JP2977342B2 - Manufacturing method of bipolar semiconductor integrated circuit device - Google Patents
Manufacturing method of bipolar semiconductor integrated circuit deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用範囲】本発明は、バイポーラ型半導体集
積回路装置の製造方法、特にそのエミッタ部の形成方法
に関するものである。The present invention relates to a method of manufacturing a bipolar semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a method of forming an emitter portion thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体集積回路装置の用途として特に高
速動作を必要とする分野では、一般にECL/CML系
のバイポーラ型半導体集積回路装置が用いられている。
ECL/CML系において論理振幅を一定とした場合に
は、回路を構成する素子、配線の寄生容量およびトラン
ジスタのベース抵抗、電流利得帯域幅積によって動作速
度が決定される。このうち寄生容量の低減には、特に動
作速度への寄与の大きいトランジスタのベース、コレク
タ間接合容量を低減するために多結晶シリコンを用いて
ベース電極を素子領域の外部に引き出してベース面積を
縮小するとともに、多結晶シリコン抵抗および金属配線
を厚い分離酸化膜上に形成する方法が一般に採用されて
いる。2. Description of the Related Art In a field requiring high-speed operation as a use of a semiconductor integrated circuit device, an ECL / CML bipolar semiconductor integrated circuit device is generally used.
When the logic amplitude is constant in the ECL / CML system, the operation speed is determined by the elements constituting the circuit, the parasitic capacitance of the wiring, the base resistance of the transistor, and the product of the current gain bandwidth. To reduce the parasitic capacitance, the base electrode is drawn out of the element region using polycrystalline silicon to reduce the base area, especially in order to reduce the junction capacitance between the base and collector of the transistor, which greatly contributes to the operating speed. In addition, a method of forming a polycrystalline silicon resistor and a metal wiring on a thick isolation oxide film has been generally adopted.
【0003】また、電流利得帯域幅積の向上には、エミ
ッタおよびベース接合を浅接合化するとともに、コレク
タのエピタキシャル層を薄くすることが有効である。To improve the current gain bandwidth product, it is effective to make the emitter and base junctions shallower and to make the collector epitaxial layer thinner.
【0004】ECL回路の伝搬遅延時間Tpd(ECL)
は、一般に次式で表わされる。The propagation delay time T pd (ECL) of the ECL circuit
Is generally represented by the following equation.
【0005】 tpd(ECL)=rbb[ACTC1 +Cd1]+[CTS1 +Cde1 ]*VS /ICS ここで、rbb…ベース抵抗、CTC1 …コレクタ・ベース
間接合容量、Cd1…入力トランジスタの拡散容量、C
TS1 …コレクタ・基板間接合容量、Cde1 …出力エミッ
タホロワ・トランジスタの拡散容量、VS …論理振幅電
圧、ICS…カレントスイッチ電流、A…カレントスイッ
チ回路の電圧増幅率、をそれぞれ示している。[0005] t pd (ECL) = r bb [AC TC1 + C d1] + [C TS1 + C de1] * V S / I CS here, r bb ... the base resistance, C TC1 ... collector-base junction capacitance, C d1 ... diffusion capacitance of input transistor, C
TS1 represents the junction capacitance between the collector and the substrate, C de1 represents the diffusion capacitance of the output emitter follower transistor, V S represents the logic amplitude voltage, I CS represents the current switch current, and A represents the voltage amplification factor of the current switch circuit.
【0006】上式からわかるとうり伝搬遅延時間の低減
には、寄生抵抗および寄生容量の低減およびICSの増大
が有効であることがわかる。[0006] reduction of the apparent from the above equation Uri propagation delay time, increase of reduction and I CS of parasitic resistance and parasitic capacitance is found to be effective.
【0007】ここで、上式右辺第2項は一般的に超高速
のECL回路で行なわれているようにICSを増大させる
ことによって、低減させることが可能である。しかし、
この場合でも第一項による遅延時間には、低減を望めな
い。[0007] Here, by increasing the I CS to the second term on the right side of the equation is generally carried out at ultra high speed ECL circuit, it is possible to reduce. But,
Even in this case, the delay time according to the first term cannot be reduced.
【0008】そのため、消費電力の高い超高速のECL
回路のさらなる高速化には、第一項の低減が重要とな
る。とくに、コレクタ・ベース間接合容量の影響が大き
く、低減が望まれる。Therefore, an ultra-high-speed ECL with high power consumption
To further increase the speed of the circuit, it is important to reduce the first term. In particular, the effect of the collector-base junction capacitance is large, and reduction is desired.
【0009】これらの事項を実現することを目的として
提案された従来技術として筆者が特願平3−94169
号に提案した製造方法を図3、図4に示し、以下に説明
する。As a prior art proposed for the purpose of realizing these matters, the writer has disclosed a technique disclosed in Japanese Patent Application No. 3-94169.
FIGS. 3 and 4 show the manufacturing method proposed in the above-mentioned publication, and will be described below.
【0010】図3(A)のように、アンチモン等の埋め
込み拡散層(302)上に950℃、40Torr程度でリ
ンを1016/cm3程度含んだ単結晶シリコン(303)
を約0.8μmエピタキシャル成長させた後、素子分離
酸化膜(304)を形成し、その後約3000Åの酸化
膜(305)を全面に生成する。その後、公知のフォト
リソグラフィおよびエッチング技術によりコレクタ電極
部の酸化膜のみ除去する。その後、約3000Åの多結
晶シリコン(306)を形成する。次に、その上部にシ
リコン窒化膜(307)をCVD(化学的気相成長)法
により生成し、これを公知のフォトリソグラフィおよび
エッチング技術によりベース電極、コレクタ電極上に選
択的に残存させる(307a,307b,307c)。
このときエミッタ上には窒化膜は存在しない。ここで
は、(301)は、P- 型シリコン基板、(302)
は、N+ 型領域、(306)は、多結晶シリコン、(3
07)はシリコン窒化膜を各々示している。As shown in FIG. 3A, a single crystal silicon (303) containing phosphorus at about 10 16 / cm 3 at 950 ° C. and about 40 Torr on a buried diffusion layer (302) of antimony or the like.
After about 0.8 μm is epitaxially grown, an element isolation oxide film (304) is formed, and then an oxide film (305) of about 3000 ° is formed on the entire surface. Thereafter, only the oxide film of the collector electrode portion is removed by a known photolithography and etching technique. Thereafter, polycrystalline silicon (306) of about 3000 ° is formed. Next, a silicon nitride film (307) is formed thereon by a CVD (chemical vapor deposition) method, and this is selectively left on the base electrode and the collector electrode by a known photolithography and etching technique (307a). , 307b, 307c).
At this time, no nitride film exists on the emitter. Here, (301) is a P - type silicon substrate, (302)
Is an N + type region, (306) is polycrystalline silicon, (3
07) indicates silicon nitride films, respectively.
【0011】続いて、シリコン窒化膜(307a,b,
c)をマスクとして用いて多結晶シリコン(306)を
選択的に酸化する。これによる多結晶シリコン酸化膜
(308a,b,c,d)によって多結晶シリコン(3
06a,b,c)は、それぞれ分離される。(図3
(B)) 続いて、多結晶シリコン(306c)上のシリコン窒化
膜(307c)のみを選択的に除去した後で、多結晶シ
リコン(306c)にドーズ量1016/cm3 、加速エネ
ルギー200keV 程度でリンをイオン注入し、熱処理を
おこなってN+ 型コレクタ電極引き出し領域を形成す
る。Subsequently, silicon nitride films (307a, b,
The polycrystalline silicon (306) is selectively oxidized using c) as a mask. The polycrystalline silicon (3a) is formed by the polycrystalline silicon oxide film (308a, b, c, d).
06a, b, c) are separated. (FIG. 3
(B)) Subsequently, after selectively removing only the silicon nitride film (307c) on the polycrystalline silicon (306c), the polycrystalline silicon (306c) has a dose of 10 16 / cm 3 and an acceleration energy of about 200 keV. Then, phosphorus is ion-implanted and heat treatment is performed to form an N + type collector electrode lead-out region.
【0012】さらに、シリコン窒化膜(307a,b)
を介して、多結晶シリコン(306a,b)に1015/
cm2 程度の硼素をイオン注入する。次にエミッタ形成領
域上の多結晶シリコン酸化膜(308b)のみを選択的
に除去する。Further, silicon nitride films (307a, b)
Through polycrystalline silicon (306a, b) to 10 15 /
Ion implantation of about 2 cm 2 of boron. Next, only the polycrystalline silicon oxide film (308b) on the emitter formation region is selectively removed.
【0013】次に、800℃、20Torr程度でのジクロ
ールシランの水素還元反応により、エミッタ形成領域付
近に選択的にシリコンを堆積させる。このときエミッタ
直上には、エピタキシャル成長により単結晶が成長し、
周辺の多結晶上には多結晶シリコンが生成されこれらは
連続的に結合する。なお、この気相成長中には適量のジ
ボランを混入させることにより、堆積膜中にボロンを1
018〜1019/cm3 の高濃度に混入させる。これにより
P型のエピタキシャルベース(310)を形成する。
(図3(C))このベースは、800℃程度の低温で選
択成長させるため、N- 型エピタキシャル層中へ硼素は
ほとんど拡散せず、イオン注入で問題となる硼素濃度の
コレクタ領域への裾の広がり、すなわちテールは発生し
ない。Next, silicon is selectively deposited near the emitter formation region by a hydrogen reduction reaction of dichlorsilane at 800 ° C. and about 20 Torr. At this time, a single crystal grows directly above the emitter by epitaxial growth,
Polycrystalline silicon is produced on the surrounding polycrystals and these are continuously bonded. During the vapor phase growth, by mixing an appropriate amount of diborane, one boron is contained in the deposited film.
Mix at a high concentration of 0 18 to 10 19 / cm 3 . Thus, a P-type epitaxial base (310) is formed.
(FIG. 3 (C)) Since this base is selectively grown at a low temperature of about 800 ° C., boron hardly diffuses into the N − -type epitaxial layer, and the bottom of the base to the collector region having a boron concentration which is problematic in ion implantation. No spread, that is, no tail occurs.
【0014】その後、全面に低圧CVD法により、シリ
コン酸化膜(311)を2000〜3000Å程度生成
する。(図4(D)) その後、反応性イオンエッチング法を用いて、前記シリ
コン酸化膜(311)を全面エッチバックし、窒化膜
(307a,307b)の廂を利用して、多結晶シリコ
ン酸化膜除去領域内側壁にサイドウォール酸化膜(31
1a,311b)を形成するとともに、選択的に成長さ
せた単結晶シリコン上に自己整合縮小により微細なエミ
ッタ窓を開口する。(図4(E)) 次に、砒素ドープ多結晶シリコン(312a,312
b)を形成し、ここからの拡散によりエミッタ(31
3)を形成する。Thereafter, a silicon oxide film (311) is formed on the entire surface by low pressure CVD at about 2000 to 3000 °. (FIG. 4D) Thereafter, the silicon oxide film (311) is entirely etched back by using a reactive ion etching method, and a polycrystalline silicon oxide film is formed by using the nitride film (307a, 307b). A sidewall oxide film (31)
1a, 311b), and a fine emitter window is opened on the selectively grown single crystal silicon by self-alignment reduction. (FIG. 4E) Next, arsenic-doped polycrystalline silicon (312a, 312a)
b) is formed, and the emitter (31) is diffused therefrom.
Form 3).
【0015】さらに、絶縁膜(314)を形成した後、
コンタクトを開口し、金属電極(315a,b,c,
d)の形成を行なう。(図4(F)) 以上説明したとおり、この方法によれば多結晶シリコン
のベース電極を厚い酸化膜の上に形成して、これを将来
の活性ベース領域と選択的なエピタキシャル成長により
結合するようにしたので、不活性ベースの面積が大幅に
削減できた。この結果不活性ベースとN型エピタキシャ
ル層とのPN接合による接合容量成分、すなわちベース
・コレクタ接合容量の大幅な低減が可能になりトランジ
スタの高速性能の向上が可能になった。Further, after forming the insulating film (314),
Open the contacts and open the metal electrodes (315a, b, c,
d) is formed. (FIG. 4 (F)) As described above, according to this method, a polycrystalline silicon base electrode is formed on a thick oxide film, and this is connected to a future active base region by selective epitaxial growth. As a result, the area of the inert base was significantly reduced. As a result, the junction capacitance component due to the PN junction between the inert base and the N-type epitaxial layer, that is, the base-collector junction capacitance can be significantly reduced, and the high-speed performance of the transistor can be improved.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記製
造方法を用いて得られる装置であっても、さらに高性能
化するためには、以下に示すような問題点を有してい
る。However, even the device obtained by using the above-mentioned manufacturing method has the following problems in order to further improve the performance.
【0017】即ち、多結晶シリコン酸化膜(308b)
を形成後、同酸化膜及び、その直下の酸化膜(305)
をエッチングする際、多結晶シリコン(306a,30
6b)の側壁を露出させる為、緩衝弗酸溶液等を用いた
等方的エッチングが必要となる。その際N- 型エピタキ
シャル層(303)を確実に露出する必要があるため、
通常多結晶シリコン酸化膜(308b)とその直下の酸
化膜(305)の両者の膜厚を加えた膜厚に対し、少な
くとも10〜20%程度のオーバエッチングを施す必要
がある。従って図3(C)に示す多結晶シリコンの開口
端(316a,316b)に対し酸化膜の開口端(31
7a,317b)は酸化膜のサイドエッチにより大きく
後退する。その結果図3(D)に示すようにN- 型エピ
タキシャル層(303)とP+ 型エピタキシャル層(3
10)とで形成されるベース接合の面積を期待される程
充分には縮小させることができないという問題点があっ
た。That is, the polycrystalline silicon oxide film (308b)
After the formation, the oxide film and the oxide film immediately thereunder (305)
When etching the polycrystalline silicon (306a, 30
In order to expose the side wall of 6b), isotropic etching using a buffered hydrofluoric acid solution or the like is required. At that time, since it is necessary to surely expose the N − type epitaxial layer (303),
Normally, it is necessary to perform over-etching of at least about 10 to 20% with respect to the total thickness of both the polycrystalline silicon oxide film (308b) and the oxide film (305) immediately below. Therefore, the opening end (31a) of the oxide film is compared with the opening end (316a, 316b) of the polycrystalline silicon shown in FIG.
7a and 317b) are largely retreated by side etching of the oxide film. As a result, as shown in FIG. 3D, the N − -type epitaxial layer (303) and the P + -type epitaxial layer (3
10), there is a problem that the area of the base junction formed by the method cannot be sufficiently reduced as expected.
【0018】又ベース・コレクタ間の寄生容量を削減す
るためには、酸化膜305は、できるだけ厚くすること
が好ましいが、一方、浅接合ベース形成のためのP+ 型
エピタキシャル層(310)は高速化のため薄くするこ
とが好ましい。しかし選択エピタキシャル成長技術で形
成するP+ 型エピタキシャル層(310)により、多結
晶シリコン層(306a,306b)とN- 型エピタキ
シャル層(303)を接続する必要があるため、結局酸
化膜(305)とP+ 型エピタキシャル層(310)の
膜厚は、独立に設定することができず、両者の妥協点を
見出す他方法はなかった。従って従来の方法ではベース
コレクタ間寄生容量の削減と、浅接合ベース形成による
fT 向上に制限を与えるという大きな欠点があった。In order to reduce the parasitic capacitance between the base and the collector, the oxide film 305 is preferably made as thick as possible. On the other hand, the P + -type epitaxial layer (310) for forming the shallow junction base is formed at a high speed. It is preferable to make it thinner for the purpose of forming a thin film. However, since it is necessary to connect the polycrystalline silicon layers (306a, 306b) and the N − type epitaxial layer (303) by the P + type epitaxial layer (310) formed by the selective epitaxial growth technique, the oxide film (305) is eventually formed. The thickness of the P + -type epitaxial layer (310) could not be set independently, and there was no other way to find a compromise between the two. Thus there is a major disadvantage of giving reduction and the parasitic capacitance between the base and collector in the conventional method, a restriction to f T improvement by shallow junction base form.
【0019】更に従来の方法ではP+ エピタキシャル層
(310)でベース領域を形成するのでN- 型エピタキ
シャル層(303)中へベースを形成する必要がなくな
り、N- 型エピタキシャル層(303)領域の面積縮小
が可能な構造となったが、素子分離酸化膜は依然として
必要であり、N+ 領域(302)に対する素子分離酸化
膜領域(304)の位置合わせ余裕及び素子分離酸化膜
領域(304)に対する窒化膜パターン(307)形成
領域の位置合わせ余裕を削減することはできず、素子面
積の縮小即ち、コレクタ基板間接合容量の低減には限界
があった。又、分離工程においては、N+ 領域(30
2)の形成、N- 型エピタキシャル領域(303)の形
成、及び素子分離酸化膜領域(304)の形成工程が必
要であり、従来と同様の複雑な分離プロセスを必要とし
ていた。Furthermore since the conventional method for forming a base region in P + epitaxial layer (310) N - -type epitaxial layer (303) there is no need to form a base into, N - -type epitaxial layer (303) regions of the Although the structure can be reduced in area, the element isolation oxide film is still required, and the alignment margin of the element isolation oxide film region (304) with respect to the N + region (302) and the element isolation oxide film region (304) The alignment margin of the nitride film pattern (307) formation region cannot be reduced, and there is a limit to the reduction of the element area, that is, the reduction of the junction capacitance between the collector substrates. In the separation step, the N + region (30
2), the formation of an N − -type epitaxial region (303), and the formation of an element isolation oxide film region (304) are required, which requires a complicated isolation process similar to the conventional one.
【0020】この発明は、以上述べた酸化膜のサイドエ
ッチングに起因するベース接合面積が充分に縮小されな
いという問題点と、酸化膜厚とP+ エピタキシャル層膜
厚が独立に設定できず、高速化に制限を与える問題点を
除去し、更に素子分離工程と素子形成工程との自己整合
化をおし進め、素子面積の縮小と寄生容量の削減を可能
とする、高速性能に優れたバイポーラ型半導体集積回路
装置の製造方法を提供することを目的とする。The present invention has the problems that the base junction area is not sufficiently reduced due to the side etching of the oxide film as described above, and that the oxide film thickness and the P + epitaxial layer film thickness cannot be set independently, thereby increasing the speed. Bipolar semiconductor with excellent high-speed performance that eliminates the problems that limit the device size and further promotes the self-alignment of the device isolation process and device formation process, enabling the reduction of device area and parasitic capacitance. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an integrated circuit device.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】この発明は前述の目的の
ため、バイポーラ型半導体集積回路装置の製造方法にお
いて、N+ 領域を形成した結晶方位(111)の基板表
面に酸化膜、多結晶シリコン層、窒化膜からなる3層膜
を形成し、前記3層膜のベース形成予定領域に開口部を
設けた後、KOH等のアルカリエッチングを施すことに
より前記開口部側壁の多結晶シリコン層をサイドエッチ
ングし、続いてN- 型選択エピタキシャル成長により、
前記開口部内を埋戻した後、前記窒化膜をマスクとして
前記N- 型選択エピタキシャル領域の一部を選択酸化
し、その後前記選択酸化膜を除去した領域に従来の方法
と同様にP+ 型選択エピタキシャルベース層を形成する
ようにしたものである。According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a bipolar semiconductor integrated circuit device, comprising the steps of: forming an oxide film, a polycrystalline silicon film on a substrate surface having a crystal orientation (111) in which an N + region is formed; After forming an opening in a region where the base of the three-layer film is to be formed, alkali etching such as KOH is performed to form a side surface of the polycrystalline silicon layer on the side wall of the opening. Etching followed by N - type selective epitaxial growth
After backfilling the opening portion, the N said nitride film as a mask - -type is selectively oxidized part of the selective epitaxial regions, likewise P + -type selective and conventional methods then the removal of the selective oxide regions In this case, an epitaxial base layer is formed.
【0022】[0022]
【作用】本発明は前述のような方法としたため以下のよ
うな作用が生じる。The present invention employs the above-described method to produce the following effects.
【0023】(1)酸化膜の開口部と前記選択酸化領域
が自己整合化され、前記選択酸化膜除去時に前記酸化膜
開口部がサイドエッチされることがなくなるので、ベー
ス・コレクタ接合面積が必要以上に拡大される事がなく
ベース・コレクタ接合容量を充分に低減することが可能
となる。(1) The opening of the oxide film and the selective oxidation region are self-aligned, so that the oxide film opening is not side-etched when the selective oxide film is removed, so that a base-collector junction area is required. The base-collector junction capacitance can be sufficiently reduced without being expanded as described above.
【0024】(2)酸化膜の膜厚と、P型エピタキシャ
ルベース層の膜厚を独立に設定できるようになったの
で、ベース・コレクタ間の寄生容量を充分に低減でき、
かつベース層の浅接合化によるfT の向上を充分達成す
ることが可能となる。(2) Since the thickness of the oxide film and the thickness of the P-type epitaxial base layer can be set independently, the parasitic capacitance between the base and the collector can be sufficiently reduced.
And it is possible to sufficiently achieve the improvement of f T by shallow junction of the base layer.
【0025】[0025]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。図1、図2の(A)〜(H)は本発明
の実施例を示す工程断面図である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 (A) to 1 (H) are process sectional views showing an embodiment of the present invention.
【0026】まず、主面の結晶面が(111)面である
シリコン(Si)基板(101)に、アンチモン等のN
+ 埋込拡散層(島状領域)(102)を形成した後、全
面に熱酸化法又はCVD法により厚さ例えば0.5μm
程度の絶縁膜としての第1の酸化膜(103)を形成
し、続いてCVD法により厚さ例えば0.3μm程度の
第1の多結晶シリコン層(104)、及び厚さ例えば
0.2μm程度の耐酸化性膜としての窒化膜(105)
を順次形成する。First, a silicon (Si) substrate (101) whose main crystal plane is the (111) plane is coated with N such as antimony.
+ After forming the buried diffusion layer (island-like region) (102), the entire surface is thermally oxidized or CVD to a thickness of, for example, 0.5 μm.
A first oxide film (103) is formed as an insulating film having a thickness of about 0.3 μm, and a first polycrystalline silicon layer (104) having a thickness of about 0.3 μm, for example, and a thickness of about 0.2 μm, for example. Nitride film (105) as oxidation resistant film
Are sequentially formed.
【0027】次に図1(A)に示すように、公知のホト
リソグラフィー及びエッチング技術により、ベース形成
予定領域に、側壁が概ね垂直な幅1μm程度の開口部
(106)を形成する。Next, as shown in FIG. 1A, an opening (106) having a width of about 1 μm and having a substantially vertical side wall is formed in a region where a base is to be formed by a known photolithography and etching technique.
【0028】次に、KOH等のアルカリエッチング液を
用い、図1(B)に示すように、開口部(106)の側
壁から第1の多結晶シリコン層(104)をサイドエッ
チし、第1の酸化膜(103)の膜厚とほぼ同程度(約
0.5μm)のオーバーハング107a,bを形成す
る。KOH等のアルカリ系Siエッチレートは結晶面
(111)の単結晶Siに対して極端に低く、上記の第
1の多結晶シリコン(104)のサイドエッチング中に
露出しているN+ 領域(102)はほとんどエッチング
されない。Next, as shown in FIG. 1B, the first polycrystalline silicon layer (104) is side-etched from the side wall of the opening (106) using an alkaline etching solution such as KOH. Overhangs 107a and 107b, which are substantially the same as the thickness of the oxide film 103 (about 0.5 μm). The alkali Si etch rate of KOH or the like is extremely lower than the single-crystal Si on the crystal plane (111), and the N + region (102) exposed during the side etching of the first polycrystalline silicon (104). ) Is hardly etched.
【0029】次に800℃、20Torr程度でのジクロー
ルシランの水素還元反応により、開口部106内に選択
的にシリコンを堆積させる。この時、開口部106の底
面からは単結晶シリコン(108)が成長し、第1の多
結晶シリコン(104)の側壁からは多結晶シリコン
(109a,b)が成長し、成長途中で両者が接続さ
れ、図1(C)に示す構造となる。尚、この気相成長中
に適量のホスフィンを混入させることにより、堆積膜中
にリンを1016〜1017cm-3程度混入させ、N- 型エピ
タキシャル層とする。Next, silicon is selectively deposited in the opening 106 by a hydrogen reduction reaction of dichlorsilane at 800 ° C. and about 20 Torr. At this time, single-crystal silicon (108) grows from the bottom surface of opening 106, and polycrystalline silicon (109a, b) grows from the side wall of first polycrystalline silicon (104). The connection is made, resulting in the structure shown in FIG. By mixing an appropriate amount of phosphine during the vapor phase growth, about 10 16 to 10 17 cm -3 of phosphorus is mixed into the deposited film to form an N − -type epitaxial layer.
【0030】続いてシリコン窒化膜(105)をマスク
として用いてN-型単結晶シリコン(108)の一部及
び、多結晶シリコン領域(109a,109b)の一部
領域を選択的に酸化し、第2の酸化膜(110)を形成
する。この選択酸化工程において第2の酸化膜110は
第1の酸化膜103に到らない膜厚例えば0.5μm程
度に制御することが好ましい。Subsequently, using the silicon nitride film (105) as a mask, a part of the N − -type single crystal silicon (108) and a part of the polycrystalline silicon regions (109a, 109b) are selectively oxidized. A second oxide film (110) is formed. In this selective oxidation step, the second oxide film 110 is preferably controlled to a thickness that does not reach the first oxide film 103, for example, about 0.5 μm.
【0031】次にシリコン窒化膜(105)を介して、
第1の多結晶シリコン(104)に1015/cm2 程度の
硼素をイオン注入する。その後第2の酸化膜(110)
を選択的に除去する。Next, through a silicon nitride film (105),
Boron of about 10 15 / cm 2 is ion-implanted into the first polycrystalline silicon (104). Then, a second oxide film (110)
Is selectively removed.
【0032】続いて800℃、20Torr程度でのジクロ
ールシランの水素還元反応により、第2の酸化膜(11
0)除去領域内に選択的にシリコン(0.1〜0.2μ
m)を堆積させる。この時エミッタ直上には、エピタキ
シャル成長により単結晶が成長し、周辺の多結晶上には
多結晶シリコンが生成されこれらは連続的に結合する。
尚、この気相成長中には適量のジボランを混入させるこ
とにより、堆積膜中にボロンを1018〜1019/cm3 の
高濃度に混入させる。これにより図2(E)に示すよう
に、P型のエピタキシャルベース層(111)を形成す
る。このエピタキシャルベース層(111)は、800
℃程度の低温で選択成長させるため、N- 型エピタキシ
ャル層(108)へのボロンの拡散はほとんどなく、高
濃度浅接合のベース領域の形成が可能である。その後全
面にLPCVD法により、第1のCVD酸化膜(11
2)を0.2〜0.3μm程度生成する。Subsequently, the second oxide film (11) is subjected to a hydrogen reduction reaction of dichlorosilane at 800 ° C. and about 20 Torr.
0) Selective silicon (0.1 to 0.2 μm) in the removal area
m) is deposited. At this time, a single crystal is grown immediately above the emitter by epitaxial growth, and polycrystalline silicon is generated on the surrounding polycrystal, and these are continuously bonded.
During the vapor phase growth, an appropriate amount of diborane is mixed in, so that boron is mixed into the deposited film at a high concentration of 10 18 to 10 19 / cm 3 . Thereby, as shown in FIG. 2E, a P-type epitaxial base layer (111) is formed. This epitaxial base layer (111) has a thickness of 800
Since the selective growth is performed at a low temperature of about ° C., there is almost no diffusion of boron into the N − -type epitaxial layer (108), and a base region with a high-concentration shallow junction can be formed. Thereafter, a first CVD oxide film (11
2) is generated at about 0.2 to 0.3 μm.
【0033】その後、反応性イオンエッチング法を用い
て、前記第1のCVD酸化膜(112)を全面エッチバ
ックし、シリコン窒化膜(105)の廂を利用して、第
2の酸化膜除去領域内側壁に図1(F)に示すように、
サイドウォール酸化膜(113a,113b)を形成す
るとともに、選択的に成長させた単結晶シリコン(11
1)上に自己整合縮によって微細なエミッタ窓を開口す
る。After that, the first CVD oxide film (112) is entirely etched back by the reactive ion etching method, and the second oxide film removal area is removed by using the silicon nitride film (105). As shown in FIG. 1 (F),
The side wall oxide films (113a, 113b) are formed and the single crystal silicon (11
1) A fine emitter window is opened on the top by self-alignment shrinkage.
【0034】次に図1(G)のように、公知のホトリソ
グラフィーとエッチング技術により、ベース電極多結晶
シリコン(114a,114b)のパターンを形成し、
更に、公知のホトリソグラフィーとエッチング技術によ
り、第1の酸化膜(103)に対し、コレクタ電極取り
出し用の開口部(115)を形成する。Next, as shown in FIG. 1 (G), a pattern of base electrode polycrystalline silicon (114a, 114b) is formed by known photolithography and etching techniques.
Further, an opening (115) for taking out a collector electrode is formed in the first oxide film (103) by known photolithography and etching techniques.
【0035】次に図1(H)のように、砒素ドープの第
2の多結晶シリコン層(116a,116b)を形成
し、その116aからの拡散によりエミッタ(117)
を形成する。又、前記116bは、コレクタ引き出し電
極となる。Next, as shown in FIG. 1H, an arsenic-doped second polysilicon layer (116a, 116b) is formed, and the emitter (117) is diffused from the 116a.
To form Also, 116b serves as a collector extraction electrode.
【0036】更に絶縁膜(118)を形成した後、コン
タクトを開口し、金属電極(119a,119b,11
9c,119d)の形成を行なって本実施例によるバイ
ポーラトランジスタ部が完成する。After the formation of the insulating film (118), the contact is opened and the metal electrodes (119a, 119b, 11b) are opened.
9c and 119d) are completed to complete the bipolar transistor portion according to the present embodiment.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上、詳細に説明したようにこの発明に
よれば、(111)基板を用い、N+ 領域形成後、厚い
酸化膜、多結晶シリコン、シリコン窒化膜の3層膜を形
成し、該3層膜のベース形成予定領域に、開口部を設け
た後、アルカリ系エッチャントで上記多結晶シリコン層
をサイドエッチングし、上記開口部内に選択的にエピタ
キシャル成長を行った後、前記シリコン窒化膜をマスク
にして、前記エピタキシャル成長領域に対し前記厚い酸
化膜に至らない程度の選択酸化を行ない、その後、該選
択酸化膜を除去後、選択酸化膜除去領域にベース及びエ
ミッタを形成するようにしたので、次のような効果が期
待できる。As described in detail above, according to the present invention, a three-layered film of a thick oxide film, polycrystalline silicon, and a silicon nitride film is formed after forming an N + region using a (111) substrate. Forming an opening in a region where a base of the three-layer film is to be formed, side-etching the polycrystalline silicon layer with an alkaline etchant, and selectively performing epitaxial growth in the opening; Is used as a mask, selective oxidation is performed on the epitaxial growth region so as not to reach the thick oxide film, and thereafter, after removing the selective oxide film, a base and an emitter are formed in the selective oxide film removed region. The following effects can be expected.
【0038】(1)前記厚い酸化膜(第1の酸化膜10
3)の開口部と前記選択酸化領域が自己整合化され、前
記選択酸化膜除去時に前記厚い酸化膜開口部がサイドエ
ッチされることがなくなったため、ベース・コレクタ接
合面積が、必要以上に拡大される事がなくベース・コレ
クタ接合容量を充分に低減することが可能となる。(1) The thick oxide film (first oxide film 10)
3) The opening and the selective oxidation region are self-aligned, and the thick oxide opening is not side-etched when the selective oxide film is removed, so that the base-collector junction area is increased more than necessary. Therefore, the base-collector junction capacitance can be sufficiently reduced.
【0039】(2)前記厚い酸化膜(第1の酸化膜10
3)の膜厚と、P型エピタキシャルベース層の膜厚を独
立に設定できるようになったので、ベース・コレクタ間
の寄生容量を充分に低減でき、かつ、ベース層の浅接合
化によるfTの向上を充分達成することが可能となる。(2) The thick oxide film (the first oxide film 10)
Since the thickness 3) and the thickness of the P-type epitaxial base layer can be independently set, the parasitic capacitance between the base and the collector can be sufficiently reduced, and the f T Can be sufficiently improved.
【0040】(3)コレクタ領域を選択エピタキシャル
層(108)で形成するようにしたので、従来必要であ
った分離酸化膜(図3の304)が不要となり、その結
果、分離酸化膜領域の位置を決定するホトリソグラフィ
ー工程が不要となり、マスク合わせ余裕を確保する必要
がなくなったため、N+ 領域(102)の面積を大幅に
削減することが可能となり、コレクタ・基板間寄生容量
CTSを大幅に低減することができる。(3) Since the collector region is formed of the selective epitaxial layer (108), the conventionally required isolation oxide film (304 in FIG. 3) becomes unnecessary, and as a result, the position of the isolation oxide film region is reduced. Since the photolithography step for determining the threshold voltage is not required, and it is not necessary to secure a margin for mask alignment, the area of the N + region (102) can be greatly reduced, and the parasitic capacitance C TS between the collector and the substrate can be greatly reduced. Can be reduced.
【0041】(4)コレクタ電極引き出し領域は、N+
領域(102)上に直接、コレクタ電極多結晶シリコン
(116b)を形成するようにしたので、コレクタ抵抗
低減用のN+ 拡散工程が不要となり、又分離酸化膜が不
要となったため、分離酸化膜を形成するための選択酸化
工程が不要となり、プロセスの簡略化が期待できる。(4) The lead region of the collector electrode is N +
Since the collector electrode polycrystalline silicon (116b) is formed directly on the region (102), the N + diffusion step for reducing the collector resistance becomes unnecessary, and the isolation oxide film becomes unnecessary. This eliminates the need for a selective oxidation step for forming the semiconductor layer, thereby simplifying the process.
【0042】以上のように、本発明によれば、ベース・
コレクタ間の寄生容量とコレクタ・基板間寄生容量を大
幅に低減することが可能となり、更に、ベース・エピタ
キシャル層の薄膜化が可能となるため、fT の大幅な向
上と、伝播遅延時間tpdの大幅な改善が期待できる。As described above, according to the present invention, the base
Since the parasitic capacitance between the collector and the parasitic capacitance between the collector and the substrate can be greatly reduced, and the base / epitaxial layer can be made thinner, the f T can be greatly improved and the propagation delay time t pd can be reduced. A significant improvement can be expected.
【図1】本発明の実施例の工程断面図(その1)FIG. 1 is a process sectional view of an embodiment of the present invention (part 1).
【図2】本発明の実施例の工程断面図(その2)FIG. 2 is a process sectional view of an embodiment of the present invention (part 2).
【図3】従来技術の工程断面図(その1)FIG. 3 is a sectional view of a process of the prior art (part 1).
【図4】従来技術の工程断面図(その2)FIG. 4 is a sectional view of a process of the related art (part 2).
103 第1の酸化膜 104 第1の多結晶シリコン膜 105 窒化膜 106 開口部 107 オーバーハング 108 N- 型単結晶シリコン 109 多結晶シリコン領域 110 第2の酸化膜 111 P型エピタキシャル層 112 CVD酸化膜 113 サイドウォール酸化膜103 first oxide film 104 first polycrystalline silicon film 105 nitride film 106 opening 107 overhang 108 N - type single crystal silicon 109 polycrystalline silicon region 110 second oxide film 111 p-type epitaxial layer 112 CVD oxide film 113 Sidewall oxide film
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/68 - 29/737 H01L 21/33 - 21/331 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 29/68-29/737 H01L 21/33-21/331
Claims (3)
の島状領域を形成し、その基板上全面に、絶縁膜、第1
の多結晶半導体膜、耐酸化性膜からなる3層膜を形成
し、該3層膜の選択された領域に、開口部を設け、前記
島領域の一部を露出する工程と、 (b)前記露出した領域に、第一導電型の単結晶半導体
層を選択的に形成し、前記第1の多結晶半導体膜と接続
させるように、前記開口部を埋め戻す工程と、 (c)前記耐酸化性膜をマスクとして、前記選択的に形
成された単結晶半導体層を選択的に酸化し、選択酸化膜
を形成する工程と、 (d)前記選択酸化膜を除去する工程とを有することを
特徴とするバイポーラ型半導体集積回路装置の製造方
法。(A) An island region of a first conductivity type is formed on one main surface of a semiconductor substrate, and an insulating film and a first
Forming a three-layer film comprising a polycrystalline semiconductor film and an oxidation-resistant film, providing an opening in a selected region of the three-layer film, and exposing a part of the island region; and (b) A step of selectively forming a first-conductivity-type single-crystal semiconductor layer in the exposed region and back-filling the opening so as to be connected to the first polycrystalline semiconductor film; Forming a selective oxide film by selectively oxidizing the selectively formed single-crystal semiconductor layer using the chemically active film as a mask; and (d) removing the selective oxide film. A method for manufacturing a bipolar semiconductor integrated circuit device.
が(111)である基板を用い、前記3層膜の選択され
た領域に開口部を設け、前記島領域の一部を露出した
後、前記開口部内側壁に露出している第1の多結晶半導
体層をサイドエッチする工程を有することを特徴とする
請求項1記載のバイポーラ半導体集積回路装置の製造方
法。2. A semiconductor substrate having a main surface whose crystal plane is (111) in plane direction, an opening is provided in a selected region of the three-layer film, and a part of the island region is exposed. 2. The method according to claim 1, further comprising the step of side-etching the first polycrystalline semiconductor layer exposed on the inner wall of the opening after the step.
を選択的に酸化する際、前記絶縁膜と接続されないよう
該選択酸化膜を形成することを特徴とする請求項1記載
のバイポーラ半導体集積回路装置の製造方法。3. The bipolar semiconductor according to claim 1, wherein when selectively oxidizing the selectively formed single crystal semiconductor layer, the selective oxide film is formed so as not to be connected to the insulating film. A method for manufacturing an integrated circuit device.
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