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JPH069210B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JPH069210B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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Publication number
JPH069210B2
JPH069210B2 JP62058019A JP5801987A JPH069210B2 JP H069210 B2 JPH069210 B2 JP H069210B2 JP 62058019 A JP62058019 A JP 62058019A JP 5801987 A JP5801987 A JP 5801987A JP H069210 B2 JPH069210 B2 JP H069210B2
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JP
Japan
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groove
polycrystalline silicon
silicon
region
single crystal
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JP62058019A
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理子 徳山
洋 北島
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にバイポー
ラデバイスに利用される半導体装置の製造方法に関す
る。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device used for a bipolar device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

寄生容量の低減はバイポーラデバイスの高速化に有効で
ある。寄生容量を減少させるために自己整合型の新しい
構造が提案されており、第3図にその代表例を示す。即
ち、二酸化シリコン膜18,P多結晶シリコン膜1
9,二酸化シリコン膜20,の積層構造からなる側壁およ
び、単結晶シリコンのn領域21からなる底面とで囲
まれた溝の中に単結晶シリコンが存在し、この単結晶シ
リコン領域に、n領域22、P領域23、n領域24か
らなるnpn接合が形成される。第3図において、P
多結晶シリコン膜19は、ベース電極に相当している。
n領域22に関しては、n領域21をP型シリコン基
板17上に延在させ、この延在するn領域上に、別の
溝を設け、この別の溝を導電物質で埋めることにより、
表面から接続をとることができる。
The reduction of parasitic capacitance is effective for speeding up bipolar devices. A new self-aligned structure has been proposed in order to reduce the parasitic capacitance, and a typical example thereof is shown in FIG. That is, the silicon dioxide film 18, the P + polycrystalline silicon film 1
The single crystal silicon is present in the groove surrounded by the side wall of the laminated structure of the silicon dioxide film 20 and the bottom surface of the n + region 21 of the single crystal silicon. An npn junction including the region 22, the P region 23, and the n region 24 is formed. In FIG. 3, P +
The polycrystalline silicon film 19 corresponds to the base electrode.
As for the n region 22, by extending the n + region 21 on the P-type silicon substrate 17, another groove is provided on the extending n + region, and the other groove is filled with a conductive material.
The connection can be made from the surface.

このような構造を形成する方法としては、例えば、第3
図で二酸化シリコン膜18、P多結晶シリコン膜1
9、二酸化シリコン膜20の積層構造からなる側壁およ
びn領域21からなる底面で囲まれた溝の中を選択エ
ピタキシャル成長によって単結晶シリコンで埋めるとい
う手法が考えられる。
As a method of forming such a structure, for example, a third method
In the figure, silicon dioxide film 18 and P + polycrystalline silicon film 1
9. A method is conceivable in which the trench surrounded by the side wall of the laminated structure of the silicon dioxide film 20 and the bottom surface of the n + region 21 is filled with single crystal silicon by selective epitaxial growth.

第4図(a)〜(c)はこのような方法の工程を示す基板断面
図である。即ち、P型シリコン基板25に単結晶シリコ
ンのn領域29を形成した後、二酸化シリコン膜2
6、P多結晶シリコン膜27、二酸化シリコン膜28
が順次積層された構造を形成し(第4図(a))、次に溝
30を形成する(第4図(b))。次いで選択エピタキシ
ャル成長を行うと、選択エピタキシャル成長領域31と
多結晶シリコン膜27からの結晶粒の成長による多
結晶シリコン領域32が形成される(第4図(c))。
FIGS. 4 (a) to 4 (c) are substrate cross-sectional views showing steps of such a method. That is, after the single crystal silicon n + region 29 is formed on the P-type silicon substrate 25, the silicon dioxide film 2 is formed.
6, P + polycrystalline silicon film 27, silicon dioxide film 28
Is sequentially laminated (FIG. 4 (a)), and then the groove 30 is formed (FIG. 4 (b)). Then, selective epitaxial growth is performed to form a selective epitaxial growth region 31 and a polycrystalline silicon region 32 by growth of crystal grains from the P + polycrystalline silicon film 27 (FIG. 4 (c)).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した技術では、溝30の底面の単結晶シリコン基板
面から、シリコンを選択エピタキシャル成長させるが、
このとき、側壁の低抵抗多結晶シリコン27部分から結
晶粒の成長が生じて多結晶シリコン領域32を形成して
しまい、溝30の中央部しか単結晶の選択エピタキシャ
ル成長領域31とならない。溝30の側壁近くでも良質な
単結晶シリコンを成長させるためには、溝30の中での
多結晶シリコン領域32の形成を回避できるような製造
法が必要とされる。
In the above-mentioned technique, silicon is selectively epitaxially grown from the single crystal silicon substrate surface on the bottom surface of the groove 30.
At this time, crystal grains grow from the low resistance polycrystalline silicon 27 portion on the side wall to form the polycrystalline silicon region 32, and only the central portion of the groove 30 becomes the single crystal selective epitaxial growth region 31. In order to grow high-quality single crystal silicon even near the sidewall of the groove 30, a manufacturing method that can avoid the formation of the polycrystalline silicon region 32 in the groove 30 is required.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の半導体装置の製造方法は半導体単結晶基板の一
主面に、その側面が、第1の絶縁膜,多結晶シリコン
膜,第2の絶縁膜が順次積層された構造であり、その底
面が半導体単結晶である溝を形成する工程と、その溝内
の多結晶シリコン膜を選択的に除去することにより、溝
内の多結晶シリコン膜が、溝の側面より後退した形状と
する工程と、溝内にその底面の半導体結晶を種として、
選択的に半導体単結晶層を形成する工程とを有してい
る。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention has a structure in which a first insulating film, a polycrystalline silicon film, and a second insulating film are sequentially laminated on one main surface of a semiconductor single crystal substrate, and the bottom surface thereof. A step of forming a groove which is a semiconductor single crystal, and a step of selectively removing the polycrystalline silicon film in the groove so that the polycrystalline silicon film in the groove has a shape receding from the side surface of the groove. , Seeding the semiconductor crystal on the bottom of the groove,
And a step of selectively forming a semiconductor single crystal layer.

〔作用〕[Action]

このように、本発明では多結晶シリコンのみを選択的に
除去できる方法でエッチングし、多結晶シリコン部分が
側壁面よりも、へこんだ構造となるようにした後、選択
エピタキシャル成長させる。このように多結晶シリコン
膜が側壁面よりへこんだ構造を形成することにより、多
結晶シリコンからの粒成長を側壁面よりとびださないよ
うにし、側壁近くでも良質な単結晶シリコンを成長させ
ることができる。
As described above, in the present invention, etching is performed by a method capable of selectively removing only polycrystalline silicon so that the polycrystalline silicon portion has a recessed structure rather than the side wall surface, and then selective epitaxial growth is performed. By forming a structure in which the polycrystalline silicon film is dented from the side wall surface in this way, grain growth from the polycrystalline silicon is prevented from protruding from the side wall surface, and good-quality single crystal silicon is grown near the side wall. You can

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例を示す基板縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a substrate showing a first embodiment of the present invention.

比抵抗10Ω・cmのP型シリコン(100)基板1の表
面の一部にn領域5を形成した後、熱酸化して約4000
Åの厚さで二酸化シリコン膜2を形成した。次に、P+
多結晶シリコン膜3を約3500Åの厚さで形成し、さらに
二酸化シリコン膜4を約3000Åの厚さで形成し、第1図
(a)に示すような構造を形成した。
After forming the n + region 5 on a part of the surface of the P-type silicon (100) substrate 1 having a specific resistance of 10 Ω · cm, it is thermally oxidized to about 4000.
A silicon dioxide film 2 having a thickness of Å was formed. Next, P +
The polycrystalline silicon film 3 is formed with a thickness of about 3500Å, and the silicon dioxide film 4 is formed with a thickness of about 3000Å.
A structure as shown in (a) was formed.

次に、第1図(b)に示すように溝6を形成した。溝の側
壁面が{100}面に平行な幅1.5μm,長さ10μmの矩形
状の溝を用いた。
Next, the groove 6 was formed as shown in FIG. 1 (b). A rectangular groove having a width of 1.5 μm and a length of 10 μm in which the sidewall surface of the groove is parallel to the {100} plane was used.

次に選択的なエツチング法によって、多結晶シリコン膜
3を側壁面からへこませ、第1図(c)で示すような積造
を形成した。エッチング液として、フッ化水素酸、硝
酸、永酢酸(ヨウ素入り)をそれぞれ1:7:72の割
合で混合したものを用いた。このようなエッチング液を
用いれば、単結晶シリコン,二酸化シリコンに対する多
結晶シリコンのエッチング速度比を非常に大きくとれ、
多結晶シリコンの選択エッチングが可能となる。このよ
うなエッチング液による多結晶シリコン3のエッチング
速度は、およそ1200Å/minであり、時間を制御する
ことにより、約2000Å側壁面からへこんだ構造が得られ
た。
Next, the polycrystalline silicon film 3 was dented from the side wall surface by a selective etching method to form a stack as shown in FIG. 1 (c). As the etching liquid, a mixture of hydrofluoric acid, nitric acid and peracetic acid (containing iodine) in a ratio of 1: 7: 72 was used. If such an etching solution is used, the etching rate ratio of polycrystalline silicon to single crystal silicon or silicon dioxide can be made very large,
Selective etching of polycrystalline silicon becomes possible. The etching rate of the polycrystalline silicon 3 by such an etching solution is about 1200Å / min, and by controlling the time, a structure dented from about 2000Å side wall surface was obtained.

このようにして得られた第1図(c)に示すような構造を
もった基板に対し、選択エピタキシャル成長を行い、溝
6の中をn型のエピタキシャルシリコン膜7で埋めた。
選択エピタキシャル成長では、成長温度950℃、圧力
50Torr、供給ガスとして、ジクロロシラン、塩化水
素、水素、アルシンの混合ガスを用いた。こうして第1
図(d)に示すように、溝全体が単結晶シリコンからなる
構造になった。
The substrate having the structure as shown in FIG. 1 (c) thus obtained was subjected to selective epitaxial growth to fill the trench 6 with an n-type epitaxial silicon film 7.
In the selective epitaxial growth, a growth temperature was 950 ° C., a pressure was 50 Torr, and a supply gas was a mixed gas of dichlorosilane, hydrogen chloride, hydrogen, and arsine. Thus the first
As shown in FIG. 3D, the entire groove has a structure made of single crystal silicon.

このようにして、製造したエピタキシャルシリコン膜の
結晶性を電子顕微鏡を用いて評価したところ、第1図
(d)における二酸化シリコン膜2,4の側壁近傍に欠陥
は見られず、また、多結晶シリコン膜9からの粒成長に
よる多結晶シリコン領域8が側壁面より、エピタキシャ
ルシリコン領域7の方へ大きく突出することもない。こ
のように、選択エピタキシャル成長領域7が、極めて高
品質のエピタキシャルシリコン膜であることが確認され
た。
The crystallinity of the epitaxial silicon film thus manufactured was evaluated by using an electron microscope.
No defects are found in the vicinity of the sidewalls of the silicon dioxide films 2 and 4 in (d), and the polycrystalline silicon region 8 formed by grain growth from the polycrystalline silicon film 9 is larger in the epitaxial silicon region 7 than in the sidewall surface. It does not stick out. As described above, it was confirmed that the selective epitaxial growth region 7 is an extremely high quality epitaxial silicon film.

このようにして形成された選択エピタキシャル成長領域
に熱拡散,イオン注入等の通常の不純物導入方法により
P型不純物,n型不純物を順次導入することにより第3
図に示したnPnトランジスタを形成できる。
The P-type impurity and the n-type impurity are sequentially introduced into the thus-formed selective epitaxial growth region by a normal impurity introduction method such as thermal diffusion or ion implantation.
The nPn transistor shown in the figure can be formed.

第1の実施例ではnpn接合を実現するためにシリコン
基板はP型,多結晶シリコン膜はP型,エピタキシャ
ルシリコン膜はn型とした。第2の実施例では、pnp
型接合用の構造を実現するための工程について述べる。
In the first embodiment, in order to realize the npn junction, the silicon substrate is P type, the polycrystalline silicon film is P + type, and the epitaxial silicon film is n type. In the second embodiment, pnp
The steps for realizing the structure for die bonding will be described.

第2図は本発明の第2の実施例の工程を示す縦断面図で
ある。P型,n型の違いを除いては、第1図に示した第
1の実施例における工程と基本的にかわらない。
FIG. 2 is a vertical sectional view showing a process of the second embodiment of the present invention. Except for the difference between the P type and the n type, the process is basically the same as that of the first embodiment shown in FIG.

第2図(a)に示すようにn型シリコン基板9を用いて、
領域13を形成し、二酸化シリコン膜10を約4000
Å形成した後、多結晶シリコン膜11を形成し、n
した。さらにその上に、二酸化シリコン膜12を形成し
た後、第2図(b)のように溝14加工を施した。
Using an n-type silicon substrate 9 as shown in FIG. 2 (a),
The P + region 13 is formed, and the silicon dioxide film 10 is applied to about 4000
After the formation, the polycrystalline silicon film 11 was formed and turned into n + . Further, a silicon dioxide film 12 was formed thereon, and then a groove 14 was processed as shown in FIG. 2 (b).

次に、第1の実施例と同じようにエッチングによって、
多結晶シリコン部分を側壁面よりへこませ、第2図(c)
選択エピタキシャル成長を行い、第2図(d)のようにP
型選択エピタキシャル成長領域15が溝のほぼ全体を占
め、粒成長による多結晶シリコン領域16が溝側壁面に
大きく突出することのない構造を得た。
Then, by etching as in the first embodiment,
The polycrystalline silicon part is dented from the side wall surface, as shown in FIG. 2 (c).
Selective epitaxial growth is performed, and as shown in Fig. 2 (d), P
A structure was obtained in which the type-selective epitaxial growth region 15 occupies almost the entire groove, and the polycrystalline silicon region 16 due to grain growth does not largely project to the sidewall surface of the groove.

この方法で製造したエピタキシャルシリコン膜は、電気
顕微鏡評価から、欠陥は見られず、第1の実施例1と同
様に、極めて高品質であることが確認された。
The epitaxial silicon film produced by this method was confirmed by an electric microscope to have no defects, and it was confirmed that the epitaxial silicon film had an extremely high quality as in the first embodiment.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明では、二酸化シリコン膜、低
抵抗多結晶シリコン膜、二酸化シリコン膜が順次積層さ
れた構造からなる側壁および単結晶シリコンからなる底
面とで囲まれた溝の中に単結晶シリコンが埋めこまれた
構造を製造するとき、側壁の単結晶シリコン部分を側壁
面より後退させておく。このようにすることで、選択エ
ピタキシャル成長しても多結晶シリコン膜よりの粒成長
が側壁面より大きくとびださず、従って、溝の中の単結
晶シリコン領域を高品質なものとすることができ、LS
Iの高速化、高密度化を実現するうえで多大の効果を発
揮する。
As described above, according to the present invention, the single crystal is formed in the groove surrounded by the side wall having the structure in which the silicon dioxide film, the low resistance polycrystalline silicon film, and the silicon dioxide film are sequentially stacked and the bottom surface made of the single crystal silicon. When manufacturing a structure in which silicon is embedded, the single crystal silicon portion of the side wall is set back from the side wall surface. By doing so, even if the selective epitaxial growth is performed, the grain growth from the polycrystalline silicon film does not protrude more than the side wall surface, and therefore the single crystal silicon region in the groove can be made high quality. , LS
It is very effective in achieving high speed and high density of I.

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

第1図(a)〜(d)は、本発明の第1の実施例における製造
工程を示す基板縦断面図、第2図(a)〜(d)は、本発明の
第2の実施例における製造工程を示す基板縦断面図、第
3図は、本発明が目的とする素子構造の一例を示す基板
縦断面図、第4図(a)〜(c)は、本発明を説明するための
製造工程例を示す基板縦断面図である。 1,17,25……P型シリコン基板、9……n型シリ
コン基板、2,4,10,12,18,20,26,2
8……二酸化シリコン膜、3,19,27……P多結
晶シリコン膜、11……n多結晶シリコン膜、5,2
1,29……n領域、13……P領域、23……P
領域、6,14,30……溝、7,15,31……選択
エピタキシャル成長領域、8,16,32……多結晶シ
リコン領域、22,24……n領域。
FIGS. 1 (a) to (d) are longitudinal sectional views of a substrate showing a manufacturing process in a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to (d) are a second embodiment of the present invention. 3 is a vertical cross-sectional view of the substrate showing the manufacturing process in FIG. 3, FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the substrate showing an example of the element structure aimed at by the present invention, and FIGS. 3 is a vertical cross-sectional view of a substrate showing an example of the manufacturing process of FIG. 1, 17, 25 ... P-type silicon substrate, 9 ... N-type silicon substrate, 2, 4, 10, 12, 18, 20, 26, 2
8 ... Silicon dioxide film, 3, 19, 27 ... P + polycrystalline silicon film, 11 ... n + polycrystalline silicon film, 5, 2
1, 29 ...... n + area, 13 ...... P + area, 23 ...... P
Region, 6, 14, 30 ... Groove, 7, 15, 31 ... Selective epitaxial growth region, 8, 16, 32 ... Polycrystalline silicon region, 22, 24 ... N region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体単結晶基板の一主面に、その側面
が、第1の絶縁膜、多結晶シリコン膜、第2の絶縁膜が
順次積層された構造であり、その低面が半導体単結晶で
ある溝を形成する工程と、前記溝内の前記多結晶シリコ
ン膜を選択的に直接エッチングすることにより、前記溝
内の前記多結晶シリコン膜が、前記溝の側面より後退し
た形状とする工程と、前記溝内に前記底面の前記半導体
単結晶を種として、選択的に半導体単結晶層を形成する
工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A semiconductor single crystal substrate has a structure in which a first insulating film, a polycrystalline silicon film, and a second insulating film are sequentially laminated on one main surface of a main surface of the semiconductor single crystal substrate. A step of forming a groove which is a crystal, and a direct etching of the polycrystalline silicon film in the groove to make the polycrystalline silicon film in the groove recede from the side surface of the groove. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of selectively forming a semiconductor single crystal layer in the groove using the semiconductor single crystal of the bottom surface as a seed.
JP62058019A 1987-03-13 1987-03-13 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Lifetime JPH069210B2 (en)

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JPH0626215B2 (en) * 1985-10-08 1994-04-06 モトロ−ラ・インコ−ポレ−テツド Polycrystalline sidewall contact transistor, integrated circuit and manufacturing method thereof

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