JP2005079518A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にヘテロバイポーラトランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a manufacturing method of a hetero bipolar transistor.
近年、高周波特性向上を目的として、シリコン基板上に形成されるバイポーラトランジスタにSi/SiGeのヘテロ接合構造を含ませたヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)の開発が進められている。 In recent years, for the purpose of improving high-frequency characteristics, development of a heterobipolar transistor (HBT) in which a bipolar transistor formed on a silicon substrate includes a heterojunction structure of Si / SiGe has been advanced.
このHBTは、Si基板,SiGe層という汎用のシリコンプロセスと親和性のよい材料で構成されるので、高集積度や低コストという大きな利点を有する。また、HBTとMOSトランジスタ(MOSFET)とを共通のSi基板上に形成して集積化することにより、高性能なBiCMOSデバイスを構成することができ、このBiCMOSデバイスは通信関係に利用可能なシステムLSIとして有望である。 Since this HBT is made of a material having a good affinity with a general-purpose silicon process such as a Si substrate and a SiGe layer, it has great advantages of high integration and low cost. Further, a high-performance BiCMOS device can be configured by forming and integrating an HBT and a MOS transistor (MOSFET) on a common Si substrate, and this BiCMOS device can be used for communication. As promising.
そのために、Si/Si1-x Gex 型HBTについての提案が多く行なわれている。 For this reason, many proposals have been made on Si / Si 1-x Ge x type HBTs.
従来のSi/Si1-x Gex 型HBTの一例として、特許文献1に記載されたものが知られている。 As an example of a conventional Si / Si 1-x Ge x type HBT, there has been known one described in Patent Document 1.
図10は、従来のSi/Si1-x Gex 型HBTの構造を示す断面図である。 FIG. 10 shows a conventional Si / Si 1-x Ge x It is sectional drawing which shows the structure of type | mold HBT.
同図に示すように、(001)面を主面とするp型Si基板500aの上部は、砒素、リンなどのn型不純物を含む深さ1μmの埋め込み層501、n型Siエピタキシャル成長層500bとなっている。n型エピタキシャル成長層500bのn型不純物濃度は、1016atoms・cm-3程度に調整されている。そして、Si基板500の不純物濃度は約1016atoms・cm-3で、埋め込み層501の不純物濃度は1018〜1019atoms・cm-3オーダーである。また、素子分離として、酸化シリコンが埋め込まれたシャロートレンチ503と、アンドープポリシリコン膜505及びこれを取り囲むシリコン酸化膜506により構成されるディープトレンチ504とが設けられている。
As shown in the figure, an upper portion of a p-type Si substrate 500a having a (001) plane as a main surface includes a buried
n型Siエピタキシャル成長層500b内におけるトレンチ503によって挟まれる領域にコレクタ層502が設けられており、シャロートレンチ503によりコレクタ層502と分離された領域には、埋め込み層501を介してコレクタ層502の電極とコンタクトするためのn+ コレクタ引き出し層507が設けられている。
A
また、n型Siエピタキシャル成長層500bの上には、コレクタ開口部510を有する厚さ約30nmの第1の堆積酸化膜508が設けられていて、第1の堆積酸化膜508の上にポリシリコン層509が設けられている。n型Siエピタキシャル成長層500bの上面のうちコレクタ開口部510に露出する部分の上には、p型不純物がドープされた厚さ約60nmのSi1-x Gex 層と厚さ約10nmのSi膜とが積層されてなるSi/Si1-x Gex 層511が設けられている。そして、Si/Si1-x Gex 層511は、n型Siエピタキシャル成長層500bのコレクタ開口部510に露出している表面全体からポリシリコン層509の上にまで延びている。
A first deposited
Si1-x Gex 層511のうち中央部の下部が内部ベース519として機能し、また、Si/Si1-x Gex 層511の中央部の上部がエミッタ層として機能している。
The lower part of the central portion of the Si 1-x Ge x
Si/Si1-x Gex 層511のうちSi1-x Gex層の大部分は、ボロン(B)などのp型不純物によって2×1018atoms ・cm-3程度にドーピングされており、Si層はn+ ポリシリコン層529からのリン(P)等のn型不純物の拡散によって、基板の深さ方向に向かって1×1020atoms ・cm-3から1×1017atoms ・cm-3程度までの分布をもってドーピングされている。 Most of the Si1-x Gex layer in the Si / Si 1-x Ge x layer 511 is doped to about 2 × 10 18 atoms · cm −3 by a p-type impurity such as boron (B). Is about 1 × 10 20 atoms · cm −3 to 1 × 10 17 atoms · cm −3 in the depth direction of the substrate by diffusion of n-type impurities such as phosphorus (P) from the n + polysilicon layer 529. Doped with a distribution of up to.
ここで、コレクタ開口部510の端よりもシャロートレンチ503の端が内側になるように配置されている。これにより、シャロートレンチ503が内側に配置されるので、HBTの総面積を低減することができる。
Here, it arrange | positions so that the end of
Si/Si1-x Gex 層511の上には、厚さ約30nmのエッチストッパ用の第2の堆積酸化膜512が設けられていて、第2の堆積酸化膜512には、ベース接合用開口部514及びベース開口部518が形成されている。ベース開口部518周辺の第2の堆積酸化膜512の外側の幅Aは、図10に示されるとおりである。
A second deposited
ベース接合用開口部514を埋めて第2の堆積酸化膜512の上に延びる厚さ約150nmのp+ ポリシリコン層515と第3の堆積酸化膜517とが設けられている。上記Si/Si1-x Gex 層511のうちベース開口部518の下方領域を除く部分とp+ ポリシリコン層515とによって外部ベース516が構成されている。
A p + polysilicon layer 515 having a thickness of about 150 nm and a third deposited
p+ ポリシリコン層515及び第3の堆積酸化膜517のうち,第2の堆積酸化膜512のベース開口部518の上方に位置する部分は開口されていて、p+ ポリシリコン層515の側面には厚さ約30nmの第4の堆積酸化膜520が形成されており、さらに、第4の堆積酸化膜520の上に厚さ約100nmのポリシリコンからなるサイドウォール521が設けられている。そして、ベース開口部518を埋めて第3の堆積酸化膜517の上に延びるn+ ポリシリコン層529が設けられており、このn+ ポリシリコン層529はエミッタ引き出し電極として機能する。上記第4の堆積酸化膜520によって、p+ ポリシリコン層515とn+ ポリシリコン層529とが電気的に絶縁されるとともに、p+ ポリシリコン層515からn+ ポリシリコン層529への不純物の拡散が阻止されている。また、第3の堆積酸化膜517によって、p+ ポリシリコン層515の上面とn+ ポリシリコン層529とが絶縁されている。さらに、n+ ポリシリコン層529とp+ ポリシリコン層515の外側面はサイドウォール523により覆われている。
Of the p + polysilicon layer 515 and the third deposited
なお、HBTのSi/Si1-x Gex 層511のうちSi層には、n+ ポリシリコン層529から高濃度のn型不純物(リンなど)が拡散して、n+ 型Si層になっている。 Of the Si / Si 1-x Ge x layer 511 of the HBT, high-concentration n-type impurities (such as phosphorus) diffuse from the n + polysilicon layer 529 into the Si layer to form an n + -type Si layer. ing.
さらに、コレクタ引き出し層507,p+ ポリシリコン層515及びn+ ポリシリコン層529の表面には、それぞれTiシリサイド層524が形成されている。
Further,
また、基板全体は層間絶縁膜525によって覆われており、層間絶縁膜525を貫通してn+ コレクタ引き出し層507,外部ベースの一部であるp+ ポリシリコン層515及びエミッタ引き出し電極であるn+ ポリシリコン層529上のTiシリサイド層524に到達する接続孔がそれぞれ形成されている。そして、この各接続孔を埋めるWプラグ526と、各Wプラグ526に接続されて、層間絶縁膜525の上に延びる金属配線527とが設けられている。
しかしながら、上記した従来技術のHBTでは、埋め込み層501の占める面積は大きく、埋め込み層501とSi基板500aとの接合容量が存在する。この接合容量は、周波数特性に制限を与える。
However, in the above-described conventional HBT, the area occupied by the buried
本発明は、HBTやBiCMOSにおける埋め込み層と基板との接合容量を減少することによって、高周波特性を向上する半導体装置および半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that improve high-frequency characteristics by reducing the junction capacitance between a buried layer and a substrate in HBT or BiCMOS.
この課題を解決するために本発明の半導体装置は、半導体基板と同程度の不純物濃度を有するn-型Si層201をn+ 埋め込み層101の下部に備える構成であり、また、 本発明の半導体装置の製造方法は、エミッタ層,ベース層及びコレクタ層を有するバイポーラトランジスタとしての機能を持つ半導体装置の製造方法であって、n+ 埋め込み層101の下部に位置し、半導体基板と同等の不純物濃度を有するn- 型Si層201をイオン注入を用いて形成するものである。これらの手段によって埋め込み層と基板との接合容量を減少させ、高周波特性を向上が可能となる。
In order to solve this problem, the semiconductor device of the present invention has a configuration in which an n −
以上のように本発明によれば、高周波特性を向上させた半導体装置の作製することができる、という有利な効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an advantageous effect that a semiconductor device with improved high-frequency characteristics can be manufactured.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について図1〜図3を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1〜図3は、本発明の実施の形態であるSiGe−HBTの製造方法を示す断面図である。 1 to 3 are cross-sectional views showing a method of manufacturing SiGe-HBT according to an embodiment of the present invention.
まず、図1(a)に示すように、(001)面を主面とするp型Si基板100の上部に、保護酸化膜200を形成する。次に、図1(b)のように、HBTを形成する領域に保護酸化膜200をパターンニングし、保護酸化膜200をマスクにしてn型不純物の高エネルギーイオン注入を行い、不純物濃度1015atoms・cm-3以上1017atoms・cm-3以下であるn- 型の第1埋め込み層201を形成する。続いて、第1埋め込み層201を形成したエネルギーより小さいエネルギーでのn型不純物をイオン注入を行なうことにより、不純物濃度1019atoms・cm-3程度であるn+型の第2埋め込み層101を形成する。その後、熱処理(アニ−ル)処理を行ってから、n型エピタキシャルSi層202を成長して、図2(a)に示すような構造を得る。
First, as shown in FIG. 1A, a
ここで、第1埋め込み層201の不純物濃度を1017atoms・cm-3以下としたが、1×1016atoms・cm-3程度が好ましい。
Here, although the impurity concentration of the first buried
次に、素子分離として、酸化シリコンが埋め込まれたシャロートレンチ103と、アンドープポリシリコン膜105及びこれを取り囲むシリコン酸化膜106により構成されるディープトレンチ104とを形成する。各トレンチ103,104の深さは、それぞれ0.2〜0.4μm,3〜5μm程度としておく。n型エピタキシャルSi層202内におけるシャロートレンチ103同士によって挟まれる領域がコレクタ層102となる。また、n型エピタキシャルSi層202内のコレクタ層102とはシャロートレンチ103により分離された領域に、コレクタ電極とコンタクトするためのn+ コレクタ引き出し層107を形成する。
Next, as element isolation, a
そして、従来技術と同様にしてn型エピタキシャルSi層202の上にHBTを形成し、配線工程を行って、図3に示す構造を得る。図4において百の位の数字の「5」は、図1〜図3においては「1」となっていること以外、図3に示す記号は従来技術による図4と同一である。
Then, HBT is formed on the n-type
上記の半導体装置、および、半導体装置の製造方法を用いることにより、半第1埋め込み層201とp型Si基板100との間で広い空乏層が形成される。そのため、基板とコレクタ層との間の接合容量を低減することが可能となり、高周波特性を向上することが可能となる。
By using the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device, a wide depletion layer is formed between the semi-first buried
(実施の形態2)
上記実施形態におけるSi1-xGex層111に代えて、Si1-x-yGexCy層(0≦x+y≦1)又はSi1-yCy層(0≦y≦1)などのSiを含むSiとは異なる材料の膜を用いることができる。また、Si1-xGex層,Si1-x-yGexCy層,Si1-yCy層などのうちの2つ以上を積層した膜を用いてもよい。
(Embodiment 2)
In place of the Si 1-x Ge x layer 111 in the above embodiment, a Si 1-xy Ge x Cy layer (0 ≦ x + y ≦ 1) or an Si 1-y Cy layer (0 ≦ y ≦ 1) is used. A film made of a material different from Si containing Si can be used. Alternatively, a film in which two or more of a Si 1-x Ge x layer, a Si 1-xy Ge x Cy layer, a Si 1-y Cy layer, and the like are stacked may be used.
上記の各種材料を用いることにより、半導体層にかかる歪を抑えることができ、作製される半導体装置の信頼性向上、リーク電流低減につながる。 By using the various materials described above, distortion applied to the semiconductor layer can be suppressed, leading to improvement in reliability of the manufactured semiconductor device and reduction in leakage current.
また、上記各実施形態におけるバイポーラトランジスタは、必ずしもヘテロバイポーラトランジスタに限定されるものではなく、ホモエピタキシャル成長膜であるSi層をベースとして利用したバイポーラにおいても課題となっているからである。 In addition, the bipolar transistor in each of the above embodiments is not necessarily limited to the hetero-bipolar transistor, but is also a problem in the bipolar using the Si layer which is a homoepitaxial growth film as a base.
第1埋め込み層の形成201を注入量1×1013cm-2、注入エネルギー250keV、注入角度0degで、第2埋め込み層101を注入量1×1015cm-2、注入エネルギー25keV、注入角度7degでイオン注入して形成した。また、n型エピタキシャルSi層202の抵抗率が1ohm・cmとした。
The
以上のように本発明によれば、高周波特性を向上させた半導体装置の作製することができる、という有利な効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an advantageous effect that a semiconductor device with improved high-frequency characteristics can be manufactured.
100 (001)Si基板
101 レトログレードウェル
102 コレクタ層
103 シャロートレンチ
104 ディープトレンチ
105 アンドープポリシリコン膜
106 シリコン酸化膜
107 N+ コレクタ引き出し層
108 第1の堆積酸化膜
110 コレクタ開口部
111 Si/Si1-x Gex 層
112 第2の堆積酸化膜
113 接合リーク防止層
114 ベース接合用開口部
115 P+ ポリシリコン層
116 外部ベース
117 第3の堆積酸化膜
118 ベース開口部
119 内部ベース
120 第4の堆積酸化膜
121 サイドウォール
123 サイドウォール
124 Tiシリサイド層
125 層間絶縁層
126 Wプラグ
127 金属配線
129 N+ ポリシリコン層
Rai 活性領域・分離接合部
200 P+ポリシリコン層
500 (001)Si基板
501 レトログレードウェル
502 コレクタ層
503 シャロートレンチ
504 ディープトレンチ
505 アンドープポリシリコン膜
506 シリコン酸化膜
507 N+ コレクタ引き出し層
508 第1の堆積酸化膜
510 コレクタ開口部
511 Si/Si1-x Gex 層
512 第2の堆積酸化膜
513 接合リーク防止層
514 ベース接合用開口部
515 P+ ポリシリコン層
516 外部ベース
517 第3の堆積酸化膜
518 ベース開口部
519 内部ベース
520 第4の堆積酸化膜
521 サイドウォール
523 サイドウォール
524 Tiシリサイド層
525 層間絶縁層
526 Wプラグ
527 金属配線
529 N+ ポリシリコン層
100 (001)
500 (001)
Claims (4)
上記半導体基板の一部に、半導体基板と同程度の不純物濃度を有するn- 型Siを埋め込こんだ層を備え、
上記n- 型Siを埋め込こんだ層の上部にn+ 型Siを埋め込こんだ層を備えたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device provided in an active region of a semiconductor substrate and having a function as a bipolar transistor having an emitter layer, a base layer, and a collector layer,
A part of the semiconductor substrate is provided with a layer in which n − type Si having an impurity concentration similar to that of the semiconductor substrate is embedded,
A semiconductor device comprising a layer in which n + type Si is embedded above the layer in which n − type Si is embedded.
半導体基板と同等の不純物濃度を有するn- 型Siを埋め込めこんだ層をイオン注入を用いて形成し、さらに、上記n- 型Si埋め込めこんだ層の上部にn+ 型Siを埋め込み層をイオン注入を用いて形成することを特徴とした半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device that functions as a bipolar transistor having an emitter layer, a base layer, and a collector layer,
A layer embedded with n − -type Si having an impurity concentration equivalent to that of the semiconductor substrate is formed by ion implantation, and n + -type Si is embedded above the n − -type Si embedded layer. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being formed by implantation.
ベース層がSi1-x Gex (0≦x≦1),Si1-x-y Gex Cy (0≦x+y≦1)及びSi1-y Cy (0≦y≦1)のうち少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1.
Base layer is Si 1-x Ge x (0 ≦ x ≦ 1), Si 1-xy Ge x C y (0 ≦ x + y ≦ 1) and Si1-y Cy (0 ≦ y ≦ 1) at least one of the 1 A semiconductor device comprising:
ベース層がSi1-x Gex (0≦x≦1),Si1-x-y Gex Cy (0≦x+y≦1)及びSi1-y Cy (0≦y≦1)のうち少なくともいずれか1つを含むように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
The base layer is at least one of Si 1-x Ge x (0 ≦ x ≦ 1), Si 1-xy Ge x Cy (0 ≦ x + y ≦ 1), and Si 1-y Cy (0 ≦ y ≦ 1). A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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JP2003311496A JP2005079518A (en) | 2003-09-03 | 2003-09-03 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103066057A (en) * | 2011-10-24 | 2013-04-24 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Vertical parasitic type precision navigation processor (PNP) device and manufacturing method thereof in bipolar complementary metal-oxide-semiconductor transistor (BiCMOS) technology |
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2003
- 2003-09-03 JP JP2003311496A patent/JP2005079518A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103066057A (en) * | 2011-10-24 | 2013-04-24 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Vertical parasitic type precision navigation processor (PNP) device and manufacturing method thereof in bipolar complementary metal-oxide-semiconductor transistor (BiCMOS) technology |
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