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JP3340279B2 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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JP3340279B2 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP3340279B2
JP3340279B2 JP12376695A JP12376695A JP3340279B2 JP 3340279 B2 JP3340279 B2 JP 3340279B2 JP 12376695 A JP12376695 A JP 12376695A JP 12376695 A JP12376695 A JP 12376695A JP 3340279 B2 JP3340279 B2 JP 3340279B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は選択エピタキシャル成長
技術を用いた半導体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a selective epitaxial growth technique and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の選択エピタキシャル成長を用いた
バイポ−ラトランジスタの製造工程を図4の(a)〜
(d)にしたがって説明する。これらの図はそれぞれバ
イポ−ラトランジスタの断面図を示している。半導体結
晶基板101を高温の酸素雰囲気中で酸化し、第1の絶
縁層102を形成する。その上に、in−situ d
oping CVD法(不純物をド−ピングしながらシ
リコンを堆積する方法)により不純物を含むベ−ス電極
層103を堆積し、さらに、CVD法により、第2の絶
縁層104を堆積する。この様子を、図4の(a)に示
す。次に、異方性エッチングにより第2の絶縁層104
とベ−ス電極103とを貫通して、第1の絶縁層102
が露出するように開口部を形成する。その後、ウェット
エッチングにより第1の絶縁層102の一部を除去し、
半導体結晶基板表面を露出する。このとき第1の絶縁層
102は側方にもエッチングされて、図4の(b)に示
すように、ベ−ス電極103の開口壁部よりも第1の絶
縁層102の開口壁部は外側に広げられた状態となる。
このとき、図4の(b)に示すように、第1の絶縁層1
02の開口壁部は上方に面して傾斜し開口部の形状は半
導体基板側の底面積がベ−ス電極側の底面積よりも小さ
い台形になる。次に、エピタキシャル成長装置内で、前
工程により露出した半導体結晶基板101上に形成され
た自然酸化膜を取り除くため水素雰囲気中で熱処理を行
ったのち、選択的にエピタキシャル成長層を形成する。
このエピタキシャル成長層は、不純物を含んでおり、ベ
−ス層105を形成する。この様子を図4の(c)に示
す。次に、CVD法により、第2の絶縁層104上と開
口部内に第3の絶縁層106を堆積し、さらに、この第
3の絶縁層106が開口壁部に扇状の断面形状に残存
し、かつベ−ス層105表面が露出するように、異方性
エッチングを行う。その後、ベ−ス層105と第3の絶
縁層106上にin−situ doping CVD
法により不純物を含むエミッタ電極層107を形成し、
これを高温処理することによりこの不純物をベ−ス層1
05に拡散させエミッタ層108を形成し、図4の
(d)のような構造のバイポ−ラトランジスタが完成す
る。
2. Description of the Related Art A conventional bipolar transistor manufacturing process using selective epitaxial growth is shown in FIGS.
A description will be given according to (d). These figures each show a cross-sectional view of a bipolar transistor. The semiconductor crystal substrate 101 is oxidized in a high-temperature oxygen atmosphere to form a first insulating layer 102. In addition, in-situ d
A base electrode layer 103 containing impurities is deposited by an opposing CVD method (a method of depositing silicon while doping impurities), and a second insulating layer 104 is further deposited by a CVD method. This is shown in FIG. Next, the second insulating layer 104 is anisotropically etched.
And the base electrode 103, the first insulating layer 102
The opening is formed so that the hole is exposed. After that, a part of the first insulating layer 102 is removed by wet etching,
The surface of the semiconductor crystal substrate is exposed. At this time, the first insulating layer 102 is also etched laterally, and as shown in FIG. 4B, the opening wall of the first insulating layer 102 is larger than the opening wall of the base electrode 103. It is in a state of being spread outward.
At this time, as shown in FIG.
The opening wall portion 02 is inclined upwardly facing and has a trapezoidal shape whose bottom area on the semiconductor substrate side is smaller than that on the base electrode side. Next, in an epitaxial growth apparatus, a heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere to remove a natural oxide film formed on the semiconductor crystal substrate 101 exposed in the previous step, and then an epitaxial growth layer is selectively formed.
This epitaxial growth layer contains impurities and forms the base layer 105. This is shown in FIG. Next, a third insulating layer 106 is deposited on the second insulating layer 104 and in the opening by a CVD method, and the third insulating layer 106 remains on the opening wall in a fan-shaped sectional shape. Anisotropic etching is performed so that the surface of the base layer 105 is exposed. Thereafter, in-situ doping CVD is performed on the base layer 105 and the third insulating layer 106.
Forming an emitter electrode layer 107 containing impurities by a method,
This is treated at a high temperature to remove this impurity from the base layer 1.
Then, the emitter layer 108 is formed by diffusion to form a bipolar transistor having a structure as shown in FIG.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図5は図4の(c)に
対応するエピタキシャル成長層端部の拡大図である。上
記した方法によりバイポ−ラトランジスタを製造すると
き、上記のようなエピタキシャル成長層の形成におい
て、図5中にaで示すように、成長にしたがって周辺部
分では絶縁層102上にエピタキシャル成長層105が
成長するため、熱応力が発生し、この周辺部分のエピタ
キシャル成長層105中に、結晶欠陥が生じる。また、
選択エピタキシャル成長層105がファセット成長する
ことによって、図5に示すように、第1の絶縁層102
の開口端壁がベ−ス層105と接しないテ−パ形状であ
るため、ベ−ス層105と第1の絶縁層102とベ−ス
電極層103との3者の間に空間部109が生じる。こ
の空間部109中には、エピタキシャル成長中にプロセ
スガスが閉じ込められる。このガスはその後の熱処理工
程により、ベ−ス層中もしくはベ−ス電極中にボイドと
して入り込み、ベ−スリンク領域およびベ−ス電極抵抗
の増加の原因になる。このためバイポ−ラトランジスタ
の高速性が阻害されていた。そのうえ、ベ−ス層中に生
じた結晶欠陥により、半導体結晶基板101中の不純物
の吸いだしが生じ、これはベ−ス領域の不純物と反対の
導電型であるため、ベ−スリンク領域の抵抗が増加し、
バイポ−ラトランジスタの高速性に支障をきたしてい
た。さらに半導体結晶基板101中の不純物がベ−ス電
極層103に達すると、ベ−ス電極層103と半導体結
晶基板101中のコレクタ層との間にリ−クも生じ、バ
イポ−ラトランジスタの動作不良の原因となる。
FIG. 5 is an enlarged view of an end portion of the epitaxial growth layer corresponding to FIG. 4C. When a bipolar transistor is manufactured by the above-described method, an epitaxial growth layer 105 grows on the insulating layer 102 in the peripheral portion as shown in FIG. Therefore, thermal stress is generated, and crystal defects occur in the epitaxial growth layer 105 in the peripheral portion. Also,
By the facet growth of the selective epitaxial growth layer 105, as shown in FIG.
Has a tapered shape in which the opening end wall does not contact the base layer 105, so that a space 109 is formed between the base layer 105, the first insulating layer 102, and the base electrode layer 103. Occurs. Process gas is confined in the space 109 during epitaxial growth. This gas enters the base layer or the base electrode as voids in the subsequent heat treatment step, causing an increase in the base link region and the base electrode resistance. For this reason, the high speed performance of the bipolar transistor has been hindered. In addition, impurities in the semiconductor crystal substrate 101 are sucked out due to crystal defects generated in the base layer, and have a conductivity type opposite to that of the impurities in the base region. Increases,
This has hindered the high-speed operation of the bipolar transistor. Further, when impurities in the semiconductor crystal substrate 101 reach the base electrode layer 103, a leak occurs between the base electrode layer 103 and the collector layer in the semiconductor crystal substrate 101, and the operation of the bipolar transistor is performed. Failure to do so.

【0004】本発明は、上記問題にかんがみてなされた
もので、従来の方法と比較して、ベ−ス層と第1の絶縁
層とベ−ス電極層との間の空間を無くすことにより、ベ
−ス層中の結晶欠陥が生じず、ベ−ス抵抗が低減され、
ベ−ス電極層とコレクタ層との間のリ−クが無く、安定
かつトランジスタの高速性が増大する半導体装置および
その製造方法を提供することを目的とする。
[0004] The present invention has been made in view of the above problems, and has been made by eliminating the space between the base layer, the first insulating layer, and the base electrode layer as compared with the conventional method. No crystal defects in the base layer occur, the base resistance is reduced,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which has no leakage between a base electrode layer and a collector layer, is stable and has a high speed transistor, and a method of manufacturing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置は以下のような工程で製造され
る。本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン半導体
基板上にシリコン酸化膜からなる第1の絶縁層を形成す
る工程と、前記第1の絶縁層上にべース電極層を形成す
る工程と、前記ベース電極層上に第2の絶縁層を形成す
る工程と、前記第2の絶縁層とベース電極層を貫通して
第1の絶縁層を露出する開口部を形成する工程と、前記
開口部側壁に第3の絶縁層を形成する工程と、この第3
の絶縁層で側壁を被覆された前記開口部により露出され
た第1の絶縁層をエッチングして前記開口部よりも拡大
された表面で半導体基板を露出させる工程と、熱処理に
よって前記第1の絶縁層の開口部側壁面と前記半導体基
板露出面とのなす角が鋭角となるように前記第1の絶縁
層を変形する工程と、前記開口部に露出した半導体結晶
基板の面上にベース層をエピタキシャル成長させる工程
とからなることを特徴とする。さらに上記の方法により
製造された半導体装置は、第1の絶縁層の開口壁部と
導体基板とのなす角のうちで開口部内周側の角が、エピ
タキシャル成長層におけるファセット面と、エピタキシ
ャル成長層と半導体基板との界面のなす角以下であるこ
とを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor device according to the present invention is manufactured by the following steps. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first insulating layer made of a silicon oxide film on a silicon semiconductor substrate, and a step of forming a base electrode layer on the first insulating layer. forming a step of forming a second insulating layer on said base electrode layer, an opening for exposing the first insulating layer through said second insulating layer and the base electrode layer, wherein
Forming a third insulating layer on the side wall of the opening;
Etching the first insulating layer exposed by the opening , the side wall of which is covered with the insulating layer, to expose the semiconductor substrate on a surface enlarged than the opening, and heat treating the first insulating layer. Deforming the first insulating layer so that the angle between the side wall surface of the opening of the layer and the exposed surface of the semiconductor substrate becomes an acute angle; and forming a base layer on the surface of the semiconductor crystal substrate exposed to the opening. And a step of performing epitaxial growth. Further, the semiconductor device manufactured by the above-described method has a structure in which the opening wall of the first insulating layer and the semiconductor device are formed in half.
Among the angles formed by the conductor substrate , the angle on the inner circumferential side of the opening is not more than the angle formed by the facet surface in the epitaxial growth layer and the interface between the epitaxial growth layer and the semiconductor substrate .

【0006】[0006]

【0007】[0007]

【作用】上記の方法によってトランジスタを製造するこ
とによって、第1の絶縁層に設けた開口部側壁面と半導
体基板露出面とのなす角が鋭角となるように第1の絶縁
層が変形されるため、ベース層がエピタキシャル成長で
形成されたときに第1の絶縁層とベース層とベース電極
層との3者の間に空間が生じないため、ベース層中もし
くはベース電極中にボイドは発生せず、ベースリンク領
域およびベース電極抵抗は低減される。さらに、周辺部
でも第1の絶縁層上にエピタキシャル層が成長するよう
なことがないため、このエピタキシャル成長層により形
成されるベース層中に結晶欠陥が生じない。そのため
導体基板中の不純物の吸いだしがないので、ベース抵抗
が低減され、より高速なバイポーラトランジスタを形成
できる。さらに、半導体基板中の不純物がベース領域に
達するようなことがないため、ベース、コレクタ間のリ
ークは低減し、バイポーラトランジスタの安定動作を確
保することができる。
By manufacturing a transistor by the above method, the first insulating layer is deformed so that the angle between the side wall surface of the opening provided in the first insulating layer and the exposed surface of the semiconductor substrate is acute. Therefore, when the base layer is formed by epitaxial growth, no space is generated between the first insulating layer, the base layer, and the base electrode layer, so that no void is generated in the base layer or the base electrode. , Base link region and base electrode resistance are reduced. Further, since no epitaxial layer grows on the first insulating layer even in the peripheral portion, no crystal defects occur in the base layer formed by this epitaxially grown layer. So half
Since there is no extraction of impurities in the conductive substrate , the base resistance is reduced and a higher-speed bipolar transistor can be formed. Further, since the impurity in the semiconductor substrate does not reach the base region, leakage between the base and the collector is reduced, and stable operation of the bipolar transistor can be ensured.

【0008】[0008]

【実施例】以下本発明の実施例を図1の(a)〜(e)
の図面を参照して説明する。これらの図はそれぞれバイ
ポ−ラトランジスタの断面図を示している。はじめに、
N型のコレクタ層が形成されたシリコン基板10を高温
の酸素雰囲気中で酸化し、シリコン基板10上に第1の
絶縁層として酸化膜11を例えば50nm形成する。こ
の酸化膜厚は後の工程でベ−ス層の厚みとなるので、3
0〜100nm程度適宜所望の膜厚で形成する。さら
に、その上にin−situdoping CVD法に
よりボロンがド−ピングされたP型ポリシリコンのベ−
ス電極層12および第2の絶縁層として窒化膜13を、
それぞれ、全面CVD法により形成し、図1の(a)の
ような構造にする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to the drawings. These figures each show a cross-sectional view of a bipolar transistor. First,
The silicon substrate 10 on which the N-type collector layer is formed is oxidized in a high-temperature oxygen atmosphere, and an oxide film 11 is formed on the silicon substrate 10 as a first insulating layer, for example, to a thickness of 50 nm. The thickness of the oxide film becomes the thickness of the base layer in a later step.
It is formed with a desired film thickness of about 0 to 100 nm as appropriate. Further, a P-type polysilicon base on which boron is doped by an in-situ doping CVD method.
A nitride film 13 as a contact electrode layer 12 and a second insulating layer;
Each is formed by a full-surface CVD method to have a structure as shown in FIG.

【0009】次に、RIEなどの異方性エッチングによ
り第2の絶縁層13とベ−ス電極12とを貫通して、酸
化膜11が露出するように開口部を形成する。その後、
ウェットエッチング等の等方性エッチングにより酸化膜
11の一部を除去し、半導体結晶基板表面を露出する。
このとき酸化膜11は側方にもエッチングされて、図1
の(b)に示すように、ベ−ス電極12の開口壁部より
も酸化膜11の開口壁部は外側に広げられた状態とな
る。また、図1の(b)に示すように、酸化膜11の開
口壁部は上方に面して傾斜し、酸化膜11の開口部の形
状は基板側の底面積がベ−ス電極側の底面積よりも小さ
い台形となる。以上は図4に示した従来の工程とほぼ同
様である。
Next, an opening is formed by anisotropic etching such as RIE so as to penetrate the second insulating layer 13 and the base electrode 12 so that the oxide film 11 is exposed. afterwards,
A part of oxide film 11 is removed by isotropic etching such as wet etching to expose the surface of the semiconductor crystal substrate.
At this time, the oxide film 11 is also etched laterally, and as shown in FIG.
As shown in FIG. 3B, the opening wall of the oxide film 11 is wider than the opening wall of the base electrode 12. Also, as shown in FIG. 1B, the opening wall of the oxide film 11 is inclined upward and the opening of the oxide film 11 has a bottom area on the substrate side and a bottom area on the base electrode side. It becomes a trapezoid smaller than the bottom area. The above is almost the same as the conventional process shown in FIG.

【0010】次に、エピタキシャル成長装置中で、従来
のように自然酸化膜を除去した後すぐにエピタキシャル
成長を行うのではなく、還元雰囲気もしくは不活性雰囲
気中で高温の熱処理を行い、酸化膜11の開口部側壁が
下方に面して傾斜して形成されるように処理する。すな
わち、酸化膜11の開口部は、基板側の底面積がベ−ス
側の底面積よりも大きい台形となる。このように側壁面
と半導体基板露出面とのなす角が鋭角となるような形状
を以下逆テ−パ形状と呼ぶ。この熱処理により、酸化膜
11の開口壁部の逆テ−パ形状は半導体基板からベ−ス
電極に向かって順次進行していく。図1の(c)に示す
ように逆テ−パ形状の上端がベ−ス電極12に到達した
時点の酸化膜11の形状を「完全逆テ−パ」と呼ぶ。後
に詳しく説明するように、この熱処理の温度が高いほ
ど、また時間が長いほどより容易に酸化膜11は完全逆
テ−パ形状になる傾向がある。したがって、酸化膜11
の膜厚や、特性に応じて、好ましい形状が得られるよ
う、適宜熱処理の雰囲気、温度、時間等の条件を設定す
ることができる。例えば、水素雰囲気中で温度1100
℃、時間60秒の熱処理を行うことにより、57度の完
全逆テ−パ形状を形成することができる。このように酸
化膜11を完全逆テ−パ形状にした後に、同じ装置中
で、ベ−ス層14をエピタキシャル成長により形成す
る。このベ−ス層14は1例として、成長温度800
℃、成長圧力1330Pa、成長時間600秒の条件
で、、キャリアガスとして流量15l/分のH2 、シリ
コンソ−スガスとして流量0.4l/分のSiH2 Cl
2 を使用し、ド−ピングガスはH2 中にB26 を15
0ppm混入したガスを120l/分の流量で流し、さ
らに絶縁層との選択成長性を高めるため流量0.1l/
分のHClを同時に流し、ボロンをin−situ d
opingさせながら成膜する。このエピタキシャル成
長層14のファセット面と、エピタキシャル成長層14
とSi基板10との界面のなす角は60度であり、図1
の(d)に示すように、第1の絶縁層11とベ−ス電極
層12とベ−ス層14との間には前記従来法のような空
間は生じない。さらに従来法のように周辺部においても
絶縁層上にエピタキシャル成長層が成長しないため、エ
ピタキシャル成長層中に熱応力が発生せず、無欠陥のベ
−ス層が形成できる。
Next, instead of performing the epitaxial growth immediately after removing the native oxide film in the epitaxial growth apparatus as in the prior art, a high-temperature heat treatment is performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to open the oxide film 11. The processing is performed so that the side wall is formed to be inclined downward. That is, the opening of the oxide film 11 has a trapezoid whose bottom area on the substrate side is larger than that on the base side. Such a shape in which the angle between the side wall surface and the exposed surface of the semiconductor substrate is an acute angle is hereinafter referred to as an inverted taper shape. Due to this heat treatment, the reverse tapered shape of the opening wall of the oxide film 11 progresses sequentially from the semiconductor substrate toward the base electrode. The shape of the oxide film 11 at the time when the upper end of the inverted tape shape reaches the base electrode 12 as shown in FIG. 1C is called "complete inverted tape". As will be described in detail later, the higher the temperature of this heat treatment and the longer the time, the more easily the oxide film 11 tends to have a completely inverted tapered shape. Therefore, the oxide film 11
Conditions such as the atmosphere, temperature, and time of the heat treatment can be appropriately set so as to obtain a preferable shape according to the film thickness and characteristics of the film. For example, in a hydrogen atmosphere at a temperature of 1100
By performing the heat treatment at 60 ° C. for a time of 60 seconds, a 57 ° complete inverted tape shape can be formed. After the oxide film 11 is completely inverted tape-shaped as described above, the base layer 14 is formed by epitaxial growth in the same apparatus. The base layer 14 has a growth temperature of 800 as an example.
C., a growth pressure of 1330 Pa, and a growth time of 600 seconds, a flow rate of 15 l / min H 2 as a carrier gas and a flow rate of 0.4 l / min SiH 2 Cl as a silicon source gas.
Using 2, de - Pingugasu is a B 2 H 6 in H 2 15
A gas mixed with 0 ppm is flowed at a flow rate of 120 l / min.
Min. Of HCl at the same time, and boron is removed in-situ.
The film is formed while opping. The facet surface of the epitaxial growth layer 14 and the epitaxial growth layer 14
The angle formed by the interface between the substrate and the Si substrate 10 is 60 degrees.
As shown in (d), no space is formed between the first insulating layer 11, the base electrode layer 12, and the base layer 14, unlike the conventional method. Further, since the epitaxial growth layer does not grow on the insulating layer even in the peripheral portion as in the conventional method, no thermal stress occurs in the epitaxial growth layer, and a defect-free base layer can be formed.

【0011】その後、CVD法により、窒化膜13上と
開口壁部に第3の絶縁層15を堆積し、さらに、この第
3の絶縁層15が開口壁部に扇状の断面形状に残存し、
かつベ−ス層14表面が露出するように、RIE等の異
方性エッチングを行う。その後、ベ−ス層14と第3の
絶縁層15上にin−situ doping CVD
法によりひ素を含むエミッタ電極層16を形成し、これ
を高温処理することによりこの不純物をベ−ス層14に
拡散させエミッタ層17を形成し、図1の(e)のよう
な構造のバイポ−ラトランジスタが完成する。
Thereafter, a third insulating layer 15 is deposited on the nitride film 13 and on the opening wall by the CVD method, and the third insulating layer 15 remains on the opening wall in a fan-shaped cross section.
Anisotropic etching such as RIE is performed so that the surface of the base layer 14 is exposed. After that, in-situ doping CVD is performed on the base layer 14 and the third insulating layer 15.
An emitter electrode layer 16 containing arsenic is formed by a method, and this is subjected to a high temperature treatment to diffuse the impurities into the base layer 14 to form an emitter layer 17, thereby forming a bipolar transistor having a structure as shown in FIG. -The transistor is completed.

【0012】ここで、さらに図2を用いて、完全逆テ−
パ形状を得るための熱処理について詳細に説明する。図
2は、酸化膜11の膜厚が50nm、水素圧力1.3×
103 Paの場合に、完全逆テ−パを形成するために必
要な温度と時間の関係を示している。実線より高温度
側、長時間側の条件で熱処理を行えば酸化膜11は完全
逆テ−パ形状となる。例えば、900℃の熱処理は5分
以上行う必要があり、また1000℃の場合には40秒
以上の熱処理が必要である。逆に1分間の熱処理は97
0℃以上で行われなければならない。図中には従来エピ
タキシャル成長前に行われていた自然酸化膜除去に必要
な水素雰囲気による熱処理の温度と時間の関係も併せて
示している。図中破線より高温度、長時間側の条件で熱
処理を行えば、自然酸化膜は除去される。すなわち、従
来行われていた熱処理では、常に充分な完全逆テ−パ形
状を得ることができないことがわかる。反対に、逆テ−
パ形状を得る条件で水素雰囲気中の熱処理を行えば、充
分に自然酸化膜は除去され,品質の良いシリコン単結晶
をエピタキシャル成長させることができる。
Here, further referring to FIG.
The heat treatment for obtaining the shape will be described in detail. FIG. 2 shows that the oxide film 11 has a thickness of 50 nm and a hydrogen pressure of 1.3 ×.
In the case of 10 3 Pa, the relationship between the temperature and the time required to form a complete reverse tape is shown. If heat treatment is performed on the higher temperature side and longer time side than the solid line, the oxide film 11 has a completely inverted tapered shape. For example, a heat treatment at 900 ° C. needs to be performed for 5 minutes or more, and a heat treatment at 1000 ° C. requires 40 seconds or more. Conversely, heat treatment for 1 minute is 97
Must be performed above 0 ° C. The figure also shows the relationship between the temperature and the time of the heat treatment in a hydrogen atmosphere necessary for removing the natural oxide film, which has been performed before the epitaxial growth. If the heat treatment is performed at a higher temperature than the broken line in the drawing for a longer time, the natural oxide film is removed. That is, it can be seen that the conventional heat treatment cannot always obtain a sufficient complete inverted tape shape. On the other hand,
If the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere under the conditions for obtaining the shape, the natural oxide film is sufficiently removed, and a high-quality silicon single crystal can be epitaxially grown.

【0013】次に、本発明の第2の実施例について、図
3の(a)〜(e)を用いて説明する。第1の実施例と
同様に、N型のコレクタ層が形成されたシリコン基板1
0上に第1の絶縁層として酸化膜11、ボロンがド−ピ
ングされたP型ポリシリコンのベ−ス電極層12および
第2の絶縁層として窒化膜13を形成する(図3の
(a))。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As in the first embodiment, a silicon substrate 1 on which an N-type collector layer is formed
An oxide film 11 as a first insulating layer, a base electrode layer 12 of P-type polysilicon doped with boron, and a nitride film 13 as a second insulating layer are formed on the first insulating layer (FIG. 3 (a)). )).

【0014】次に、RIEなどの異方性エッチングによ
り第2の絶縁層13とベ−ス電極12とを貫通して、酸
化膜11が露出するように開口部を形成する。その後、
第1の実施例のように、続けて等方性エッチングにより
酸化膜11の一部を除去し、半導体結晶基板表面を露出
するのではなく、先にCVD法により、窒化膜13上と
開口部側壁に第3の絶縁層18を堆積し、さらに、この
第3の絶縁層18が開口部側壁に扇状の断面形状に残存
するように、RIE等の異方性エッチングを行う(図3
の(b))。
Next, an opening is formed by anisotropic etching such as RIE so as to penetrate through the second insulating layer 13 and the base electrode 12 so that the oxide film 11 is exposed. afterwards,
As in the first embodiment, the oxide film 11 is not partially removed by isotropic etching to expose the surface of the semiconductor crystal substrate. A third insulating layer 18 is deposited on the side wall, and anisotropic etching such as RIE is performed so that the third insulating layer 18 remains in a fan-shaped cross-sectional shape on the opening side wall (FIG. 3).
(B)).

【0015】その後、等方性エッチングにより酸化膜1
1の一部を除去し、半導体結晶基板表面を露出する。こ
のとき酸化膜11は側方にもエッチングされて、図3の
(c)に示すように、ベ−ス電極12の開口壁部よりも
酸化膜11の開口壁部は外側に広げられた状態となる。
After that, the oxide film 1 is isotropically etched.
1 is removed to expose the surface of the semiconductor crystal substrate. At this time, the oxide film 11 is also etched laterally, and the opening wall of the oxide film 11 is wider than the opening wall of the base electrode 12 as shown in FIG. Becomes

【0016】その後は第1の実施例と同様に、エピタキ
シャル成長装置中で、還元雰囲気もしくは不活性雰囲気
中で高温の熱処理を行い、酸化膜11の開口部側壁が下
方に面して傾斜して形成されるように処理し(図3の
(d))、さらに同じ装置中で、ベ−ス層14をエピタ
キシャル成長により形成する(図3の(e))。ここで
ベ−ス電極とエミッタ電極を絶縁するための絶縁膜18
はベ−ス電極開口部側壁にすでに形成されているので、
ベ−ス層14と第3の絶縁層18上にCVD法によりひ
素を含むエミッタ電極層16を形成し、これを高温処理
することによりこの不純物をベ−ス層14に拡散させエ
ミッタ層17を形成し、図1の(e)と同様の構造のバ
イポ−ラトランジスタが完成する。
Thereafter, as in the first embodiment, a high-temperature heat treatment is performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere in an epitaxial growth apparatus, and the side wall of the opening of the oxide film 11 is formed so as to be inclined downward. (FIG. 3 (d)), and a base layer 14 is formed by epitaxial growth in the same apparatus (FIG. 3 (e)). Here, an insulating film 18 for insulating the base electrode and the emitter electrode is provided.
Is already formed on the side wall of the base electrode opening,
An emitter electrode layer 16 containing arsenic is formed on the base layer 14 and the third insulating layer 18 by a CVD method, and the impurities are diffused into the base layer 14 by subjecting the emitter electrode layer 16 to a high-temperature treatment. Then, a bipolar transistor having the same structure as that of FIG. 1E is completed.

【0017】本実施例の方法によれば、ベ−ス電極12
の開口部側壁面が絶縁膜18で覆われるため、ベ−ス層
14を形成するためのエピタキシャル成長中にベ−ス電
極12の開口部側壁上にエピタキシャル成長膜が成長
し、エミッタ面積が減少するという問題を防止すること
ができる。
According to the method of this embodiment, the base electrode 12
Since the side wall surface of the opening is covered with the insulating film 18, the epitaxial growth film grows on the side wall of the opening of the base electrode 12 during the epitaxial growth for forming the base layer 14, and the emitter area is reduced. Problems can be prevented.

【0018】なお、上記実施例では水素雰囲気中の熱処
理を一例として示したが、酸化膜の逆テ−パ形状は主に
熱処理の温度と時間に依存するので、他の還元ガス、も
しくは例えば窒素、アルゴンなどの不活性ガスを用いた
熱処理を行うことも可能である。さらに上記実施例では
NPNトランジスタについて示したが、PNPトランジ
スタにも適用することが可能である。
In the above embodiment, the heat treatment in a hydrogen atmosphere is described as an example. However, since the inverted tape shape of the oxide film mainly depends on the temperature and time of the heat treatment, another reducing gas or, for example, nitrogen is used. It is also possible to perform a heat treatment using an inert gas such as argon. Further, in the above embodiment, an NPN transistor has been described, but the present invention can be applied to a PNP transistor.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば高
性能のバイポ−ラトランジスタを得ることができる。す
なわち従来法で製造したトランジスタは、図5のよう
に、第1の絶縁層102とベ−ス層105とベ−ス電極
層103との間に空間部109が生じ、第1の絶縁層1
02上にベ−ス層105が成長する構造であるためベ−
ス層105中に結晶欠陥が生じるのに対し、本発明では
図1の(d)のように空間が生じない構造であり、周辺
部においても第1の絶縁層11上にベ−ス層14が成長
しない構造であるため、ベ−ス層14中に結晶欠陥が生
じない。そのため、従来のトランジスタと比較して、ベ
−ス層中もしくはベ−ス電極層中にボイドは発生せず、
さらに、シリコン基板中の不純物の吸いだしも無いの
で、従来法よりベ−ス抵抗が低減され、より高速なバイ
ポ−ラトランジスタを得ることができる。
As described above, according to the present invention, a high-performance bipolar transistor can be obtained. That is, in the transistor manufactured by the conventional method, as shown in FIG. 5, a space 109 is formed between the first insulating layer 102, the base layer 105, and the base electrode layer 103, and the first insulating layer 1 is formed.
02 has a structure in which the base layer 105 grows on the base layer 02.
In the present invention, a crystal defect is generated in the base layer 105, whereas in the present invention, a space is not generated as shown in FIG. 1D, and the base layer 14 is formed on the first insulating layer 11 even in the peripheral portion. Has no crystal defects in the base layer 14. Therefore, no void is generated in the base layer or the base electrode layer as compared with the conventional transistor.
Furthermore, since there is no absorption of impurities in the silicon substrate, the base resistance is reduced as compared with the conventional method, and a higher-speed bipolar transistor can be obtained.

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

【図1】本発明の半導体装置の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明による熱処理条件を示す図である。FIG. 2 is a view showing heat treatment conditions according to the present invention.

【図3】本発明による第2の実施例の半導体装置の製造
工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図4】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【図5】従来の半導体装置の拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 … Si基板、 11 … 酸化膜、 12 … ベ−ス電極層、 13 … 窒化膜、 14 … ベ−ス層、 15 … 第3の絶縁膜、 16 … エミッタ電極層、 17 … エミッタ層、 18 … 第3の絶縁膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Si substrate, 11 ... Oxide film, 12 ... Base electrode layer, 13 ... Nitride film, 14 ... Base layer, 15 ... Third insulating film, 16 ... Emitter electrode layer, 17 ... Emitter layer, 18 ... Third insulating film

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン半導体基板上にシリコン酸化膜
からなる第1の絶縁層を形成する工程と、 前記第1の絶縁層上にべース電極層を形成する工程と、 前記ベース電極層上に第2の絶縁層を形成する工程と、 前記第2の絶縁層とベース電極層を貫通して第1の絶縁
層を露出する開口部を形成する工程と、 前記開口部側壁に第3の絶縁層を形成する工程と、 この第3の絶縁層で側壁を被覆された前記開口部により
露出された第1の絶縁層をエッチングして前記開口部よ
りも拡大された表面で半導体基板を露出させる工程と、 熱処理によって前記第1の絶縁層の開口部側壁面と前記
半導体基板露出面とのなす角が鋭角となるように前記第
1の絶縁層を変形する工程と、 前記開口部に露出した半導体結晶基板の面上にベース層
をエピタキシャル成長させる工程を有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
1. A silicon oxide film on a silicon semiconductor substrate.
Forming a first insulating layer made of, forming a first base over scan electrode layer on an insulating layer, forming a second insulating layer on said base electrode layer, wherein Forming an opening through the second insulating layer and the base electrode layer to expose the first insulating layer; forming a third insulating layer on the side wall of the opening; Etching the first insulating layer exposed by the opening whose side wall is covered with a layer to expose a semiconductor substrate on a surface that is larger than the opening; and heat treatment of the first insulating layer. Deforming the first insulating layer such that the angle between the side wall surface of the opening and the exposed surface of the semiconductor substrate becomes an acute angle; and epitaxially growing a base layer on the surface of the semiconductor crystal substrate exposed to the opening Semiconductor device having a process Manufacturing method.
【請求項2】 第1の絶縁層の開口壁部と半導体基板と
のなす角の内、開口部内周側が、エピタキシャル成長層
におけるファセット面と、エピタキシャル成長層と半導
体基板との界面のなす角以下であることを特徴とする
求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. An angle formed between an opening wall of the first insulating layer and the semiconductor substrate, wherein an inner peripheral side of the opening is a facet surface in the epitaxial growth layer, and a semiconductive layer between the epitaxial growth layer and the semiconductor layer.
to equal to or less than the angle of the interface between the body substrate
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 .
【請求項3】 半導体基板上に第1の絶縁層を形成し、
前記第1の絶縁層上にべース電極層を形成し、前記ベー
ス電極層上に第2の絶縁層を形成し、前記第2の絶縁層
とベース電極層を貫通して第1の絶縁層を露出する開口
部を形成し、前記開口部により露出された第1の絶縁層
をエッチングして前記開口部よりも拡大された表面で半
導体基板を露出し、前記開口部に露出した半導体結晶基
板の面上にエピタキシャル成長した層をベース拡散層と
して用いており、前記第2の絶縁層とベース電極層を貫
通する開口部側壁には第3の絶縁層が形成されているバ
イポーラトランジスタにおいて、 前記エピタキシャル成長層を取り囲む絶縁膜開口部側壁
面と半導体基板がなす角のうちエピタキシャル成長層側
の角度が、エピタキシャル成長層におけるファセット面
と、エピタキシャル成長層と半導体基板との界面のなす
角度以下であることを特徴とする半導体装置。
3. A method for forming a first insulating layer on a semiconductor substrate,
A base electrode layer is formed on the first insulating layer, a second insulating layer is formed on the base electrode layer, and a first insulating layer is formed through the second insulating layer and the base electrode layer. Forming an opening for exposing the layer, etching the first insulating layer exposed by the opening, exposing the semiconductor substrate on a surface larger than the opening, and exposing the semiconductor crystal to the opening In a bipolar transistor, a layer epitaxially grown on a surface of a substrate is used as a base diffusion layer, and a third insulating layer is formed on a side wall of an opening penetrating the second insulating layer and the base electrode layer. Among the angles formed by the semiconductor substrate and the side wall surface of the insulating film opening surrounding the epitaxial growth layer, the angle on the epitaxial growth layer side is the facet surface in the epitaxial growth layer, the epitaxial growth layer and the semiconductor substrate. A semiconductor device having an angle equal to or less than an angle formed by an interface with the semiconductor device.
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