JP2004221195A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2004221195A
JP2004221195A JP2003004762A JP2003004762A JP2004221195A JP 2004221195 A JP2004221195 A JP 2004221195A JP 2003004762 A JP2003004762 A JP 2003004762A JP 2003004762 A JP2003004762 A JP 2003004762A JP 2004221195 A JP2004221195 A JP 2004221195A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
emitter
germanium
conductivity type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003004762A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Ochimizu
洋聡 落水
Tsunehisa Sakota
恒久 迫田
Daisuke Iwai
大介 岩井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2003004762A priority Critical patent/JP2004221195A/en
Publication of JP2004221195A publication Critical patent/JP2004221195A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-speed SiGe bipolar transistor in which an operation is hardly varied. <P>SOLUTION: The SiGe bipolar transistor has a semiconductor substrate, a first conductivity type collector layer on the substrate, a second conductivity type base layer brought into contact with the collector layer and formed by an epitaxial growth so that germanium is contained in at least a part, and a first conductivity type emitter layer brought into contact with the base layer and formed by the epitaxial growth. The emitter layer contains germanium and carbon. Carbon contained in the emitter layer prevents the diffusion of a dopant, and germanium has action in which the change of a lattice constant by carbon doping is compensated and the emitter layer is lattice-matched with a semiconductor substrate material. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイポーラトランジスタとその製造方法に関し、特に、ベース層をシリコンとゲルマニウムの混晶で形成したSiGeバイポーラトランジスタとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
バイポーラトランジスタのうち、ベースを構成する半導体材料として、エミッタおよびコレクタを構成するシリコン材料よりもバンドギャップの狭いシリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)の混晶を用いたSiGeバイポーラトランジスタが知られている。SiGeバイポーラトランジスタは、このようなバンドギャップ差を利用して、ベースからエミッタへの少数キャリアの逆注入を抑制しながら、ベース中へ効率よくキャリアを注入することができる。
【0003】
図1(a)は、SiGeベースを用いたバイポーラトランジスタのドーピングプロファイルを示し、図1(b)はこのようなSiGeバイポーラトランジスタの主要部分のデバイス構造を示す図である。図1(a)のプロファイルに示すように、このバイポーラトランジスタは高速化のために、p+型のベース層のGe濃度を傾斜組成とするSiGe組成傾斜構造を採用している。Ge濃度を傾斜組成にすることで、ベース中のバンドギャップを傾斜させ、キャリアのベース走行時間を短縮することができるからである。
【0004】
SiGeの混晶はシリコンとの界面近傍で強い歪状態にあり、ミスフィット転移が発生しやすい。エミッタ−ベース接合面でのミスフィット転移を抑制するために、ベース層のみならず、ベース層との接合面近傍のエミッタ層の一部にもゲルマニウムを導入し、ゲルマニウムの濃度がエミッタ領域からベース領域にかけて逐次漸増する構成とする技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
【0005】
図1(b)に示すバイポーラトランジスタは、半導体基板110に形成されたn+型の埋込層111と、埋込層111上でLOCOS酸化膜121により区画される領域に位置するn型コレクタ層112と、n型コレクタ層に接するp+型のSiGeベース層113と、SiGeベース層113との間でベース−エミッタ接合を形成する熱拡散エミッタ領域120と、サイドウォール116の間で熱拡散エミッタ領域120と接続するn+型多結晶シリコン層119を有する。
【0006】
n+型多結晶シリコン層119は、熱拡散エミッタ領域120の拡散源であるとともに、上方の図示しない金属エミッタ電極に接続されてエミッタ接続層として機能する。SiGeベース層113は、p+型多結晶シリコン層117を介して、上方の図示しない金属ベース電極に接続される。n型コレクタ層112は、n+型埋込層111と図示しない同じくn+型の引き出し層を介して、上方の図示しない金属コレクタ電極に接続される。エミッタ層のp型ドーパントとしては、一般にリン(P)が用いられる。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−144834号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述したSiGeバイポーラトランジスタでは、n+型多結晶シリコン層119を形成後、熱処理することにより、ドーパントを拡散させて熱拡散エミッタ領域120を形成している。エミッタ−ベース接合に、熱処理によるドーパント拡散を用いるため、そのドーピングプロファイルは図1(a)のA、Bで示すように、ウエハ面内でばらつきを有する。エミッタ−ベース接合界面は、n型ドーパントプロファイルとp型ドーパントプロファイルのクロスポイントで実質的に決まるため、プロファイルがばらつくとベース層の厚さがばらつき、電流利得や遅延時間のばらつきにつながる。また、熱拡散によりエミッタ−ベース接合がゲルマニウム(Ge)組成傾斜層中に形成されることになり、その界面のばらつきに起因してオン電圧がばらつき、特性が安定しないという問題も生じる。
【0009】
この問題を回避するために、シリコン(Si)のエピタキシャル成長によりエミッタ層を形成し、その際にn型ドーパントのドーピングを行ってエミッタ−ベース接合界面を形成することが考えられる。しかし、その後のプロセスで結局は熱処理が必要であり、後工程での熱処理によってドーパントが拡散し、同様の問題が発生する。
【0010】
そこで本発明は、特性ばらつきの少ないSiGeバイポーラトランジスタを構成する半導体装置を提供することを目的とする。
【0011】
また、そのようなSiGeバイポーラトランジスタを容易に実現することのできる半導体装置の製造方法および成長装置を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の側面として、半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上の第1導電型のコレクタ層と、コレクタ層に接し少なくとも一部にゲルマニウムを含有するようにエピタキシャル成長により形成された第2導電型のベース層と、ベース層に接し、エピタキシャル成長により形成された第1の導電型のエミッタ層とを備え、エミッタ層はゲルマニウムと炭素とを含有する。
【0013】
エミッタ層に含有される炭素(C)は、エミッタ層にドープされる所定の導電型(たとえばn型)のドーパントの拡散を抑制する作用がある。炭素(C)はまた、エピタキシャル成長されるエミッタ層の格子定数を小さくする方向に働く。
【0014】
エミッタ層に含有されるゲルマニウム(Ge)は、炭素(C)ドープによる結晶格子の縮み(格子定数の変化)を補償し、半導体基板に格子整合させる作用を有する。
【0015】
このような構成により、エピタキシャル成長エミッタ層でのドーパント拡散が抑制され、エミッタ−ベース接合界面がエピタキシャル成長により安定して決定される。結果として、デバイス特性のばらつきが抑制され、動作の信頼性が向上する。
【0016】
また、以降のプロセスでの熱処理によるドーパントの拡散も、この炭素ドープされたエミッタ層で抑止され、ほぼ設計通りのドーピングプロファイルが実現される。
【0017】
エミッタ層に含まれる炭素のドーピング濃度は、1×1020cm−3以下である。一方、エミッタ層に含まれるゲルマニウムのドーピング濃度は、炭素ドープによる格子定数変化を補償し、半導体基板に格子整合する濃度である。一例として、ゲルマニウム(Ge)と炭素(C)は、深さ方向に一定の濃度となるボックス型のドーピングプロファイルを有する。これによりエミッタ層の膜厚方向全体にわたってドーパントの不必要な拡散を抑制することができる。
【0018】
本発明の第2の側面では、上述した半導体装置の製造方法を提供する。この製造方法は以下の工程を含む。
(a)半導体基板上に第1導電型のコレクタ層を形成する。
(b)コレクタ層に接する第2導電型のベース層を、ゲルマニウムを導入しながらエピタキシャル成長により形成する。
(c)ベース層に接する第1導電型のエミッタ層をエピタキシャル成長により形成するとともに、所定濃度のゲルマニウムと炭素とをエミッタ層に導入する。
【0019】
エミッタ層をエピタキシャル成長により第1導電型に形成するとともに、第1導電型のドーピング部分にゲルマニウムと炭素を導入することによって、エミッタ−ベース接合界面を制御よく形成することができる。さらに、エミッタ層へのゲルマニウムの導入により、エミッタ層を半導体基板材料に格子整合させることができる。
【0020】
本発明の第3の側面では、異なる導電型の層をドーパントの混入なしに連続して形成することのできる半導体装置の製造装置を提供する。この製造装置は、第1導電型の層を成長させる第1成長室と、第2導電型の層を成長させる第2成長室と、第1成長室と第2成長室を接続する大気遮断搬送室と、大気遮断搬送室を介して第1成長室と第2成長室の間でウエハを大気にさらすことなく搬送する搬送アームとを備える。
【0021】
このような半導体装置により、ドーパントの相互混入を防止し、p−n接合界面を清浄に保った状態で、異なる導電型の層を連続してエピタキシャル成長することが可能になる。
【0022】
好ましくは、第1成長室と第2成長室の少なくとも一方は、ドーパントの拡散を抑制するための第1の原料ガスと、前記第1の原料ガスの導入による格子定数の変化を補償し成長層を前記ウエハの基板材料に格子整合させるための第2の原料ガスを導入するためのガス導入ポートを有する。
【0023】
これにより、異なる導電型の層がヘテロな材料で形成される場合でも、ドーパントの拡散を抑制すると同時に格子整合性よく成長させることができ、2つの層の接合面の制御が容易になる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明の一実施形態に係るSiGeバイポーラトランジスタのドーピングプロファイルであり、図3は、SiGeバイポーラトランジスタの主要部分のデバイス構造を示す断面図である。
【0025】
本実施形態のSiGeバイポーラトランジスタは、p型シリコン基板10と、シリコン基板に形成されたn+型埋込層11と、n+型埋込層11上でLOCOS酸化膜21により区画される領域に位置するn型コレクタ層12と、n型コレクタ層12に接しエピタキシャル成長により形成されたp+型SiGeベース層13と、SiGeベース層13に接しエピタキシャル成長により形成されたGe/Cドープドn型エミッタ層15とを備え、n型エミッタ層15は、図1(a)に示すようなボックス型のドーピングプロファイルでドープされたゲルマニウム(Ge)と炭素(C)とを含有する。
【0026】
p+型SiGeベース層13は、100nmの膜厚を有し、p型ドーパントとして、ドーピング濃度が1×1019〜1×1020cm−3のホウ素(B)を含有する。一方、Ge/Cドープドn型エミッタ層15は、5nmの膜厚を有し、n型ドーパントとして、ドーピング濃度が1×1019cm−3のリン(P)を含有する。
【0027】
Ge/Cドープドn型エミッタ層15上に接し、サイドウォール16上に伸びる高濃度のn+型多結晶シリコン層19が位置する。n+型多結晶シリコン層19は、上方の図示しない金属エミッタ電極に接続され、エミッタ接続層として機能する。
【0028】
p+型のSiGeベース層13は、LOCOS酸化膜21と絶縁膜23の間に延びるp+型多結晶シリコン層17を介して、上方の図示しない金属ベース電極に接続される。p+型SiGeベース層13に電圧を印加することによって、エミッタ−ベース間のエネルギー障壁を制御して、エミッタ層15からSiGeベース層13へキャリアを多量に流入させる。
【0029】
n型コレクタ層112は、n+型埋込層111と、図示しない同じくn+型の引き出し層を介して、上方の図示しない金属コレクタ電極に接続される。
【0030】
上述したように、n型エミッタ層15に炭素(C)を含有させることにより、リン(P)などのn型ドーパントがSiGeベース13中に拡散することを防止できる。このようなGe/Cドープドn型エミッタ層15は、SiGeベース層13の濃度との関係で、完全に空乏化される濃度と膜厚に選択される。たとえば実施形態では、炭素(C)のドーピング濃度は深さ方向にほぼ一定し、その濃度は1×1020cm−3以下であるが、n型エミッタ層15のn型ドーピング濃度に対して一桁程度高ければ十分に効果が得られる。
【0031】
n型エミッタ層15にゲルマニウム(Ge)を含有させることにより、炭素ドープによる格子定数の縮小を補償し、エミッタ層をシリコンと格子整合させる。n型エミッタ層15に含まれるゲルマニウムのドーピング濃度は、実施形態では深さ方向にほぼ一定し、炭素ドープによる格子定数変化を補償し、前記半導体基板に格子整合する濃度である。具体的には、炭素(C)濃度の5〜10倍程度とする。
【0032】
p+型SiGeベース層13の濃度は、深さ方向に連続して増加し、Ge/Cドープドn型エミッタ層15との接合面近傍のゲルマニウム濃度は、Ge/Cドープドn型エミッタ層15に含まれるゲルマニウム濃度よりも高くなっている。
【0033】
図4および5は、図3にしめすSiGeバイポーラトランジスタの主要部の製造工程を示す図である。
【0034】
まず、図4(a)に示すように、p型シリコン基板10上に、通常の方法でn+型埋込層11とn型コレクタ層12を形成し、LOCOS法により素子分離のためのLOCOS酸化膜21を形成する。n+埋め込み層11は、たとえばアンチモン(Sb)等のn型ドーパントのイオン注入により形成し、n型コレクタ層12は、基板10上にSiエピタキシャル成長を行い、たとえばリン(P)等のn型ドーパントをイオン注入することにより形成する。
【0035】
次に、図4(b)に示すように、CVD法により全面にシリコン酸化膜22を形成し、シリコン酸化膜22上にCVD法によりp+型多結晶シリコン層17を形成し、p+型多結晶シリコン層17上にCVD法により、シリコン酸化膜23を形成する。
【0036】
次に、図4(c)に示すように、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、ベース層成長のための開口31を形成してn型コレクタ層12を露出する。
【0037】
次に、図5(d)に示すように、選択エピタキシャル成長により開口31内にp+型SiGeベース層13を膜厚100nmに形成する。原料ガスとして、ジシラン(Si)とゲルマン(Ge2n+2)を用い、p型ドーパントガスとしてジボラン(B)を導入して、圧力10−2〜10−1Pa、600℃で成長させる。膜厚100nmのp+型SiGeベース層13のうち、約50nmをp型ドーピング層として成長し、ドーピング濃度1×1019〜1×1020cm−3とする。
【0038】
このp+型SiGeベース層13の形成は、図6に示す2成長室を有する半導体製造装置(超高真空CVD層装置)50を用い、p型用の第1成長室51にウエハを設置して成長させる。半導体製造装置50の詳細については後述する。
【0039】
続いて、SiGeベース層13を形成したウエハを、高真空に維持された大気遮断搬送室53を介してn型用の第2成長室52に搬送し、第2搬送室でGe/Cドープドn型エミッタ層15を選択エピタキシャル成長により、膜厚5nmで形成する。Ge/Cドープドn型エミッタ層15の成長は、原料ガスとして、ジシラン(Si)、ゲルマン(Ge2n+2)、モノメチルシラン(SiH(CH))を用い、n型ドーパントガスとしてホスフィン(PH)を導入して、圧力10−2〜10−1Pa、600℃で成長させる。本実施形態では、n型ドーパントのドーピング濃度は1×1019cm−3、炭素(C)濃度は1×1020cm−3である。ゲルマニウム(Ge)の濃度は、n型エミッタ層15がシリコン(Si)と格子整合するように選択され、たとえば炭素(C)濃度の5〜10倍とする。
【0040】
上述したGe/Cドープドn型エミッタ層15の膜厚(5nm)とドーパント濃度(1×1019cm−3)は、SiGeベース層13の濃度を考慮して、このn型エミッタ層15が完全に空乏化するように設定されている。第1成長室51および第2成長室52でのエピタキシャル成長時に、開口(エミッタ窓)31の側壁にもp型の多結晶ポリSiGe混晶と、n型の多結晶シリコンが形成されるが、n型エミッタ層15を完全に空乏化することで、エミッタ−ベース間のリーク電流を防止する。
【0041】
なお、実施形態ではp+型SiGeベース層13と、n型エミッタ層15を選択エピタキシャル成長により開口31内に形成しているが、これらの層をウエハ全面に成長した後、フォトリソグラフィとエッチングにより開口31内に残す方法を採用してもよい。
【0042】
次に、図5(e)に示すように、CVD法により全面にシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜等の絶縁膜を形成し、異方性エッチングによりGe/Cドープドn型エミッタ層15が露出するまでエッチバックして、サイドウォール16を側壁に残す。
【0043】
次に、図5(f)に示すように、高濃度のn+型多結晶シリコン層を形成し、Ge/Cドープドn型エミッタ層15とのコンタクト形成のため、アニールによる熱処理を行う。フォトリソグラフィとドライエッチングにより、開口31とその周辺以外の部分を選択除去して、エミッタ接続層としてのn+型多結晶シリコン層19を形成する。
【0044】
図6は、上述した製造方法で用いられる半導体製造装置50の概略平面図である。半導体製造装置50は、一方の導電型(たとえばp型)の層を成長させる第1成長室51と、他方の導電型(たとえばn型)の層を成長させる第2成長室52と、第1成長室51と第2成長室52を接続する大気遮断搬送室53と、大気遮断搬送室を介して第1成長室と第2成長室の間でウエハを大気にさらすことなく搬送する搬送アーム54とを備える。
【0045】
第1および第2の成長室51、52は、それぞれ気密ポート55、56を介して大気遮断搬送室53に接続され、大気遮断搬送室53は、処理室を超高真空にするロードロック室58に接続される。
【0046】
第1および第2の成長室51、52は、それぞれ処理対象であるウエハを保持するサセプタ57と、原料ガスを導入するガス導入系61、63と、排気系62、64を備える。ガス導入系61、63は、成長室51、53に送入するガスの濃度、組成を制御するコントロールシステム(不図示)と、成長室51、53内へガスを導入する導入ポート51a、53aを備える。排気系62、64は、排気するガスを処理するガス処理システム(不図示)を含む。
【0047】
第1および第2の成長室51、52は、たとえば化学気相堆積装置、分子線エピタキシー装置、反応性スパッタリング装置などを含む。
【0048】
一実施形態では、半導体製造装置50は、SiGeバイポーラトランジスタのp+型ベース層13(図3)を第1成長室51で形成し、連続して第2成長室52でn型エミッタ層15を形成する際に使用される。しかし、この例に限定されず、異なる導電型の層を連続して成長させる任意の工程に使用することができる。ウエハは、第1成長室51と第2成長室52の間を大気に触れることなく搬送されるので、ドーパントの相互混入を防止し、p−n接合面を清浄に保った状態で連続エピタキシャル成長が可能になる。
【0049】
実施形態では、第2成長室52の導入ポート62aから、n型ドーパントの拡散を抑制するための炭素(C)を含む第1の原料ガスと、第1の原料ガスの導入による格子定数の変化を補償し成長層を前記ウエハの基板材料に格子整合させるためのゲルマニウム(Ge)を含む第2の原料ガスを導入する。これにより、その後のプロセスでの熱処理で拡散するドーパントがあっても、炭素(C)ドープされたエミッタ層15で拡散が抑制されるため、熱処理による特性ばらつきも制御される。ゲルマニウム(Ge)の導入によりエミッタ層15はシリコンに格子整合し、デバイスの劣化も生じない。
【0050】
上述した実施形態では、半導体基板に形成されたコレクタ層の上部にベース層を介してエミッタ層を配置する構成としたが、この例に限定されず、エミッタ層上にベース層を介してコレクタ層を配置するコレクタアップ構造としてもよい。この場合、第2成長室52と第1成長室51で、エミッタ層とベース層とを順次エピタキシャル成長で形成し、エミッタ層成長時に同時にゲルマニウム(Ge)と炭素(C)とを導入する。炭素の導入によりドーパントの拡散を防止し、ゲルマニウムによって格子定数の変化を補償する。また、ベース層成長後の熱処理でベース層のドーパント(たとえばホウ素(B))がエミッタ層中へ拡散することを防止してばらつきのないエミッターベース接合面を形成することができる。
【0051】
上述した実施形態では、炭素(C)とゲルマニウム(Ge)の双方をボックス型のドーピングプロファイルを有するようにドープしたが、本発明はこれに限定されず、エミッタ層への炭素(C)の導入による格子定数の変化分を補って、基板材料と格子整合するのに必要なだけゲルマニウムをドープすればよいので、いずれかのドープ量が、深さ方向に変化するものであってもよい。その場合も、連続的に変化する必要はなく、たとえば階段状に変化するドーピングプロファイルでもよい。
【0052】
また、n型ドーパントはリン(P)に限定されず、砒素(AS)やアンチモン(Sb)などを用いてもよい。
【0053】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
(付記1) 半導体基板と、半導体基板上の第1導電型のコレクタ層と、コレクタ層に接し少なくとも一部にゲルマニウムを含有するようにエピタキシャル成長により形成された第2導電型のベース層と、ベース層に接しエピタキシャル成長により形成された第1の導電型のエミッタ層とを備え、エミッタ層は、ゲルマニウムと炭素とを含有することを特徴とする半導体装置。
(付記2) 前記エミッタ層に含まれる炭素のドーピング濃度は、1×1020cm−3以下であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3) 前記エミッタ層に含まれる炭素は、深さ方向にほぼ一定の濃度で分布するボックス型のドーピングプロファイルを有することを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置。
(付記4) 前記エミッタ層に含まれるゲルマニウムのドーピング濃度は、炭素ドープによる格子定数変化を補償し、前記半導体基板に格子整合する濃度であることを特徴とする付記1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5) 前記エミッタ層に含まれるゲルマニウムは、深さ方向にほぼ一定の濃度で分布するボックス型のドーピングプロファイルを有することを特徴とする付記1〜4のいずれかに記載の半導体装置。
(付記6) 前記エミッタ層は、ベース濃度との関係で完全に空乏化される濃度と膜厚を有することを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載の半導体装置。
(付記7) 前記ベース層に含有されるゲルマニウムの濃度は、深さ方向に変化し、エミッタ層との接合面近傍のゲルマニウム濃度は、前記エミッタ層に含まれるゲルマニウム濃度よりも高いことを特徴とする付記1〜6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8) 前記エミッタ層は、ベース層を間に介してコレクタ層の上部に位置することを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記9) 前記コレクタ層は、ベース層を介してエミッタ層の上部に位置するコレクタアップ構造を有することを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記10) 半導体基板上に第1導電型のコレクタ層を形成する工程と、
前記コレクタ層に接する第2導電型のベース層を、ゲルマニウムを導入しながらエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記ベース層に接する第1導電型のエミッタ層をエピタキシャル成長により形成するとともに、所定濃度のゲルマニウムと炭素とを導入する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記11) 前記エミッタ層への炭素の導入は、1×1020cm−3以下の濃度で導入することを特徴とする付記10に記載の半導体装置の製造方法。
(付記12) 前記エミッタ層へのゲルマニウムの導入は、炭素ドープによる格子定数の変化を補償し、半導体基板に格子整合する濃度で導入することを特徴とする付記10または11に記載の半導体装置の製造方法。
(付記13) 前記エミッタ層の濃度および膜厚を、前記ベース層の濃度を考慮してエミッタ層が完全に空乏化されるように選択する工程をさらに含むことを特徴とする付記10〜11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記14) 第1導電型の層を成長させる第1成長室と、第2導電型の層を成長させる第2成長室と、第1成長室と第2成長室を接続する大気遮断搬送室と、大気遮断搬送室を介して、第1成長室と第2成長室の間でウエハを大気にさらすことなく搬送する搬送アームとを備えることを特徴とする半導体製造装置。
(付記15) 前記第1成長室と第2成長室の少なくとも一方は、ドーパントの拡散を抑制するための第1の原料ガスと、前記第1の原料ガスの導入による格子定数の変化を補償し成長層を前記ウエハの基板材料に格子整合させるための第2の原料ガスを導入するガス導入ポートを有することを特徴とする付記14に記載の半導体製造装置。
【0054】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、特性ばらつきの少ないSiGeバイポーラトランジスタを容易に実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のSiGeバイポーラトランジスタの特性ばらつきの問題を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るSiGeバイポーラトランジスタの深さ方向へのドーピングプロファイルである。
【図3】本発明の一実施形態に係るSiGeバイポーラトランジスタの主要部分のデバイス構造を示す断面図である。
【図4】図3に示すSiGeバイポーラトランジスタの主要部分の製造工程図(その1)である。
【図5】図3に示すSiGeバイポーラトランジスタの主要部分の製造工程図(その2)であり、図4(c)に続く工程を示す図である。
【図6】図3に示すSiGeバイポーラトランジスタの製造に用いられる半導体製造装置の概略平面図である。
【符号の説明】
10 p型シリコン基板
11 n+型埋込層
12 n型コレクタ層
13 SiGeベース層
15 Ge/Cドープドn型エミッタ層
16 サイドウォール
17 p+型多結晶シリコン層(ベース接続層)
19 n+型多結晶シリコン層(エミッタ接続層)
21 LOCOS酸化膜(素子分離領域)
23 絶縁膜
51 第1成長室
52 第2成長室
53 大気遮断搬送室
54 搬送アーム
55、56 気密ポート
58 ロードロック室
61、63 ガス導入系
61a、63a ガス導入ポート
62、64 排気系
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bipolar transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a SiGe bipolar transistor having a base layer formed of a mixed crystal of silicon and germanium and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Among the bipolar transistors, a SiGe bipolar transistor using a mixed crystal of silicon (Si) and germanium (Ge) having a narrower band gap than the silicon material forming the emitter and collector is known as a semiconductor material forming the base. . By utilizing such a band gap difference, the SiGe bipolar transistor can efficiently inject carriers into the base while suppressing reverse injection of minority carriers from the base to the emitter.
[0003]
FIG. 1A shows a doping profile of a bipolar transistor using a SiGe base, and FIG. 1B shows a device structure of a main part of such a SiGe bipolar transistor. As shown in the profile of FIG. 1A, this bipolar transistor adopts a SiGe composition gradient structure in which the Ge concentration of the p + type base layer has a gradient composition for speeding up. This is because, by setting the Ge concentration to a gradient composition, the band gap in the base can be tilted and the base traveling time of the carrier can be reduced.
[0004]
The mixed crystal of SiGe is in a strong strain state near the interface with silicon, and misfit transition is likely to occur. In order to suppress misfit transition at the emitter-base junction surface, germanium is introduced not only into the base layer but also into a part of the emitter layer near the junction surface with the base layer, so that the concentration of germanium increases from the emitter region to the base region. A technique is known in which a configuration is configured to gradually increase over a region (for example, see Patent Document 1).
[0005]
The bipolar transistor shown in FIG. 1B has an n + -type buried layer 111 formed on a semiconductor substrate 110 and an n-type collector layer 112 located in a region defined by the LOCOS oxide film 121 on the buried layer 111. A p + -type SiGe base layer 113 in contact with the n-type collector layer; a heat diffusion emitter region 120 forming a base-emitter junction with the SiGe base layer 113; and a heat diffusion emitter region 120 between the sidewalls 116. And an n + type polycrystalline silicon layer 119 connected to the semiconductor device.
[0006]
The n + -type polycrystalline silicon layer 119 is a diffusion source of the thermal diffusion emitter region 120 and is connected to an upper metal emitter electrode (not shown) to function as an emitter connection layer. SiGe base layer 113 is connected to an upper metal base electrode (not shown) via p + -type polycrystalline silicon layer 117. The n-type collector layer 112 is connected to an upper metal collector electrode (not shown) via the n + -type buried layer 111 and an n + -type lead layer (not shown). Phosphorus (P) is generally used as the p-type dopant of the emitter layer.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-5-144834
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described SiGe bipolar transistor, the heat diffusion emitter region 120 is formed by forming the n + -type polycrystalline silicon layer 119 and then performing a heat treatment to diffuse the dopant. Since the dopant diffusion by the heat treatment is used for the emitter-base junction, the doping profile varies in the wafer surface as shown by A and B in FIG. Since the emitter-base junction interface is substantially determined by the cross point between the n-type dopant profile and the p-type dopant profile, if the profile varies, the thickness of the base layer varies, leading to variations in current gain and delay time. Further, the emitter-base junction is formed in the germanium (Ge) composition gradient layer due to the thermal diffusion, and the on-voltage varies due to the variation of the interface, causing a problem that the characteristics are not stable.
[0009]
In order to avoid this problem, it is conceivable to form an emitter layer by epitaxial growth of silicon (Si) and then dope an n-type dopant to form an emitter-base junction interface. However, a heat treatment is eventually required in the subsequent process, and the heat treatment in a later step causes the dopant to diffuse, causing the same problem.
[0010]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device that constitutes a SiGe bipolar transistor with small characteristic variations.
[0011]
Further, a method of manufacturing a semiconductor device and a growth apparatus capable of easily realizing such a SiGe bipolar transistor are provided.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As a first aspect of the present invention, a semiconductor device includes a semiconductor substrate, a first conductivity type collector layer on the semiconductor substrate, and a semiconductor layer formed by epitaxial growth in contact with the collector layer and containing at least a portion of germanium. The semiconductor device includes a two-conductivity-type base layer and a first-conductivity-type emitter layer in contact with the base layer and formed by epitaxial growth. The emitter layer contains germanium and carbon.
[0013]
Carbon (C) contained in the emitter layer has an effect of suppressing diffusion of a predetermined conductivity type (for example, n-type) dopant doped into the emitter layer. Carbon (C) also acts to reduce the lattice constant of the epitaxially grown emitter layer.
[0014]
Germanium (Ge) contained in the emitter layer has a function of compensating for the shrinkage of the crystal lattice (change in lattice constant) due to carbon (C) doping and causing lattice matching with the semiconductor substrate.
[0015]
With such a configuration, dopant diffusion in the epitaxially grown emitter layer is suppressed, and the emitter-base junction interface is stably determined by epitaxial growth. As a result, variations in device characteristics are suppressed, and operation reliability is improved.
[0016]
Further, diffusion of the dopant due to heat treatment in the subsequent process is also suppressed by the carbon-doped emitter layer, and a doping profile almost as designed is realized.
[0017]
The doping concentration of carbon contained in the emitter layer is 1 × 10 20 cm −3 or less. On the other hand, the doping concentration of germanium contained in the emitter layer is a concentration that compensates for a change in lattice constant due to carbon doping and lattice matches with the semiconductor substrate. For example, germanium (Ge) and carbon (C) have a box-type doping profile with a constant concentration in the depth direction. Thereby, unnecessary diffusion of the dopant can be suppressed over the entire thickness direction of the emitter layer.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the above-described semiconductor device. This manufacturing method includes the following steps.
(A) A first conductivity type collector layer is formed on a semiconductor substrate.
(B) A second conductivity type base layer in contact with the collector layer is formed by epitaxial growth while introducing germanium.
(C) A first conductivity type emitter layer in contact with the base layer is formed by epitaxial growth, and a predetermined concentration of germanium and carbon is introduced into the emitter layer.
[0019]
By forming the emitter layer of the first conductivity type by epitaxial growth and introducing germanium and carbon into the doped portion of the first conductivity type, the emitter-base junction interface can be formed with good control. Further, by introducing germanium into the emitter layer, the emitter layer can be lattice-matched to the semiconductor substrate material.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a semiconductor device capable of continuously forming layers of different conductivity types without mixing a dopant. This manufacturing apparatus includes a first growth chamber for growing a layer of a first conductivity type, a second growth chamber for growing a layer of a second conductivity type, and an atmosphere shut-off transfer connecting the first growth chamber and the second growth chamber. And a transfer arm for transferring the wafer between the first growth chamber and the second growth chamber without exposing the wafer to the atmosphere via an air-shielded transfer chamber.
[0021]
With such a semiconductor device, it becomes possible to prevent the intermixing of dopants and to continuously epitaxially grow layers of different conductivity types while keeping the pn junction interface clean.
[0022]
Preferably, at least one of the first growth chamber and the second growth chamber includes a first source gas for suppressing diffusion of a dopant and a growth layer for compensating for a change in lattice constant due to the introduction of the first source gas. A gas introduction port for introducing a second source gas for lattice-matching with the substrate material of the wafer.
[0023]
Thereby, even when layers of different conductivity types are formed of a hetero material, the diffusion of the dopant can be suppressed and the layer can be grown with good lattice matching, and the junction surface between the two layers can be easily controlled.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 2 is a doping profile of a SiGe bipolar transistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a device structure of a main part of the SiGe bipolar transistor.
[0025]
The SiGe bipolar transistor according to the present embodiment is located in a p-type silicon substrate 10, an n + -type buried layer 11 formed on the silicon substrate, and a region defined on the n + -type buried layer 11 by a LOCOS oxide film 21. An n-type collector layer 12, ap + -type SiGe base layer 13 in contact with the n-type collector layer 12 and formed by epitaxial growth, and a Ge / C-doped n-type emitter layer 15 in contact with the SiGe base layer 13 and formed by epitaxial growth. , The n-type emitter layer 15 contains germanium (Ge) and carbon (C) doped with a box-type doping profile as shown in FIG.
[0026]
The p + type SiGe base layer 13 has a thickness of 100 nm and contains boron (B) having a doping concentration of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 cm −3 as a p-type dopant. On the other hand, the Ge / C-doped n-type emitter layer 15 has a thickness of 5 nm, and contains phosphorus (P) having a doping concentration of 1 × 10 19 cm −3 as an n-type dopant.
[0027]
A high-concentration n + -type polycrystalline silicon layer 19 extending on sidewall 16 is located in contact with Ge / C-doped n-type emitter layer 15. The n + -type polycrystalline silicon layer 19 is connected to an upper metal emitter electrode (not shown) and functions as an emitter connection layer.
[0028]
The p + type SiGe base layer 13 is connected to an upper metal base electrode (not shown) via a p + type polycrystalline silicon layer 17 extending between the LOCOS oxide film 21 and the insulating film 23. By applying a voltage to the p + -type SiGe base layer 13, the energy barrier between the emitter and the base is controlled, and a large amount of carriers flow from the emitter layer 15 into the SiGe base layer 13.
[0029]
The n-type collector layer 112 is connected to an upper metal collector electrode (not shown) through an n + buried layer 111 and an n + lead layer (not shown).
[0030]
As described above, by making the n-type emitter layer 15 contain carbon (C), it is possible to prevent the n-type dopant such as phosphorus (P) from diffusing into the SiGe base 13. Such a Ge / C-doped n-type emitter layer 15 is selected to have a completely depleted concentration and thickness depending on the concentration of the SiGe base layer 13. For example, in the embodiment, the doping concentration of carbon (C) is substantially constant in the depth direction, and the concentration is 1 × 10 20 cm −3 or less. If the order of magnitude is higher, the effect is sufficiently obtained.
[0031]
By including germanium (Ge) in the n-type emitter layer 15, reduction of the lattice constant due to carbon doping is compensated, and the emitter layer is lattice-matched with silicon. In the embodiment, the doping concentration of germanium contained in the n-type emitter layer 15 is substantially constant in the depth direction, compensates for a change in lattice constant due to carbon doping, and is a concentration that lattice-matches with the semiconductor substrate. Specifically, the concentration is about 5 to 10 times the carbon (C) concentration.
[0032]
The concentration of the p + -type SiGe base layer 13 continuously increases in the depth direction, and the germanium concentration near the junction surface with the Ge / C-doped n-type emitter layer 15 is included in the Ge / C-doped n-type emitter layer 15. Higher than the germanium concentration.
[0033]
4 and 5 are views showing a manufacturing process of a main part of the SiGe bipolar transistor shown in FIG.
[0034]
First, as shown in FIG. 4A, an n + -type buried layer 11 and an n-type collector layer 12 are formed on a p-type silicon substrate 10 by a usual method, and LOCOS oxidation for element isolation is performed by a LOCOS method. A film 21 is formed. The n + buried layer 11 is formed by ion implantation of an n-type dopant such as antimony (Sb), and the n-type collector layer 12 is formed by performing Si epitaxial growth on the substrate 10 and adding an n-type dopant such as phosphorus (P). It is formed by ion implantation.
[0035]
Next, as shown in FIG. 4B, a silicon oxide film 22 is formed on the entire surface by the CVD method, and ap + -type polycrystalline silicon layer 17 is formed on the silicon oxide film 22 by the CVD method. A silicon oxide film 23 is formed on the silicon layer 17 by a CVD method.
[0036]
Next, as shown in FIG. 4C, an opening 31 for growing a base layer is formed by photolithography and dry etching to expose the n-type collector layer 12.
[0037]
Next, as shown in FIG. 5D, a p + type SiGe base layer 13 is formed in the opening 31 to a thickness of 100 nm by selective epitaxial growth. As the raw material gas, a disilane (Si 2 H 6) and germane (Ge n H 2n + 2) , by introducing a diborane (B 2 H 6) as a p-type dopant gas, pressure 10 -2 ~10 -1 Pa, 600 Grow at ° C. About 50 nm of the p + -type SiGe base layer 13 having a thickness of 100 nm is grown as a p-type doping layer to have a doping concentration of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 cm −3 .
[0038]
The p + -type SiGe base layer 13 is formed by using a semiconductor manufacturing apparatus (ultra-high vacuum CVD layer apparatus) 50 having two growth chambers shown in FIG. 6 and placing a wafer in the first growth chamber 51 for p-type. Let it grow. Details of the semiconductor manufacturing apparatus 50 will be described later.
[0039]
Subsequently, the wafer on which the SiGe base layer 13 has been formed is transferred to the second growth chamber 52 for n-type via the air-shielded transfer chamber 53 maintained at a high vacuum, and Ge / C-doped n is transferred to the second transfer chamber. The emitter layer 15 is formed to a thickness of 5 nm by selective epitaxial growth. Growth of Ge / C doped n-type emitter layer 15, as a source gas, disilane (Si 2 H 6), germane (Ge n H 2n + 2) , with monomethyl silane (SiH 3 (CH 3)) , n -type dopant gas by introducing phosphine (PH 3) as is grown at a pressure 10 -2 ~10 -1 Pa, 600 ℃ . In this embodiment, the doping concentration of the n-type dopant is 1 × 10 19 cm −3 , and the carbon (C) concentration is 1 × 10 20 cm −3 . The concentration of germanium (Ge) is selected so that the n-type emitter layer 15 lattice-matches with silicon (Si), and is, for example, 5 to 10 times the concentration of carbon (C).
[0040]
The thickness (5 nm) and the dopant concentration (1 × 10 19 cm −3 ) of the Ge / C-doped n-type emitter layer 15 described above are such that the n-type emitter layer 15 is completely formed in consideration of the concentration of the SiGe base layer 13. It is set to deplete. During epitaxial growth in the first growth chamber 51 and the second growth chamber 52, p-type polycrystalline poly-SiGe mixed crystal and n-type polycrystalline silicon are also formed on the side walls of the opening (emitter window) 31, but n By completely depleting the mold emitter layer 15, a leakage current between the emitter and the base is prevented.
[0041]
In the embodiment, the p + -type SiGe base layer 13 and the n-type emitter layer 15 are formed in the opening 31 by selective epitaxial growth. After these layers are grown on the entire surface of the wafer, the opening 31 is formed by photolithography and etching. Alternatively, a method of leaving the inside may be adopted.
[0042]
Next, as shown in FIG. 5E, an insulating film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed on the entire surface by the CVD method, and the Ge / C-doped n-type emitter layer 15 is exposed by anisotropic etching. Etch back to leave the sidewall 16 on the side wall.
[0043]
Next, as shown in FIG. 5F, a high-concentration n + -type polycrystalline silicon layer is formed, and heat treatment by annealing is performed to form a contact with the Ge / C-doped n-type emitter layer 15. The portion other than the opening 31 and its periphery is selectively removed by photolithography and dry etching to form an n + -type polycrystalline silicon layer 19 as an emitter connection layer.
[0044]
FIG. 6 is a schematic plan view of a semiconductor manufacturing apparatus 50 used in the above-described manufacturing method. The semiconductor manufacturing apparatus 50 includes a first growth chamber 51 for growing a layer of one conductivity type (for example, p-type), a second growth chamber 52 for growing a layer of the other conductivity type (for example, n-type), and a first growth chamber. An air-shielded transfer chamber 53 connecting the growth chamber 51 and the second growth chamber 52, and a transfer arm 54 for transferring the wafer between the first growth chamber and the second growth chamber via the air-shielded transfer chamber without exposing the wafer to the atmosphere. And
[0045]
The first and second growth chambers 51 and 52 are connected to an atmosphere shut-off transfer chamber 53 via airtight ports 55 and 56, respectively, and the air shut-off transfer chamber 53 is a load lock chamber 58 for making the processing chamber an ultra-high vacuum. Connected to.
[0046]
The first and second growth chambers 51 and 52 include a susceptor 57 for holding a wafer to be processed, gas introduction systems 61 and 63 for introducing a source gas, and exhaust systems 62 and 64, respectively. The gas introduction systems 61 and 63 include a control system (not shown) for controlling the concentration and composition of the gas sent to the growth chambers 51 and 53, and introduction ports 51a and 53a for introducing the gas into the growth chambers 51 and 53. Prepare. The exhaust systems 62 and 64 include a gas processing system (not shown) for processing gas to be exhausted.
[0047]
The first and second growth chambers 51 and 52 include, for example, a chemical vapor deposition apparatus, a molecular beam epitaxy apparatus, a reactive sputtering apparatus, and the like.
[0048]
In one embodiment, the semiconductor manufacturing apparatus 50 forms the p + -type base layer 13 (FIG. 3) of the SiGe bipolar transistor in the first growth chamber 51 and continuously forms the n-type emitter layer 15 in the second growth chamber 52. Used when doing. However, the present invention is not limited to this example, and the present invention can be used for any step of continuously growing layers of different conductivity types. Since the wafer is transported between the first growth chamber 51 and the second growth chamber 52 without being exposed to the atmosphere, intermixing of dopants is prevented, and continuous epitaxial growth is performed with the pn junction surface kept clean. Will be possible.
[0049]
In the embodiment, the first source gas containing carbon (C) for suppressing the diffusion of the n-type dopant from the introduction port 62a of the second growth chamber 52, and the change in the lattice constant due to the introduction of the first source gas. Is introduced, and a second source gas containing germanium (Ge) is introduced to lattice-match the growth layer with the substrate material of the wafer. Thereby, even if there is a dopant that diffuses in the heat treatment in the subsequent process, the diffusion is suppressed by the carbon (C) -doped emitter layer 15, so that the characteristic variation due to the heat treatment is also controlled. By introducing germanium (Ge), the emitter layer 15 is lattice-matched to silicon, and the device does not deteriorate.
[0050]
In the embodiment described above, the emitter layer is disposed above the collector layer formed on the semiconductor substrate with the base layer interposed therebetween. However, the present invention is not limited to this example. May be arranged as a collector-up structure. In this case, the emitter layer and the base layer are sequentially formed by epitaxial growth in the second growth chamber 52 and the first growth chamber 51, and germanium (Ge) and carbon (C) are simultaneously introduced during the growth of the emitter layer. The introduction of carbon prevents diffusion of the dopant, and germanium compensates for changes in the lattice constant. In addition, it is possible to prevent the dopant (for example, boron (B)) of the base layer from diffusing into the emitter layer by the heat treatment after the growth of the base layer, and to form a uniform emitter-base junction surface.
[0051]
In the above-described embodiment, both carbon (C) and germanium (Ge) are doped so as to have a box-type doping profile. However, the present invention is not limited to this, and carbon (C) is introduced into the emitter layer. It is sufficient to dope germanium as much as necessary for lattice matching with the substrate material, compensating for the change in the lattice constant due to, and any of the doping amounts may change in the depth direction. Also in this case, the doping profile does not need to change continuously, and for example, a doping profile that changes stepwise may be used.
[0052]
Further, the n-type dopant is not limited to phosphorus (P), and arsenic (AS), antimony (Sb), or the like may be used.
[0053]
Finally, with regard to the above description, the following supplementary notes are disclosed.
(Supplementary Note 1) A semiconductor substrate, a collector layer of a first conductivity type on the semiconductor substrate, a base layer of a second conductivity type in contact with the collector layer and formed by epitaxial growth so as to at least partially contain germanium, and a base. A semiconductor device, comprising: a first conductivity type emitter layer formed by epitaxial growth in contact with a layer, wherein the emitter layer contains germanium and carbon.
(Supplementary note 2) The semiconductor device according to supplementary note 1, wherein a doping concentration of carbon contained in the emitter layer is 1 × 10 20 cm −3 or less.
(Supplementary note 3) The semiconductor device according to supplementary note 1 or 2, wherein carbon contained in the emitter layer has a box-type doping profile that is distributed at a substantially constant concentration in a depth direction.
(Supplementary Note 4) The doping concentration of germanium contained in the emitter layer is a concentration that compensates for a change in lattice constant due to carbon doping and lattice matches with the semiconductor substrate. Semiconductor device.
(Supplementary note 5) The semiconductor device according to any one of Supplementary notes 1 to 4, wherein germanium contained in the emitter layer has a box-type doping profile distributed at a substantially constant concentration in a depth direction.
(Supplementary Note 6) The semiconductor device according to any one of Supplementary notes 1 to 5, wherein the emitter layer has a concentration and a film thickness that are completely depleted in relation to a base concentration.
(Supplementary Note 7) The concentration of germanium contained in the base layer changes in the depth direction, and the concentration of germanium near the junction surface with the emitter layer is higher than the concentration of germanium contained in the emitter layer. 7. The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein
(Supplementary Note 8) The semiconductor device according to supplementary note 1, wherein the emitter layer is located above the collector layer with a base layer interposed therebetween.
(Supplementary Note 9) The semiconductor device according to supplementary note 1, wherein the collector layer has a collector-up structure located above the emitter layer via the base layer.
(Supplementary Note 10) A step of forming a first conductivity type collector layer on the semiconductor substrate;
Forming a second conductivity type base layer in contact with the collector layer by epitaxial growth while introducing germanium;
Forming a first conductivity type emitter layer in contact with the base layer by epitaxial growth, and introducing a predetermined concentration of germanium and carbon.
(Supplementary note 11) The method of manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 10, wherein carbon is introduced into the emitter layer at a concentration of 1 × 10 20 cm −3 or less.
(Supplementary Note 12) The semiconductor device according to Supplementary note 10 or 11, wherein germanium is introduced into the emitter layer at a concentration that compensates for a change in lattice constant due to carbon doping and is lattice-matched to the semiconductor substrate. Production method.
(Supplementary note 13) The method according to Supplementary notes 10 to 11, further comprising a step of selecting a concentration and a film thickness of the emitter layer such that the emitter layer is completely depleted in consideration of a concentration of the base layer. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
(Supplementary Note 14) A first growth chamber for growing a layer of the first conductivity type, a second growth chamber for growing a layer of the second conductivity type, and an atmosphere-blocking transfer chamber connecting the first growth chamber and the second growth chamber. And a transfer arm for transferring a wafer between the first growth chamber and the second growth chamber without exposing the wafer to the atmosphere via an air cutoff transfer chamber.
(Supplementary Note 15) At least one of the first growth chamber and the second growth chamber compensates for a change in lattice constant due to the introduction of the first source gas for suppressing the diffusion of the dopant and the first source gas. 15. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 14, further comprising a gas introduction port for introducing a second source gas for lattice-matching the growth layer with the substrate material of the wafer.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to easily realize a SiGe bipolar transistor with small characteristic variations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a problem of characteristic variation of a conventional SiGe bipolar transistor.
FIG. 2 shows a doping profile in a depth direction of a SiGe bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a device structure of a main part of a SiGe bipolar transistor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a manufacturing process diagram (part 1) of a main portion of the SiGe bipolar transistor shown in FIG. 3;
5 is a view (part 2) of a process of manufacturing the main part of the SiGe bipolar transistor shown in FIG. 3, showing a step subsequent to FIG. 4 (c);
6 is a schematic plan view of a semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing the SiGe bipolar transistor shown in FIG.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 p-type silicon substrate 11 n + -type buried layer 12 n-type collector layer 13 SiGe base layer 15 Ge / C-doped n-type emitter layer 16 Side wall 17 p + -type polycrystalline silicon layer (base connection layer)
19 n + type polycrystalline silicon layer (emitter connection layer)
21 LOCOS oxide film (element isolation region)
23 Insulating film 51 First growth chamber 52 Second growth chamber 53 Airtight transfer chamber 54 Transfer arms 55, 56 Airtight port 58 Load lock chamber 61, 63 Gas introduction system 61a, 63a Gas introduction port 62, 64 Exhaust system

Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板上の第1導電型のコレクタ層と、
前記コレクタ層に接し、少なくとも一部にゲルマニウムを含有するようにエピタキシャル成長により形成された第2導電型のベース層と、
前記ベース層に接し、エピタキシャル成長により形成された第1の導電型のエミッタ層と
を備え、前記エミッタ層はゲルマニウムと炭素とを含有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first conductivity type collector layer on the semiconductor substrate;
A second conductivity type base layer formed by epitaxial growth so as to be in contact with the collector layer and at least partially to contain germanium;
A semiconductor device, comprising: a first conductivity type emitter layer formed by epitaxial growth in contact with the base layer; wherein the emitter layer contains germanium and carbon.
前記エミッタ層に含まれる炭素のドーピング濃度は、1×1020cm−3以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein a doping concentration of carbon contained in the emitter layer is 1 × 10 20 cm −3 or less. 前記エミッタ層に含まれるゲルマニウムのドーピング濃度は、炭素ドープによる格子定数変化を補償し、前記半導体基板に格子整合する濃度であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the doping concentration of germanium contained in the emitter layer is a concentration that compensates for a change in lattice constant due to carbon doping and lattice matches with the semiconductor substrate. 半導体基板上に第1導電型のコレクタ層を形成する工程と、前記コレクタ層に接する第2導電型のベース層を、ゲルマニウムを導入しながらエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記ベース層に接する第1導電型のエミッタ層をエピタキシャル成長により形成するとともに、所定濃度のゲルマニウムと炭素とを導入する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a collector layer of the first conductivity type on the semiconductor substrate; and forming a base layer of the second conductivity type in contact with the collector layer by epitaxial growth while introducing germanium;
Forming a first conductivity type emitter layer in contact with the base layer by epitaxial growth, and introducing a predetermined concentration of germanium and carbon.
第1導電型の層を成長させる第1成長室と、
第2導電型の層を成長させる第2成長室と、
前記第1成長室と第2成長室を接続する大気遮断搬送室と、
前記大気遮断搬送室を介して、前記第1成長室と第2成長室の間でウエハを大気にさらすことなく搬送する搬送アームとを備えることを特徴とする半導体製造装置。
A first growth chamber for growing a first conductivity type layer;
A second growth chamber for growing a layer of the second conductivity type;
An atmosphere cut-off transfer chamber connecting the first growth chamber and the second growth chamber;
A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a transfer arm that transfers a wafer between the first growth chamber and the second growth chamber without exposing the wafer to the atmosphere via the air cutoff transfer chamber.
JP2003004762A 2003-01-10 2003-01-10 Semiconductor device and manufacturing method therefor Pending JP2004221195A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003004762A JP2004221195A (en) 2003-01-10 2003-01-10 Semiconductor device and manufacturing method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003004762A JP2004221195A (en) 2003-01-10 2003-01-10 Semiconductor device and manufacturing method therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004221195A true JP2004221195A (en) 2004-08-05

Family

ID=32895647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003004762A Pending JP2004221195A (en) 2003-01-10 2003-01-10 Semiconductor device and manufacturing method therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004221195A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006073566A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Hitachi Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2007180269A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Sumitomo Chemical Co Ltd Manufacturing method of compound semiconductor epitaxial substrate
JP2008226896A (en) * 2007-03-08 2008-09-25 Hitachi Ltd Semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006073566A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Hitachi Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2007180269A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Sumitomo Chemical Co Ltd Manufacturing method of compound semiconductor epitaxial substrate
JP2008226896A (en) * 2007-03-08 2008-09-25 Hitachi Ltd Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4060580B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
KR102656770B1 (en) Methods for depositing a doped germanium tin semiconductor and related semiconductor device structures
JP4917051B2 (en) Manufacturing method of silicon germanium bipolar transistor
US7095043B2 (en) Semiconductor device, semiconductor circuit module and manufacturing method of the same
US5620907A (en) Method for making a heterojunction bipolar transistor
US9502504B2 (en) SOI lateral bipolar transistors having surrounding extrinsic base portions
EP0779664A2 (en) Apparatus comprising a heterojunction bipolar transistor
US9059016B1 (en) Lateral heterojunction bipolar transistors
JPH0744189B2 (en) In-situ doped n-type silicon layer deposition method and NPN transistor
US7786510B2 (en) Transistor structure and manufacturing method thereof
US20090075447A1 (en) Method and fabricating a mono-crystalline emitter
WO2007001672A2 (en) Growth of heterojunction bipolar trasistor stacks by remote injection
US20030201461A1 (en) Heterobipolar transistor and method of fabricating the same
JP3600591B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3914064B2 (en) Method and apparatus for growing mixed crystal film
JP4773101B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3549408B2 (en) Bipolar transistor
JPH1041321A (en) Manufacture of bipolar transistor
JP2004221195A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
US7012009B2 (en) Method for improving the electrical continuity for a silicon-germanium film across a silicon/oxide/polysilicon surface using a novel two-temperature process
EP0779652A2 (en) Method for making a heterojunction bipolar transistor
JP2002110690A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US10243065B2 (en) Method of manufacturing SOI lateral Si-emitter SiGe base HBT
JP4823154B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
Dutartre Silicon epitaxy: new applications

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20051222

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090901

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100112