npn transistor will be described along with a manufacturing method.

実施例 1 〔〕 まず、第7図aに示す如くp-型半導体基
板101にn+埋込層102を形成し、この基
板101上にn型のエピタキシヤル層103
(第1導電型の半導体層)を成長させた後、高
濃度のボロンを選択拡散して前記基板101ま
で達するp+型アイソレーシヨン領域104を
形成した。つづいて、n型エピタキシヤル層1
03に高濃度のn+型不純物を選択拡散して前
記n+埋込層102まで達するn+型のコレクタ
取出し拡散層105を形成した。その後、全面
に厚さ4000Åのシリコン酸化膜106を堆積
し、ベース形成予定部のシリコン酸化膜106
を写真蝕刻法により選択的に除去して拡散窓1
07を開孔した後、ボロンをn型エピタキシヤ
ル層103にイオン注入し、熱処理してp型領
域108を形成した(第7図b図示)。
Example 1 [] First, as shown in FIG. 7a, an n + buried layer 102 is formed on a p - type semiconductor substrate 101, and an n type epitaxial layer 103 is formed on this substrate 101.
After growing the (first conductivity type semiconductor layer), a p + -type isolation region 104 reaching the substrate 101 was formed by selectively diffusing boron at a high concentration. Next, the n-type epitaxial layer 1
03, a high concentration n + type impurity was selectively diffused to form an n + type collector extraction diffusion layer 105 that reached the n + buried layer 102. After that, a silicon oxide film 106 with a thickness of 4000 Å is deposited on the entire surface, and the silicon oxide film 106 in the area where the base is to be formed is
selectively removed by photolithography to form diffusion window 1.
After opening holes 07, boron ions were implanted into the n-type epitaxial layer 103, and heat treatment was performed to form a p-type region 108 (as shown in FIG. 7B).

〔〕 次いで、全面に耐酸化性絶縁膜としての
厚さ1000Åのシリコン窒化膜を堆積した後、シ
リコン酸化膜106及びp型領域108の突出
部形成予定部のシリコン窒化膜を写真蝕刻法に
より選択的に除去してシリコン窒化膜パターン
109,109を形成した(第7図c図示)。
つづいて全面に気相エピタキシヤル成長法によ
り半導体膜を形成した。この時、第7図dに示
す如く、p型領域108に直接接触する部分に
は厚さ5000Åの単結晶シリコン層110が、シ
リコン酸化膜106及びシリコン窒化膜パター
ン109,109上には同厚さの多結晶シリコ
ン層111が、形成された。その後、光蝕刻法
により多結晶シリコン層111の所望部分にコ
字形のレジストパターン112を形成した(同
第7図d及び第8図図示)。ひきつづきHF:
HNO3:CH3COOH=1:3:8、或いはHF:
HNO3:CH3COOH:H2O=1:20:20:40の
混合比のエツチヤントによりエツチングした。
この時、多結晶シリコン層111は単結晶シリ
コン層110に対して選択エツチング性を有す
るためにレジストパターン112で覆われた以
外の多結晶シリコン層111のみが除去され、
レジストパターン112を除去した後は第7図
e及び第9図に示す如くシリコン窒化膜パター
ン109,109に対してセルフアラインとな
る単結晶シリコンの突出部113が形成される
と共に、該突出部113に一体的に接触した多
結晶シリコンパターン114が形成された。
[] Next, after depositing a silicon nitride film with a thickness of 1000 Å as an oxidation-resistant insulating film on the entire surface, the silicon nitride film in the areas where the protrusions of the silicon oxide film 106 and the p-type region 108 are to be formed is selected by photolithography. Then, silicon nitride film patterns 109, 109 were formed (as shown in FIG. 7c).
Subsequently, a semiconductor film was formed on the entire surface by vapor phase epitaxial growth. At this time, as shown in FIG. 7d, a single-crystal silicon layer 110 with a thickness of 5000 Å is formed on the portion directly in contact with the p-type region 108, and the same thickness is formed on the silicon oxide film 106 and the silicon nitride film patterns 109, 109. A third polycrystalline silicon layer 111 was formed. Thereafter, a U-shaped resist pattern 112 was formed in a desired portion of the polycrystalline silicon layer 111 by photolithography (as shown in FIGS. 7(d) and 8). Continued HF:
HNO 3 :CH 3 COOH=1:3:8 or HF:
Etching was performed using an etchant with a mixing ratio of HNO 3 :CH 3 COOH:H 2 O=1:20:20:40.
At this time, since the polycrystalline silicon layer 111 has selective etching properties with respect to the single-crystalline silicon layer 110, only the polycrystalline silicon layer 111 other than that covered with the resist pattern 112 is removed.
After removing the resist pattern 112, protrusions 113 of single crystal silicon that are self-aligned with the silicon nitride film patterns 109 and 109 are formed as shown in FIGS. A polycrystalline silicon pattern 114 was formed in integral contact with the polycrystalline silicon pattern 114.

〔〕 次いで、全面にボロンを熱拡散した。こ
の時、第7図fに示す如く単結晶シリコンから
なる突出部113には高濃度のボロンが拡散さ
れてp+型ベース領域115が形成され、かつ
これと一体的に接続した多結晶シリコンパター
ン114にもボロンが拡散され、低抵抗化され
てベース電極116となる。ひきつづき、950
〜1100℃で熱酸化処理した。この時、同第7図
fに示す如く単結晶シリコンからなる突出部1
13、及びボロンドープ多結晶シリコンからな
るベース電極116の周囲に厚さ3000Å、4000
Åの熱酸化膜117,118が夫々成長され、
特に突出部113周囲の熱酸化膜117は単結
晶シリコンの酸化膜であることから、極めて緻
密性の優れたものとなつた。なお、p型領域1
08は熱処理により再拡散されてp型ベース領
域108′(第2導電型の第1半導体領域)と
なると共に、シリコン窒化膜パターン109,
109に覆われたp型ベース領域108′部分
には該パターン109,109による酸化剤の
侵入阻止作用により熱酸化膜の成長が防止され
た。
[] Next, boron was thermally diffused over the entire surface. At this time, as shown in FIG. 7f, highly concentrated boron is diffused into the protrusion 113 made of single crystal silicon to form a p + type base region 115, and a polycrystalline silicon pattern integrally connected to the p + type base region 115. Boron is also diffused into the base electrode 114 to reduce its resistance and become the base electrode 116. Continuing, 950
Thermal oxidation treatment was performed at ~1100℃. At this time, as shown in FIG. 7f, the protrusion 1 made of single crystal silicon
13, and a base electrode 116 made of boron-doped polycrystalline silicon with a thickness of 3000 Å and a thickness of 4000 Å.
Thermal oxide films 117 and 118 of Å are grown, respectively.
In particular, since the thermal oxide film 117 around the protrusion 113 is an oxide film of single crystal silicon, it has extremely high density. Note that p-type region 1
08 is re-diffused by heat treatment to become a p-type base region 108' (first semiconductor region of second conductivity type), and a silicon nitride film pattern 109,
The pattern 109, 109 prevents the growth of a thermal oxide film on the p-type base region 108' portion covered with the pattern 109 due to the effect of preventing the oxidizing agent from entering.

〔〕 次いで、シリコン窒化膜パターン10
9,109を熱リン酸又はフレオン系のドライ
エツチヤントで除去してエミツタ拡散窓を形成
した後、砒素又は燐のイオン注入、熱処理を施
した。この時、第7図gに示す如くp型ベース
領域108′に複数のn+型エミツタ領域119
,119(第1導電型の第2半導体領域)
が突出部113,113,113に対してセル
フアラインで形成された。つづいてコレクタ取
出し拡散層105上のシリコン酸化膜106及
びボロンドープ多結晶シリコンからなるベース
電極116上の熱酸化膜118に夫々コンタク
トホール120,120′を開孔した後、全面
に厚さ1μmのAl膜を堆積し、写真蝕刻法に
より電極分離を行なつてエミツタ取出しAl電
極121,121、コレクタ取出しAl電
極122、ベース取出しAl電極123を形成
してバイポーラ型npnトランジスタを製造した
(第7図g、第10図、第11図図示)。なお、
第10図は第7図gの平面図、第11図は第1
0図のXI―XI線に沿う断面図である。
[] Next, silicon nitride film pattern 10
After removing 9,109 with hot phosphoric acid or a Freon-based dry etchant to form an emitter diffusion window, arsenic or phosphorus ions were implanted and heat treatment was performed. At this time, as shown in FIG. 7g, a plurality of n + type emitter regions 119 are formed in the p type base region 108'.
1,119 2 (second semiconductor region of first conductivity type)
were formed in self-alignment with respect to the protrusions 113, 113, 113. Subsequently, contact holes 120 and 120' were formed in the silicon oxide film 106 on the collector extraction diffusion layer 105 and the thermal oxide film 118 on the base electrode 116 made of boron-doped polycrystalline silicon, respectively, and then a 1 μm thick aluminum film was formed on the entire surface. A bipolar npn transistor was manufactured by depositing a film and separating the electrodes by photolithography to form emitter lead-out Al electrodes 121 1 , 121 2 , collector lead-out Al electrode 122 , and base lead-out Al electrode 123 (No. 7). (Illustrated in Figures g, 10, and 11). In addition,
Fig. 10 is a plan view of Fig. 7 g, Fig. 11 is a plan view of Fig. 1
FIG. 2 is a sectional view taken along the line XI-XI in FIG.

上述した実施例1で得た本発明のバイポーラ型
npnトランジスタは第7図g、第10図及び第1
1図に示す如く単結晶シリコンからなる突出部1
13…のp+型ベース領域115…に対してエミ
ツタコンタクトホールが3000Åの熱酸化膜117
を介して自己整合で設けられているため、第1図
に示す従来のバイポーラトランジスタのように合
せ誤差によつて素子の微細化に制限を受けず、超
微細化が可能となると共に、エミツタ領域119
,119に近接して低抵抗のp+型の単結晶
シリコンのベース領域115…が位置することに
よりベース抵抗を低減でき、利得及びスイツチン
グスピードを著しく向上できる。しかも、p+
ベース領域115…を有する単結晶シリコンから
なる突出部113…は高濃度のボロンドープド多
結晶シリコンからなるベース電極116と一体的
に接続されているため、高濃度のp+ベース領域
115…を高抵抗化することなく該ベース電極1
16及びコンタクトホール120′を介して取出
しAl電極123に接続できる。また、p+型ベー
ス領域115…を有する突出部113…周囲には
該突出部113…を構成する単結晶シリコンの熱
酸化膜117である緻密性の優れた絶縁膜で覆わ
れているため、p+型ベース領域115…とエミ
ツタ取出し電極121,121間の絶縁耐圧
を著しく向上できる。更に、前記突出部113…
の熱酸化膜117(絶縁膜)の側部はn型エピタ
キシヤル層103に形成されたp型ベース領域1
08′とn+エミツタ領域119…の接合の表出付
近を覆うように位置しているため、エミツタ・ベ
ース間のエミツタ取出しAl電極121,12
による短絡を防止できる。
Bipolar type of the present invention obtained in Example 1 described above
The npn transistor is shown in Figure 7g, Figure 10 and Figure 1.
As shown in Figure 1, a protrusion 1 made of single crystal silicon
Thermal oxide film 117 with an emitter contact hole of 3000 Å for the p + type base region 115 of 13...
Because it is self-aligned through the emitter region, it is not limited to miniaturization due to alignment error as in the conventional bipolar transistor shown in Fig. 119
By locating the base region 115 of low-resistance p + type single-crystal silicon close to 1 , 119, 2 , the base resistance can be reduced and the gain and switching speed can be significantly improved. Furthermore, since the protruding portions 113 made of single crystal silicon having the p + type base regions 115 are integrally connected to the base electrodes 116 made of polycrystalline silicon doped with high concentration boron, the p + type base regions 115 have a high concentration. 115... without increasing the resistance of the base electrode 1.
16 and a contact hole 120', it can be connected to the lead-out Al electrode 123. Furthermore, since the protrusion 113 having the p + type base region 115 is covered with a highly dense insulating film, which is the thermal oxide film 117 of single crystal silicon constituting the protrusion 113, The dielectric strength between the p + -type base regions 115 and the emitter extraction electrodes 121 1 and 121 2 can be significantly improved. Furthermore, the protruding portion 113...
The side part of the thermal oxide film 117 (insulating film) is the p-type base region 1 formed in the n-type epitaxial layer 103.
Since it is located so as to cover the exposed area of the junction between 08' and the n + emitter region 119..., the emitter extraction Al electrode 121 1 , 12 between the emitter and the base
1 2 short circuit can be prevented.

また、上述した方法によればn型エピタキシヤ
ル層103のp型ベース領域108′にシリコン
窒化膜パターン109,109を形成した状態で
多結晶シリコンをエピタキシヤル成長させるた
め、p型ベース領域108′に直接接触する部分
には単結晶シリコン層110を、シリコン窒化膜
パターン109,109及びシリコン酸化膜10
6上には該単結晶シリコン層110に対して十分
な選択エツチング性を有する多結晶シリコン層1
11を、形成できる。その結果、多結晶シリコン
の選択エツチヤントでエツチングすることによつ
てエミツタコンタクトホールとなるシリコン窒化
膜パターン109,109に対してセルフアライ
ンとなる単結晶シリコンの突出部113…を形成
できる。しかも、このエツチングに際し、第8図
の如く多結晶シリコン層111の所望部分から単
結晶シリコン層110の一部にレジストパターン
112を覆つて行なうことによつて単結晶シリコ
ンの突出部113に一体的に低抵抗接続したベー
ス電極となる多結晶シリコンパターン114を形
成できる。また、単結晶シリコンからなる突出部
113…に隣り合うp型ベース領域108′部分
を耐酸化性の優れたシリコン窒化膜パターン10
9,109で覆つた状態で熱酸化処理する(第7
図f図示)ため、該シリコン窒化膜パターン10
9,109下のp型ベース領域108′部分への
熱酸化膜の成長を防止でき、その部分の熱酸化膜
成長を考慮せずに単結晶シリコンからなる突出部
113…全面にシリコン窒化膜パターンに対して
選択エツチング性を有する十分厚い(例えば3000
Å)の熱酸化膜117を成長できる。その結果、
エミツタ拡散窓とエミツタコンタクトを兼用する
穴を設けるために、シリコン窒化膜パターン10
9,109をエツチング除去する際、単結晶シリ
コンからなる突出部113…の周囲の熱酸化膜1
17の膜減りを生じることなく行なうことができ
る。しかるに、前記拡散窓を介してp型ベース領
域108′に砒素等のn型不純物を拡散すること
によつて、突出部113…に対してセルフアライ
ンでn+型のエミツタ領域119,119を形成
でき、これらベース・エミツタ接合の表出付近を
前記熱酸化膜117の側面で覆うことができる。
したがつて、エミツタ取出し電極121,12
を形成した場合、ベース・エミツタの該電極
121,121による短絡を防止でき、かつ
ベース・エミツタの絶縁耐圧も十分向上できる。
Furthermore, according to the method described above, since polycrystalline silicon is epitaxially grown with the silicon nitride film patterns 109, 109 formed on the p-type base region 108' of the n-type epitaxial layer 103, the p-type base region 108' A single-crystal silicon layer 110 is placed in the portion that is in direct contact with the silicon nitride film patterns 109,
6, a polycrystalline silicon layer 1 having sufficient selective etching properties with respect to the single crystal silicon layer 110 is provided.
11 can be formed. As a result, by etching with a selective etchant for polycrystalline silicon, single-crystal silicon protrusions 113 can be formed that are self-aligned with the silicon nitride film patterns 109, 109 that will become emitter contact holes. Furthermore, during this etching, as shown in FIG. 8, by covering a desired portion of the polycrystalline silicon layer 111 and a part of the single-crystal silicon layer 110 with a resist pattern 112, the protruding portion 113 of the single-crystal silicon is etched. A polycrystalline silicon pattern 114 serving as a base electrode connected with low resistance can be formed. In addition, a silicon nitride film pattern 10 having excellent oxidation resistance is formed on the p-type base region 108' portion adjacent to the protruding portion 113 made of single crystal silicon.
Thermal oxidation treatment is performed while covered with 9,109 (7th
(FIG. f), the silicon nitride film pattern 10
It is possible to prevent the growth of a thermal oxide film on the p-type base region 108' portion under 9,109, and to form a silicon nitride film pattern on the entire surface of the protruding portion 113 made of single crystal silicon without considering the growth of the thermal oxide film on that portion. thick enough to have selective etching properties (e.g. 3000
A thermal oxide film 117 of .ANG.) can be grown. the result,
In order to provide a hole that serves both as an emitter diffusion window and an emitter contact, a silicon nitride film pattern 10
9,109, the thermal oxide film 1 around the protrusions 113 made of single crystal silicon is removed by etching.
This can be done without causing the film loss of 17. However, by diffusing an n-type impurity such as arsenic into the p-type base region 108' through the diffusion window, n + -type emitter regions 119, 119 are formed in self-alignment with respect to the protrusions 113. The exposed areas of these base-emitter junctions can be covered with the side surfaces of the thermal oxide film 117.
Therefore, the emitter extraction electrodes 121 1 , 12
1 2 , it is possible to prevent short circuits of the base emitters due to the electrodes 121 1 and 121 2 and to sufficiently improve the dielectric strength voltage of the base emitters.

実施例 2 〔〕 まず、第12図aに示す如くp-型半導体
基板101にn+埋込層102を形成し、この
基板101上にn型のエピタキシヤル層103
(第1導電型の半導体層)を成長させた後、高
濃度のボロンを選択拡散して前記基板101ま
で達するp+型アイソレーシヨン領域104を
形成した。つづいて、n型エピタキシヤル層1
03に高濃度の燐と砒素を選択拡散して前記
n+埋込層102まで達するn+型コレクタ取出
し拡散層105を形成した後、熱酸化処理を施
して厚さ4000Åのシリコン酸化膜106を成長
させ、ベース形成予定部のシリコン酸化膜10
6を写真蝕刻法により選択的に除去して開孔部
107を形成した(第12図b図示)。
Example 2 [] First, as shown in FIG. 12a, an n + buried layer 102 is formed on a p - type semiconductor substrate 101, and an n type epitaxial layer 103 is formed on this substrate 101.
After growing the (first conductivity type semiconductor layer), a p + -type isolation region 104 reaching the substrate 101 was formed by selectively diffusing boron at a high concentration. Next, the n-type epitaxial layer 1
03 by selectively diffusing high concentrations of phosphorus and arsenic to
After forming the n + type collector extraction diffusion layer 105 that reaches the n + buried layer 102, thermal oxidation treatment is performed to grow a silicon oxide film 106 with a thickness of 4000 Å, and the silicon oxide film 106 in the area where the base is to be formed is grown.
6 was selectively removed by photolithography to form an opening 107 (as shown in FIG. 12b).

〔〕 次いで、全面に耐酸化性絶縁膜としての
厚さ1000Åのシリコン窒化膜を堆積した後、シ
リコン酸化膜106上及び開孔部107から露
出するn型エピタキシヤル層103の突出部形
成予定部のシリコン窒化膜を写真蝕刻法により
選択的に除去してシリコン窒化膜パターン10
9,109を形成した。つづいて、全面に気相
成長法により厚さ5000Åの多結晶シリコンを堆
積した後、波長1.06μm、パルス巾200nsec、
エネルギ密度2J/cm2のNd―YAGレーザ光を照
射した。この時、多結晶シリコン層はエピタキ
シヤル成長し、第12図dに示す如くn型エピ
タキシヤル層103に直接接触する部分には単
結晶シリコン層110が、シリコン酸化膜10
6及びシリコン窒化膜パターン109,109
上には多結晶シリコン層111が、形成され
た。
[] Next, after depositing a silicon nitride film with a thickness of 1000 Å as an oxidation-resistant insulating film on the entire surface, the portion where the protrusion of the n-type epitaxial layer 103 is to be formed is exposed on the silicon oxide film 106 and through the opening 107. The silicon nitride film is selectively removed by photolithography to form a silicon nitride film pattern 10.
9,109 was formed. Next, after depositing polycrystalline silicon with a thickness of 5000 Å on the entire surface by vapor phase growth,
Nd-YAG laser light with an energy density of 2 J/cm 2 was irradiated. At this time, the polycrystalline silicon layer grows epitaxially, and as shown in FIG.
6 and silicon nitride film patterns 109, 109
A polycrystalline silicon layer 111 was formed thereon.

〔〕 次いで、光蝕刻法により多結晶シリコン
層111の所望部分から単結晶シリコン層11
0の一部にまたがるコ字形のレジストパターン
(図示せず)を前記実施例1の第8図と同様に
形成した後、HF:HNO3:CH3COOH:H2
1:20:20:40の混合比のエツチヤントにより
エツチングして、シリコン窒化膜パターン10
9,109に対してセルフアラインとなる単結
晶シリコンの突出部113…を形成すると共
に、該突出部113に対して一体的に接続した
多結晶シリコンパターン(図示せず)を形成し
た。ひきつづき、ボロンを全面にドーピングし
て突出部113に高濃度のボロンがドープされ
たp+型ベース領域115…を、図示しない多
結晶シリコンパターンにもボロンをドープして
低抵抗のベース電極を形成した。その後、950
〜1100℃で熱酸化処理して突出部113…及び
ベース電極の周囲に夫々厚さ3000Å、4000Åの
熱酸化膜117(ベース電極の熱酸化膜は図示
せず)を成長させた(第12図e図示)。
[] Next, the monocrystalline silicon layer 11 is removed from a desired portion of the polycrystalline silicon layer 111 by photolithography.
After forming a U-shaped resist pattern (not shown) spanning part of 0 in the same manner as in FIG. 8 of Example 1, HF:HNO 3 :CH 3 COOH:H 2 =
A silicon nitride film pattern 10 is etched using an etchant with a mixing ratio of 1:20:20:40.
Protrusions 113 of single crystal silicon that are self-aligned with respect to the protrusions 9 and 109 were formed, and a polycrystalline silicon pattern (not shown) integrally connected to the protrusions 113 was formed. Subsequently, the entire surface is doped with boron to form a p + type base region 115 doped with boron at a high concentration in the protrusion 113, and a polycrystalline silicon pattern (not shown) is also doped with boron to form a low-resistance base electrode. did. then 950
A thermal oxide film 117 (the thermal oxide film of the base electrode is not shown) with a thickness of 3000 Å and 4000 Å was grown around the protrusion 113 and the base electrode by thermal oxidation treatment at ~1100°C (Fig. 12). (e diagram).

〔〕 次いで、シリコン窒化膜パターン10
9,109を熱リン酸又はフレオン系のドライ
エツチヤントで除去してベースとエミツタ兼用
の拡散窓を形成した後、低濃度のボロンを該拡
散窓を介して十分熱拡散して、シリコン単結晶
からなる突出部113…のp+型ベース領域1
15…と接触したp型ベース領域108′
108′を形成した。ひきつづき、前記拡散
窓を介して砒素ドープ多結晶シリコン層124
を形成し、熱処理して各p型ベース領域10
8′,108′内にn+型のエミツタ領域1
19,119を突出部113…に対してセ
ルフアラインで形成した。その後、コレクタ取
出し拡散層105上のシリコン酸化膜及びベー
ス電極上の熱酸化膜に夫々コンタクトホール1
20(該熱酸化膜のコンタクトホールは図示せ
ず)を開孔した後、全面に厚さ1μmのAl膜
を堆積し、写真蝕刻法により電極分離を行なつ
てエミツタ取出しAl電極121,121
、コレクタ取出しAl電極122、ベース取
出しAl電極(図示せず)を形成してマルチエ
ミツタのバイポーラ型npnトランジスタを製造
した(第12図f図示)。
[] Next, silicon nitride film pattern 10
After removing 9,109 with hot phosphoric acid or a Freon-based dry etchant to form a diffusion window that serves both as a base and an emitter, low concentration boron is sufficiently thermally diffused through the diffusion window to form a silicon single crystal. The p + type base region 1 of the protrusion 113 consisting of
p-type base region 108' 1 in contact with 15...
108'2 was formed. Subsequently, an arsenic-doped polycrystalline silicon layer 124 is formed through the diffusion window.
are formed and heat treated to form each p-type base region 10.
n + type emitter region 1 in 8' 1 , 108' 2
19 1 and 119 2 were formed in self-alignment with respect to the protrusions 113 . Thereafter, contact holes 1 are formed in the silicon oxide film on the collector extraction diffusion layer 105 and the thermal oxide film on the base electrode, respectively.
After opening 20 (contact holes in the thermal oxide film are not shown), an Al film with a thickness of 1 μm is deposited on the entire surface, and the electrodes are separated by photolithography to take out the emitters of the Al electrodes 121 1 , 121
2. A collector lead-out Al electrode 122 and a base lead-out Al electrode (not shown) were formed to manufacture a multi-emitter bipolar type npn transistor (shown in FIG. 12f).

上述した本発明のバイポーラ型npnトランジス
タは実施例1のものに比べてベース面積が小さく
なつているためfTを向上することができる。さ
らに、逆動作で使用した場合、上方向の電流増幅
率を著しく向上できる。
Since the bipolar type npn transistor of the present invention described above has a smaller base area than that of the first embodiment, f T can be improved. Furthermore, when used in reverse operation, the upward current amplification factor can be significantly improved.

なお、本発明は上記実施例の如きマルチエミツ
タを有するバイポーラ型npnトランジスタに限ら
ず、I2L、電界効果トランジスタ(静電誘導型ト
ランジスタ;SITも含む)、静電誘導型トランジ
スタロジツタ(SITL)等にも同様に適用でき
る。
Note that the present invention is not limited to bipolar type npn transistors having multi-emitters as in the above embodiments, but also applies to I 2 L, field effect transistors (including static induction transistors; SIT), and static induction transistors (SITL). It is also applicable to the following.

以上詳述した如く、本発明によれば電流増幅率
が高く、スイツチングスピードが速いなどの優れ
た性能を有すると共に高信頼性、高集積度のバイ
ポーラ型トランジスタ等の半導体装置を簡便かつ
高歩留りで製造し得る方法を提供できるものであ
る。
As detailed above, according to the present invention, semiconductor devices such as bipolar transistors, which have excellent performance such as high current amplification and high switching speed, and high reliability and high integration can be manufactured simply and with high yield. It is possible to provide a method for manufacturing the same.

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

第1図は従来のバイポーラ型npnトランジスタ
の断面図、第2図は従来のI2Lの断面図、第3図
a〜fは従来の改良されたI2Lの製造工程を示す
断面図、第4図は第3図fの平面図、第5図は第
4図の―線に沿う断面図、第6図aは第3図
eの熱酸化工程の状態を示す断面図、第6図bは
前記工程のエツチング後の状態を示す断面図、第
7図a〜gは本発明の実施例1におけるマルチエ
ミツタのバイポーラ型npnトランジスタの製造工
程を示す断面図、第8図は第7図dの平面図、第
9図は第7図eの平面図、第10図は第7図gの
平面図、第11図は第10図のXI―XI線に沿う断
面図、第12図a〜fは本発明の実施例2におけ
るマルチエミツタのバイポーラ型npnトランジス
タの製造工程を示す断面図である。 101…p-型半導体基板、102…n+埋込
層、103…n型エピタキシヤル層(第1導電型
の半導体層)、104…p+アイソレーシヨン領
域、108′,108′,108′…p型ベー
ス領域(第2導電型の第1半導体領域)、10
9,109…シリコン窒化膜パターン、113…
単結晶シリコンからなる突出部、115…p+
ベース領域、116…ボロンドープ多結晶シリコ
ンからなるベース電極、117…熱酸化膜(絶縁
膜)、119,119…n+型エミツタ領域、
121,121…エミツタ取出しAl電極、
122…コレクタ取出しAl電極、123…ベー
ス取出しAl電極。
FIG. 1 is a sectional view of a conventional bipolar npn transistor, FIG. 2 is a sectional view of a conventional I 2 L, and FIGS. 3 a to 3 f are sectional views showing the manufacturing process of a conventional improved I 2 L. 4 is a plan view of FIG. 3f, FIG. 5 is a sectional view taken along the line - in FIG. 4, FIG. 6a is a sectional view showing the state of the thermal oxidation process in FIG. 3e, and FIG. 7b is a cross-sectional view showing the state after etching in the above process, FIGS. 9 is a plan view of FIG. 7 e, FIG. 10 is a plan view of FIG. 7 g, FIG. 11 is a sectional view taken along line XI-XI of FIG. 10, and FIGS. f is a cross-sectional view showing the manufacturing process of a multi-emitter bipolar type npn transistor in Example 2 of the present invention. 101...p - type semiconductor substrate, 102...n + buried layer, 103...n type epitaxial layer (semiconductor layer of first conductivity type), 104...p + isolation region, 108', 108' 1 , 108 ' 2 ...p-type base region (first semiconductor region of second conductivity type), 10
9,109...Silicon nitride film pattern, 113...
Protruding portion made of single crystal silicon, 115...p + type base region, 116... base electrode made of boron-doped polycrystalline silicon, 117... thermal oxide film (insulating film), 119 1 , 119 2 ... n + type emitter region,
121 1 , 121 2 ...Emitter extraction Al electrode,
122... Al electrode taken out from the collector, 123... Al electrode taken out from the base.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1導電型の半導体層の一部に第2導電型の
第1半導体領域を選択的に形成する工程と、突出
部形成予定部以外の前記第1半導体領域上に少な
くとも耐酸化性絶縁膜を選択的に形成する工程
と、全面に半導体膜を形成し、前記第1半導体領
域上に直接接触する部分に第2導電型の単結晶シ
リコン層を、前記絶縁膜上に接する部分に第2導
電型の多結晶シリコン層を形成する工程と、前記
多結晶シリコン層の所望部分から前記単結晶シリ
コン層の一部をマスクした後、多結晶シリコン層
を選択エツチングして第1半導体領域上に第2導
電型の単結晶シリコンからなる突出部を形成する
と共に、該突出部と一体的に接続した所望の多結
晶シリコンパターンを形成する工程と、熱酸化処
理を施して前記第2導電型の単結晶シリコンから
なる突出部全面に絶縁膜としての熱酸化膜を成長
させる工程と、前記第1半導体領域上に設けられ
た耐酸化性絶縁膜を選択的に除去して前記突出部
に隣合う第1半導体領域部分を露出させる工程
と、熱酸化膜で覆われた突出部をマスクとして第
1導電型の不純物を第1半導体領域に選択的にド
ーピングして突出部に対して自己整合となる第1
導電型の第2半導体領域を形成する工程とを具備
したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 2 半導体膜の形成を、気相エピタキシヤル成長
により行なうことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の半導体装置の製造方法。 3 半導体膜の形成を、多結晶シリコン層を全面
に堆積した後、エネルギービームの照射を施すこ
とにより行なうことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の半導体装置の製造方法。
[Claims] 1. A step of selectively forming a first semiconductor region of a second conductivity type in a part of a semiconductor layer of a first conductivity type; selectively forming at least an oxidation-resistant insulating film, forming a semiconductor film on the entire surface, and forming a single crystal silicon layer of a second conductivity type on the insulating film in a portion directly in contact with the first semiconductor region; forming a polycrystalline silicon layer of a second conductivity type in a portion in contact with the polycrystalline silicon layer; and after masking a part of the single crystal silicon layer from a desired portion of the polycrystalline silicon layer, selectively etching the polycrystalline silicon layer; forming a protrusion made of single crystal silicon of a second conductivity type on the first semiconductor region, forming a desired polycrystalline silicon pattern integrally connected to the protrusion, and performing thermal oxidation treatment. A step of growing a thermal oxide film as an insulating film on the entire surface of the protrusion made of single crystal silicon of the second conductivity type, and selectively removing an oxidation-resistant insulating film provided on the first semiconductor region. exposing a portion of the first semiconductor region adjacent to the protrusion; and selectively doping the first semiconductor region with an impurity of a first conductivity type using the protrusion covered with a thermal oxide film as a mask to form the protrusion. The first self-consistent
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a second semiconductor region of a conductive type. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor film is formed by vapor phase epitaxial growth. 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor film is formed by depositing a polycrystalline silicon layer over the entire surface and then irradiating it with an energy beam.
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