JPH02231724A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH02231724A
JPH02231724A JP5185089A JP5185089A JPH02231724A JP H02231724 A JPH02231724 A JP H02231724A JP 5185089 A JP5185089 A JP 5185089A JP 5185089 A JP5185089 A JP 5185089A JP H02231724 A JPH02231724 A JP H02231724A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
film
silicon film
forming
applying
Prior art date
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JP5185089A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunji Nakamura
俊二 中村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent the breakdown of metal wirings by forming a polycrystalline silicon film on trenches formed in an insulating film and a semiconductor substrate and a recess in the surface, polishing the film, flattening the trenches and the surface, forming a hole in an inner base and an emitter by etching, and providing an external base lead-out part. CONSTITUTION:An insulating film 4 in which a hole for forming a base and an emitter is provided is formed on a semiconductor substrate 1. The insulating film 4 and the semiconductor substrate 1 are selectively etched, and trenches 1A are formed. Then, a polycrystalline silicon film 10 which fills the trenches 1A and the recess in the surface is formed. The polycrystalline silicon film 10 is mechanically polished, and the bulk surface including the trenches 1A and the recess is flattened at the same time. Then, the polycrystalline silicon film is selectively etched, and a hole for forming an inner base 17 and an emitter 19 is provided. The polycrystalline silicon film is patterned as an external base lead-out part. In this way, a ground of a metal wiring is flattened, and wire breakdown is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 トレンチ形式の素子間分離構造をもち、且つ、表面が平
坦化された半導体装置を低コストで製造するのに好通な
方法に関し、 一回の機械的研摩に依って、トレンチへの多結晶シリコ
ンの埋め込みとバルクの平坦化を同時に達成できるよう
にすることを目的とし、半導体基板上にベース及びエミ
ッタを形成する為の開口を有する絶縁膜を形成する工程
と、次いで、前記絶縁膜及び半導体基板を選択的にエッ
チングして素子間分離の為のトレンチを形成する工程と
、次いで、前記トレンチ及び表面の凹所をうめる多結晶
シリコン膜を形成する工程と、次いで、前記多結晶シリ
コン膜を機械的に研摩して前記トレンチ及び凹所を含む
バルク表面を同時に平坦化させる工程と、次いで、前記
ベース及びエミッタを形成する為の開口上に在る多結晶
シリコン膜を選択的にエッチングして内部ベース及びエ
ミッタを形成する為の開口を形成すると共にその多結晶
シリコン膜を外部ベース引き出し部分としてパターン化
する工程とが含まれてなるよう構成する.〔産業上の利
用分野〕 本発明は、トレンチ形式の素子間分離構造をもち、且つ
、表面が平坦化された半導体装置を低コストで製造する
のに好適な方法に関する.半導体装置が高集積化を指向
していることは今更云うまでもないが、それを実現する
には、配線パターンの微細化及び配線の多層化は不可欠
である.従って、金属配線の下地には段差が発生するこ
とが多く、それが原因となって金属配線が断線に至る事
故が増えている.これを防止するには、金属配線の下地
を平坦化することが必要なのであるが、平坦化を図るこ
とに依って、工程が増えてコスト上昇に結び付いたり、
製造歩留りが低下するなどの問題が起こってはならない
. 〔従来の技術〕 第11図乃至第19図はESPER型と呼ばれる高速バ
イボーラ半導体装置を製造する従来技術を説明する為の
工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を表し、
以下、これ等の図を参照しつつ詳細に説明する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] This invention relates to a method that is popular for manufacturing at low cost a semiconductor device having a trench-type isolation structure between elements and having a flattened surface. A process of forming an insulating film with openings for forming a base and an emitter on a semiconductor substrate, with the aim of simultaneously filling the trench with polycrystalline silicon and planarizing the bulk. Then, a step of selectively etching the insulating film and the semiconductor substrate to form a trench for isolation between elements, and a step of forming a polycrystalline silicon film to fill the trench and the recess on the surface. then mechanically polishing the polycrystalline silicon film to simultaneously planarize the bulk surface including the trenches and recesses; The method includes the steps of selectively etching the silicon film to form openings for forming an internal base and emitter, and patterning the polycrystalline silicon film as an external base extension portion. [Industrial Application Field] The present invention relates to a method suitable for manufacturing at low cost a semiconductor device having a trench-type element isolation structure and having a flat surface. It goes without saying that semiconductor devices are now trending towards higher integration, but to achieve this it is essential to miniaturize wiring patterns and increase the number of layers of wiring. Therefore, uneven surfaces often occur in the base of metal wiring, which is causing an increasing number of accidents that lead to disconnection of metal wiring. To prevent this, it is necessary to flatten the base of the metal wiring, but flattening the metal wiring increases the number of steps and increases costs.
Problems such as decreased manufacturing yield must not occur. [Prior Art] FIGS. 11 to 19 are cross-sectional side views of essential parts of a semiconductor device at key process points to explain a conventional technique for manufacturing a high-speed bibolar semiconductor device called an ESPER type.
A detailed explanation will be given below with reference to these figures.

第11図参照 αト1 通常の技術を用い、シリコン半導体基板工にn+型埋め
込み層2、n一型シリコン半導体層3、二酸化シリコン
からなる厚さ例えば6000〔人〕程度のフィールド絶
縁膜4、ni型コレクタ・コンタクト領域5を形成する
。尚、図示のフィールド絶縁膜4には、ベース領域及び
エミッタ領域を形成する為の開口とn+型コレクタ・コ
ンタクト領域5を形成するのに用いた開口とが形成され
ている。
Refer to FIG. 11 α-1 Using a conventional technique, a silicon semiconductor substrate is fabricated with an n+ type buried layer 2, an n1 type silicon semiconductor layer 3, a field insulating film 4 made of silicon dioxide and having a thickness of, for example, about 6000 [layers]. An ni type collector contact region 5 is formed. Note that the illustrated field insulating film 4 has openings for forming a base region and emitter region, and an opening used for forming an n+ type collector contact region 5.

第12図参照 亜−1 化学気相堆積(chemica I  vapor  
deposition:CVD)法を適用することに依
り、厚さが例えば1000 (人〕程度である窒化シリ
コンからなる耐酸化性マスク膜7を形成する. (ロ)−2 引き続きCVD法を適用することに依り、厚さが例えば
5000 (人〕程度である燐珪酸ガラス(phosp
hosilicate  gl3ss:PSG)膜8を
形成する.尚、このPSG膜8はトレンチを形成する際
のエッチング保護の役割を果たすものである。
See Figure 12 -1 Chemical vapor deposition
By applying the deposition (CVD) method, an oxidation-resistant mask film 7 made of silicon nitride having a thickness of, for example, about 1000 (people) is formed. (b)-2 Continuing to apply the CVD method Therefore, phosphosilicate glass (phosp) having a thickness of, for example, about 5000
A hosilicate GL3SS (PSG) film 8 is formed. Incidentally, this PSG film 8 serves as an etching protection when forming a trench.

(自)−3 通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プ
ロセスを適用することに依り、トレンチ形成予定部分に
開口を有するフォト・レジスト膜(図示せず)を形成す
る。
(O)-3 A photoresist film (not shown) having an opening in a portion where a trench is to be formed is formed by applying a resist process in a normal photolithography technique.

(自)−4 エッチング・ガスをCF.とする反応性イオン・エッチ
ング(reactive  tonetching:R
IE)法を適用することに依り、PSG膜8、耐酸化性
マスク膜7、フィールド絶縁wA4の選択的エッチング
を行ってシリコン半導体基板1の内部に達するトレンチ
IAを形成する. 第13図参照 a3−1 PSG膜8を除去してから、熱酸化法を適用することに
依り、トレンチIA内に表出されているシリコン部分に
二酸化シリコンからなる厚さ例えば1000〜3000
 (人〕程度の絶縁膜9を形成する。
(Self)-4 Add etching gas to CF. reactive ion etching (reactive ion etching)
By applying the IE) method, the PSG film 8, the oxidation-resistant mask film 7, and the field insulation wA4 are selectively etched to form a trench IA that reaches the inside of the silicon semiconductor substrate 1. Refer to FIG. 13 a3-1 After removing the PSG film 8, by applying a thermal oxidation method, the silicon portion exposed in the trench IA is made of silicon dioxide to a thickness of, for example, 1000 to 3000.
An insulating film 9 of about (1 person) size is formed.

CVD法を適用することに依り、厚さ例えば1〜2〔μ
m〕の多結晶シリコン膜10を形成する. これに依って、幅が約1 〔μm〕程度、深さが約5C
μm〕程度のトレンチIAは完全に埋められ、表面も多
結晶シリコン膜10で覆われる. a1−3 機械的研摩法を適用することに依り、多結晶シリコン膜
10の研摩を行って平坦化する.これに依って、多結晶
シリコン膜10はトレンチIAを埋めたもののみが残っ
て他は除去されてしまう.尚、この場合、トレンチIA
以外の凹所にも多結晶シリコン膜10が残留すると考え
られようが、実際には残らない。その理由は、研摩を行
うパフがトレンチIAのように細い部分には入り込まな
いが、その外の大きな凹所には入ってしまうこと、また
、多結晶シリコンのエッチング液を流しながら研摩を行
うことなどに依る. (lm−4 熱酸化法を適用することに依り、トレンチlAを埋めた
多結晶シリコン膜10の表面に厚さが例えば4000 
(人〕程度である二酸化シリコンからなる絶縁膜4Aを
形成する. 第14図参照 a旬−1 エッチャントをリン酸(H3PO4)とする浸漬法を適
用することに依り、窒化シリコンからなる耐酸化性マス
ク膜7を除去する.Q4)−2 CVD法を適用することに依り、厚さが例えば5000
 (人〕程度である多結晶シリコン膜10Aを形成する
. α4)−3 イオン注入法を適用することに依り、ドーズ量を例えば
I X 1 0+6(cm−”)程度、また、加速エネ
ルギを25(KsV)として多結晶シリコン膜10Aに
硼素(B)イオンの打ち込みを行う. 尚、多結晶シリコン膜10Aに不純物を導入するには、
前記イオン注入法に依らず、前記工程α4)−2に於い
て多結晶シリコン膜10Aを成長させる際、予め不純物
を含有させるようにしても良い. Q41−4 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用することに依り
、多結晶シリコン膜10Aのパターニングを行い、べ:
ス引き出し配線となるべき部分を残して他を除去する. (社)−5 CVD法を適用することに依り、厚さが例えば5000
 (人〕程度の二酸化シリコンからなる絶縁膜11を形
成する. 第15図参照 Q!9−1 スピン・コート法を適用することに依り、スピン・オン
・グラス(spin  on  glass:sOG)
膜12を平面上での厚さが例えば約5000 (人)程
度となるように形成する.コントロール・エッチング法
を適用することに依り、表面から例えば約2000〜3
000(A)程度のエッチ・バックを行う. このようにすると、sOG膜12は、凹所には厚く、そ
して、凸所には薄く堆積した状態となり、表面は平坦化
される. 第16図参照 <119−1 通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プ
ロセス及びエッチング・ガスをC F 4とするRIE
法を適用することに依り、SOG812、二酸化シリコ
ンからなる絶縁膜11、多結晶シリコン膜10Aの選択
的エッチングを行って内部ベース領域及びエミッタ頷域
形成予定部分に開口10Bを形成する. Ql9−2 熱酸化法を適用することに依り、開口10B内に表出さ
れているシリコン部分に二酸化シリコンからなる厚さが
例えば500 (人〕程度である絶緑膜l3を形成する
. a鴫−3 イオン注入法を適用することに依り、ドーズ量を例えば
3X10”(c1l一町とし、そして、加速エネルギを
25(KeV)としてBイオンの打ち込みを行う.ここ
で注入されたBイオンは、後に活性化されるとp型内部
ベース領域として動作するものである. 第17図参照 0η−1 CVD法を適用することに依り、厚さが例えば2000
 (人〕程度の二酸化シリコンからなる絶縁膜14及び
厚さが例えば1500 (人〕程度の多結晶シリコン膜
15を順に積層して形成する. Q?)−2 エッチング・ガスをSiCIt4+Cl,とするRIE
法を適用することに依り、多結晶シリコン膜15の異方
性エッチングを、また、エッチング・ガスをC F a
とするRIE法を適用することに依り、絶縁膜l4、絶
縁膜l3の異方性エッチングをそれぞれ行う. これに依り、多結晶シリコン膜15及び絶縁膜14は開
口10Bの側壁にのみ残留する。尚、絶縁膜13は、そ
の底面がエッチングされるので開口が形成され、その開
口内にはn″″型シリコン半導体層3の一部が表出され
る. 第18図参照 (自)−1 CVD法を適用することに依り、厚さ例えば2000 
(人〕程度の多結晶シリコン膜16を形成する。
By applying the CVD method, the thickness can be reduced, for example, from 1 to 2 [μ
m] polycrystalline silicon film 10 is formed. Depending on this, the width is about 1 [μm] and the depth is about 5C.
The trench IA with a diameter of about [μm] is completely filled, and the surface is also covered with a polycrystalline silicon film 10. a1-3 By applying a mechanical polishing method, the polycrystalline silicon film 10 is polished and planarized. As a result, only the portion of the polycrystalline silicon film 10 that filled the trench IA remains, and the rest is removed. In this case, trench IA
Although it would be thought that the polycrystalline silicon film 10 would remain in other recesses, it actually does not. The reason for this is that the polishing puff does not penetrate into narrow parts like trench IA, but it does enter into large recesses outside of it, and the polishing is performed while the polycrystalline silicon etching solution is flowing. Depends on etc. (lm-4 By applying the thermal oxidation method, the surface of the polycrystalline silicon film 10 filling the trench lA has a thickness of, for example, 4000 mm.
Form an insulating film 4A made of silicon dioxide of about 300 ml of silicon dioxide. Remove the mask film 7.Q4)-2 By applying the CVD method, the thickness is reduced to 5000, for example.
Form a polycrystalline silicon film 10A of about 100 cm (cm). α4)-3 By applying the ion implantation method, the dose can be set to about I x 10+6 (cm-"), and the acceleration energy can be set to about 25 cm. (KsV), boron (B) ions are implanted into the polycrystalline silicon film 10A. Note that to introduce impurities into the polycrystalline silicon film 10A,
Regardless of the ion implantation method described above, impurities may be added in advance when growing the polycrystalline silicon film 10A in the step α4)-2. Q41-4 Pattern the polycrystalline silicon film 10A by applying ordinary photolithography technology, and then:
Leave the part that will become the base wiring and remove the rest. (Company)-5 By applying the CVD method, the thickness can be reduced to, for example, 5000 mm.
Form an insulating film 11 made of silicon dioxide with a thickness of about 100 ml (200 cm) thick.See Figure 15 Q!9-1 By applying the spin coating method, spin on glass (sOG) is formed.
The membrane 12 is formed to have a thickness of, for example, about 5,000 (people) on a plane. By applying a controlled etching method, for example, approximately 2,000 to 3
Perform an etch back of approximately 000 (A). In this way, the sOG film 12 is deposited thickly on the recesses and thinly on the protrusions, and the surface is flattened. See Figure 16 <119-1 Resist process in normal photolithography technology and RIE using CF4 as etching gas
By applying the method, the SOG 812, the insulating film 11 made of silicon dioxide, and the polycrystalline silicon film 10A are selectively etched to form an opening 10B in the portion where the internal base region and the emitter nozzle region are to be formed. Ql9-2 By applying a thermal oxidation method, a green-free film l3 made of silicon dioxide and having a thickness of, for example, about 500 mm is formed on the silicon portion exposed in the opening 10B. -3 By applying the ion implantation method, B ions are implanted at a dose of, for example, 3×10" (c1l one town) and an acceleration energy of 25 (KeV).The B ions implanted here are: When activated later, it operates as a p-type internal base region.
An insulating film 14 made of silicon dioxide with a thickness of approximately 1,500 mm thick and a polycrystalline silicon film 15 with a thickness of, for example, 1,500 mm thick are sequentially stacked.Q?)-2 RIE using SiCIt4+Cl as an etching gas.
By applying the method, the polycrystalline silicon film 15 is anisotropically etched and the etching gas is changed to C Fa
By applying the RIE method, the insulating films 14 and 13 are anisotropically etched. As a result, polycrystalline silicon film 15 and insulating film 14 remain only on the side wall of opening 10B. Note that since the bottom surface of the insulating film 13 is etched, an opening is formed, and a portion of the n'' type silicon semiconductor layer 3 is exposed within the opening. Refer to Fig. 18 (self)-1 By applying the CVD method, the thickness is, for example, 2000 mm.
A polycrystalline silicon film 16 having a size of approximately 1000 ml (man) is formed.

0の−2 イオン注入法を適用することに依り、ドーズ量を例えば
5 X 1 0 1B(as−”)として、そして、加
速エネルギを例えば60(KeV)として多結晶シリコ
ン膜l6に砒素(As)イオンの打ち込みを行う。
By applying the 0-2 ion implantation method, arsenic (As ) Perform ion implantation.

αIt−3 温度約950(’C)、時間約10〔分〕の熱処理を行
う。
αIt-3 Heat treatment is performed at a temperature of about 950 ('C) and a time of about 10 minutes.

これに依って、前記工程a0−3で多結晶シリコン膜1
0Aに注入されたBイオン、前記工程Q6)−3で注入
されたBイオン、前記工程α8l−2で注入されたAs
イオンが拡散され或いは活性化されて実働可能なp型内
部ベース領域l7、p+型外部ベース領域18、n+型
エミッタ領域19が形成される。
Accordingly, in the step a0-3, the polycrystalline silicon film 1
B ions implanted in 0A, B ions implanted in the step Q6)-3, As implanted in the step α8l-2
Ions are diffused or activated to form operable p-type internal base region 17, p+-type external base region 18, and n+-type emitter region 19.

a―−4 通常のフォト・リングラフィ技術を適用することに依り
、多結晶シリコン膜l6のパターニングを行ってエミッ
タ引き出し電極となるもの以外を除去する. 第19図参照 (自)一l 通常の技法を適用することに依り、ベース電極コンタク
ト窓、コレクタ電極コンタクト窓を形成する. a唾−2 真空蒸着法を適用することに依り、例えばアルミニウム
(Aj)膜を形成し、これを通常のフォト・リソグラフ
ィ技術にてパターニングしてエミッタ電極20、ベース
電極21、コレクタ電極22を形成して完成する. このようにして製造したESPER型半導体装置は、表
面が平坦であって、金属電極・配線であるエミッタ電極
20等の断線は少ない.〔発明が解決しようとする課題
〕 第11図乃至第19図について説明したESPBR型半
導体装置を製造する方法に於いては、その工程α1−3
及び工程Q!9−2に於いて説明されているように、表
面の機械的研摩(ポリッシング)及びSOGの塗布一エ
ッチ・バックに依る平坦化プロセスを実施していて、そ
の平坦性は優れているとはいえ、充分ではない.また、
機械的研摩はバルクを平坦化する手段として大変優れた
技法ではあり、この技法をトレンチへの多結晶シリコン
の埋め込みに用いるのみでなく、バルクを平坦化するの
に利用すれば、SOGに依る平坦化に比較して蟲かに優
れた平坦性を達成することができる.然しなから、機械
的研摩は、コストの面で見ると、かなり費用を必要とす
る工程に属しているので、バルクの平坦化の為、トレン
チへの多結晶シリコンの埋め込みとは別に機械的研摩の
工程を導入することはコストの点で不利であり、製造コ
ストは高くなってしまう.従って、一回の機械的研摩に
依ってトレンチへの多結晶シリコンの埋め込みとバルク
の平坦化を達成できれば製造コストは大きく引き下げる
ことが可能であり、また、平坦性の点からも優れたもの
となるので、信韻性は向上する。
a--4 Patterning the polycrystalline silicon film 16 by applying ordinary photolithography technology to remove portions other than those that will become the emitter extraction electrode. Refer to FIG. 19.1 Form a base electrode contact window and a collector electrode contact window by applying a conventional technique. a-2 By applying a vacuum evaporation method, for example, an aluminum (Aj) film is formed, and this is patterned using normal photolithography technology to form an emitter electrode 20, a base electrode 21, and a collector electrode 22. and complete it. The ESPER type semiconductor device manufactured in this manner has a flat surface and has few disconnections in the emitter electrode 20, which is a metal electrode or wiring. [Problems to be Solved by the Invention] In the method for manufacturing an ESPBR type semiconductor device explained with reference to FIGS. 11 to 19, the step α1-3 is
And process Q! As explained in 9-2, a flattening process is performed by mechanically polishing the surface, applying SOG, and etch-back, and although the flatness is excellent. , is not enough. Also,
Mechanical polishing is a very good technique for bulk planarization, and if this technique is used not only for filling polycrystalline silicon into trenches, but also for bulk planarization, it is possible to improve the planarization by SOG. It is possible to achieve superior flatness compared to conventional methods. However, from a cost perspective, mechanical polishing belongs to a process that requires a lot of money, so in order to flatten the bulk, mechanical polishing is performed separately from filling polycrystalline silicon into the trench. Introducing this process is disadvantageous in terms of cost, and manufacturing costs will increase. Therefore, if it is possible to fill the trench with polycrystalline silicon and flatten the bulk with a single mechanical polishing process, manufacturing costs can be significantly reduced, and it is also possible to achieve excellent flatness. Therefore, the plausibility improves.

本発明は、一回の機械的研摩に依って、トレンチへの多
結晶シリコンの埋め込みとバルクの平坦化を同時に達成
できるようにする。
The present invention makes it possible to simultaneously fill the trench with polycrystalline silicon and planarize the bulk using a single mechanical polishing step.

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

本発明に依る半導体装置の製造方法に於いては、半導体
基板(例えばp型シリコン半導体基板1)上にベース及
びエミッタを形成する為の開口を有する絶縁膜(例えば
フィールド絶縁膜4)を形成する工程と、次いで、前記
絶縁膜及び半導体基板を選択的にエッチングして素子間
分離の為のトレンチ(例えばトレンチIA)を形成する
工程と、次いで、前記トレンチ及び表面の凹所をうめる
多結晶シリコン膜(例えば多結晶シリコン膜10)を形
成する工程と、次いで、前記多結晶シリコン膜を機械的
に研摩して前記トレンチ及び凹所を含むバルク表面を同
時に平坦化させる工程と、次いで、前記ベース及びエミ
ッタを形成する為の開口上に在る多結晶シリコン膜を選
択的にエッチング゜して内部ベース(例えばp型内部ベ
ース領域17)及びエミッタ(例えばn+型エミッタ領
域19)を形成する為の開口を形成すると共にその多結
晶シリコン膜を外部ベース引き出し部分としてパターン
化する工程とが含まれてなるよう構成する。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an insulating film (for example, a field insulating film 4) having an opening for forming a base and an emitter is formed on a semiconductor substrate (for example, a p-type silicon semiconductor substrate 1). a step of selectively etching the insulating film and the semiconductor substrate to form a trench (for example, trench IA) for isolation between elements, and then etching polycrystalline silicon to fill the trench and the recess on the surface. forming a film (e.g. polycrystalline silicon film 10), then mechanically polishing the polysilicon film to simultaneously planarize the bulk surface including the trenches and recesses; and selectively etching the polycrystalline silicon film present on the opening for forming the emitter to form an internal base (e.g. p-type internal base region 17) and an emitter (e.g. n+-type emitter region 19). The method includes the steps of forming an opening and patterning the polycrystalline silicon film as an external base extraction portion.

〔作用〕[Effect]

前記手段を採ることに依り、トレンチを埋める多結晶シ
リコン膜とベース引き出し部分となる多結晶シリコン膜
とは同時に形成されたものであって、しかも、一度の機
械的研摩を行うことで平坦化され、その後はバルクとし
ての平坦化は行う必要がない。
By adopting the above method, the polycrystalline silicon film filling the trench and the polycrystalline silicon film forming the base extension portion are formed at the same time, and can be flattened by one mechanical polishing. , after that, there is no need to perform bulk planarization.

〔実施例〕〔Example〕

第1図乃至第lO図は従来技術と同様にESPER型と
呼ばれる高速バイボーラ半導体装置を製造する本発明一
実施例を説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要
部切断側面図を表し、以下、これ等の図を参照しつつ詳
細に説明する。尚、第11図乃至第19図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つ
ものとする. 第1図参照 通常の技術を用い、p型シリコン半導体基板1にn+型
埋め込み層2、n一型シリコン半導体層3、二酸化シリ
コンからなる厚さが例えば6000 (人〕程度である
フィールド絶縁膜4、n+型コレクタ・コンタクト領域
5を形成する.尚、図示のフィールド絶縁膜4には、ベ
ース領域及びエミッタ頌域を形成する為の開口とn+型
コレクタ・コンタクト頷域5を形成するのに用いた開口
とが形成されている. 第2図参照 CVD法を適用することに依り、全面に厚さが例えば5
000 (人〕程度である窒化シリコンからなる絶縁膜
6を形成する. +2)−2 通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プ
ロセス及びエッチング・ガスをCF.とするRIE法を
適用することに依り、絶縁膜6の異方性エッチングを行
ってバターニングし、フィールド絶縁膜,4上に一部を
残留させる。
Figures 1 to 10 are cross-sectional side views of essential parts of a semiconductor device at key points in the process for explaining an embodiment of the present invention for manufacturing a high-speed bibolar semiconductor device called an ESPER type, similar to the prior art. will be described in detail below with reference to these figures. Note that the same symbols as those used in FIGS. 11 to 19 indicate the same parts or have the same meanings. Refer to FIG. 1. Using a conventional technique, a p-type silicon semiconductor substrate 1 is coated with an n+-type buried layer 2, an n-type silicon semiconductor layer 3, and a field insulating film 4 made of silicon dioxide and having a thickness of, for example, about 6000 mm. , an n+ type collector contact region 5 is formed.The illustrated field insulating film 4 has an opening for forming a base region and an emitter region, and an opening for forming an n+ type collector contact region 5. By applying the CVD method (see Figure 2), a thickness of, for example, 5 mm is formed over the entire surface.
000 (people).+2)-2 The resist process and etching gas in normal photolithography technology are replaced by CF. By applying the RIE method, the insulating film 6 is anisotropically etched and patterned, leaving a portion on the field insulating film 4.

第3図参照 CVD法を適用することに依り、厚さが例えば1000
 (人〕程度である窒化シリコンからなる耐酸化性マス
ク膜7を形成する。
By applying the CVD method (see Fig. 3), the thickness can be reduced to, for example, 1000 mm.
An oxidation-resistant mask film 7 made of silicon nitride having a thickness of about 100 ml is formed.

+3)−2 引き続きCVD法を適用することに依り、厚さが例えば
5000 (人)程度であるPSG膜8を形成する.尚
、このPSG膜8はトレンチを形成する際のエッチング
に対する保護の役割を果たすものである. +3)−3 通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プ
ロセスを適用することに依り、トレンチ形成予定部分に
開口を有するフォト・レジスト膜(図示せず)を形成す
る。
+3)-2 Subsequently, by applying the CVD method, a PSG film 8 having a thickness of, for example, about 5000 (people) is formed. Incidentally, this PSG film 8 serves as a protection against etching when forming the trench. +3)-3 A photoresist film (not shown) having an opening in a portion where a trench is to be formed is formed by applying a resist process in a normal photolithography technique.

エッチング・ガスをCF.とする反応性イオン・エッチ
ング(reactive  ton.etching:
RIB)法を適用することに依り、PSG膜8の表面か
ら窒化シリコンからなる耐酸化性マスク膜7、窒化シリ
コンからなる絶縁膜6、フィールド絶縁膜4のエッチン
グを、そして、エッチング・ガスをSiCj!4+Ci
とするRIE法を適用することに依り、n一型シリコン
半導体層3、p型シリコン半導体基板1の一部に達する
選択的エッチングを行ってトレンチIAを形成する. 第4図参照 エッチャントをフン酸とする浸漬法を適用することに依
ってPSG膜8を除去する.熱酸化法を適用することに
依り、温度が例えば900(t)である湿性雰囲気中で
熱酸化を行うて、トレンチIA内に表出されているシリ
コン部分に二酸化シリコンからなる厚さ例えば1000
〜3000 (人〕程度の絶縁膜9を形成する.この場
合、トレンチIA以外は耐酸化性マスク膜7で覆われて
いるから、熱酸化されることはない. 第5図参照 エッチャントを熱H3PO.とする浸漬法を適用するこ
とに依って耐酸化性マスク膜7を除去してから、CVD
法を適用することに依り、厚さ例えばl 〔μm〕程度
の多結晶シリコン膜10を形成する。
The etching gas is CF. reactive ion etching:
By applying the RIB) method, the oxidation-resistant mask film 7 made of silicon nitride, the insulating film 6 made of silicon nitride, and the field insulating film 4 are etched from the surface of the PSG film 8, and the etching gas is etched by SiCj. ! 4+Ci
By applying the RIE method, selective etching is performed to reach a part of the n-type silicon semiconductor layer 3 and the p-type silicon semiconductor substrate 1, thereby forming a trench IA. The PSG film 8 is removed by applying a dipping method using hydronic acid as the etchant (see FIG. 4). By applying a thermal oxidation method, thermal oxidation is carried out in a humid atmosphere at a temperature of, for example, 900 (t) to form a silicon dioxide layer with a thickness of, for example, 1000 m on the exposed silicon portion in the trench IA.
An insulating film 9 with a thickness of about 3,000 people is formed. In this case, the area other than the trench IA is covered with the oxidation-resistant mask film 7, so it will not be thermally oxidized. Refer to Figure 5. After removing the oxidation-resistant mask film 7 by applying a dipping method, CVD
By applying the method, a polycrystalline silicon film 10 having a thickness of, for example, about l [μm] is formed.

これに依って、幅が約1 〔μm〕程度、深さが約5〔
μm〕程度のトレンチIAは完全に埋められ、表面も多
結晶シリコン膜10で覆われる. 機械的研摩法を適用することに依り、多結晶シリコン膜
10の研摩を行って平坦化する。この研摩は、窒化シリ
コンからなる絶縁膜6の頂面が表出された時点で停止す
る。
Due to this, the width is about 1 [μm] and the depth is about 5 [μm].
The trench IA with a diameter of about [μm] is completely filled, and the surface is also covered with a polycrystalline silicon film 10. By applying a mechanical polishing method, the polycrystalline silicon film 10 is polished and planarized. This polishing is stopped when the top surface of the insulating film 6 made of silicon nitride is exposed.

これに依って、多結晶シリコン膜10はトレンチIAを
埋めているもの及び凹所を埋めているものが残留し、他
は除去されてしまう.図からも明らかなように、この工
程を経ると、バルク表面は完全に平坦化される。
As a result, the polycrystalline silicon film 10 that fills the trench IA and the recess remains, and the rest is removed. As is clear from the figure, after this step, the bulk surface is completely flattened.

イオン注入法を適用することに依り、コレクタ引き出し
部分に在る多結晶シリコン膜10にPイオンの打ち込み
を行い、また、ベース引き出し部分に在る多結晶シリコ
ン膜10にはBイオンの打ち込みを行い、熱処理を行っ
て活性化する.Pイオンを注入するには、ドーズ量を例
えばl X I Q ” (am−”)程度、そして、
加速エネルギを70(KeV)として良く、また、Bイ
オンを注入するには、ドーズ量を例えば1×l Q” 
(cs−”)程度、そして、加速エネルギを25(Ka
V)として良い. 第6図参照 CVD法を適用することに依り、全面に厚さが例えば5
00G (人)程度である二酸化シリコンからなる絶縁
膜1lを成長させる.第7図参照 (?)−1 通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プ
ロセス及びエッチング・ガスをC F 4とするRIE
法を適用することに依り、二酸化シリコンからなる絶縁
膜l1、多結晶シリコン膜10の選択的エッチングを行
うて内部ベース領域及びエミッタ領域形成予定部分に開
口10Bを形成する. 熱酸化法を適用することに依り、温度900〔℃〕の湿
性雰囲気中に於いて、開口10B内に表出されているシ
リコン部分に二酸化シリコンからなる厚さが例えば50
0 〔人〕程度である絶縁膜13を形成する. 《η−3 イオン注入法を適用することに依り、ドーズ量を例えば
3 X I Q ” (am−”)とし、そして、加速
エネルギを25(KaV)としてBイオンの打ち込みを
行う.ここで注入されたBイオンは、後に活性化される
と、内部ベース領域として動作するものである. 第8図参照 CVD法を適用することに依り、厚さが例えば2000
 (人)程度の二酸化シリコンからなる絶縁膜14及び
厚さが例えば1500 (人〕程度の多結晶シリコン膜
15を順に積層して形成する. エッチング・ガスをS I C l 4 + C l 
zとするRIE法を適用することに依って多結晶シリコ
ン膜15の異方性エッチングを行い、エッチング・ガス
をCF.とするRIE法を適用することに依って絶縁膜
14、絶縁膜l3の異方性エッチングを行う. これに依り、多結晶シリコン膜15及び絶縁膜14は開
口10Bの側壁にのみ残留する.尚、絶緑膜13は、そ
の底面がエッチングされるので開口が形成され、その開
口内にはn一型シリコン半導体層3の一部が表出される
By applying the ion implantation method, P ions are implanted into the polycrystalline silicon film 10 located in the collector lead-out part, and B ions are implanted into the polycrystalline silicon film 10 located in the base lead-out part. , heat treatment is performed to activate it. In order to implant P ions, the dose is set to, for example, lXIQ''(am-''), and
The acceleration energy may be set to 70 (KeV), and in order to implant B ions, the dose may be set to, for example, 1×l Q"
(cs-”), and the acceleration energy is 25 (Ka
V) is good. By applying the CVD method (see Fig. 6), the thickness of the entire surface is, for example, 5 mm.
Grow an insulating film 1L made of silicon dioxide with a thickness of about 00G (person). See Figure 7 (?)-1 Resist process in normal photolithography technology and RIE using CF4 as etching gas
By applying the method, the insulating film l1 made of silicon dioxide and the polycrystalline silicon film 10 are selectively etched to form an opening 10B in the portion where the internal base region and emitter region are to be formed. By applying a thermal oxidation method, in a humid atmosphere at a temperature of 900 [°C], the silicon portion exposed in the opening 10B is made of silicon dioxide to a thickness of, for example, 50°C.
An insulating film 13 of approximately 0 [person] size is formed. By applying the η-3 ion implantation method, B ions are implanted at a dose of, for example, 3 X I Q ” (am-”) and an acceleration energy of 25 (KaV). The B ions implanted here act as an internal base region when activated later. By applying the CVD method (see Fig. 8), the thickness can be reduced to 2000 mm, for example.
An insulating film 14 made of silicon dioxide having a thickness of approximately 1,500 (people) thick and a polycrystalline silicon film 15 having a thickness of, for example, approximately 1,500 (people) are sequentially laminated.The etching gas is S I C I 4 + C I
The polycrystalline silicon film 15 is anisotropically etched by applying the RIE method with CF. By applying the RIE method, the insulating film 14 and the insulating film 13 are anisotropically etched. As a result, the polycrystalline silicon film 15 and the insulating film 14 remain only on the side walls of the opening 10B. Incidentally, since the bottom surface of the never-green film 13 is etched, an opening is formed, and a part of the n-type silicon semiconductor layer 3 is exposed within the opening.

第9図参照 CVD法を適用することに依り、厚さ例えば2000 
(人〕程度の多結晶シリコン膜l6を形成する. イオン注入法を適用することに依り、ドーズ量を例えば
5 X I Q I6(am−”)として、そして、加
速エネルギを例えば60(KeV)として多結晶シリコ
ン膜16に砒素(As)イオンの打ち込みを行う。
By applying the CVD method (see Fig. 9), the thickness can be reduced to 200 mm, for example.
By applying the ion implantation method, the dose amount is set to, for example, 5 X I Q I6 (am-"), and the acceleration energy is set to, for example, 60 (KeV). As a step, arsenic (As) ions are implanted into the polycrystalline silicon film 16.

温度約950〔℃〕、時間約10(分〕の熱処理を行う
. この工程を経ると、前記工程(5) − 3でベース引
き出し部分に在る多結晶シリコン膜10に注入されたB
イオン、前記工程(7)−3でn″″型シリコン半導体
層3に注入されたBイオン、前記工程(9)−2で多結
晶シリコン膜16に注入されたAsイオンのそれぞれが
拡散され或いは活性化されて実働可能なp型内部ベース
領域17、p+型外部ベース領域18、n+型ソース頷
域19が形成される. 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用することに依り
、多結晶シリコン膜16のバターニングを行ってエミッ
タ引き出し電極となるもの以外を除去する. 第10図参照 αト1 通常の技法を適用することに依り、ベース電極コンタク
ト窓、コレクタ電極コンタクト窓を形成する. (II−2 真空蒸着法を適用することに依り、例えばアルミニウム
(Aj)膜を形成し、これを通常のフォト・リングラフ
ィ技術にてパターニングしてエミッタ電極20、ベース
電極21コレク夕電極22を形成して完成する。
A heat treatment is performed at a temperature of about 950 [°C] and a time of about 10 minutes. After this step, the B injected into the polycrystalline silicon film 10 in the base extension portion in step (5)-3 is removed.
ions, the B ions implanted into the n'''' type silicon semiconductor layer 3 in the step (7)-3, and the As ions implanted into the polycrystalline silicon film 16 in the step (9)-2, respectively, are diffused or A p-type internal base region 17, a p+-type external base region 18, and an n+-type source nozzle region 19 are formed which are activated and can be operated. By applying ordinary photolithography technology, the polycrystalline silicon film 16 is patterned to remove portions other than those that will become emitter extraction electrodes. See FIG. 10 α-1 Form a base electrode contact window and a collector electrode contact window by applying a conventional technique. (II-2 By applying a vacuum evaporation method, for example, an aluminum (Aj) film is formed, and this is patterned using a normal photo-phosphorography technique to form an emitter electrode 20, a base electrode 21, and a collector electrode 22. Form and complete.

このようにして製造したESPER型半導体装置は、エ
ミッタ電極20の下地に多結晶シリコン膜l6が存在す
るのみであり、他の部分では表面が完全に平坦であって
、金属電極・配線が断線する虞は皆無といって良い. 〔発明の効果〕 本発明に依る半導体装置の製造方法に於いては、ベース
及びエミッタを形成する為の開口を有する絶縁膜を形成
し、前記絶縁膜及び半導体基板を選択的にエッチングし
てトレンチを形成し、前記トレンチ及び表面の凹所をう
める多結晶シリコン膜を形成し、前記多結晶シリコン膜
を機械的に研摩して前記トレンチ及び凹所を含むバルク
表面を同時に平坦化させ、前記ベース及びエミッタを形
成する為の開口上に在る多結晶シリコン膜を選択的にエ
ッチングして内部ベース及びエミッタを形成する為の開
口を形成すると共にその多結晶シリコン膜を外部ベース
引き出し部分としてパターン化するようにしている. 前記構成を採ることに依り、トレンチを埋める多結晶シ
リコン膜とベース引き出し部分となる多結晶シリコン膜
とは同時に形成されたものであって、しかも、一度の機
械的研摩で完全に平坦化され、その後はバルクとしての
平坦化は行う必要がない。従って、金属電極・配線の断
線がなく且つ信u性が高いESPER型半導体装置を低
コストで製造することができる。
In the ESPER type semiconductor device manufactured in this manner, only the polycrystalline silicon film l6 exists under the emitter electrode 20, and the surface is completely flat in other parts, and metal electrodes and wiring are disconnected. It can be said that there is no risk. [Effects of the Invention] In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an insulating film having an opening for forming a base and an emitter is formed, and the insulating film and the semiconductor substrate are selectively etched to form a trench. forming a polycrystalline silicon film that fills the trench and the recess on the surface, mechanically polishing the polycrystalline silicon film to simultaneously planarize the bulk surface including the trench and the recess; and selectively etching the polycrystalline silicon film existing on the opening for forming the emitter to form an opening for forming the internal base and emitter, and patterning the polycrystalline silicon film as an external base extraction part. I try to do that. By adopting the above structure, the polycrystalline silicon film filling the trench and the polycrystalline silicon film serving as the base extension portion are formed at the same time, and can be completely flattened by one mechanical polishing. After that, there is no need to perform bulk planarization. Therefore, it is possible to manufacture an ESPER type semiconductor device at low cost, which is free from disconnection of metal electrodes and wiring and has high reliability.

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

第1図乃至第10図は本発明一実施例を説明する為の工
程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図、第11図
乃至第19図は従来例を説明する為の工程要所に於ける
半導体装置の要部切断側面図をそれぞれ表している. 図に於いて、1はp型シリコン半導体基板、lAはトレ
ンチ、2はn+型埋め込み層、3はn型シリコン半導体
層、4はフィールド絶縁膜、5はn+型コレクタ・コン
タクト領域、6及び7は絶縁膜、8はPSG膜、9は絶
縁膜、10は多結晶シリコン膜、11.l3.,14は
絶縁膜、15及び16は多結晶シリコン膜、17はp型
内部ベース領域、18はp+型外部ベース領域、19は
n+型エミッタ領域、20はエミッタ電極、21はベー
ス電極、22はコレクタ電極をそれぞれ示している. 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  柏 谷 昭 司 代理人弁理士  渡 邊 弘 一 半導体装置の要部切断側面図 第1図 半導体装置の要部切断側面図 第3図 半導体装置の要部切断側面図 第2図 第4図 半導体装置の要部切断側面図 第5図 半導体装置の要部切断側面図 半導体装雪の要部切断側面図 半導体装置の要部切断側面図 第11図 第15図 第16図 第13図 第17図 第18図
1 to 10 are cross-sectional side views of essential parts of a semiconductor device at key process points for explaining an embodiment of the present invention, and FIGS. 11 to 19 are process diagrams for explaining a conventional example. Each figure shows a cutaway side view of the main parts of a semiconductor device. In the figure, 1 is a p-type silicon semiconductor substrate, lA is a trench, 2 is an n + type buried layer, 3 is an n type silicon semiconductor layer, 4 is a field insulating film, 5 is an n + type collector contact region, 6 and 7 8 is an insulating film, 8 is a PSG film, 9 is an insulating film, 10 is a polycrystalline silicon film, 11. l3. , 14 is an insulating film, 15 and 16 are polycrystalline silicon films, 17 is a p-type internal base region, 18 is a p+-type external base region, 19 is an n+-type emitter region, 20 is an emitter electrode, 21 is a base electrode, and 22 is an Each collector electrode is shown. Patent Applicant: Fujitsu Ltd. Representative Patent Attorney: Akira Kashiwatani Representative Patent Attorney: Koichi Watanabe Side view Figure 2 Figure 4 Cutaway side view of main parts of semiconductor device Figure 5 Cutaway side view of main parts of semiconductor device Cutaway side view of main parts of semiconductor equipment Cutaway side view of main parts of semiconductor device Figure 11 Figure 15 Figure 16 Figure 13 Figure 17 Figure 18

Claims (1)

【特許請求の範囲】 半導体基板上にベース及びエミッタを形成する為の開口
を有する絶縁膜を形成する工程と、次いで、前記絶縁膜
及び半導体基板を選択的にエッチングして素子間分離の
為のトレンチを形成する工程と、 次いで、前記トレンチ及び表面の凹所をうめる多結晶シ
リコン膜を形成する工程と、 次いで、前記多結晶シリコン膜を機械的に研摩して前記
トレンチ及び凹所を含むバルク表面を同時に平坦化させ
る工程と、 次いで、前記ベース及びエミッタを形成する為の開口上
に在る多結晶シリコン膜を選択的にエッチングして内部
ベース及びエミッタを形成する為の開口を形成すると共
にその多結晶シリコン膜を外部ベース引き出し部分とし
てパターン化する工程と が含まれてなることを特徴とする半導体装置の製造方法
[Claims] A step of forming an insulating film having openings for forming a base and an emitter on a semiconductor substrate, and then selectively etching the insulating film and the semiconductor substrate for isolation between elements. forming a trench; then forming a polycrystalline silicon film filling the trench and surface recess; and mechanically polishing the polycrystalline silicon film to form a bulk film including the trench and recess. simultaneously planarizing the surface; and then selectively etching the polycrystalline silicon film over the openings for forming the base and emitter to form openings for forming the internal base and emitter; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of patterning the polycrystalline silicon film as an external base extraction portion.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04217326A (en) * 1990-12-19 1992-08-07 Nec Corp Semiconductor device and fabrication thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04217326A (en) * 1990-12-19 1992-08-07 Nec Corp Semiconductor device and fabrication thereof

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