JPS63260077A - semiconductor equipment - Google Patents

semiconductor equipment

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JPS63260077A
JPS63260077A JP62094368A JP9436887A JPS63260077A JP S63260077 A JPS63260077 A JP S63260077A JP 62094368 A JP62094368 A JP 62094368A JP 9436887 A JP9436887 A JP 9436887A JP S63260077 A JPS63260077 A JP S63260077A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
crystal plane
region
silicon
emitter
Prior art date
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Pending
Application number
JP62094368A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Tanaka
正人 田中
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特に高速のバイポーラ型ト
ランジスタの構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to the structure of a high-speed bipolar transistor.

〔従来の技術〕 、 従来、バイポーラ型トランジスタは、はとんどの場合エ
ピタキシャル成長層に活性領域を形成し、エビ層の薄膜
化、シャロウジャンクション化および低接合容量化等に
より高速化がはかられ、最近では遂に1μm前後の薄膜
エビのトランジスタが実用化されるに至っている。
[Prior art] Conventionally, in bipolar transistors, the active region is usually formed in an epitaxial growth layer, and speed increases are achieved by thinning the shrimp layer, making shallow junctions, and lowering junction capacitance. Recently, thin film transistors with a thickness of around 1 μm have finally been put into practical use.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、この従来構造のバイポーラ型トランジス
タはより高速化のためにはエピタキシャル成長層をより
薄膜化する必要が生じ、エピタキシャル層の厚さ、比抵
抗のコントロール、また、埋込み層濃度のコントロール
、オートドーピングの制御等、その製造技術は益々困難
になりつつある。
However, in order to increase the speed of this conventional bipolar transistor, it is necessary to make the epitaxial growth layer thinner, and it is necessary to control the thickness of the epitaxial layer, resistivity, buried layer concentration, and autodoping. Manufacturing technology, such as control, is becoming increasingly difficult.

他方、エピタキシャル層を用いない製造技術としては、
旧来より拡散コレクタ法或いは三重拡散法などが開発さ
れたが、接合容量の増大やその製造方法の困難さから現
在はほとんど用いられないでいる。
On the other hand, as a manufacturing technology that does not use an epitaxial layer,
A diffused collector method, a triple diffusion method, etc. have been developed in the past, but they are hardly used today because of the increased junction capacitance and the difficulty of manufacturing methods.

また、この従来構造ではエピタキシャル層の厚さは基板
上何処も同じなので一つの基板上に他とは特性の異なる
素子を得ようとすると、エピタキシャル層の厚さによる
制約を受ける。更に素子間絶縁分離領域を形成する際は
アイソブレーナ法または誘電体分離法(トレンチアイソ
レーション法)などを用いて接合容量を極力減少させて
いるが、素子と基板との接合容量すなわち縦方向の容量
は容易に減少させることができないという欠点を有して
いる。
Furthermore, in this conventional structure, the thickness of the epitaxial layer is the same everywhere on the substrate, so if an element with different characteristics is to be obtained on one substrate, it is restricted by the thickness of the epitaxial layer. Furthermore, when forming isolation regions between elements, the isobrain method or dielectric isolation method (trench isolation method) is used to reduce the junction capacitance as much as possible, but the junction capacitance between the element and the substrate, that is, the vertical capacitance has the disadvantage that it cannot be easily reduced.

本発明の目的は、上記の情況に鑑み、基板に対し縦、横
両方向に完全分離され且つエピタキシャル層を用いるこ
となく構成し得る半導体装置を提供することである、 〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば半導体装置は、半導体基板と、前記半導
体基板の表面における結晶面と異なる結晶面に設けられ
るエミッタおよびベース領域と、前記エミッタおよびベ
ース領域を形成する結晶面の補結晶面に設けられるコレ
クタ高濃度領域と、前記2つの結晶面と基板との接続部
に形成される基板酸化膜からなる素子間分離領域とを備
えることを含む。
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that is completely separated from a substrate in both vertical and horizontal directions and can be constructed without using an epitaxial layer. Means] According to the present invention, a semiconductor device includes a semiconductor substrate, an emitter and a base region provided in a crystal plane different from a crystal plane on the surface of the semiconductor substrate, and a complementary crystal plane of the crystal plane forming the emitter and base regions. and an element isolation region formed of a substrate oxide film formed at a connection portion between the two crystal planes and the substrate.

〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。〔Example〕 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の半導体装置の構造はその製造方法を明らかにす
ることによって最も理解し得ると考えられるので、製造
工程と共に説明する。
Since it is believed that the structure of the semiconductor device of the present invention can be best understood by clarifying its manufacturing method, it will be explained along with the manufacturing process.

第1図〜第7図は本発明の一実施例を示すバイポーラ・
トランジスタ構造を明らかにするための製造工程図であ
る。まず、表面の結晶面が<100>のN型のシリコン
基板11(0,5〜2Ω・l)上に酸化シリコン膜12
を成長させた後、この酸化シリコン膜12を選択エツチ
ングして任意のパターンを形成する(第1図参照〉。
FIGS. 1 to 7 show a bipolar
FIG. 3 is a manufacturing process diagram for clarifying the transistor structure. First, a silicon oxide film 12 is placed on an N-type silicon substrate 11 (0.5 to 2 Ω·l) whose surface crystal plane is <100>.
After growing, this silicon oxide film 12 is selectively etched to form an arbitrary pattern (see FIG. 1).

次に、酸化シリコン膜12をマスクとしてシリコン基板
11の表面に対して45゛の角度で六弗化イオウ(SF
6)と四塩化炭素CCCe4>の混合ガスを用いてシリ
コン基板11を任意の深さまでリアクティブイオンエッ
チ(RIE)にて異方性エツチングを行ない、マスクと
して用いた酸化シリコン膜12を除去する(第2図参照
)、この時、45°の角度を持った突起状シリコン13
の上面から見える結晶面は<110>であり、見えない
裏面の結晶面は<110>となっている、続いて、シリ
コン基板11全面に約500人の酸化シリコンfi14
及び約1000人の窒化シリコン膜15を形成した後、
ポジレジスト16を用いて突起状シリコン13の<11
0>の結晶面の底部を選択エツチングする(第3図参照
)0次に、<110>のシリコン結晶面を裏側の<11
0>の結晶面に到達するまで選択酸化して素子分離領域
17を形成し突起状シリコン13をシリコン基板11よ
り電気的に絶縁分離する(第4図参照)、続いて窒化シ
リコン膜15を選択エツチングしてボロンを熱拡散又は
イオン注入してベース領域18を形成し、表面に酸化シ
リコン膜19を形成する(第5図参照)、さらに、突起
状シリコン13の上面(〈100〉面)の一部と、それ
に連続する<110>面の窒化シリコン膜15及び酸化
シリコン膜14を除去した後、リンを熱拡散して高濃度
コレクタ領域20を形成し、つづいて表面に酸化シリコ
ン膜21を形成し、さらにベース領域18上の酸化シリ
コン膜19を選択エツチングしてヒ素を熱拡散又はイオ
ン注入してエミッタ領域22を形成する(第6図参照)
。ここでは高濃度コレクタ領域20とエミッタ領域22
は別々に形成したが、同時に形成してもさしつかえな 
・い、最後に各領域に電極引き出し窓を開孔してアルミ
ニウム膜を被着した後、任意のバターニングをして電極
23をそれぞれ形成する(第7図参照)0以上の例では
電極として直接アルミニウムを用いたが、ドープド・ポ
リシリコンによって突起状シリコン13の上面(<10
0>面)まで電極を引き出し、気相成長の酸化シリコン
又は窒化シリコン等によって突起状シリコン周辺を埋め
、基板表面を平坦化してからアルミニウム膜による配線
を形成しても良い。
Next, using the silicon oxide film 12 as a mask, sulfur hexafluoride (SF) is applied at an angle of 45° to the surface of the silicon substrate 11.
6) and carbon tetrachloride CCCe4>, the silicon substrate 11 is anisotropically etched to a desired depth by reactive ion etching (RIE), and the silicon oxide film 12 used as a mask is removed ( (See Figure 2), at this time, the protruding silicon 13 with an angle of 45°
The crystal plane that can be seen from the top surface is <110>, and the crystal plane on the back surface that cannot be seen is <110>.Next, about 500 silicon oxide fi14 were deposited on the entire surface of the silicon substrate 11.
After forming a silicon nitride film 15 of approximately 1000 layers,
<11 of the protruding silicon 13 using the positive resist 16
Selective etching of the bottom of the crystal plane of <110> (see Figure 3).
0> is selectively oxidized to form an element isolation region 17, electrically insulating and isolating the protruding silicon 13 from the silicon substrate 11 (see FIG. 4), and then selecting a silicon nitride film 15. A base region 18 is formed by etching and thermal diffusion or ion implantation of boron, and a silicon oxide film 19 is formed on the surface (see FIG. 5). After removing a portion of the silicon nitride film 15 and the silicon oxide film 14 on the <110> plane that follow it, phosphorus is thermally diffused to form a highly concentrated collector region 20, and then a silicon oxide film 21 is formed on the surface. Then, the silicon oxide film 19 on the base region 18 is selectively etched and arsenic is thermally diffused or ion-implanted to form the emitter region 22 (see FIG. 6).
. Here, a highly concentrated collector region 20 and an emitter region 22
were formed separately, but it is okay to form them at the same time.
・Finally, after opening an electrode extraction window in each region and depositing an aluminum film, perform arbitrary patterning to form the electrodes 23 (see Figure 7). Aluminum was used directly, but the upper surface of the protruding silicon 13 (<10
The electrode may be drawn out to the 0> plane), the periphery of the protruding silicon may be filled with silicon oxide or silicon nitride grown in a vapor phase, the surface of the substrate is planarized, and then wiring using an aluminum film may be formed.

以上の説明で明らかなように、本発明にかかる半導体装
置は基板に対し縦、横両方向から完全に絶縁分離された
素子が基板とは異なる結晶面に形成される。従って、従
来構造の如きエピタキシャル層を全く必要とせず且つ基
板と完全分離された素子領域をもつので、きわめて高速
化されたバイポーラ・トランジスタを構成し得る。
As is clear from the above description, in the semiconductor device according to the present invention, elements completely insulated from the substrate in both vertical and horizontal directions are formed in a crystal plane different from that of the substrate. Therefore, unlike the conventional structure, the present invention does not require any epitaxial layer and has an element region completely separated from the substrate, making it possible to construct a bipolar transistor with extremely high speed.

第8図は本発明の他の実施例を示すバイポーラ・トラン
ジスタの断面構造図である。シリコン基板11は前実施
例と同様に結晶面が<100>のN型のシリコン基板で
ある0本実施例ではシリコン基板11の表面に対して9
0°の角度で任意の深さまでリアクティブイオンエッチ
を行ない、前実施例と同様にして<010>面にエミッ
タ領域22を、また<010>面に高濃度領域を20を
形成している。この実施例ではエミッタ、ベース領域2
2.18及び高濃度コレクタ領域20がシリコン基板1
1と素子間分離領域17′で完全分離されたうえこれに
対し垂直に形成されているので素子の高密度化が容易に
実現できる利点がある。本実施例も前実施例と同様、ド
ープド・ポリシリコンによる電極引き出しと平坦化後の
配線形成を行なっても良い。
FIG. 8 is a cross-sectional structural diagram of a bipolar transistor showing another embodiment of the present invention. The silicon substrate 11 is an N-type silicon substrate with a <100> crystal plane as in the previous embodiment. In this embodiment, the surface of the silicon substrate 11 is 9
Reactive ion etching is performed to an arbitrary depth at an angle of 0° to form an emitter region 22 on the <010> plane and a high concentration region 20 on the <010> plane in the same manner as in the previous embodiment. In this example, the emitter and base regions 2
2.18 and high concentration collector region 20 are silicon substrate 1
1 and the element isolation region 17', and are formed perpendicularly thereto, there is an advantage that higher density of elements can be easily realized. In this embodiment, as in the previous embodiment, electrodes may be drawn out using doped polysilicon and wiring may be formed after planarization.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、半導体基
板の表面とは異なる結晶面にエミッタおよびベース領域
を設けることにより、エピタキシャル成長が不要となっ
てエピタキシャル層と同様の領域を容易にコントロール
良く得ることができ、また、素子領域と半導体基板との
完全絶縁分離が容易にできる等の効果を生じるのでバイ
ポーラ・トランジスタの高速化を容易に達成することが
できる。
As explained in detail above, according to the present invention, by providing the emitter and base regions in a crystal plane different from the surface of the semiconductor substrate, epitaxial growth is not necessary and the same region as the epitaxial layer can be easily controlled. Furthermore, since the device region and the semiconductor substrate can be easily completely insulated and separated from each other, high-speed bipolar transistors can be easily achieved.

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

第1図〜第7図は、本発明の一実施例を示すバイポーラ
・トランジスタ構造を明らかにするための製造工程図、
第8図は、本発明の他の実施例を示すバイポーラ・トラ
ンジスタの断面構造図である。 11・・・シリコン基板、13・・・突起状シリコン、
17.17’・・・素子間分離領域、18・・・ベース
領域、20・・・高濃度コレクタ領域、22・・・エミ
ッタ領域、23・・・電極。 茅、、s図 粥乙図
1 to 7 are manufacturing process diagrams for clarifying a bipolar transistor structure showing one embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a cross-sectional structural diagram of a bipolar transistor showing another embodiment of the present invention. 11...Silicon substrate, 13...Protruded silicon,
17.17'... Inter-element isolation region, 18... Base region, 20... High concentration collector region, 22... Emitter region, 23... Electrode. Kaya,, s porridge illustration

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  半導体基板と、前記半導体基板の表面における結晶面
と異なる結晶面に設けられるエミッタおよびベース領域
と、前記エミッタおよびベース領域を形成する結晶面の
補結晶面に設けられるコレクタ高濃度領域と、前記2つ
の結晶面と基板との接続部に形成される基板酸化膜から
なる素子間分離領域とを備えることを特徴とする半導体
装置。
a semiconductor substrate; an emitter and base region provided on a crystal plane different from a crystal plane on the surface of the semiconductor substrate; a collector high concentration region provided on a complementary crystal plane of the crystal plane forming the emitter and base regions; 1. A semiconductor device comprising an element isolation region made of a substrate oxide film formed at a connection portion between one crystal plane and a substrate.
JP62094368A 1987-04-16 1987-04-16 semiconductor equipment Pending JPS63260077A (en)

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