JPS63172465A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPS63172465A
JPS63172465A JP316587A JP316587A JPS63172465A JP S63172465 A JPS63172465 A JP S63172465A JP 316587 A JP316587 A JP 316587A JP 316587 A JP316587 A JP 316587A JP S63172465 A JPS63172465 A JP S63172465A
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JP
Japan
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emitter
substrate
layer
base
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP316587A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Tanba
昭浩 丹波
Tokuo Watanabe
篤雄 渡辺
Takayuki Wakui
和久井 陽行
Masataka Minami
正隆 南
Takahiro Nagano
隆洋 長野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the junction area of an emitter and a base and to increase junction breakdown strength, by forming an Si single crystal layer at a low temperature, and using the layer as the emitter. CONSTITUTION:An n-type Si layer is epitaxially grown on an n<+> embedded layer on an Si substrate. P ions are implanted in the substrate, and a collector layer 3 is formed. Elements are isolated with a field oxide film 5. A base region 2 and a base contact region (P<+> region) 6 are formed by the implantation of B ions. Then an a-Si 7 is deposited on an emitter opening part by evaporation from an Si evaporation source including P. The device is annealed in an electric furnace. The a-Si is made to be a single crystal by a solid-phase growth based on the crystal information of the Si substrate, which is exposed in the emitter opening part. The P, which is doped at the same time as the solid-phase growth, is activated and the growth layer becomes n<+>. The emitter can be formed with C-Si without diffusing P in the substrate Si.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイポーラトランジスタの製造方法に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a bipolar transistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在の浅接合バイポーラトランジスタのエミッタ形成法
は、1.第2図に示すように、高濃度にAsをドープし
たpoly−8iからのAsのドライブインにより、S
i基板中に形成する方法。
The current emitter formation method for shallow junction bipolar transistors is as follows: 1. As shown in Fig. 2, the S
A method for forming an i-substrate.

2、doped  poly−8i、または。2, doped poly-8i, or.

dopad  a−8iをエミッタ開口部に堆積し。Deposit dopad a-8i in the emitter opening.

エミッタとする方法、の2つに大別される。There are two main methods: using it as an emitter.

これらの技術については、1.についてはチク ゛二カ
ルダイジェストアイ・イー・イー・イーインターナショ
ナルエレクトロンデバイス ミーティング論文番号2 
* 4 Dec、1985 (TechnicalDi
gest IEEE International E
lectron DeviceMeeting論文番号
2・4 Dec、1985)に、2.についてはテクニ
カルダイジェストアイ・イー・イー・イーインターナシ
ョナルエレクトロンデバイスミーティング論文番号32
 * 3 Dec、1984(TachnicalDi
gest IEEE International E
lectron DeviceMeeting論文番号
32・3 Dec、 1984)に論じられている。
Regarding these technologies, 1. For more information, click here.Nical Digest IEE International Electron Device Meeting Paper No. 2
*4 Dec, 1985 (Technical Di
gest IEEE International E
lectron DeviceMeeting paper number 2.4 Dec, 1985), 2. For Technical Digest IE International Electron Device Meeting Paper No. 32
*3 Dec, 1984 (Tachnical Di
gest IEEE International E
Electron Device Meeting Paper No. 32, 3 Dec, 1984).

〔発明が解決しよ°うとする問題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

上記従来技術は、1,2各々の場合について下記の問題
点がある。
The above prior art has the following problems in cases 1 and 2.

1、Po1y−8iよりAsをドライブインさせる工程
であるために、n+領領域形状は第2図。
1. Since this is a process in which As is driven in from Poly-8i, the shape of the n+ region is as shown in FIG.

第3図(a)に示すようになる。そこでエミッタ・ベー
ス接合面積は第3図(a)に示すように領域A÷領領域
となる。すなわちエミッタ開口部の面積Bよりも領域A
の部分だけ接合容量は増大することになる。また、第3
図(a)中A領域のベース濃度プロファイルは、同図(
b)中αに示す濃度であり、設計したベース濃度βより
も大きな濃度である。よって、エミッタ・ベース耐圧は
βの濃度で予想される値よりも小さくなる。
The result is as shown in FIG. 3(a). Therefore, the emitter-base junction area is calculated by dividing area A by area as shown in FIG. 3(a). In other words, the area A is larger than the area B of the emitter opening.
The junction capacitance increases by the portion . Also, the third
The base concentration profile of region A in Figure (a) is shown in Figure (a).
b) The concentration is medium α, which is higher than the designed base concentration β. Therefore, the emitter-base breakdown voltage becomes smaller than the value expected based on the concentration of β.

2、doped  poly−8i、a−8i  を堆
積してエミッタ領域にする場合には、1.のような問題
はない。
2. When doped poly-8i, a-8i is deposited to form the emitter region, 1. There are no such problems.

しかしながら、エミッタ・ベース接合が。However, the emitter-base junction.

p o’l y−8i/C−5iまたは、a−8i/C
−8iとなるために接合がC−5i/C−8iの場合に
比べて不安定である。
po'ly-8i/C-5i or a-8i/C
-8i, the bonding is unstable compared to the case of C-5i/C-8i.

本発明の目的は、上記問題を解決するために。The purpose of the present invention is to solve the above problems.

Si基板中に例えばnpnトランジスタの場合n十領域
を拡散させることなしに、n型C−8iをP型Si上に
形成し、その部分をエミッタとすることにある。つまり
、第1図(e)に示す構造のバイポーラトランジスタを
作製することにある。
For example, in the case of an npn transistor, n-type C-8i is formed on p-type Si without diffusing the n+ region in a Si substrate, and that portion is used as an emitter. That is, the purpose is to fabricate a bipolar transistor having the structure shown in FIG. 1(e).

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

上記目的を達成するためには、不純物の拡散が無視でき
るような低温でSi単結晶層を形成し、エミッタとする
ことにより達成される。低温で単結晶を形成する技術と
しては、分子線エピタキシー法(MBE法)、同相エピ
タキシー法(SPE法)等がある。
The above object can be achieved by forming a Si single crystal layer at such a low temperature that diffusion of impurities can be ignored and using it as an emitter. Techniques for forming single crystals at low temperatures include molecular beam epitaxy (MBE) and in-phase epitaxy (SPE).

よって、MBE法、SPE法等の技術を用いてエミッタ
を基板Si上に形成すれば上記目的は達成される。
Therefore, the above object can be achieved by forming an emitter on a Si substrate using a technique such as MBE or SPE.

〔作用〕[Effect]

SPE法、またはMBE法(いずれも〜600℃以下)
でベース上にSiをエピタキシャル成長させ、その部分
をエミッタにすることにより、エミッタ・ベース接合面
積は、エミッタ開口部(第3図(a)中の領域B)と一
致し、基板Si中にエミッタを拡散させる場合と比べて
エミッタ・ベース接合面積は減少する。
SPE method or MBE method (both ~600℃ or less)
By epitaxially growing Si on the base and making that part an emitter, the emitter-base junction area coincides with the emitter opening (region B in Figure 3(a)), and the emitter is grown in the Si substrate. The emitter-base junction area is reduced compared to the case of diffusion.

また、ベース領域にエミッタを拡散させないので第3図
(b)に示す濃度αの部分が存在しない。
Furthermore, since the emitter is not diffused into the base region, the concentration α portion shown in FIG. 3(b) does not exist.

よって、エミッタ・ベース接合耐圧は真性バイポーラ部
のベースピーク濃度βから予想される耐圧と一致する。
Therefore, the emitter-base junction breakdown voltage matches the breakdown voltage expected from the base peak concentration β of the intrinsic bipolar portion.

すなわち、真性バイポーラ部のベースピーク濃度が同じ
場合を比べたとき、従来の拡散によりエミッタを形成す
る場合と1本発明の場合とでは本発明の方がエミッタ・
ベース耐圧は大きい。
In other words, when comparing the case where the base peak concentration of the intrinsic bipolar part is the same, the emitter of the present invention is better than the conventional case where the emitter is formed by diffusion and the case where the emitter is formed by the present invention.
The base pressure resistance is high.

さらに、本発明のもう1つの作用としては、エミッタ注
入効率の増大が挙げられる。これは、エミッタのエピタ
キシャル成長と同時に、不純物の活性化も行なえるとい
う特徴からくるものである。
Furthermore, another effect of the present invention is an increase in emitter injection efficiency. This is due to the feature that impurities can be activated simultaneously with the epitaxial growth of the emitter.

つまり、拡散によりエミッタを形成する場合には。That is, when forming an emitter by diffusion.

高温での熱処理を必要とするためにエミッタの不純物プ
ロファイルは第6図に示すように、エミッタ・ベース接
合付近で低濃度になってしまうが。
However, since heat treatment at high temperature is required, the impurity profile of the emitter becomes low in concentration near the emitter-base junction, as shown in FIG.

本発明の場合には、Si蒸着源に不純物を混入しておく
、Siの蒸着と平行して不純物を導入する等の方法で、
同じく第6図に示すようにエミッタ中で均一にすれば、
高温での活性化アニールを必要としないためにこの分布
をそのままエミッタの不純物分布とすることができる。
In the case of the present invention, impurities are mixed into the Si vapor deposition source, or impurities are introduced in parallel with the Si vapor deposition.
Similarly, if it is made uniform in the emitter as shown in Figure 6,
Since activation annealing at high temperature is not required, this distribution can be directly used as the impurity distribution of the emitter.

ということによる。It depends on that.

〔実施例〕〔Example〕

以下1本発明の詳細な説明する。まず通常のバイポーラ
トランジスタの場合(第1図)について説明する。n十
埋込層上にn!JAsi層をエピタキシャル成長させた
Si基板にPをイオン注入しコレクタN!I3を形成し
、フィールド酸化膜5で素子分離を行なう、Bイオン注
入によりベース領域2、ベースコンタクト領域(P十領
域)6を形成する0次にエミッタ開口部に蒸着膜のPの
濃度が〜I X I O”/dになるような濃度でPを
含んだSi蒸着源からの蒸着によりa−5i7を〜0.
5μm堆積する。そして電気炉で600℃アニールを1
0分間行ないエミッタ開口部に露出したSi基板の結晶
情報を基にa−8iを固相成長により単結晶化する。固
相成長と同時に〜1x10”O/adでドープされたP
は活性化し成長層はn十となる。このようにしてまった
く基板Si中(ベース中)にPを拡散させることなしに
C−8iでエミッタを形成することができる。
The present invention will be explained in detail below. First, the case of a normal bipolar transistor (FIG. 1) will be explained. n on ten buried layers! P ions are implanted into the Si substrate on which the JAsi layer is epitaxially grown, and the collector N! Form I3 and perform device isolation with field oxide film 5. Form base region 2 and base contact region (P+ region) 6 by B ion implantation. a-5i7 by evaporation from a Si evaporation source containing P at a concentration of ˜0.
Deposit 5 μm. Then annealed at 600℃ in an electric furnace.
This is carried out for 0 minutes, and a-8i is single-crystalized by solid phase growth based on the crystal information of the Si substrate exposed in the emitter opening. P doped with ~1x10”O/ad simultaneously with solid phase growth
is activated and the growth layer becomes n0. In this way, an emitter can be formed from C-8i without diffusing P into the Si substrate (into the base).

次に、セルファラインバイポーラに適用した実施例につ
いて述べる。P÷領領域P+Po1y−8i8からのB
のドライブインにより基板Si中に形成し、ベースコン
タクト6は、P+Po1y−5i上に設ける以外は前記
のプロセスと同様である。そして、エミッタを固相成長
により形成する0本実施例特有の効果はa−8iとC−
S iのドライエツチング時のエッチレイトの差を利用
して、エミッタ開口部にセルファラインでエミッタを形
成できることにある。つまり、固相成長により第5図の
ような状態になったところでドライエッチによりSiを
エツチングすることによりC−8iよりエッチレイトの
大きいa−8iが先にエツチングされ第4図(f)のよ
うな形状のエミッタになる。
Next, an example applied to a selfline bipolar will be described. P÷ territory P+B from Po1y-8i8
The process is the same as that described above except that the base contact 6 is formed on the P+Po1y-5i. The unique effects of this embodiment in which the emitter is formed by solid phase growth are a-8i and C-8i.
The difference in etch rate during dry etching of Si can be used to form an emitter in the emitter opening with a self-aligned line. In other words, when Si is etched by dry etching after solid-phase growth reaches the state shown in Figure 5, a-8i, which has a higher etch rate than C-8i, is etched first, resulting in a state as shown in Figure 4(f). It becomes an emitter of a shape.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、基板Si中(ベース中)にエミッタの
導電型を決定する不純物を拡散せずにエミッタを単結晶
で形成することができる。よって、エミッタ・ベース接
合面積が減少し、エミッタ・ベース接合容量が減少する
。また、同じく、ベース中にエミッタを拡散により形成
しない、という理由で第3図(b)のプロファイルαの
濃度をもつ、同図(a)の領域Aが存在しないのでエミ
ッタ・ベース接合耐圧も増大する。さらに単結晶でエミ
ッタを形成するのでエミッタ・ベース接合はC−8i/
CニーSiであり、エミッタをdopedpoly−5
iやdoped  a−8iで形成する場合よりも接合
の安定性にすぐれる。
According to the present invention, the emitter can be formed of a single crystal without diffusing impurities that determine the conductivity type of the emitter into the Si substrate (in the base). Therefore, the emitter-base junction area decreases, and the emitter-base junction capacitance decreases. Similarly, since the emitter is not formed in the base by diffusion, the region A in FIG. 3(a) with the concentration of profile α in FIG. 3(b) does not exist, so the emitter-base junction breakdown voltage also increases. do. Furthermore, since the emitter is formed from a single crystal, the emitter-base junction is C-8i/
C knee Si, doped poly-5 emitter
The bonding stability is superior to that formed using A-8i or doped A-8i.

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

第1図は本発明の一実施例を説明する基本構造図、第2
図は、従来のpoly−8iエミツタバイポーラトラン
ジスタの構造図、第3図はpoly −8iエミツタト
ランジスタのエミッタ部の形状及び濃度プロファイルを
示した説明図、第4図は。 本発明をセルファラインバイポーラに適用した例を示す
断面図、第5図は固相成長の様子を示した線図、第6図
はエミッタ注入効率の増大を示す図である。 1・・・エミッタ、2・・・ベース、3・・・コレクタ
、4・・・p o l y−8i (P+) 、 5−
8 iOa、 7−a −8i−t ゛代理人 弁理士 小川勝馬 (c) (む 第3図 遅さ方1’11  。 第4図 (^) /rLf
Fig. 1 is a basic structural diagram explaining one embodiment of the present invention;
The figure is a structural diagram of a conventional poly-8i emitter bipolar transistor, FIG. 3 is an explanatory diagram showing the shape and concentration profile of the emitter part of the poly-8i emitter transistor, and FIG. 4 is an explanatory diagram. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which the present invention is applied to Selfaline bipolar, FIG. 5 is a diagram showing solid phase growth, and FIG. 6 is a diagram showing increase in emitter injection efficiency. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Emitter, 2...Base, 3...Collector, 4...poly-8i (P+), 5-
8 iOa, 7-a -8i-t ゛Agent Patent attorney Katsuma Ogawa (c)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、バイポーラトランジスタの製造方法において、ベー
ス及びコレクタを基板Si中に形成する、しかるのちに
、該Si基板の結晶情報を基に、成長層の導電型を決定
する不純物が基板Si中に拡散することなしにSiをエ
ピタキシャル成長させ、この部分をエミッタとすること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
1. In a method for manufacturing a bipolar transistor, a base and a collector are formed in a Si substrate, and then impurities that determine the conductivity type of the grown layer are diffused into the Si substrate based on crystal information of the Si substrate. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that Si is epitaxially grown without any process, and this portion is used as an emitter.
JP316587A 1987-01-12 1987-01-12 Manufacture of semiconductor device Pending JPS63172465A (en)

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