JP2005072438A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、詳しくはバイポーラトランジスタとCMOSトランジスタとが共通の半導体基板に形成されるBiCMOSと称される半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device called BiCMOS in which a bipolar transistor and a CMOS transistor are formed on a common semiconductor substrate.
従来、共通のシリコン基板上にCMOSとバイポーラトランジスタとを形成してなるBiCMOSは、1チップ上に多機能なシステムを構築できるデバイスとしてアナログ・デジタル混在LSIに広く使用されている。 Conventionally, BiCMOS in which a CMOS and a bipolar transistor are formed on a common silicon substrate is widely used in analog / digital mixed LSIs as a device capable of constructing a multifunctional system on one chip.
近年、BiCMOSにおいては、多機能化に伴い、低消費電力性能および高機能化の要求が高まっており、高性能なバイポーラトランジスタと微細CMOSを低コストで共通のシリコン基板上に形成する必要がある。 In recent years, with BiCMOS, the demand for low power consumption performance and high functionality has increased with the increase in functionality, and it is necessary to form a high-performance bipolar transistor and a fine CMOS on a common silicon substrate at low cost. .
特に、バイポーラトランジスタにおいては、高速低消費電流性能の要求が高く、セルフアライン技術や微細加工技術の進歩により高速低消費電流化が図られているが、より一層の高速低消費電流化のために選択的気相エピタキシャル成長により形成したSiGe層をベースに用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下、SiGeHBTという)が注目を集めている。このSiGeHBTは、薄いベース層の形成、傾斜型のGeプロファイルによる電界加速効果及び狭バンドギャップ効果により、高周波特性に優れ、且つベース抵抗を低減することができ、BiCMOSに広く応用されてきている。 In particular, bipolar transistors have a high demand for high-speed and low-current consumption performance, and high-speed and low-current consumption are being achieved by advances in self-alignment technology and microfabrication technology. A heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as SiGeHBT) using a SiGe layer formed by selective vapor phase epitaxy as a base attracts attention. This SiGeHBT is excellent in high-frequency characteristics due to the formation of a thin base layer, the electric field acceleration effect by the tilted Ge profile, and the narrow band gap effect, and the base resistance can be reduced, and has been widely applied to BiCMOS.
しかしながら、選択的気相エピタキシャル成長法によるベース形成技術は、イオン注入法によるベース形成技術に比べて、特性の均一性で劣っている。すなわち、選択的気相エピタキシャル成長法によりベースを形成したSiGeHBTとイオン注入法によりベースを形成した通常のバイポーラトランジスタ(以下、BJTという)と比較すると、選択的気相エピタキシャル成長法によりベースを形成したSiGeHBTは、トランジスタ特性のウェーハ面内ばらつき及びウェーハ間相対ばらつきが大きく、製造歩留まりの悪化が懸念される。このばらつきの問題は、特に製造ウェーハの大口径化及び近年のシステムの高精度化に伴い、顕著な問題としてクローズアップされてきている。 However, the base formation technique based on the selective vapor phase epitaxial growth method is inferior in the uniformity of characteristics as compared with the base formation technique based on the ion implantation method. That is, compared with SiGeHBT having a base formed by selective vapor phase epitaxy and an ordinary bipolar transistor (hereinafter referred to as BJT) having a base formed by ion implantation, SiGeHBT having a base formed by selective vapor phase epitaxy is In addition, there are large variations in transistor characteristics within the wafer surface and relative variations between wafers, and there is a concern that the manufacturing yield will deteriorate. This variation problem has been highlighted as a prominent problem, particularly with the increase in the diameter of manufactured wafers and the recent high accuracy of systems.
一方、高速低消費電流性能に優れたSiGeHBTとCMOSから形成されるBiCMOSに、イオン注入ベースを有するBJTを組み込むには、そのベース形成方法の違いから工程が複雑になり、製造コストの増大の招く問題がある。 On the other hand, in order to incorporate BJT having an ion-implanted base into BiCMOS formed from SiGeHBT and CMOS excellent in high-speed and low current consumption performance, the process becomes complicated due to the difference in the base forming method, and the manufacturing cost increases. There's a problem.
この問題を解決するBiCMOSの製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に開示のBiCMOSの製造方法では、シリコン基板表面のnチャンネル型及びpチャンネル型MOSFET(以下、MOSという)の形成部にゲート絶縁膜を介してゲート電極をそれぞれ形成し、このゲート電極をマスクにして、p型及びn型ソース/ドレイン領域をそれぞれ形成する。 A BiCMOS manufacturing method that solves this problem has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the BiCMOS manufacturing method disclosed in Patent Document 1, a gate electrode is formed through a gate insulating film in each of n-channel and p-channel MOSFETs (hereinafter referred to as MOS) forming portions on the surface of a silicon substrate. Using the electrodes as masks, p-type and n-type source / drain regions are formed, respectively.
次に、シリコン基板上に全面的に第1の絶縁膜を形成し、HBTの形成部の第1の絶縁膜に開口を形成した後、シリコン基板上に全面的にHBTベース層を構成するp型の高不純物濃度のSiGe膜による第1半導体層とエミッタ層を構成するn型の低不純物濃度のシリコン膜による第2半導体層とを順次エピタキシャル成長して積層構造の半導体層を形成する。 Next, a first insulating film is formed on the entire surface of the silicon substrate, an opening is formed in the first insulating film in the HBT formation portion, and then an HBT base layer is formed on the entire surface of the silicon substrate. A first semiconductor layer formed of a high impurity concentration SiGe film and a second semiconductor layer formed of an n-type low impurity concentration silicon film constituting the emitter layer are sequentially epitaxially grown to form a stacked semiconductor layer.
続いて、この積層構造の半導体層をパターンニングして、第1の絶縁膜の開口上の単結晶部分による動作領域と、これより第1の絶縁膜上に跨る多結晶部分のベース引出し領域とを残して他部をエッチング除去する。 Subsequently, by patterning the semiconductor layer of this stacked structure, an operation region by a single crystal portion on the opening of the first insulating film, and a base extraction region of a polycrystalline portion extending over the first insulating film therefrom The other part is removed by etching leaving
次に、シリコン基板上面に全面的に第2の絶縁膜を形成し、パターニングして、第2半導体層上の、HBTの動作領域のエミッタ形成部上とBJTのリンクベース領域の一部上とにそれぞれ開口を形成し、このBJT上の開口を通じて、BJTの真性ベース領域を形成した後、シリコン基板上に全面的にn型不純物を含む多結晶シリコン層を形成する。 Next, a second insulating film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate and patterned to form a pattern on the second semiconductor layer on the emitter forming portion of the HBT operation region and a portion of the BJT link base region. Then, after forming an intrinsic base region of the BJT through the opening on the BJT, a polycrystalline silicon layer containing an n-type impurity is formed on the entire surface of the silicon substrate.
次に、多結晶シリコン層中のn型不純物を第2半導体層と真性ベース領域上とに、開口を通じて注入してそれぞれエミッタ領域を形成した後、多結晶シリコン層をパターニングして、それぞれエミッタ引出し電極を形成する。 Next, n-type impurities in the polycrystalline silicon layer are implanted into the second semiconductor layer and the intrinsic base region through the openings to form emitter regions, respectively, and then the polycrystalline silicon layer is patterned to extract the emitters. An electrode is formed.
その後、各エミッタ引出し電極をマスクとして、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜に対して異方性エッチングを行って、各ゲート電極の側面にサイドウォールを形成した後、そのゲート電極とサイドウォールとをマスクとしてn型の高濃度ソース/ドレイン領域を形成する。 Thereafter, anisotropic etching is performed on the second insulating film and the first insulating film using each emitter lead electrode as a mask to form a sidewall on the side surface of each gate electrode, and then the gate electrode and the side Using the wall as a mask, n-type high concentration source / drain regions are formed.
最後に、例えば全面的にリフロー膜を形成し、HBTのエミッタ引出し電極及びベース引出し電極上と、コレクタ電極取出し領域上と、BJTのエミッタ引出し電極上と、ベース領域上と、コレクタ電極取出し領域上と、更に各pMOS及びnMOSの各ゲート電極上と、高濃度ソース/ドレイン領域上とにそれぞれコンタクト窓を形成し、これらのコンタクト窓を通じて各部にコンタクトし、層間絶縁層を形成して多層配線層の形成、保護絶縁膜等の形成を行いBiCMOSを形成している。
ところで、従来のBiCMOSの製造方法は、非選択的気相エピタキシャル成長法を利用しSiGeHBTの製造を簡易化し、製造工程数低減と信頼性向上を図るようにしたものであるが、以下のような問題がある。 By the way, the conventional BiCMOS manufacturing method uses a non-selective vapor phase epitaxial growth method to simplify the manufacturing of SiGeHBT and to reduce the number of manufacturing steps and improve the reliability. There is.
まず、ベース層及びエミッタ層を非選択的エピタキシャル成長法により積層形成しており、また、CMOSのゲート電極を先に形成し、その後BJT及びSiGeHBTのエミッタ電極を形成しているため、製造工程が長くて複雑であるという問題がある。 First, the base layer and the emitter layer are stacked by a non-selective epitaxial growth method, the CMOS gate electrode is formed first, and then the BJT and SiGeHBT emitter electrodes are formed. There is a problem that it is complicated.
さらに、コレクタ電極をシリコン基板に直接コンタクトさせているので、コンタクト形成工程の段差が大きくコンタクトの信頼性低下が懸念される。 Furthermore, since the collector electrode is in direct contact with the silicon substrate, there is a concern that the step in the contact formation process is large and the reliability of the contact is lowered.
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、BJT、SiGeHBT及びCMOSを共通の半導体基板上に、簡便な工程で製造することができ、且つコンタクトの信頼性向上が可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem. A semiconductor device capable of manufacturing BJT, SiGeHBT, and CMOS on a common semiconductor substrate by a simple process and capable of improving contact reliability. It aims at providing the manufacturing method of.
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、共通の半導体基板にイオン注入ベース型の第1のバイポーラトランジスタとSiGeベースヘテロ接合型の第2のバイポーラトランジスタと、Pチャネル及びNチャネル型絶縁ゲート型電界効果トランジスタから構成される相補型絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを有する半導体装置の製造方法にあって、前記半導体基板上全面に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上全面に第1の多結晶半導体膜を形成する工程と、前記第1のバイポーラトランジスタ形成部分にイオン注入法によりベース層を形成する工程と、前記第1の多結晶半導体膜及び前記第1の絶縁膜をパターニングして、前記第2のバイポーラトランジスタのベース形成部分に第1の開口を形成する工程と、前記第1の開口を通じて露出した前記半導体基板表面を含む前記第1の多結晶半導体膜上全面に非選択的気相エピタキシャル成長法によりSiGe層を形成する工程と、前記SiGe層、前記第1の多結晶半導体膜及び前記第1の絶縁膜をパターニングして、前記第1のバイポーラトランジスタ形成部分と前記第2のバイポーラトランジスタのコレクタ層表面部を露出させる工程と、前記半導体基板上全面に第2の絶縁膜を形成した後、この第2の絶縁膜をパターニングして、前記イオン注入ベース層及び前記第2のバイポーラトランジスタのベース形成予定部分における前記SiGe層を覆い、その部分以外の前記第2の絶縁膜を除去する工程と、前記イオン注入ベース層及び前記第2のバイポーラトランジスタのベース形成予定部分における前記SiGe層部分上の前記第2の絶縁膜に第2の開口を形成する工程と、前記第2の開口を含む前記半導体基板上全面に不純物含有の第2の多結晶半導体膜を形成する工程と、前記第2の開口を通じてイオン注入ベース層及び前記第2のバイポーラトランジスタのベース形成予定部分における前記SiGe層にエミッタ層をそれぞれ形成する工程と、前記第2の多結晶半導体膜をパターニングして、前記コレクタ層表面部にコレクタ引出し電極、前記エミッタ層にエミッタ電極及び前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極形成予定部にゲート電極部をそれぞれ形成する工程と、前記ゲート電極部をマスクに前記相補型絶縁ゲート型電界効果トランジスタ形成部分上の前記SiGe膜、前記第1の多結晶半導体膜及び第1の絶縁膜をパターニングする工程と、前記ゲート電極により自己整合的にPチャネル及びNチャネル型絶縁ゲート型電界効果トランジスタ形成部分に、低濃度ソース/ドレイン領域をそれぞれ形成する工程と、前記半導体基板上全面に第3の絶縁膜を形成した後、前記エミッタ電極、前記コレクタ引出し電極及び前記ゲート電極部の側壁に、サイドウォールスペーサをそれぞれ形成する工程と、前記サイドウォールスペーサを有するエミッタ電極をマスクにして前記第2の絶縁膜部分をパターニングして前記第1のバイポーラトランジスタにおける前記イオン注入ベース層及び前記第2のバイポーラトランジスタにおける前記SiGe層表面部を露出する工程と、前記イオン注入ベース層表面部、前記SiGe層表面部及び前記ソース/ドレイン領域にベース電極及びソース/ドレイン電極をそれぞれ形成する工程と、を具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a first bipolar transistor of an ion implantation base type and a second bipolar transistor of a SiGe base heterojunction type on a common semiconductor substrate, In a method of manufacturing a semiconductor device having a complementary insulated gate field effect transistor composed of a P channel and an N channel insulated gate field effect transistor, a first insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate. A step of forming a first polycrystalline semiconductor film on the entire surface of the first insulating film, a step of forming a base layer by ion implantation in the first bipolar transistor formation portion, A polycrystalline semiconductor film and the first insulating film are patterned to form a first opening in a base forming portion of the second bipolar transistor. Forming a SiGe layer on the entire surface of the first polycrystalline semiconductor film including the surface of the semiconductor substrate exposed through the first opening by non-selective vapor phase epitaxy, and the SiGe layer Patterning the first polycrystalline semiconductor film and the first insulating film to expose the first bipolar transistor forming portion and the collector layer surface portion of the second bipolar transistor; and the semiconductor substrate After the second insulating film is formed on the entire upper surface, the second insulating film is patterned to cover the SiGe layer in the ion-implanted base layer and the base formation planned portion of the second bipolar transistor. A step of removing the second insulating film other than the above, and a base of the ion-implanted base layer and the second bipolar transistor. A step of forming a second opening in the second insulating film on the SiGe layer portion in a portion to be formed, and a second polycrystalline semiconductor containing an impurity on the entire surface of the semiconductor substrate including the second opening A step of forming a film, a step of forming an emitter layer on each of the SiGe layer in an ion-implanted base layer and a base formation scheduled portion of the second bipolar transistor through the second opening, and the second polycrystalline semiconductor. Patterning a film to form a collector extraction electrode on the surface of the collector layer, an emitter electrode on the emitter layer, and a gate electrode portion in a gate electrode formation scheduled portion of the insulated gate field effect transistor; The SiGe film on the complementary insulated gate field effect transistor forming portion, the first polycrystal A step of patterning the semiconductor film and the first insulating film; a step of forming low-concentration source / drain regions in the P-channel and N-channel insulated gate field effect transistor forming portions in a self-aligned manner by the gate electrode Forming a sidewall spacer on the sidewalls of the emitter electrode, the collector extraction electrode and the gate electrode portion after forming a third insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate; and having the sidewall spacer Exposing the ion-implanted base layer in the first bipolar transistor and the surface of the SiGe layer in the second bipolar transistor by patterning the second insulating film using the emitter electrode as a mask; and Implanted base layer surface portion, the SiGe layer surface portion and Forming serial source / drain region-based electrode and the source / drain electrodes, respectively, characterized by including the.
本発明によれば、BJT,SiGeHBT及びCMOSを共通の半導体基板上に簡便な工程で製造することができ、且つコンタクトの信頼性を向上できる According to the present invention, BJT, SiGeHBT, and CMOS can be manufactured on a common semiconductor substrate by a simple process, and contact reliability can be improved.
以下、本発明の実施例に係るBiCMOSの製造方法について、図1乃至図11を参照して説明する。 A BiCMOS manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
本実施例においては、共通の半導体基板に半導体素子として、通常の構成によるBJTと、SiGeによるSiGeHBTと、Nチャンネル型MOS及びPチャンネル型MOSによるCMOSとが形成されたBiCMOSを製造する場合である。図1乃至図11は本発明のBiCMOSの製造工程を示す概略工程断面図である。 In this embodiment, a BiCMOS in which BJT having a normal configuration, SiGeHBT made of SiGe, and CMOS made of N channel MOS and P channel MOS are formed as semiconductor elements on a common semiconductor substrate is manufactured. . 1 to 11 are schematic process cross-sectional views showing the manufacturing process of the BiCMOS of the present invention.
図1に示すように、P型シリコン基体11上にN−型エピタキシャル層12が形成されたシリコン基板10が用意される。
As shown in FIG. 1, a
このシリコン基板10には、高耐圧用BJT形成部分Bと高速用SiGeHBT形成部分Hとに跨って、高不純物濃度のN+型埋め込み領域13が形成されている。これらのN+型埋め込み領域13は、例えば、通常のPEP技術とイオン注入技術によりシリコン基板10中に選択的にN型不純物をイオン注入することにより形成する。また、P型シリコン基板11上にN−型エピタキシャル層12をエピタキシャル成長する前に、P型シリコン基板11の表面にN型不純物を拡散しておくことにより形成する。
In the
次に、このシリコン基板10の表面全面に第1の酸化膜、窒化シリコン膜及びTEOS膜(図示せず)を順次積層形成した後、通常のPEP技術とエッチング技術を用いてシリコン基板10上の、BJT形成部分B、SiGeHBT形成部分H、CMOS形成部分Cを各々取り囲むように、ディープトレンチ14aを形成し、ディープトレンチ14a内に絶縁材料14bを埋め込むことによりディープトレンチ素子分離層(以下、単にディープ分離層という)14を形成する。このディープ分離層14によりN+型埋め込み層13は、BJT用のN型埋め込み層13aとHBT用のN+型埋め込み層13bとに分離される。
Next, a first oxide film, a silicon nitride film, and a TEOS film (not shown) are sequentially stacked on the entire surface of the
さらに、通常のPEP技術とエッチング技術によりディープ分離層14上の、BJT形成部分B及びSiGeHBT形成部分Hにおける後述の電極引出し層形成部分を素子分離するために必要な部分、並びにCMOS形成部分CのPチャンネル型MOSFET(以下、単にpMOSという)形成部分PとNチャンネル型MOSFET(以下、単にnMOSという)形成部分Nとを素子分離するために、シャロートレンチ15aを形成し、このシャロートレンチ15a内に絶縁膜材料15bを埋め込むことによりシャロートレンチ素子分離層(以下、単にシャロー分離層という)15を形成する。
Furthermore, a portion necessary for element isolation of an electrode lead-out layer forming portion, which will be described later, in the BJT forming portion B and the SiGeHBT forming portion H on the
なお、このシャロー分離層15の形成には、通常のPN接合分離技術またはLOCOS技術を用いても構わない。
The
次に、BJT形成部分B及びSiGeHBT形成部分Hに通常のイオン注入技術を用いてN+型コレクタ引出し層16a及び16bをN+型埋め込み層13a及び13bにそれぞれ到達するように形成する。
Next, the N + -type
次に、通常のPEP技術及びイオン注入技術を用いて、CMOS形成部分CのnMOS形成領域NにP型不純物をイオン注入してPウエル層17を形成する。また、pMOS形成領域PにN型不純物をイオン注入してNウエル層18を形成する。
Next, using a normal PEP technique and an ion implantation technique, a P-type impurity is ion-implanted into the nMOS formation region N of the CMOS formation portion C to form a
次に、図2に示すように、このように形成されたシリコン基板10の表面全面に、例えば、通常の熱酸化技術により第1の絶縁膜としてのゲート絶縁膜20を厚さ9nm成膜し、連続して通常のCVD技術によりCMOS形成部分Cのゲート絶縁膜20を保護するために第1の多結晶シリコン膜21を厚さ100nm成膜する。
Next, as shown in FIG. 2, a
さらに、通常のPEP技術により第1のフォトレジスト22aをパターニングして、BJT形成部分Bのベース領域を形成する部分に開口を形成した後、この第1のフォトレジスト22aをマスクとして、通常のイオン注入技術によりN−型エピタキシャル層12の表面に、P型不純物のボロン(B)を、例えば加速電圧30KeV、注入量6×1013/cm2で注入し、BJTのP型ベース拡散層30を形成する。その後、PEP技術で用いた第1のフォトレジスト22aをアッシング処理により剥離する。
Further, the
次に、図3に示すように、通常のPEP技術により新たな第2のフォトレジスト22bをパターニングして、SiGeHBT形成部分Hのベース領域を形成する部分に開口を形成した後、この第2のフォトレジスト22bをマスクとして、通常のエッチング技術によりSiGeHBT形成部分Hのベース領域の多結晶シリコン膜20及びゲート酸化膜21をエッチング除去し、第1の開口W1を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, a new
次に、図4に示すように、PEP技術で用いた第2のフォトレジスト22bをアッシング処理により剥離した後、気相エピタキシャル成長法により、非選択的に8×1018/cm3のボロンB濃度のP型SiGeベースエピタキシャル層31を形成する。このベースエピタキシャル層31は、気相エピタキシャル成長が横(水平)方向にも行われるため、第1の開口W1内のベース領域以外の多結晶シリコン膜20部分上にも形成される。
Next, as shown in FIG. 4, after the
次に、図5に示すように、通常のPEP技術により第3のフォトレジスト22cを用いて、SiGeHBT形成部分Hのコレクタ引き出し層16b及びBJT形成部分Bのみを開口した後、この第3のフォトレジスト22cをマスクとして通常のエッチング技術によりベースエピタキシャル層31及び多結晶シリコン膜21をエッチング除去する。連続して、バッファードフッ酸処理により、ゲート酸化膜20をエッチング除去する。その後、PEP技術で用いた第3のフォトレジスト22cを剥離する。
Next, as shown in FIG. 5, the third photo resist 22c is used to open only the
次に、図6に示すように、CVD技術により、シリコン基板10の表面全面に、第2の絶縁膜としての酸化シリコン膜23を厚さ50nm成膜する。更に、通常のPEP技術により第4のフォトレジスト22dをパターニングして、BJT形成部分Bのエミッタ領域及びSiGeHBT形成部分Hのエミッタ領域を形成する部分にそれぞれ第2の開口W2を形成する。この時、バイポーラトランジスタのベース押し出し効果(カーク効果)を抑制するためのSIC(Selective Implanted Collector)24をイオン種リンPを加速電圧150KeV、注入量2×1012/cm2で注入しても構わない。
Next, as shown in FIG. 6, a
さらに、反応性異方エッチング(以下、RIEという)技術によりBJT形成部分Bのエミッタ領域及びSiGeHBT形成部分Hのエミッタ領域の酸化シリコン膜23をエッチング除去する。この時、ベース領域へのRIEダメージを回避するため、20nm程度の酸化シリコン膜23の残膜が残るように制御する。その後、PEP技術で用いた第4のフォトレジスト22dを剥離する。
Further, the
次に、図7に示すように、通常のPEP技術により、第5のフォトレジスト22eをパターニングして、BJT形成部分Bのベース領域及びエミッタ領域とSiGeHBT形成部分Hのベース領域及びエミッタ領域を第5のフォトレジスト22eで覆い、この第5のフォトレジスト22eをマスクとして、それ以外の酸化シリコン膜23を通常のエッチング技術によりエッチング除去する。その後、PEP技術で用いた第5のフォトレジスト22eをアッシング処理にて除去する。
Next, as shown in FIG. 7, the fifth photoresist 22e is patterned by a normal PEP technique, so that the base region and the emitter region of the BJT formation portion B and the base region and the emitter region of the SiGeHBT formation portion H are formed in the first region. Then, the other
次に、図8に示すように、ベース領域にダメージが入らないようバッファードフッ酸処理をシリコン基板10全面に施して、BJT形成部分B及びSiGeHBT形成部分Hのエミッタ領域の酸化シリコン膜23の残膜を完全に除去する。
Next, as shown in FIG. 8, buffered hydrofluoric acid treatment is performed on the entire surface of the
更に、通常のCVD技術により第2の多結晶シリコン膜33をシリコン基板10全面に厚さ200nm成膜し、通常のイオン注入技術により砒素(As)を加速電圧40KeV、注入量1×1016/cm2で、砒素(As)濃度が1×1020/cm3程度になるように注入する。更に、通常のRTA技術により990℃,20secの熱処理を行い、BJT形成部分B上の酸化シリコン膜23の第2の開口W2及びSiGeHBT形成部分H上の酸化シリコン膜23の第2の開口W2を通じて砒素(As)を注入し、BJT形成部分Bのエミッタ領域25及びSiGeHBT形成部分Hのエミッタ領域26をそれぞれ形成すると共にエミッタ不純物を活性化する。
Further, a second
次に、図9に示すように、通常のPEP技術により、第6のフォトレジスト22fがBJT形成部分BとSiGeHBT形成部分Hのコレクタ電極引出し部とエミッタ電極引出し部及びCMOS形成部分Cのゲート電極部の形成予定領域上のみ覆うようにパターニングする。 Next, as shown in FIG. 9, the sixth photoresist 22f is formed into a collector electrode lead portion and an emitter electrode lead portion of the BJT formation portion B, the SiGeHBT formation portion H, and a gate electrode of the CMOS formation portion C by a normal PEP technique. Patterning is performed so as to cover only the region where the portion is to be formed.
次に、このフォトレジスト22fをマスクとして通常のRIE技術により、多結晶シリコン膜33をエッチングし、BJT形成部分B及びSiGeHBT形成部分Hに各々コレクタ電極引出し部34及びエミッタ電極引出し部35を形成すると同時に、更に、CMOS形成部分Cにおける第1の多結晶シリコン膜21及びSiGeベースエピタキシャル層31をエッチングしてCMOS形成部分Cにゲート電極部36を形成する。また、これによりSiGeHBT形成部分H上にのみSiGeエピタキシャル層31が残され、最終的にSiGeHBTのSiGeベース層となる。その後、PEP技術で用いた第6のフォトレジスト22fをアッシング処理にて除去する。
Next, by using the photoresist 22f as a mask, the
次に、図10に示すように、通常のPEP技術により、フォトレジスト(図示せず)がBJT形成部分BとSiGeHBT形成部分H及びnMOS形成部分Nを覆うようにパターニングし、pMOS形成部分PにはボロンBを通常のイオン注入法により適切な条件で注入し、P型低濃度ソース/ドレイン領域(以下P型LDD部という)37を形成する。同様にフォトレジスト(図示せず)がBJT形成部分BとSiGeHBT形成部分H及びpMOS形成部分Pを覆うようにパターニングし、nMOS形成部分Nにはリン(P)を通常のイオン注入法により適切な条件で注入し、N型低濃度ソース/ドレイン領域(以下N型LDD部という)38を形成する。 Next, as shown in FIG. 10, a photoresist (not shown) is patterned so as to cover the BJT formation portion B, the SiGeHBT formation portion H, and the nMOS formation portion N by a normal PEP technique, and the pMOS formation portion P is formed. Boron B is implanted under appropriate conditions by a normal ion implantation method to form a P-type low concentration source / drain region (hereinafter referred to as a P-type LDD portion) 37. Similarly, a photoresist (not shown) is patterned so as to cover the BJT formation portion B, the SiGeHBT formation portion H, and the pMOS formation portion P, and phosphorus (P) is appropriately applied to the nMOS formation portion N by a normal ion implantation method. Implantation is performed under conditions to form an N-type low concentration source / drain region (hereinafter referred to as an N-type LDD portion) 38.
なお、言うまでもなく、N型LDD部38を先に形成し、P型LDD部37をその後に形成することもできる。
Needless to say, the N-
次に、図11に示すように、P型シリコン基板10全面に酸化シリコン膜(図示せず)を成膜し、通常のRIE技術により、コレクタ電極引出し部34とエミッタ電極引出し部35及びゲート電極部36の側面にサイドウォールスペーサ39を形成する。このサイドウォールスペーサ39の形成時にBJT形成部分Bにおけるベース層30、及びSiGeHBT形成部分HにおけるSiGeエピタキシャル層(ベース層)31上の所定部分の酸化シリコン膜23をエッチングしてベース引出し部27を露出する。また、CMOS形成部分CにおけるLDD部37、38上のゲート酸化膜20を除去する。
Next, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film (not shown) is formed on the entire surface of the P-
さらに、通常のPEP技術によりフォトレジスト(図示せず)がBJT形成部分BとSiGeHBT形成部分H及びnMOS形成部分Nを覆うようにパターニングし、pMOS形成部分Pに、通常のイオン注入技術により、BF2を加速電圧40KeV、注入量5×1015/cm2の条件で注入し、P型高濃度ソース/ドレイン領域40を形成する。同様にして、通常のPEP技術によりフォトレジスト(図示せず)がBJT形成部分BとSiGeHBT形成部分H及びpMOS形成部分Pを覆うようにパターニングし、nMOS形成部分Nに、通常のイオン注入技術により、砒素(As)を加速電圧40KeV、注入量5×1510/cm2の条件で注入し、N型高濃度ソース/ドレイン領域41を形成する。
Further, a photoresist (not shown) is patterned so as to cover the BJT formation part B, the SiGeHBT formation part H, and the nMOS formation part N by a normal PEP technique, and BF2 is formed on the pMOS formation part P by a normal ion implantation technique. Are implanted under the conditions of an acceleration voltage of 40 KeV and an implantation amount of 5 × 10 15 / cm 2 to form a P-type high concentration source /
なお、言うまでもなく、N型ソース/ドレイン領域41を先に形成し、P型ソース/ドレイン領域40をその後に形成することもできる。
Needless to say, the N-type source /
次に、図12に示すように、通常のスパッタ技術により、シリコン基板10全面に、チタン(図示せず)を厚さ100nm成膜し、さらに、RTA技術により、650℃、30secの条件で、コレクタ電極引出し部34上面とP型ベース拡散層30上面とエミッタ電極引出し部35上面とSiGeエピタキシャル層31上面とゲート電極36上面とP型高濃度ソース/ドレイン領域40及びN型高濃度ソース/ドレイン領域41表面上に自己整合的にシリサイデーション反応を行う。
Next, as shown in FIG. 12, titanium (not shown) is formed to a thickness of 100 nm on the entire surface of the
次に、通常の酸によるエッチングにより、未反応のチタン(図示せず)を除去した後、再度RTA法により800℃、30secの条件で相転移反応を行い低抵抗化することでサリサイド工程を終了し、BJT形成部分B及びSiGeHBT形成部分Hのコレクタ電極引出し部34上面とエミッタ電極引出し部35上面とベース引出し部27上面とCMOS形成部分Cのゲート電極部36上面とソース/ドレイン領域40、41上面に自己整合的にチタンシリサイド層42が形成される。
Next, after removing unreacted titanium (not shown) by ordinary acid etching, the salicide process is completed by reducing the resistance by performing a phase transition reaction again at 800 ° C. for 30 sec by the RTA method. The upper surface of the collector
次に、図示はしないが、周知の方法で、シリコン基板10全面に表面保護のための絶縁膜を成膜し、電極のためのコンタクトホールを形成し、アルミ電極配線形成することで、BiCMOSが完成する。
Next, although not shown in the drawing, an insulating film for surface protection is formed on the entire surface of the
この実施例のBiCMOSの製造方法によれば、SiGeHBT形成部分Hのエミッタは、図8に示すように、多結晶シリコン膜33に砒素(As)をイオン注入し、熱処理を行うことによりエミッタ不純物を活性化し形成しているので、従来技術のように、P型SiGeベースエピタキシャル層上にエミッタ形成のためのエピタキシャル成長させる連続のエピタキシャル成長の工程が不要となり工程を簡便にすることができる。
According to the BiCMOS manufacturing method of this embodiment, as shown in FIG. 8, the emitter of the SiGe HBT forming portion H is implanted with arsenic (As) into the
また、図10に示すように、BJT形成部分B及びSiGeHBT形成部分Hのコレクタ電極引出し部34とエミッタ電極引出し部35とCMOS形成部分Cのゲート電極部36を同時に形成することができるので、製造工程を簡便にすることができる。
Further, as shown in FIG. 10, since the collector
さらに、従来技術のように、コレクタ電極をシリコン基板10に直接コンタクトさせるのではなく、図10に示すように、コレクタ電極は多結晶ポリシリコン33を利用したコレクタ電極引出し部34を介してコンタクトさせているので、コンタクト形成工程の段差が緩和され、コンタクトの信頼性を向上できる。
Further, the collector electrode is not directly contacted with the
なお、本発明は、上述した一実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々、変形して実施できることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
10 シリコン基板
11 P型シリコン基板
12 N−エピタキシャル層
13 N+型埋め込み領域
14 ディープトレンチ素子分離層
14a ディープトレンチ
14b、15b 絶縁材料
15 シャロートレンチ素子分離層
15a シャロートレンチ
16 N+型コレクタ引出し層
17 Pウェル層
18 Nウェル層
20 ゲート絶縁膜
21、33 多結晶シリコン膜
22 フォトレジスト
23 酸化シリコン膜
25、26 エミッタ領域
27 ベース引出し部
28 ソース・ドレイン引出し部
30 P型ベース拡散層
31 P型SiGeベースエピタキシャル層
34 コレクタ電極引出し部
35 エミッタ電極引出し部
36 ゲート電極部
37 P型低濃度ソース/ドレイン領域
38 N型低濃度ソース/ドレイン領域
39 サイドウォールスペーサ
40 P型高濃度ソース/ドレイン領域
41 N型高濃度ソース/ドレイン領域
42 シリサイド層
B BJT形成部分
H SiGeHBT形成部分
P pMOS形成部分
N nMOS形成部分
C CMOS形成部分
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板上全面に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上全面に第1の多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記第1のバイポーラトランジスタ形成部分にイオン注入法によりベース層を形成する工程と、
前記第1の多結晶半導体膜及び前記第1の絶縁膜をパターニングして、前記第2のバイポーラトランジスタのベース形成部分に第1の開口を形成する工程と、
前記第1の開口を通じて露出した前記半導体基板表面を含む前記第1の多結晶半導体膜上全面に非選択的気相エピタキシャル成長法によりSiGe層を形成する工程と、
前記SiGe層、前記第1の多結晶半導体膜及び前記第1の絶縁膜をパターニングして、前記第1のバイポーラトランジスタ形成部分と前記第2のバイポーラトランジスタのコレクタ層表面部を露出させる工程と、
前記半導体基板上全面に第2の絶縁膜を形成した後、この第2の絶縁膜をパターニングして、前記イオン注入ベース層及び前記第2のバイポーラトランジスタのベース形成予定部分における前記SiGe層を覆い、その部分以外の前記第2の絶縁膜を除去する工程と、
前記イオン注入ベース層及び前記第2のバイポーラトランジスタのベース形成予定部分における前記SiGe層部分上の前記第2の絶縁膜に第2の開口を形成する工程と、
前記第2の開口を含む前記半導体基板上全面に不純物含有の第2の多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記第2の開口を通じて前記イオン注入ベース層及び前記第2のバイポーラトランジスタのベース形成予定部分における前記SiGe層にエミッタ層をそれぞれ形成する工程と、
前記第2の多結晶半導体膜をパターニングして、前記コレクタ層表面部にコレクタ引出し電極、前記エミッタ層にエミッタ電極及び前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極形成予定部にゲート電極部をそれぞれ形成する工程と、
前記ゲート電極部をマスクに前記相補型絶縁ゲート型電界効果トランジスタ形成部分上の前記SiGe膜、前記第1の多結晶半導体膜及び第1の絶縁膜をパターニングする工程と、
前記ゲート電極部により自己整合的にPチャネル及びNチャネル型絶縁ゲート型電界効果トランジスタ形成部分に、低濃度ソース/ドレイン領域をそれぞれ形成する工程と、
前記半導体基板上全面に第3の絶縁膜を形成した後、前記エミッタ電極、前記コレクタ引出し電極及び前記ゲート電極部の側壁に、サイドウォールスペーサをそれぞれ形成する工程と、
前記サイドウォールスペーサを有するエミッタ電極をマスクにして前記第2の絶縁膜部分をパターニングして前記第1のバイポーラトランジスタにおける前記イオン注入ベース層及び前記第2のバイポーラトランジスタにおける前記SiGe層表面部を露出する工程と、
前記イオン注入ベース層表面部、前記SiGe層表面部及び前記ソース/ドレイン領域にベース電極及びソース/ドレイン電極をそれぞれ形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Complementary insulated gate type composed of a first bipolar transistor of ion implantation base type, a second bipolar transistor of SiGe base heterojunction type, and P channel and N channel type insulated gate field effect transistors on a common semiconductor substrate In a manufacturing method of a semiconductor device having a field effect transistor,
Forming a first insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Forming a first polycrystalline semiconductor film over the entire surface of the first insulating film;
Forming a base layer by ion implantation in the first bipolar transistor forming portion;
Patterning the first polycrystalline semiconductor film and the first insulating film to form a first opening in a base forming portion of the second bipolar transistor;
Forming a SiGe layer on the entire surface of the first polycrystalline semiconductor film including the surface of the semiconductor substrate exposed through the first opening by non-selective vapor phase epitaxy;
Patterning the SiGe layer, the first polycrystalline semiconductor film, and the first insulating film to expose the first bipolar transistor forming portion and the collector layer surface portion of the second bipolar transistor;
After forming a second insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate, the second insulating film is patterned to cover the SiGe layer in the ion-implanted base layer and the base formation scheduled portion of the second bipolar transistor. Removing the second insulating film other than that portion;
Forming a second opening in the second insulating film on the SiGe layer portion in the base formation scheduled portion of the ion-implanted base layer and the second bipolar transistor;
Forming an impurity-containing second polycrystalline semiconductor film on the entire surface of the semiconductor substrate including the second opening;
Forming an emitter layer on the SiGe layer in the ion-implanted base layer and the base formation scheduled portion of the second bipolar transistor, respectively, through the second opening;
Patterning the second polycrystalline semiconductor film to form a collector extraction electrode on the surface of the collector layer, an emitter electrode on the emitter layer, and a gate electrode portion on the gate electrode formation planned portion of the insulated gate field effect transistor. And a process of
Patterning the SiGe film, the first polycrystalline semiconductor film, and the first insulating film on the complementary insulated gate field effect transistor forming portion using the gate electrode portion as a mask;
Forming low-concentration source / drain regions in P-channel and N-channel insulated gate field effect transistor formation portions in a self-aligned manner by the gate electrode portion;
Forming a third insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate, and then forming sidewall spacers on the side walls of the emitter electrode, the collector extraction electrode, and the gate electrode portion;
The second insulating film portion is patterned using the emitter electrode having the sidewall spacer as a mask to expose the surface of the ion-implanted base layer in the first bipolar transistor and the surface of the SiGe layer in the second bipolar transistor. And a process of
Forming a base electrode and a source / drain electrode on the surface of the ion-implanted base layer, the surface of the SiGe layer, and the source / drain region, respectively.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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