JP3053831B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3053831B2 JP2032447A JP3244790A JP3053831B2 JP 3053831 B2 JP3053831 B2 JP 3053831B2 JP 2032447 A JP2032447 A JP 2032447A JP 3244790 A JP3244790 A JP 3244790A JP 3053831 B2 JP3053831 B2 JP 3053831B2
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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に係り、特に電極取出し部の高密
度化を図った自己整合型バイポーラトランジスタ、およ
びBiCMOSトランジスタに好適な半導体装置およびその製
造方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device suitable for a self-aligned bipolar transistor and a BiCMOS transistor in which the density of an electrode extraction portion is increased, and manufacturing thereof. About the method.

(従来の技術) バイポーラトランジスタの高速化を図るためには、遮
断周波数fTの向上、コレクタ・ベース接合容量、素子間
分離容量等の低減、およびベース抵抗等の寄生素子の低
減が重要である。
To increase the speed of the (prior art) bipolar transistors, the improvement of the cutoff frequency f T, collector-base junction capacitance, reduced such element isolation capacity, and reduce the parasitic elements of the base resistance and the like are important .

寄生素子を低減するためには、微細なパターン加工技
術、高精度な位置合せ技術がリソグラフィに要求される
が、パターン加工技術に関してはパターン寸法がサブミ
クロンオーダにまで進展して来ており、事実上、ホトリ
ソグラフィのマスク合せ精度が半導体素子領域の微細化
および高速化を進める上での障害となってきている。
To reduce parasitic elements, fine pattern processing technology and high-precision alignment technology are required for lithography, but with pattern processing technology, pattern dimensions have evolved to the submicron order. In addition, the mask alignment accuracy of photolithography has been an obstacle in miniaturizing and increasing the speed of the semiconductor element region.

第4図はバイポーラトランジスタが構成された半導体
装置の従来技術の断面図である。同図において、N型半
導体基板41の主表面にはP型半導体領域43およびN型半
導体領域44が形成され、半導体基板41、P型領域43およ
びN型領域44は、それぞれコレクタ領域、ベース領域、
およびエミッタ領域として機能する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device having a bipolar transistor. In the figure, a P-type semiconductor region 43 and an N-type semiconductor region 44 are formed on a main surface of an N-type semiconductor substrate 41, and the semiconductor substrate 41, the P-type region 43 and the N-type region 44 are respectively composed of a collector region and a base region. ,
And function as an emitter region.

半導体基板41の表面には、ベース領域43の外縁部上の
位置より外方に絶縁膜45が形成され、絶縁膜45上には、
前記ベース領域43と接続して延長された多結晶半導体層
46が形成され、多結晶半導体層46、ベース領域43上で多
結晶半導体層46の存在しない領域、および絶縁膜45上で
多結晶半導体層46の存在しない領域上には、エミッタ領
域44の外縁部上の位置より外方に絶縁層47が形成されて
いる。
On the surface of the semiconductor substrate 41, an insulating film 45 is formed outside the position on the outer edge of the base region 43, and on the insulating film 45,
Polycrystalline semiconductor layer extended in connection with the base region 43
46 is formed, a polycrystalline semiconductor layer 46, a region where the polycrystalline semiconductor layer 46 does not exist on the base region 43, and a region where the polycrystalline semiconductor layer 46 does not exist on the insulating film 45 have outer edges of the emitter region 44. An insulating layer 47 is formed outside the position on the part.

また、絶縁膜45上に延長して形成された多結晶半導体
層46表面の絶縁層47には窓48が穿設され、該窓48を介し
て多結晶半導体層46と接続されるように外部ベース電極
40が形成される。
In addition, a window 48 is formed in the insulating layer 47 on the surface of the polycrystalline semiconductor layer 46 formed so as to extend on the insulating film 45, and an external device is connected to the polycrystalline semiconductor layer 46 through the window 48. Base electrode
40 are formed.

このような構造によれば、ベース電極40がベース領域
43の領域外で多結晶半導体層46を介してベース領域43と
接続されるので、ベース領域43に直接ベース電極を接続
する場合に比較してベース領域43の面積を小さくするこ
とができる。
According to such a structure, the base electrode 40 is
Since the base region 43 is connected to the base region 43 via the polycrystalline semiconductor layer 46 outside the region 43, the area of the base region 43 can be reduced as compared with a case where a base electrode is directly connected to the base region 43.

ところが、このような構造では多結晶半導体層46が、
基板41表面に多結晶半導体層を形成した後にこれをエッ
チング処理することによって形成されるため、ベース領
域43上に占める多結晶半導体層46の面積が比較的大きく
なることを余儀なくされ、これが集積度を向上させるう
えでの障害となる。しかも、接合容量が比較的大きくな
ることを余儀なくされるので、動作速度を向上させるこ
とが難しいという問題があった。
However, in such a structure, the polycrystalline semiconductor layer 46
Since the polycrystalline semiconductor layer is formed by etching after forming the polycrystalline semiconductor layer on the surface of the substrate 41, the area of the polycrystalline semiconductor layer 46 occupying the base region 43 must be relatively large. Is an obstacle to improving In addition, there is a problem that it is difficult to improve the operation speed because the junction capacitance is required to be relatively large.

また、同様の理由から、ベース領域43上に占める絶縁
層47の面積も大きくなってしまい、これも面積を縮小す
る上での障害となってしまうという問題があった。
In addition, for the same reason, the area of the insulating layer 47 occupying the base region 43 also becomes large, which also poses a problem in reducing the area.

これらの問題を解決する技術に関しては、例えば特公
昭55−26630号公報および特公昭55−27469号公報、ある
いは電子情報通信学会、電子情報通信学会技術研究報告
(Vol.89.No.141)第33頁から第37頁において論じられ
ている。
Regarding the technology for solving these problems, for example, Japanese Patent Publication No. 55-26630 and Japanese Patent Publication No. 55-27469, or IEICE Technical Report (Vol.89.No.141) It is discussed on pages 33-37.

以下、第2図を参照して、これらのうち特公昭55−26
630号公報および特公昭55−27469号公報において論じら
れている従来技術を説明する。
Hereinafter, with reference to FIG.
The prior art discussed in Japanese Patent Publication No. 630 and Japanese Patent Publication No. 55-27469 will be described.

まず、P型基板1上にN+層2およびN層3が形成され
たシリコン基板100の表面にSiO2酸化膜4bを形成し、さ
らに、通常のLOCOS法による選択酸化によって素子分離
用のフィールド絶縁膜4aを形成する。なお、以下の説明
では、フィールド絶縁膜4aおよびSiO2酸化膜4bを合せて
単に酸化膜4と表現する場合もある。
First, an SiO 2 oxide film 4b is formed on the surface of a silicon substrate 100 on which an N + layer 2 and an N layer 3 are formed on a P-type substrate 1, and a field for element isolation is performed by selective oxidation by a normal LOCOS method. An insulating film 4a is formed. In the following description, the field insulating film 4a and the SiO 2 oxide film 4b may be simply referred to as the oxide film 4 in some cases.

次いで、酸化膜4の表面にSi3N4膜20を形成し、さら
に、全面にポリシリコン21を堆積した後、後にベースお
よびエミッタとなる領域を開口する[同図(a)]。
Next, a Si 3 N 4 film 20 is formed on the surface of the oxide film 4, and further, polysilicon 21 is deposited on the entire surface, and thereafter, a region to be a base and an emitter is opened [FIG.

次いで、ポリシリコン21にP型不純物のボロンをイオ
ン打ち込み等によってドープした後に表面を酸化して酸
化膜22を形成し、さらに、Si3N4膜20および酸化膜4b
を、アンダーカットが生じるようにサイドエッチングし
た後に、前記アンダーカット部分を含む全面にポリシリ
コン23をさらに堆積する[同図(b)]。
Next, after doping the polysilicon 21 with boron as a P-type impurity by ion implantation or the like, the surface is oxidized to form an oxide film 22. Further, the Si 3 N 4 film 20 and the oxide film 4b are formed.
Is subjected to side etching so that an undercut occurs, and then polysilicon 23 is further deposited on the entire surface including the undercut portion [FIG.

次いで、シリコン基板100のN層3が露出するまでポ
リシリコン23をエッチングする[同図(c)]。このと
き、後に詳述するように、ポリシリコン23(21)とN層
3とが同一素材であるためにエッチングをその界面で止
めることはできず、N層3の一部もエッチングされてし
まう。
Next, the polysilicon 23 is etched until the N layer 3 of the silicon substrate 100 is exposed [FIG. At this time, as described later in detail, since the polysilicon 23 (21) and the N layer 3 are made of the same material, the etching cannot be stopped at the interface, and a part of the N layer 3 is also etched. .

次いで、熱酸化処理によって表面を酸化して酸化膜22
aを形成する。このとき、ポリシリコン21と半導体基板1
00のN層3とが接する部分では、ポリシリコン21内のP
型不純物がN層3に導入されて外部ベース領域となるP+
領域26が形成される[同図(d)]。
Next, the surface is oxidized by a thermal oxidation treatment to form an oxide film 22.
Form a. At this time, the polysilicon 21 and the semiconductor substrate 1
In the portion where the N layer 3 contacts the N layer 3, the P
Type impurity is introduced into N layer 3 to form an external base region of P +
An area 26 is formed [FIG.

次いで、酸化膜22aの上からボロンイオンを打ち込ん
で真性ベース領域24を形成し、さらに、エミッタ領域が
形成される部分の酸化膜22aを開口した後に、ヒ素等の
N型不純物を含むポリシリコン27を形成し、その後、ポ
リシリコン27を不純物源とするN型不純物の拡散処理に
よってエミッタ領域25を形成し[同図(e)]、その後
は、従来技術と同様にしてベース電極、エミッタ電極取
り出し用開口部を設けて外部配線を行い、バイポーラト
ランジスタを完成する。
Then, boron ions are implanted from above the oxide film 22a to form an intrinsic base region 24. Further, after opening the oxide film 22a in a portion where the emitter region is formed, a polysilicon 27 containing an N-type impurity such as arsenic is formed. After that, an emitter region 25 is formed by an N-type impurity diffusion process using the polysilicon 27 as an impurity source [FIG. 3 (e)]. Thereafter, a base electrode and an emitter electrode are taken out in the same manner as in the prior art. An opening is provided and external wiring is performed to complete a bipolar transistor.

このような従来技術によれば、外部ベース領域26が自
己整合的に形成されるので、外部ベース領域26の幅は前
記Si3N4膜20および酸化膜4bのサイドエッチング量によ
って決定され、その幅を縮小することは極めて容易であ
る。したがって、外部ベース領域26の面積を小さくする
ことができるのでコレクタ・ベース間接合容量が小さく
なる。
According to such a conventional technique, since the external base region 26 is formed in a self-aligned manner, the width of the external base region 26 is determined by the side etching amount of the Si 3 N 4 film 20 and the oxide film 4b. It is very easy to reduce the width. Therefore, since the area of the external base region 26 can be reduced, the junction capacitance between the collector and the base is reduced.

さらに、その製造方法を見れば、同図(a)の工程で
ポリシリコン21を開口する場合のただ1回だけのリソグ
ラフィエ程でバイポーラトランジスタの構成が得られる
ので、製造工程を簡略化することができる。
Further, according to the manufacturing method, the structure of the bipolar transistor can be obtained by only one lithography step when the polysilicon 21 is opened in the step of FIG. Can be.

一方、第3図は前記電子情報通信学会技術研究報告に
記載されたバイポーラトランジスタの断面図であり、第
2図と同一の符号は同一または同等部分を表している。
On the other hand, FIG. 3 is a cross-sectional view of the bipolar transistor described in the IEICE technical report, and the same reference numerals as those in FIG. 2 represent the same or equivalent parts.

この従来技術では、前記第2図の(a)工程と同様に
して絶縁膜4を形成した後に外部ベース領域を含む活性
領域の絶縁膜を取り除き、その後、ポリシリコン6、シ
リコン酸化膜7を堆積し、ベース領域およびエミッタ領
域となる部分を開口する。この時点での構造は前記
(c)工程とほぼ同様である。
In this prior art, after forming the insulating film 4 in the same manner as in the step (a) of FIG. 2, the insulating film in the active region including the external base region is removed, and then the polysilicon 6 and the silicon oxide film 7 are deposited. Then, an opening is formed in a portion serving as a base region and an emitter region. The structure at this point is almost the same as the above-mentioned step (c).

その後、ポリシリコン6およびシリコン酸化膜7を、
半導体基板100のN層3が露出するまでエッチングし、
その後、前記と同様にしてベース領域24を形成した後に
サイドウォール10を形成する。
After that, the polysilicon 6 and the silicon oxide film 7 are
Etching until the N layer 3 of the semiconductor substrate 100 is exposed,
Thereafter, after forming the base region 24 in the same manner as described above, the sidewall 10 is formed.

次いで、全面にポリシリコン11を形成した後に、該ポ
リシリコン11を不純物源とするN型不純物の拡散処理に
よってエミッタ領域25を形成してバイポーラトランジス
タを完成する。
Next, after the polysilicon 11 is formed on the entire surface, the emitter region 25 is formed by an N-type impurity diffusion process using the polysilicon 11 as an impurity source to complete the bipolar transistor.

(発明が解決しようとする課題) 上記した従来のバイポーラトランジスタでは、いずれ
の場合もポリシリコン半導体層23又は6を、単結晶シリ
コンからなる半導体基板100のエミッタ領域または真性
ベース領域の真上でエッチングする方法が不可欠であ
る。
(Problems to be Solved by the Invention) In the above-described conventional bipolar transistor, in any case, the polysilicon semiconductor layer 23 or 6 is etched just above the emitter region or the intrinsic base region of the semiconductor substrate 100 made of single crystal silicon. How to do is essential.

このようなエッチング方法によれば、第2図の工程
(C)で説明したように、ポリシリコン23をエッチング
する際に半導体基板100の一部も同時にオーバエッチン
グされてしまうため、第2図(e)に丸印で囲って示し
たように、エミッタ領域25および真性ベース領域24の表
面の位置がポリシリコン21と半導体基板100との界面よ
りも下方になり、外部ベース領域26と真性ベース領域24
との接続断面積が減少し、ベース抵抗の増大を引き起こ
して高速化を妨げるという問題がある。
According to such an etching method, as described in the step (C) of FIG. 2, when the polysilicon 23 is etched, a part of the semiconductor substrate 100 is simultaneously over-etched. e), the positions of the surfaces of the emitter region 25 and the intrinsic base region 24 are below the interface between the polysilicon 21 and the semiconductor substrate 100, and the external base region 26 and the intrinsic base region twenty four
However, there is a problem in that the connection cross-sectional area with the semiconductor device decreases, causing an increase in base resistance and hindering high speed operation.

熱処理の増強によって外部ベース領域26をさらに下方
まで引延して形成することによって解決する方法もある
が、外部ベース領域26の深さを増すと接合容量が増大
し、さらにはベース・コレクタ間の耐圧が劣化するなど
の他の問題が発生してバイポーラトランジスタの特性を
著しく低下させてしまう。
There is a solution to this problem by extending the external base region 26 further downward by increasing the heat treatment.However, increasing the depth of the external base region 26 increases the junction capacitance, and further increases the distance between the base and collector. Other problems such as deterioration of the breakdown voltage occur, and the characteristics of the bipolar transistor are remarkably deteriorated.

ここで、上記した従来技術でのシリコン半導体基板の
シリコン削れ量は次のようになる。
Here, the silicon shaving amount of the silicon semiconductor substrate in the above-described conventional technology is as follows.

ポリシリコンのエッチングには、Cl2ガスあるいはCCl
4系ガスを用いたリアクティブイオンエッチング法が採
用され、一般的に、上記の条件下で1000Å/分程度のエ
ッチング速度を持つ条件が選択される。
For etching of polysilicon, Cl 2 gas or CCl
A reactive ion etching method using a four- system gas is employed, and generally, a condition having an etching rate of about 1000 ° / min under the above conditions is selected.

また、第2図の工程(c)で説明したように、ポリシ
リコン23をエッチングする際にはシリコン酸化膜22上に
ポリシリコン残りが生じないようにするためにはオーバ
エッチングする必要があり、このオーバエッチング量は
シリコン半導体基板上の状態によって異なるが、必要な
エッチング量の約10〜15%程度の条件が選択される。
Further, as described in the step (c) of FIG. 2, when the polysilicon 23 is etched, it is necessary to perform over-etching so that no polysilicon remains on the silicon oxide film 22, The amount of over-etching varies depending on the state on the silicon semiconductor substrate, but a condition of about 10 to 15% of the required amount of etching is selected.

しかも、ドライエッチング装置の機構等によって異な
るものの、シリコン半導体基板内でのエッチング量には
面内分布が生じ、この結果上記した従来技術では、シリ
コン削れ量は100Å〜500Å程度生じることを余儀なくさ
れ、これが高速化の大きな妨げとなる。
Moreover, although different depending on the mechanism of the dry etching apparatus, the in-plane distribution occurs in the etching amount in the silicon semiconductor substrate, and as a result, in the above-described conventional technology, the silicon shaving amount is forced to occur in the range of about 100 to 500 °, This greatly hinders speeding up.

しかも、このエッチングは異方性を有するリアクティ
ブイオンエッチング(RIE)やイオンミリングであるた
めに、多結晶シリコンから成るエミッタ領域25や真性ベ
ース領域24中にイオン照射による欠陥(ダメージ)層を
生じさせてしまう。この欠陥層は後で完全に除去するこ
とが不可能であり、例えばエミッタ・ベース間の接合リ
ーク電流を増大させるなどの問題を生じさせる。
Moreover, since this etching is reactive ion etching (RIE) or ion milling having anisotropy, a defect (damage) layer due to ion irradiation is generated in the emitter region 25 and the intrinsic base region 24 made of polycrystalline silicon. Let me do it. This defective layer cannot be completely removed later, and causes problems such as an increase in junction leakage current between the emitter and the base.

以下に、オーバエッチングがもたらすベース抵抗の増
大およびそれによる高速化の妨げについて具体的に説明
する。
Hereinafter, the increase in the base resistance caused by over-etching and the hindrance to the increase in the speed due to the over-etching will be specifically described.

第5図は、ベース領域およびエミッタ領域となる基板
表面の、エッチングによるシリコンの削れ量とベース抵
抗との一般的な関係を表した図であり、シリコンの削れ
量に比例してベース抵抗が増大することが理解できる。
FIG. 5 is a diagram showing a general relationship between the amount of silicon shaved by etching and the base resistance of the substrate surface serving as the base region and the emitter region, and the base resistance increases in proportion to the amount of silicon shaved. I can understand.

また、第6図は、ECL(Emitter Coupled Logic)の基
本ゲート回路により求めたベース抵抗と遅延時間との関
係を示した図であり、ベース抵抗が増大するにしたがっ
て遅延時間が増大することが理解できる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the base resistance and the delay time obtained by the basic gate circuit of ECL (Emitter Coupled Logic), and it is understood that the delay time increases as the base resistance increases. it can.

このように、シリコン崩れはベース抵抗の増大をまね
き、高速化の大きな障害になる。
As described above, the silicon collapse leads to an increase in the base resistance, which is a major obstacle to speeding up.

一方、第3図に関して説明した従来例では、活性領域
の酸化膜を全て除去してしまうために、外部ベース領域
26とN型層3との接合30がフィールド絶縁膜4aに接する
ようになる。
On the other hand, in the conventional example described with reference to FIG. 3, since the oxide film in the active region is completely removed,
The junction 30 between 26 and the N-type layer 3 comes into contact with the field insulating film 4a.

一般的に、フィールド絶縁膜4aはSi3N4膜をマスクと
して局部的に熱酸化して形成されるためにフィールド絶
縁膜4aには熱歪が残留しており、この熱歪によって接合
30が劣化してリーク電流が増大し、バイポーラトランジ
スタの特性が劣化してしまうという問題が発生する。
Generally, the field insulating film 4a is formed by local thermal oxidation using the Si 3 N 4 film as a mask, so that thermal strain remains in the field insulating film 4a, and the thermal strain causes bonding.
30 deteriorates, the leak current increases, and the problem that the characteristics of the bipolar transistor deteriorate occurs.

なお、単結晶半導体基板上に絶縁膜を形成し、当該絶
縁膜に設けた開口部内で当該単結晶半導体基板上に半導
体層をエピタキシャル成長させて半導体装置を製造する
技術は、例えば特開平2−30144号公報あるいは特開昭6
4−33920号公報に開示されている。しかしながら、上記
したオーバエッチングに伴う問題や、この問題に対する
配慮の必要性については示唆されていない。
Note that a technique for manufacturing a semiconductor device by forming an insulating film on a single crystal semiconductor substrate and epitaxially growing a semiconductor layer on the single crystal semiconductor substrate in an opening provided in the insulating film is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-30144. Publication No.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-33920. However, there is no suggestion as to the problem associated with the above-described over-etching or the necessity of considering this problem.

本発明の目的は、以上に述べた問題点を解決して、高
集積化が可能で、かつ特性の優れた半導体装置およびそ
の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the problems described above and to provide a semiconductor device which can be highly integrated and has excellent characteristics and a method for manufacturing the same.

(課題を解決するための手段) 上記した目的を達成するために、本発明では以下のよ
うな手段を講じた。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention has taken the following measures.

(1)単結晶半導体基板の表面に、開口部を有する第1
の絶縁膜を有し、前記開口部において、前記単結晶半導
体基板上に前記第1の絶縁膜の表面位置と略同一となる
まで成長させた単結晶半導体層に半導体素子を形成して
なる半導体装置であって、前記開口部内の外周部におい
て前記単結晶半導体層と接続されて外方に延長された半
導体層を設け、これを前記半導体素子の引き出し電極と
して機能させるようにした。
(1) First having an opening on the surface of a single crystal semiconductor substrate
Comprising a semiconductor element formed in a single-crystal semiconductor layer grown on the single-crystal semiconductor substrate in the opening to a position substantially equal to a surface position of the first insulating film. In the device, a semiconductor layer connected to the single crystal semiconductor layer and extending outward is provided at an outer peripheral portion inside the opening, and this is made to function as a lead electrode of the semiconductor element.

さらに、本発明では上記した構成の半導体装置を提供
するために、以下のような製造工程を設けた点に特徴が
ある。
Further, the present invention is characterized in that the following manufacturing steps are provided in order to provide the semiconductor device having the above-described configuration.

(3)単結晶半導体基板の主表面に絶縁膜を形成する工
程と、 前記絶縁膜に第1の開口を穿設する工程と、 前記第1の開口部内の前記単結晶半導体基板上に、少
なくとも前記絶縁膜の表面位置と略同一となるまで単結
晶半導体を一体化するように成長されて単結晶成長層を
形成する工程と、 前記単結晶半導体基板と単結晶成長層とを一体化して
成る一体化単結晶層内にバイポーラトランジスタを形成
する工程とを設けた。
(3) a step of forming an insulating film on the main surface of the single crystal semiconductor substrate; a step of forming a first opening in the insulating film; and at least a step of forming a first opening on the single crystal semiconductor substrate in the first opening. Forming a single-crystal growth layer by integrating the single-crystal semiconductor until the surface position of the insulating film is substantially the same as the surface position of the insulating film; and integrating the single-crystal semiconductor substrate and the single-crystal growth layer. Forming a bipolar transistor in the integrated single crystal layer.

(4)単結晶半導体基板の主表面に形成された第1導電
型の単結晶半導体領域上に、絶縁膜、第2導電型の半導
体層、および絶縁層を順次形成する工程と、 絶縁層および第1の半導体層に、絶縁膜まで達する第
1の開口を穿設する工程と、 前記絶縁膜を選択的にエッチングし、前記単結晶半導
体領域と第1の半導体層との間の前記第1の開口部に臨
む側面に、該絶縁膜がサイドエッチングされることによ
るアンダーカット部を形成する工程と、 前記アンダーカット部を含む単結晶半導体領域上に、
少なくとも前記絶縁膜の表面位置と略同一となるまで単
結晶半導体を一体化するように成長させて、前記第1の
半導体層と接続される単結晶成長層を形成する工程と、 前記第1の開口部内の側面にサイドウォールを形成す
る工程と、 前記単結晶半導体領域と単結晶成長層とを一体化して
成り、前記第1の開口部の底部で露出した一体化単結晶
層に第2導電型の不純物を導入する工程と、 熱処理により前記不純物を活性化して真性ベース領域
を形成すると共に、前記第1の半導体層内の不純物を前
記一体化単結晶層に導入して、前記真性ベース領域と連
結される外部ベース領域を形成する工程と、 前記第1の開口部内の領域を含む全面に第1導電型の
第2の半導体層を形成した後に、該半導体層内の第1導
電型不純物を真性ベース領域に導入してエミッタ領域を
形成する工程とを設けた。
(4) a step of sequentially forming an insulating film, a second conductive type semiconductor layer, and an insulating layer on the first conductive type single crystal semiconductor region formed on the main surface of the single crystal semiconductor substrate; Forming a first opening reaching the insulating film in the first semiconductor layer; selectively etching the insulating film to form a first opening between the single crystal semiconductor region and the first semiconductor layer; Forming an undercut portion on the side surface facing the opening of the insulating film by side-etching the insulating film; and on a single crystal semiconductor region including the undercut portion,
A step of growing a single crystal semiconductor so as to be integrated at least until it is substantially the same as the surface position of the insulating film to form a single crystal growth layer connected to the first semiconductor layer; Forming a sidewall on a side surface in the opening; integrating the single crystal semiconductor region and the single crystal growth layer; forming a second conductive layer on the integrated single crystal layer exposed at the bottom of the first opening; Introducing an impurity of a mold type; activating the impurity by heat treatment to form an intrinsic base region; introducing an impurity in the first semiconductor layer into the integrated single crystal layer; Forming an external base region connected to the first conductive type, and forming a first conductive type second semiconductor layer on the entire surface including the region in the first opening, and then forming a first conductive type impurity in the semiconductor layer. Into the intrinsic base domain Forming an emitter region.

(5)前記真性ベース領域の主要部にゲルマニウムを導
入する工程をさらに設けた。
(5) A step of introducing germanium into a main portion of the intrinsic base region is further provided.

(6)単結晶半導体基板の主表面に絶縁膜を形成する工
程と、 前記絶縁膜に第1の開口を穿設する工程と、 前記第1の開口部内の前記単結晶半導体基板上に、少
なくとも前記絶縁膜の表面位置と略同一となるまで単結
晶半導体を一体化するように成長させて単結晶成長層を
形成する工程と、 前記単結晶半導体基板と単結晶成長層とを一体化して
成る一体化単結晶層の少なくとも表面を酸化して酸化絶
縁膜を形成する工程と、 前記一体化単結晶層内に、前記酸化絶縁膜をゲート絶
縁膜とするMOSトランジスタを形成する工程とを設け
た。
(6) a step of forming an insulating film on the main surface of the single crystal semiconductor substrate; a step of forming a first opening in the insulating film; and at least a step of forming a first opening on the single crystal semiconductor substrate in the first opening. Forming a single-crystal growth layer by integrating the single-crystal semiconductor until the surface position of the insulating film becomes substantially the same as the surface position of the insulating film; and integrating the single-crystal semiconductor substrate and the single-crystal growth layer. A step of oxidizing at least a surface of the integrated single crystal layer to form an oxide insulating film; and a step of forming a MOS transistor having the oxide insulating film as a gate insulating film in the integrated single crystal layer. .

(7)第1導電型の単結晶半導体基板の主表面に、絶縁
膜、第2導電型の半導体層、および絶縁層を順次形成す
る工程と、 前記絶縁層および半導体層に、絶縁膜まで達する溝を
穿設して間隙部を形成し、該絶縁層と半導体層との積層
を、第1の半導体層と第1の絶縁層との積層、および第
2の半導体層と第2の絶縁層との積層とに分離する工程
と、 前記間隙部において絶縁膜を選択的にエッチングし、
前記単結晶半導体基板と第1および第2の半導体層との
間の前記溝を臨む側面に、該絶縁膜がサイドエッチング
されることによりアンダーカッド部を形成する工程と、 前記アンダーカット部を含む単結晶半導体基板上に、
少なくとも前記絶縁膜の表面位置と略同一となるまで単
結晶半導体を一体化するように成長させて、前記第1お
よび第2の半導体層と接続される単結晶成長層を形成す
る工程と、 前記単結晶半導体基板と単結晶成長層とを一体化して
成る一体化単結晶層の、少なくとも溝部で露出した表面
を酸化して酸化絶縁膜を形成すると共に、前記第1およ
び第2の半導体層内の不純物を該一体化単結晶層に導入
してソース・ドレイン領域領域を形成する工程と、 前記溝の側面にサイドウォールを形成する工程と、 前記溝内の領域を含む全面に第3の半導体層を形成す
る工程と、 該第3の半導体層にゲート電極を接続する工程と設け
た。
(7) a step of sequentially forming an insulating film, a second conductive type semiconductor layer, and an insulating layer on the main surface of the first conductivity type single crystal semiconductor substrate; and reaching the insulating layer and the semiconductor layer to the insulating film. A groove is formed to form a gap, and the insulating layer and the semiconductor layer are stacked, the first semiconductor layer and the first insulating layer are stacked, and the second semiconductor layer and the second insulating layer are stacked. And selectively etching the insulating film in the gap,
Forming an under-quad portion by side-etching the insulating film on a side surface facing the groove between the single-crystal semiconductor substrate and the first and second semiconductor layers; On a single crystal semiconductor substrate,
Forming a single crystal growth layer connected to the first and second semiconductor layers by growing the single crystal semiconductor so as to be integrated at least until the surface position of the insulating film becomes substantially the same; At least the surface of the integrated single crystal layer formed by integrating the single crystal semiconductor substrate and the single crystal growth layer, which is exposed at the groove, is oxidized to form an oxide insulating film, and the inside of the first and second semiconductor layers is formed. Forming a source / drain region region by introducing an impurity of the formula (1) into the integrated single crystal layer; forming a sidewall on a side surface of the groove; and forming a third semiconductor on the entire surface including a region in the groove. A step of forming a layer; and a step of connecting a gate electrode to the third semiconductor layer.

(2)単結晶半導体基板の表面に、開口部を有する第1
の絶縁膜を有し、前記開口部において、前記単結晶半導
体基板上に前記第1の絶縁膜の表面位置と略同一となる
まで成長させた単結晶半導体層の一部を酸化して得られ
た絶縁膜をゲート絶縁膜とする電界効果型半導体素子を
形成してなる半導体装置であって、前記開口部内の外周
部において前記単結晶半導体層と接続されて外方に延長
された半導体層を設け、これを前記電界効果型半導体素
子の引き出し電極として機能させるようにした。
(2) First having an opening in the surface of the single crystal semiconductor substrate
Obtained by oxidizing a part of the single crystal semiconductor layer which has been grown on the single crystal semiconductor substrate in the opening until it is substantially the same as the surface position of the first insulating film in the opening. A semiconductor device formed with a field-effect semiconductor element using the insulating film as a gate insulating film, wherein a semiconductor layer connected to the single crystal semiconductor layer and extending outward at an outer peripheral portion within the opening is formed. This was made to function as a lead electrode of the field effect type semiconductor element.

(作用) 上記した(1)の構成によれば、新たに成長させた単
結晶半導体層に半導体装置が形成されるので、エッチン
グによる悪影響を受けずに特性の優れたバイポーラトラ
ンジスタを提供できるようになる。
(Operation) According to the above configuration (1), since a semiconductor device is formed in a newly grown single crystal semiconductor layer, it is possible to provide a bipolar transistor having excellent characteristics without being adversely affected by etching. Become.

上記した(2)の構成によれば、前記した(1)と同
様の製造方法によってMOSトランジスタを製造すること
ができるので、BiCMOSに適用すれば、バイポーラトラン
ジスタとMOSトランジスタとを同時に形成できるように
なり、その製造工程を簡略化できる。
According to the above configuration (2), a MOS transistor can be manufactured by the same manufacturing method as in the above (1). Therefore, when applied to BiCMOS, a bipolar transistor and a MOS transistor can be formed simultaneously. Therefore, the manufacturing process can be simplified.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例であるバイポーラトランジ
スタの製造方法を説明するための主要部の断面図であ
り、第2図または第4図と同一の符号は同一または同等
部分を表している。
FIG. 1 is a sectional view of a main part for describing a method of manufacturing a bipolar transistor according to one embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 2 or FIG. 4 represent the same or equivalent parts. .

まず、第2図に関して説明した場合と同様にして、半
導体基板100の表面にシリコン酸化膜4bおよびフィール
ド絶縁膜4aを形成する[同図(a)]。
First, a silicon oxide film 4b and a field insulating film 4a are formed on the surface of the semiconductor substrate 100 in the same manner as described with reference to FIG. 2 (FIG. 2A).

次いで、例えばCVD法によってポリシリコン膜6を100
0Åの厚さに堆積する。このポリシリコン膜6には、イ
オン打ち込みによって例えばP型不純物としてボロンイ
オンを1×1020atoms/cm2程度導入する。
Then, for example, the polysilicon film 6 is
Deposit to a thickness of 0 mm. For example, boron ions of about 1 × 10 20 atoms / cm 2 as P-type impurities are introduced into the polysilicon film 6 by ion implantation.

さらに、タングステンシリサイド(WSi2)などの高融
点金属合金5を、例えばCVD法によって2000Åの厚さに
堆積し、さらに、シリコン酸化膜8を、例えばCVD法に
よって2000Åの厚さに堆積する[同図(b)]。
Further, a refractory metal alloy 5 such as tungsten silicide (WSi 2 ) is deposited to a thickness of 2000 ° by, for example, a CVD method, and a silicon oxide film 8 is deposited to a thickness of 2000 ° by, for example, a CVD method. Fig. (B)].

次いで、例えばフォトエッチング法およびリアクティ
ブイオンエッチング法を用いたエッチング処理によっ
て、シリコン酸化膜8、高融点金属合金膜5、およびポ
リシリコン膜6を順次エッチングし、所望の形状に加工
する[同図(c)]。
Next, the silicon oxide film 8, the refractory metal alloy film 5, and the polysilicon film 6 are sequentially etched by, for example, an etching process using a photoetching method and a reactive ion etching method, and processed into a desired shape [FIG. (C)].

このとき、シリコン半導体基板100とポリシリコン膜
6との間にはシリコン酸化膜4bが介在しており、前記エ
ッチング処理によりシリコン半導体基板100のダメー
ジ、削れ等は皆無である。
At this time, the silicon oxide film 4b is interposed between the silicon semiconductor substrate 100 and the polysilicon film 6, and the silicon semiconductor substrate 100 is not damaged or scraped by the etching process.

なお、前記高融点金属合金膜5は配線(外部ベース配
線)抵抗の低減を目的として設けるものであり、特にそ
の必要が無い場合には設けなくても良い。
The refractory metal alloy film 5 is provided for the purpose of reducing the wiring (external base wiring) resistance, and may not be provided unless it is particularly necessary.

次いで、シリコン酸化膜4bを、例えばふっ酸水溶液で
処理してアンダーカットが生じるようにエッチングする
[同図(d)]。
Next, the silicon oxide film 4b is treated with, for example, a hydrofluoric acid aqueous solution and etched so as to generate an undercut [FIG.

次いで、前記アンダーカット部を含む半導体基板100
上にシリコン単結晶3aを100Å〜1000Åの厚さで、半導
体基板100の一体化するように成長させる[同図
(e)]。これは本発明の大きな特徴の1つである。
Next, the semiconductor substrate 100 including the undercut portion
A silicon single crystal 3a is grown thereon to a thickness of 100 to 1000 mm so as to be integrated with the semiconductor substrate 100 [FIG. This is one of the major features of the present invention.

このシリコン単結晶3aの成長は、例えばSiH2Cl2−H2
−HClガス系で温度900℃、圧力50Torr以下の条件で行わ
れる。
The growth of the silicon single crystal 3a is performed, for example, by using SiH 2 Cl 2 -H 2
This is carried out in a HCl gas system at a temperature of 900 ° C. and a pressure of 50 Torr or less.

次いで、例えばCVD法によってシリコン酸化膜を全面
に堆積したのちにリアクティブイオンエッチング法によ
って該シリコン酸化膜をエッチングし、エミッタとベー
ス分離用のサイドウォール(シリコン酸化膜)10を形成
する。
Next, after depositing a silicon oxide film over the entire surface by, for example, a CVD method, the silicon oxide film is etched by a reactive ion etching method to form a sidewall (silicon oxide film) 10 for separating an emitter and a base.

次いで、半導体基板100とシリコン単結晶3aとを一体
化して成る一体化単結晶層200にイオン打ち込みによっ
てボロンイオンを導入し、さらに熱処理を加えることに
よって真性ベース領域9を形成する。このとき、同時に
ポリシリコン6内のボロン不純物がシリコン基板内に拡
散されて外部ベース領域13が形成され、該ベース領域と
真性ベース領域9とが接続される[同図(f)]。
Next, boron ions are introduced into the integrated single crystal layer 200 formed by integrating the semiconductor substrate 100 and the silicon single crystal 3a by ion implantation, and the heat treatment is further performed to form the intrinsic base region 9. At this time, the boron impurity in the polysilicon 6 is simultaneously diffused into the silicon substrate to form the external base region 13, and the base region and the intrinsic base region 9 are connected [FIG.

次いで、例えばCVD法によってポリシリコン膜11を200
Åの厚さに堆積した後、このポリシリコン膜11中に、例
えばヒ素を60keVのエネルギで1×1016atoms/cm2注入
し、所定の熱処理を加えて活性化すると共に、このポリ
シリコン膜11を不純物源とするN型不純物の拡散処理に
よってエミッタ領域12を形成する。
Next, for example, the polysilicon film 11 is
After being deposited to a thickness of Å, for example, arsenic is implanted into the polysilicon film 11 at a dose of 1 × 10 16 atoms / cm 2 at an energy of 60 keV, and is activated by a predetermined heat treatment. An emitter region 12 is formed by an N-type impurity diffusion process using 11 as an impurity source.

さらに、フォトエッチング法を用いて前記ポリシリコ
ン膜11を、少なくとも同図(f)工程の開口部が覆われ
るような形状にエッチング加工する[同図(g)]。
Further, the polysilicon film 11 is etched using a photoetching method so as to cover at least the opening in the step (f) of FIG.

その後は、従来技術と同様にしてベース電極、エミッ
タ電極取り出し用開口部を設けて外部配線を行い、本発
明によるバイポーラトランジスタが完成する。
Thereafter, an opening for taking out a base electrode and an emitter electrode is provided and external wiring is performed in the same manner as in the prior art, thereby completing the bipolar transistor according to the present invention.

第9図は上記のようにして形成されたバイポーラトラ
ンジスタの平面図であり、第1図と同一の符号は同一ま
たは同等部分を表している。開口部91、92は、それぞれ
ベース電極取り出し用開口部、コレクタ電極取り出し用
開口部を示している。なお、同図では、図を見易くする
ためにポリシリコン11は省略してある。
FIG. 9 is a plan view of the bipolar transistor formed as described above, and the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or equivalent parts. The openings 91 and 92 represent an opening for taking out the base electrode and an opening for taking out the collector electrode, respectively. It should be noted that the polysilicon 11 is omitted in FIG.

本実施例によれば、第1図(c)に示したように、シ
リコン酸化膜8、高融点金属合金膜5、およびポリシリ
コン膜6をエッチングする際に、基板表面にはシリコン
酸化膜4が形成されているために、基板表面のダメー
ジ、削れ等は皆無であり、特性が劣化することがない。
According to this embodiment, as shown in FIG. 1 (c), when the silicon oxide film 8, the high melting point metal alloy film 5, and the polysilicon film 6 are etched, the silicon oxide film 4 is formed on the substrate surface. Is formed, there is no damage or scraping of the substrate surface, and the characteristics are not deteriorated.

また、本実施例によれば、同図(e)、(d)工程で
説明したように、シリコン酸化膜4bを除去した部分に単
結晶シリコンを成長させ、この単結晶シリコンを含めた
領域に真性ベース領域9、エミった領域12を形成するの
で、外部ベース領域13と真性ベース領域9との接続部で
の断面積を十分大きくすることができ、ベース抵抗を低
く保つことができる。
Further, according to the present embodiment, as described in the steps (e) and (d) in the same figure, single-crystal silicon is grown on the portion where the silicon oxide film 4b is removed, and the region including the single-crystal silicon is formed. Since the intrinsic base region 9 and the embossed region 12 are formed, the cross-sectional area at the connection between the external base region 13 and the intrinsic base region 9 can be made sufficiently large, and the base resistance can be kept low.

しかも、アンダーカット部においてポリシリコン6と
外部ベース領域とが接続されるので、その断面積を小さ
くして集積度を向上させることができる。
In addition, since the polysilicon 6 and the external base region are connected in the undercut portion, the cross-sectional area can be reduced and the degree of integration can be improved.

さらに、本実施例によれば、フィールド絶縁膜4aの端
部にシリコン酸化膜4bが一部存在し、ポリシリコン6内
の不純物の拡散が、成長させた単結晶シリコン3aを介し
て行われるために、外部ベース領域13とコレクタ領域で
あるN層3との接合面がフィールド絶縁膜4aと接触せ
ず、ベース・コレクタ間接合耐圧の劣化が生じない。
Furthermore, according to the present embodiment, the silicon oxide film 4b is partially present at the end of the field insulating film 4a, and the diffusion of impurities in the polysilicon 6 is performed through the grown single crystal silicon 3a. In addition, the junction surface between the external base region 13 and the N layer 3 as the collector region does not come into contact with the field insulating film 4a, so that the base-collector junction breakdown voltage does not deteriorate.

第7図は本発明の他の実施例の断面図であり、前記と
同一の符号は同一または同等部分を表している。
FIG. 7 is a sectional view of another embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts.

本実施例の半導体装置の製造方法は、シリコン酸化膜
4bをサイドエッチングし、その部分に単結晶シリコンを
成長させるまでの工程は前記と同様なので、その説明は
省略する。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes a silicon oxide film
The steps from the side etching of 4b to the growth of single-crystal silicon on that portion are the same as those described above, and therefore the description thereof will be omitted.

本実施例では、単結晶シリコンの成長が終了すると、
イオン打ち込み等によってベース領域となる部分にゲル
マニウムを注入してゲルマニウム領域70を形成する。な
お、ゲルマニウムの含有量は約10%である。
In this embodiment, when the growth of the single crystal silicon is completed,
Germanium is implanted into a portion serving as a base region by ion implantation or the like to form a germanium region 70. The germanium content is about 10%.

ゲルマニウムのイオン打ち込みが終了したならば、熱
処理を加えることによってポリシリコン6内のボロン不
純物がシリコン基板内に拡散されて外部ベース領域13が
形成され、さらに、ポリシリコン膜11を200Åの厚さに
堆積した後、このポリシリコン膜中に、例えばヒ素を60
keVのエネルギで1×1016atoms/cm2注入し、所定の熱処
理を加えてポリシリコン膜11を不純物源とするN型不純
物の拡散処理によってN+エミッタ領域12を形成する。
After the ion implantation of germanium is completed, the heat treatment is performed to diffuse the boron impurities in the polysilicon 6 into the silicon substrate, thereby forming the external base region 13. Further, the polysilicon film 11 is reduced to a thickness of 200 mm. After deposition, for example, arsenic is
Implantation of 1 × 10 16 atoms / cm 2 is performed at an energy of keV, a predetermined heat treatment is applied, and an N + emitter region 12 is formed by an N type impurity diffusion process using the polysilicon film 11 as an impurity source.

なお、上記した説明では、ゲルマニウムをイオン打ち
込みによって導入するものとして説明したが、サイドエ
ッチング終了後に、シリコン−ゲルマニウム−シリコン
と連続してエピタキシャル成長させるようにしても良
い。
In the above description, germanium is introduced by ion implantation. However, after the side etching, silicon-germanium-silicon may be continuously grown.

本実施例によれば、エミッタのバンドギャップがベー
スよりも相対的に広くなり、エミッタの注入効率が向上
するので遮断周波数が向上し、高速化が図れる。
According to this embodiment, the band gap of the emitter becomes relatively wider than that of the base, and the injection efficiency of the emitter is improved, so that the cutoff frequency is improved and the speed is increased.

第8図は本発明の他の実施例の断面図であり、第1図
と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実
施例では、前記した本発明の特徴をMOSトランジスタに
適用した点に特徴がある。
FIG. 8 is a sectional view of another embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or equivalent parts. The present embodiment is characterized in that the features of the present invention described above are applied to a MOS transistor.

MOSトランジスタを製造する場合は、基板100上に酸化
膜4a、4b、N型ポリシリコン膜6、高融点金属合金膜
5、および絶縁膜8を形成し、その後、N型ポリシリコ
ン膜6、高融点金属合金膜5、および絶縁膜8に、酸化
膜4bまで達する溝を穿設して間隙部を形成する。
When manufacturing a MOS transistor, oxide films 4a and 4b, an N-type polysilicon film 6, a refractory metal alloy film 5, and an insulating film 8 are formed on a substrate 100, and then the N-type polysilicon film 6, A groove is formed in the melting point metal alloy film 5 and the insulating film 8 to reach the oxide film 4b to form a gap.

次いで、酸化膜4bをサイドエッチングしてアンダーカ
ット部を形成[同図(a)]した後に単結晶シリコン3b
をエピタキシャル成長させる[同図(b)]。
Next, the oxide film 4b is side-etched to form an undercut portion [FIG.
Is epitaxially grown [FIG. (B)].

なお、前記高融点金属合金膜5は、前記同様配線抵抗
の低減を目的として設けるものであり、本発明をMOSLSI
に適用する場合には特に有効であるが、それ以外の場合
には設けなくても良い。
Incidentally, the refractory metal alloy film 5 is provided for the purpose of reducing the wiring resistance similarly to the above, and the present invention is applied to a MOS LSI.
This is particularly effective when applied to, but need not be provided in other cases.

次いで、熱酸化処理を行って開口部で外部に露出した
単結晶シリコン3bを酸化してゲート絶縁膜80を形成す
る。このとき同時に、ポリシリコン層6のN型不純物が
基板100内に拡散してソース・ドレイン領域82が形成さ
れる[同図(c)]。
Next, thermal oxidation is performed to oxidize the single crystal silicon 3b exposed to the outside at the opening to form the gate insulating film 80. At this time, simultaneously, the N-type impurity of the polysilicon layer 6 diffuses into the substrate 100 to form the source / drain regions 82 [FIG.

次いで、前記と同様にしてサイドウォール10を形成
[同図(d)]した後に、ポリシリコン11を形成してMO
Sトランジスタを完成する。
Next, after the sidewalls 10 are formed in the same manner as described above (FIG. 4D), polysilicon 11 is formed and the MO is removed.
Complete the S transistor.

本実施例ではN型チャネルMOSトランジスタの場合に
ついて説明したが、ポリシリコン膜6を前記バイポーラ
と同じP型とすればP型チャネルMOSトランジスタが形
成できる。
In this embodiment, the case of an N-type channel MOS transistor has been described. However, if the polysilicon film 6 is of the same P-type as the bipolar, a P-type channel MOS transistor can be formed.

第10図は、上記のようにして形成されたMOSトランジ
スタの平面図であり、第8図と同一の符号は同一または
同等部分を表している。開口部93、94はソース・ドレイ
ン電極取り出し用開口部、開口部95はゲート電極取り出
し用開口部を示している。
FIG. 10 is a plan view of the MOS transistor formed as described above, and the same reference numerals as those in FIG. 8 denote the same or equivalent parts. Openings 93 and 94 are openings for taking out source / drain electrodes, and opening 95 is an opening for taking out gate electrodes.

本実施例によれば、前記したバイポーラトランジスタ
と同一の形成方法でMOSトランジスタを形成することが
できるので、特に、同一基板上にバイポーラトランジス
タとMOSトランジスタとを形成した、いわゆるBiCMOSト
ランジスタなどでは、バイポーラトランジスタとMOSト
ランジスタとを同時に形成できるので、その製造工程を
簡略化することができる。
According to this embodiment, a MOS transistor can be formed by the same method as the above-described bipolar transistor. In particular, in a so-called BiCMOS transistor or the like in which a bipolar transistor and a MOS transistor are formed on the same substrate, a bipolar transistor is used. Since the transistor and the MOS transistor can be formed at the same time, the manufacturing process can be simplified.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれば次の
ような効果が達成される。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the present invention, the following effects are achieved.

(1)外部ベース領域と真性ベース領域との接続断面積
を十分にとれるので、ベース抵抗を増大させることがな
く、動作速度の速いバイポーラトランジスタを実現でき
る。
(1) Since the connection cross-sectional area between the external base region and the intrinsic base region can be sufficiently secured, a bipolar transistor having a high operation speed can be realized without increasing the base resistance.

(2)外部ベース引出し配線等のエッチングが、活性領
域の表面に形成されたシリコン酸化膜上で行われるた
め、活性領域はダメージを受けず、特性の良いバイポー
ラトランジスタを得ることができる。
(2) Since the etching of the external base lead-out wiring and the like is performed on the silicon oxide film formed on the surface of the active region, the active region is not damaged and a bipolar transistor having good characteristics can be obtained.

(3)本発明の製造方法をMOSトランジスタに適用すれ
ば、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタとを同
時に形成できるので、BiCMOSの製造工程を簡略化するこ
とができる。
(3) If the manufacturing method of the present invention is applied to a MOS transistor, a bipolar transistor and a MOS transistor can be formed simultaneously, so that the manufacturing process of the BiCMOS can be simplified.

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

第1図は本発明の一実施例であるバイポーラトランジス
タの製造方法を説明するための断面図、第2、3、4図
は従来技術を説明するための断面図、第5図はシリコン
の削れ量とベース抵抗との一般的な関係を表した図、第
6図はベース抵抗と遅延時間との関係を示した図、第7
図は本発明の他の実施例の断面図、第8図は本発明によ
るMOSトランジスタの製造方法を説明するための断面
図、第9図は第1図(g)の平面図、第10図は第8図
(e)の平面図である。 3a、3b……シリコン単結晶、4a……フィールド絶縁膜、
4b……SiO2酸化膜、5……高融点金属合金膜、6、11…
…ポリシリコン膜、8……シリコン酸化膜、9……真性
ベース領域、10……サイドウォール、12……エミッタ領
域、13……外部ベース領域、80……ゲート絶縁膜、82…
…ソース・ドレイン領域、100……シリコン基板
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a bipolar transistor according to one embodiment of the present invention, FIGS. 2, 3, and 4 are cross-sectional views for explaining a conventional technique, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing a general relationship between the amount and the base resistance, FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the base resistance and the delay time, FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a MOS transistor according to the present invention, FIG. 9 is a plan view of FIG. FIG. 9 is a plan view of FIG. 8 (e). 3a, 3b: silicon single crystal, 4a: field insulating film,
4b ...... SiO 2 oxide film, 5 ...... refractory metal alloy film, 6, 11 ...
... polysilicon film, 8 ... silicon oxide film, 9 ... intrinsic base region, 10 ... sidewall, 12 ... emitter region, 13 ... external base region, 80 ... gate insulating film, 82 ...
... source / drain regions, 100 ... silicon substrate

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/78 (72)発明者 長野 隆洋 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−289863(JP,A) 特開 昭64−10667(JP,A) 特開 昭62−66619(JP,A) 特開 昭63−62271(JP,A) 特開 平2−203534(JP,A) 特開 昭55−33051(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/331 H01L 21/336 H01L 21/8249 H01L 27/06 H01L 29/73 H01L 29/78 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/78 (72) Inventor Takahiro Nagano 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-63 JP-A-289863 (JP, A) JP-A-64-10667 (JP, A) JP-A-62-66619 (JP, A) JP-A-63-62271 (JP, A) JP-A-2-203534 (JP, A) JP-A-55-33051 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/331 H01L 21/336 H01L 21/8249 H01L 27/06 H01L 29/73 H01L 29 / 78

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】単結晶半導体基板の主表面に形成された第
1導電型の単結晶半導体領域と、 該単結晶半導体領域の表面に形成され、第1の開口部を
有する絶縁膜と、 第1の開口部内の前記単結晶半導体領域上に、少なくと
も絶縁膜の表面位置と略同一となるまで単結晶半導体を
成長させて一体化された単結晶成長層と、 前記単結晶半導体領域と単結晶成長層とを一体化して成
る一体化単結晶層および絶縁膜上に形成され、前記第1
の開口部が形成された位置でこれよりも小さい第2の開
口部を有し、第1の開口部の外周部と第2の開口部の外
周部との間で前記一体化単結晶層と接続された第2導電
型の第1の半導体層と、 該第1の半導体層上に形成され、これと同一の前記第2
の開口部を有する絶縁層と、 前記第2の開口部の側面に形成されたサイドウォール
と、 前記一体化単結晶層表面に、前記第1の半導体層からの
第2導電型不純物を導入して形成された外部ベース領域
と、 前記一体化単結晶層の表面に、前記サイドウォールをマ
スクとして不純物を導入して形成され、前記外部ベース
領域と接続された真性ベース領域と、 前記絶縁層上および第2の開口部内に形成された第1導
電型の第2の半導体層と、 前記真性ベース領域の表面に、前記第2の半導体層から
の第1導電型不純物を導入して形成されたエミッタ領域
とを具備したことを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type single crystal semiconductor region formed on a main surface of a single crystal semiconductor substrate; an insulating film formed on a surface of the single crystal semiconductor region and having a first opening; A single-crystal growth layer in which a single-crystal semiconductor is grown on the single-crystal semiconductor region in the opening of at least until the surface position of the insulating film becomes substantially the same as that of the single-crystal semiconductor; A first monocrystalline layer formed by integrating a growth layer and an insulating film;
A second opening smaller than the opening at the position where the opening is formed, and the integrated single crystal layer is formed between the outer periphery of the first opening and the outer periphery of the second opening. A first semiconductor layer of a second conductivity type connected to the first semiconductor layer, the second semiconductor layer being formed on the first semiconductor layer and being the same as the second semiconductor layer;
An insulating layer having an opening, a sidewall formed on a side surface of the second opening, and a second conductivity type impurity from the first semiconductor layer introduced into a surface of the integrated single crystal layer. An intrinsic base region formed by introducing impurities into the surface of the integrated single crystal layer using the sidewalls as a mask, and connected to the external base region; And a second semiconductor layer of the first conductivity type formed in the second opening, and a first conductivity type impurity from the second semiconductor layer is formed on the surface of the intrinsic base region. A semiconductor device comprising: an emitter region.
【請求項2】前記真性ベース領域内に、ゲルマニウムを
含有する第3の半導体層をさらに有することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a third semiconductor layer containing germanium in said intrinsic base region.
【請求項3】単結晶半導体基板の主表面に絶縁膜および
半導体層を当該順序で形成する工程と、 前記半導体層を前記絶縁膜が露出するまで所定の形状に
選択的にエッチングして第1の開口を形成する工程と、 前記第1の開口で露出した前記絶縁膜を、前記半導体層
に対するアンダーカットが生じるように前記第1の開口
よりも広い範囲まで選択的にエッチングして前記絶縁膜
に前記第1の開口よりも広い第2の開口を形成する工程
と、 前記第2の開口部内の前記単結晶半導体基板上に、前記
絶縁膜の表面位置と略同一となるまで単結晶層を一体的
に成長させ、前記アンダーカット部で前記半導体層を基
板表面に接合する工程と、 前記第1の開口内で露出した前記半導体層の端面を覆う
ように、当該第1の開口内の側壁に絶縁性サイドウォー
ルを形成する工程と、 前記単結晶半導体基板と単結晶層とを一体化して成る一
体化単結晶層内にバイポーラトランジスタを形成する工
程と、 前記第1の開口内に半導体膜を堆積する工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A step of forming an insulating film and a semiconductor layer on the main surface of a single crystal semiconductor substrate in this order, and selectively etching the semiconductor layer into a predetermined shape until the insulating film is exposed. Forming the opening, and selectively etching the insulating film exposed at the first opening to a wider range than the first opening so that an undercut to the semiconductor layer occurs. Forming a second opening wider than the first opening; and forming a single-crystal layer on the single-crystal semiconductor substrate in the second opening until the surface becomes substantially the same as the surface position of the insulating film. A step of growing the semiconductor layer integrally and bonding the semiconductor layer to a substrate surface at the undercut portion; and a side wall in the first opening so as to cover an end surface of the semiconductor layer exposed in the first opening. Insulated side wall Forming a bipolar transistor in an integrated single crystal layer formed by integrating the single crystal semiconductor substrate and a single crystal layer; and depositing a semiconductor film in the first opening. And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】単結晶半導体基板の主表面に絶縁膜および
半導体層を当該順序で形成する工程と、 前記半導体層を前記絶縁膜が露出するまで所定の形状に
選択的にエッチングして第1の開口を形成する工程と、 前記第1の開口で露出した前記絶縁膜を、前記半導体層
に対するアンダーカットが生じるように前記第1の開口
よりも広い範囲まで選択的にエッチングして前記絶縁膜
に前記第1の開口よりも広い第2の開口を形成する工程
と、 前記第2の開口部内の前記単結晶半導体基板上に、少な
くとも前記絶縁膜の表面位置と略同一となるまで単結晶
半導体を一体化するように成長させ、前記アンダーカッ
ト部で前記半導体層を基板表面に接合する工程と、 前記第1の開口で露出した前記一体化単結晶層の少なく
とも表面を酸化して酸化絶縁膜を形成する工程と、 前記一体化単結晶層内に、前記酸化絶縁膜をゲート絶縁
膜とするMOSトランジスタを形成する工程とを含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A step of forming an insulating film and a semiconductor layer on the main surface of a single-crystal semiconductor substrate in this order, and selectively etching the semiconductor layer into a predetermined shape until the insulating film is exposed. Forming the opening, and selectively etching the insulating film exposed at the first opening to a wider range than the first opening so that an undercut to the semiconductor layer occurs. Forming a second opening wider than the first opening; and forming a single-crystal semiconductor on the single-crystal semiconductor substrate in the second opening until at least the surface position of the insulating film is substantially the same as that of the insulating film. Bonding the semiconductor layer to the substrate surface at the undercut portion, and oxidizing at least the surface of the integrated single crystal layer exposed at the first opening to form an oxide insulating film. Forming a MOS transistor in the integrated single crystal layer, the MOS transistor having the oxide insulating film as a gate insulating film.
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