JPH0212832A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0212832A
JPH0212832A JP16321688A JP16321688A JPH0212832A JP H0212832 A JPH0212832 A JP H0212832A JP 16321688 A JP16321688 A JP 16321688A JP 16321688 A JP16321688 A JP 16321688A JP H0212832 A JPH0212832 A JP H0212832A
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JP
Japan
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base layer
layer
polysilicon film
emitter
conductivity type
Prior art date
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Pending
Application number
JP16321688A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Kadota
門田 靖夫
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To stably obtain high hFE by a method wherein an emitter layer is formed through a polysilicon film after a carbon polymer layer is formed on the surface of a base layer. CONSTITUTION:A base layer 4 of second conductivity type is formed on a semiconductor substrate of first conductivity type, and an aperture part 8 exposing the surface of the base layer 4 is formed by selectively eliminating insulative films 2, 6 on the base layer 4. After a carbon polymer layer 9 is formed on the surface of the base layer 4 in the aperture part 8, a polysilicon film 10 is formed so as to cover the aperture part 8, and an emitter layer 11 of first conductivity type is formed through the polysilicon film 10. Thereby, heat treatment to form an oxide film after the formation of base layer is made unnecessary, and the injection efficiency of carriers can be increased without deteriorating the impurity concentration distribution of base layer, so that high hFE can be obtained.

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、高速バイ
ポーラ型トランジスタ装置の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and particularly to a method of manufacturing a high-speed bipolar transistor device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この種のバイポーラ型トランジスタ装置(以下トランジ
スタと略す)は、動作速度の高速化を図るために、浅い
接合を形成し、寄生容量の低減。
This type of bipolar transistor device (hereinafter abbreviated as transistor) has a shallow junction formed to reduce parasitic capacitance in order to increase operating speed.

カットオフ周波数(fア)の改善に、努力がなされてい
る。
Efforts are being made to improve the cutoff frequency (fa).

しかしながら、ベース接合を浅(形成すると、ベース領
域内に容易に空乏層が広がり、パンチスルーによる耐圧
低下が生じるため、半導体゛回路構成の上からは好まし
くない、これを防止するには、浅接合化と共に不純物濃
度を高くする必要があるが、トランジスタにおいてベー
ス領域の不純物濃度を高くすると、エミッタを拡散形成
する際の不純物補償が困難になり、エミッタ接合が形成
され難くなる。又、キャリア注入効率が悪くなり、電流
利得(h□)の高いトランジスタが得られなくなる等の
問題がある。
However, if a shallow base junction is formed, a depletion layer will easily spread within the base region and a breakdown voltage will drop due to punch-through, which is undesirable from the viewpoint of semiconductor circuit configuration. However, when increasing the impurity concentration in the base region of a transistor, it becomes difficult to compensate for impurities when diffusing the emitter, making it difficult to form an emitter junction.Also, increasing the impurity concentration in the base region of a transistor makes it difficult to form an emitter junction. There is a problem that the current gain (h□) becomes worse and a transistor with a high current gain (h□) cannot be obtained.

これらを解決するために、従来のトランジスタでは、半
導体基板のベース領域上の絶縁膜を選択的に除去して半
導体基板表面を露出し、この露出面に熱酸化法によつて
数十人の厚さのシリコン酸化膜を形成し、更にこの上に
ポリシリコン膜を形成した上で、このポリシリコン膜を
通してエミッタ領域を形成する方法がとられている。
In order to solve these problems, in conventional transistors, the insulating film on the base region of the semiconductor substrate is selectively removed to expose the semiconductor substrate surface, and this exposed surface is then thermally oxidized to a thickness of several tens of layers. A method is used in which a silicon oxide film is formed, a polysilicon film is further formed on this film, and an emitter region is formed through this polysilicon film.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した従来の製造方法では、エミッタ上に薄いシリコ
ン酸化膜を形成することで、ベースからの少数キャリア
が減少し、h、えの大きなトランジスタが得られる。し
かしながら、この方法ではベース形成後に表面を熱酸化
しているため、不純物の再分布が起こり、f7の低下や
ベース不純物濃度低下によるベース抵抗の増大の原因と
なる。又、数十人のシリコン酸化膜を精度良く形成する
ことが困難であり、h□がばらつくという問題もある。
In the conventional manufacturing method described above, forming a thin silicon oxide film on the emitter reduces minority carriers from the base, resulting in a transistor with a large h. However, in this method, since the surface is thermally oxidized after the base is formed, redistribution of impurities occurs, causing a decrease in f7 and an increase in base resistance due to a decrease in base impurity concentration. Furthermore, it is difficult to form several dozen silicon oxide films with high precision, and there is also the problem that h□ varies.

本発明は安定して高いl’D!を得ることを可能にした
半導体装置の製造方法を提供することを目的としている
The present invention provides stable and high l'D! The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that makes it possible to obtain the following.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体
基板に第2導電型のベース層を形成する工程と、このベ
ース層上の絶縁膜を選択的に除去してベース層表面を露
出する開孔部を形成する工程と、この開孔部内のベース
層表面にカーボンポリマー層を形成する工程と、この開
孔部を覆うようにポリシリコン膜を形成し、このポリシ
リコン膜を通して前記ベース層に第1導電型のエミッタ
層を形成する工程を含んでいる。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the steps of forming a base layer of a second conductivity type on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and selectively removing an insulating film on the base layer to expose the surface of the base layer. forming a carbon polymer layer on the surface of the base layer within the opening, forming a polysilicon film to cover the opening, and passing the polysilicon film through the base layer. forming an emitter layer of a first conductivity type in the layer.

〔作用〕[Effect]

上述した製造方法では、ベース層の表面にカーボンポリ
マー層を形成した上で、ポリシリコン膜を通してエミッ
タ層を形成するので、カーボンポリマー層によりベース
層からの少数キャリアを低減するとともに、ベース層形
成後Cご酸化膜を形成するための熱処理を不要とし、ベ
ース層の不純物濃度分布の悪化を防止する。
In the above manufacturing method, a carbon polymer layer is formed on the surface of the base layer, and then an emitter layer is formed through the polysilicon film. Therefore, the carbon polymer layer reduces minority carriers from the base layer, and This eliminates the need for heat treatment to form the C oxide film, and prevents deterioration of the impurity concentration distribution in the base layer.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図(a)乃至第1図(e)は本発明の第1実施例の
工程一部を示す断面図である。
FIGS. 1(a) to 1(e) are sectional views showing a part of the process of the first embodiment of the present invention.

先ず、第1図(a)のように、N型半導体基板1の表面
にシリコン酸化膜2を400人の厚さに形成する。そし
て、フォトリソグラフィ技術によってレジストパターン
3を形成し、このレジストパターン3をマスクにしたイ
オン注入技術によって、エネルギー20KeV、  ド
ーズ量4.0X10”C1m−”でボロンを半導体基板
1中に注入し、接合深さXj=0.2μmの浅いP型ベ
ース層4を形成する。
First, as shown in FIG. 1(a), a silicon oxide film 2 is formed on the surface of an N-type semiconductor substrate 1 to a thickness of 400 nm. Then, a resist pattern 3 is formed using photolithography technology, and boron is implanted into the semiconductor substrate 1 using an ion implantation technology using this resist pattern 3 as a mask at an energy of 20 KeV and a dose of 4.0 x 10"C1m-" to bond the substrate. A shallow P-type base layer 4 with a depth of Xj=0.2 μm is formed.

次に、第1図(b)のように、第1図(a)の構成と同
様な工程を行い、前記P型ベース層4に隣設してグラフ
トベース層5を形成する。そして、気相成長(CVD)
法によってシリコン酸化膜6を2000人程度形成する
。このこのシリコン酸化膜6は半導体基板10表面保護
を補強するためであり、シリコン窒化膜でも良い。次い
で、P型ベース層4の活性化の為に900°CIO分の
熱処理を行う。
Next, as shown in FIG. 1(b), a process similar to the structure shown in FIG. 1(a) is performed to form a graft base layer 5 adjacent to the P-type base layer 4. and chemical vapor deposition (CVD)
About 2,000 people formed the silicon oxide film 6 by the method. This silicon oxide film 6 is for reinforcing protection of the surface of the semiconductor substrate 10, and may be a silicon nitride film. Next, heat treatment for 900° CIO is performed to activate the P-type base layer 4.

その後、リソグラフィ技術で形成したレジストパターン
7をマスクにして、P型ベースN4上の絶縁膜であるシ
リコン酸化膜2と6を選択的に除去し、開孔部8を形成
する。
Thereafter, using a resist pattern 7 formed by lithography as a mask, the silicon oxide films 2 and 6, which are insulating films on the P-type base N4, are selectively removed to form an opening 8.

次いで、第1図(C)のように、前記レジストパターン
7を剥離した後、CF、とH!の混合ガスやCHF3等
のフレオンガスのプラズマ雰囲気中に30秒程度晒すこ
とにより、開孔部8内のP型ベース層4の表面に、カー
ボンポリマー層9を20〜30人程度形形成る。このカ
ーボンポリマー層9の膜厚は、ガス流量やプラズマ発生
条件の設定により制御することができる。
Next, as shown in FIG. 1(C), after peeling off the resist pattern 7, CF and H! The carbon polymer layer 9 is formed in the shape of about 20 to 30 layers on the surface of the P-type base layer 4 in the opening 8 by exposing the carbon polymer layer 9 to a plasma atmosphere of a mixed gas or a Freon gas such as CHF3 for about 30 seconds. The thickness of this carbon polymer layer 9 can be controlled by setting the gas flow rate and plasma generation conditions.

次に、第1図(d)のように、CVD法によりポリシリ
コン膜10を2000人の厚さに形成して開孔部8を覆
う。そして、イオン注入法により、砒素をI X101
6cm−”のドーズ量で注入し、950°Cの熱処理を
行うことによって、N型エミッタ層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 1(d), a polysilicon film 10 is formed to a thickness of 2000 nm by CVD to cover the opening 8. Then, by ion implantation, arsenic was added to IX101
The N-type emitter layer 11 is formed by implanting at a dose of 6 cm-'' and performing a heat treatment at 950°C.

更に、第1図(e)のように、フォトエツチング法によ
って、ポリシリコン膜lOを選択的に除去することによ
って、エミッタポリシリコン電極とする。また、グラフ
トベース層5上のシリコン酸化膜2,6に開孔部を形成
し、電極配線12を形成することによって、トランジス
タ装置を完成する。
Furthermore, as shown in FIG. 1(e), the polysilicon film IO is selectively removed by photoetching to form an emitter polysilicon electrode. Furthermore, openings are formed in the silicon oxide films 2 and 6 on the graft base layer 5, and electrode wiring 12 is formed, thereby completing the transistor device.

以上説明した製造方法によるトランジスタ装置では、ベ
ース層4の形成後に熱処理工程を行う必要がないので、
ベース層の不純物濃度分布を悪化させることはなく、ま
たカーボンポリマー層9がベース層4からの少数キャリ
アの注入を減少させる働きをし、hFEを向上すること
ができる。実験ではhFoに200〜300の高い値を
得ることができた。。
In the transistor device manufactured by the manufacturing method described above, there is no need to perform a heat treatment process after forming the base layer 4.
The impurity concentration distribution of the base layer is not deteriorated, and the carbon polymer layer 9 functions to reduce injection of minority carriers from the base layer 4, thereby improving hFE. In experiments, we were able to obtain hFo values as high as 200 to 300. .

第2図(a)乃至第2図(e)は本発明の第2実施例の
要部工程を示す断面図である。なお、この実施例では、
本発明をセルファライン型の高性能トランジスタに適用
した場合について説明する。
FIGS. 2(a) to 2(e) are sectional views showing the main steps of a second embodiment of the present invention. In addition, in this example,
A case will be described in which the present invention is applied to a self-line type high-performance transistor.

先ず、第2図(a)のように、N型半導体基板21上に
シリコン酸化膜22を形成し、このシリコン酸化膜22
上に設けた窓を通して半導体基板21に接触させたP型
ポリシリコン膜23によりP型グラフトベース層24を
形成している。また、P型ポリシリコン膜23の表面に
シリコン窒化膜25を形成するとともに、シリコン窒化
膜25には前記グラフトベース層24で囲まれる領域に
対応して開孔部を設け、この開孔部内に露呈される半導
体基板21の表面に薄いシリコン酸化膜26を400人
の厚さに形成している。
First, as shown in FIG. 2(a), a silicon oxide film 22 is formed on an N-type semiconductor substrate 21.
A P-type graft base layer 24 is formed by a P-type polysilicon film 23 that is brought into contact with the semiconductor substrate 21 through a window provided above. Further, a silicon nitride film 25 is formed on the surface of the P-type polysilicon film 23, and an opening is provided in the silicon nitride film 25 corresponding to the region surrounded by the graft base layer 24, and the inside of the opening is A thin silicon oxide film 26 is formed to a thickness of 400 nm on the exposed surface of the semiconductor substrate 21.

この状態で、イオン注入法によって、ボロンをエネルギ
ー20KeV、  ドーズi 4.0X10′3cm−
”t’注入することによって、P型ベース層27を形成
する。
In this state, boron was implanted using an ion implantation method at an energy of 20 KeV and a dose i of 4.0 x 10'3 cm.
A P-type base layer 27 is formed by "t" implantation.

次いで、第2図(b)のように、CVD法によってシリ
コン窒化膜28を2000人成長する。また、900°
Cの熱処理を行うことによってP型ベース層27の活性
化を行う。
Next, as shown in FIG. 2(b), 2000 silicon nitride films 28 are grown by CVD. Also, 900°
The P-type base layer 27 is activated by performing C heat treatment.

次に、第2図(C)のように、反応性イオンエツチング
(RIE)法によって、シリコン窒化膜28をシリコン
窒化膜25の開孔部内の側壁にのみ残すようにエツチン
グし、続いてシリコン酸化膜26を選択的に除去するこ
とによってベース層27の表面を露呈させる開孔部29
を形成する。
Next, as shown in FIG. 2(C), the silicon nitride film 28 is etched by reactive ion etching (RIE) so that it remains only on the side walls of the opening of the silicon nitride film 25, and then silicon oxide is etched. Openings 29 that expose the surface of the base layer 27 by selectively removing the membrane 26
form.

このRIE法によるエツチングの際に、エッチャントと
してフレオン系のガスを使用することにより、開孔部2
9を形成すると同時に、ベース層27の表面にカーボン
ポリマー層30を形成することが可能である。
During etching by this RIE method, by using Freon gas as an etchant, the openings 2
It is possible to form a carbon polymer layer 30 on the surface of the base layer 27 at the same time as forming the carbon polymer layer 9 .

続いて、第2図(d)のように、CVD法によりポリシ
リコン膜31を2000人成長する。そして、イオン注
入法によって砒素を1.0X10”cl”のドーズ量で
注入し、950°Cの熱処理を行うことでN型エミッタ
層32を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2(d), 2000 polysilicon films 31 are grown by the CVD method. Then, arsenic is implanted at a dose of 1.0×10 "cl" by ion implantation, and an N-type emitter layer 32 is formed by performing heat treatment at 950.degree.

以下、第2図(e)のように、ポリシリコン膜31を選
択的に除去することにより、エミッタポリシリコン電極
を形成する。また、ポリシリコン膜23上のシリコン窒
化膜28に開孔部を形成し、かつこの上に電極配線33
を形成することでトランジスタ装置を完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2(e), the polysilicon film 31 is selectively removed to form an emitter polysilicon electrode. Further, an opening is formed in the silicon nitride film 28 on the polysilicon film 23, and an electrode wiring 33 is formed on the opening.
The transistor device is completed by forming.

この実施例においても、ベース層27を形成後に熱処理
を行わず、ベース層27上にカーボンポリマー層30を
形成した後にエミッタ層33を形成しているので、ベー
ス層27における不純物濃度の悪化を防止し、高いhF
Eを得ることが可能となる。また、こめ実施例では、エ
ミッタ拡散用の開孔部の形成にレジストパターンを使用
していないので、ベース層上に開孔部とポリマー層を同
時に形成し、工程を短縮できる効果がある。
Also in this example, heat treatment is not performed after forming the base layer 27, and the emitter layer 33 is formed after forming the carbon polymer layer 30 on the base layer 27, so that deterioration of the impurity concentration in the base layer 27 is prevented. and high hF
It becomes possible to obtain E. Further, in the first embodiment, since a resist pattern is not used to form the opening for emitter diffusion, the opening and the polymer layer can be formed on the base layer at the same time, which has the effect of shortening the process.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、ベース層の表面にカーボ
ンポリマー層を形成した上で、ポリシリコン膜を通して
エミッタ層を形成しているので、ベース層形成後に酸化
膜を形成するための熱処理を不要とし、ベース層の不純
物濃度分布を悪化させることなく、キャリアの注入効率
を上昇させることができ、高いhFEを得ることが可能
となる。
As explained above, in the present invention, the carbon polymer layer is formed on the surface of the base layer, and then the emitter layer is formed through the polysilicon film, so there is no need for heat treatment to form an oxide film after forming the base layer. As a result, carrier injection efficiency can be increased without deteriorating the impurity concentration distribution of the base layer, and high hFE can be obtained.

これにより、hFEを低下させることなく、ベース層の
不純物濃度の増加が可能であり、接合耐圧を劣化させる
ことなく浅い接合の形成が可能となり、トランジスタの
高速化に効果がある。
This makes it possible to increase the impurity concentration in the base layer without reducing hFE, and to form a shallow junction without deteriorating the junction breakdown voltage, which is effective in increasing the speed of the transistor.

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

第1図(a)乃至第1図(e)は本発明の第1実施例の
要部工程を示す断面図、第2図(a)乃至第2図(e)
は本発明の第2実施例の要部工程を示す断面図である。 1・・・半導体基板、2・・・シリコン酸化膜、3・・
・レジストパターン、4・・・ベース層、5・・・グラ
フトベース層、6・・・シリコン酸化膜、7・・・レジ
ストパターン、8・・・開孔部、9・・・カーボンポリ
マー層、10・・・ポリシリコン膜、11・・・エミッ
タ層、12・・・電極配線、21・・・半導体基板、2
2・・・シリコン酸化膜、23・・・ポリシリコン膜、
24・・・グラフトベース層、25・・・シリコン窒化
膜、26・・・シリコン酸化膜、27・・・ベース層、
28・・・シリコン窒化膜、29・・・開孔部、30・
・・カーボンポリマー層、31・・・ポリシリコン膜、
32・・・エミッタ層、33・・・電極配線。 第 図 (3′課′、−9−>r 第 ■ 図 第2 図
FIG. 1(a) to FIG. 1(e) are sectional views showing the main steps of the first embodiment of the present invention, and FIG. 2(a) to FIG. 2(e)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main steps of a second embodiment of the present invention. 1... Semiconductor substrate, 2... Silicon oxide film, 3...
- Resist pattern, 4... Base layer, 5... Graft base layer, 6... Silicon oxide film, 7... Resist pattern, 8... Opening portion, 9... Carbon polymer layer, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Polysilicon film, 11... Emitter layer, 12... Electrode wiring, 21... Semiconductor substrate, 2
2... Silicon oxide film, 23... Polysilicon film,
24... Graft base layer, 25... Silicon nitride film, 26... Silicon oxide film, 27... Base layer,
28... Silicon nitride film, 29... Opening part, 30...
...Carbon polymer layer, 31...Polysilicon film,
32... Emitter layer, 33... Electrode wiring. Figure (3'Section',-9->r Figure ■ Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、第1導電型の半導体基板に第2導電型のベース層を
形成する工程と、このベース層上の絶縁膜を選択的に除
去してベース層表面を露出する開孔部を形成する工程と
、この開孔部内のベース層表面にカーボンポリマー層を
形成する工程と、この開孔部を覆うようにポリシリコン
膜を形成し、このポリシリコン膜を通して前記ベース層
に第1導電型のエミッタ層を形成する工程を含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of forming a base layer of a second conductivity type on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a step of selectively removing an insulating film on the base layer to form an opening portion exposing the surface of the base layer. a step of forming a carbon polymer layer on the surface of the base layer within the opening, forming a polysilicon film to cover the opening, and applying an emitter of the first conductivity type to the base layer through the polysilicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a layer.
JP16321688A 1988-06-30 1988-06-30 Manufacture of semiconductor device Pending JPH0212832A (en)

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