JP2006310590A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006310590A JP2006310590A JP2005131990A JP2005131990A JP2006310590A JP 2006310590 A JP2006310590 A JP 2006310590A JP 2005131990 A JP2005131990 A JP 2005131990A JP 2005131990 A JP2005131990 A JP 2005131990A JP 2006310590 A JP2006310590 A JP 2006310590A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- buried impurity
- semiconductor device
- impurity layer
- formation region
- 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
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものであり、特に、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ及びバラクタなどの多種の素子を搭載した半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device on which various elements such as a bipolar transistor, a MOS transistor, and a varactor are mounted, and a manufacturing method thereof.
従来、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下、HBTと称す)は、Siホモ接合バイポーラトランジスタに比べて優れた高速動作性・高電流駆動能力を持つことから、高速・高集積を必要とする移動体通信等の通信用デバイスとして利用されている。特に、バイポーラトランジスタにSi/SiGe、Si/SiGeC等のヘテロ接合構造を組み込んで、100GHzを越える遮断周波数をもつHBTが実現されている。 Conventionally, heterojunction bipolar transistors (hereinafter referred to as HBTs) have superior high-speed operability and high current drive capability compared to Si homojunction bipolar transistors, so mobile communications that require high-speed and high-integration, etc. It is used as a communication device. In particular, by incorporating a heterojunction structure such as Si / SiGe or Si / SiGeC into a bipolar transistor, an HBT having a cutoff frequency exceeding 100 GHz has been realized.
近年、高速性能に優れるHBTは、CMOS、ラテラルPNPトランジスタ及びPN接合型バラクタ素子などと集積化され、通信用デバイス等に利用されている。また、高速用HBTと高耐圧用HBTを同一基板上に混載したBiCMOSに関する従来例として、特許文献1に開示されている半導体装置が知られている。 In recent years, HBTs excellent in high-speed performance are integrated with CMOS, lateral PNP transistors, PN junction varactor elements, and the like, and are used for communication devices and the like. As a conventional example of BiCMOS in which a high-speed HBT and a high breakdown voltage HBT are mixedly mounted on the same substrate, a semiconductor device disclosed in Patent Document 1 is known.
この従来例では、高速用HBTのコレクタ層の表面に凹状の窪みが形成されているため、高速用HBTのSiGe・ベース層直下のコレクタ層を相対的に薄くし、高耐圧用HBTのSiGe・ベース層直下のコレクタ層を相対的に厚くすることが可能になり、それぞれに最適なCE間耐圧が達成されるので、それぞれの高耐圧特性及び高速特性が両立されて高性能な半導体装置が実現される。
上記従来例の構造では、HBTの高性能化に伴い、高速用HBTのコレクタ層を更に薄くするには凹状の窪みを深く形成しなければならない。しかしながら、凹状の窪みを深くすると、コレクタ層の表面段差が大きくなり、この段差を跨いで形成するSiGe・ベース層の結晶性や膜組成が劣化する。更に、この窪み上に形成するエミッタ電極の微細加工も困難であった。 In the structure of the above-described conventional example, in order to further reduce the collector layer of the high-speed HBT, the concave depression must be formed deeply as the performance of the HBT increases. However, if the concave depression is deepened, the surface step of the collector layer increases, and the crystallinity and film composition of the SiGe • base layer formed across the step deteriorates. Further, it is difficult to finely process the emitter electrode formed on the recess.
上記課題を鑑み、本発明は、高濃度の埋め込み型不純物層の構造を工夫し、埋め込み型不純物層上の実効的なエピタキシャル層の厚さを素子によって異なるものに形成させることにより、BiCMOSなどの半導体装置に搭載される用途の異なる各素子の性能を両立させることができる高性能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention devised the structure of a high-concentration buried impurity layer and formed an effective epitaxial layer thickness on the buried impurity layer to be different depending on the element. It is an object of the present invention to provide a high-performance semiconductor device capable of making the performance of each element having a different application mounted on the semiconductor device compatible and a method for manufacturing the same.
本発明は、不純物のせり上がり量が異なる高濃度の埋め込み型不純物層を形成することを特徴とする。以下、本発明の構成及び原理について説明する。 The present invention is characterized in that high-concentration buried impurity layers having different amounts of rising impurities are formed. The configuration and principle of the present invention will be described below.
本発明に係る第1の半導体装置及びその製造方法は、P型シリコン(Si)基板上の所望の素子領域、例えばPN接合バラクタの形成領域に高濃度のリン(P)イオンを注入し、カーボン(C)を注入した後、Si基板上に低濃度のN型Si層を形成する。N型Si層は約1000〜1200℃でエピタキシャル成長させるため、埋め込み型不純物層中の不純物がN型Si層側にせり上がってくるが、上部にカーボンがドープされているバラクタ形成領域は埋め込み不純物層からの不純物拡散が抑制され、リンのせり上がりを抑制できる。 A first semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention implant a high concentration phosphorus (P) ion into a desired element region on a P-type silicon (Si) substrate, for example, a region where a PN junction varactor is formed, After implanting (C), a low concentration N-type Si layer is formed on the Si substrate. Since the N-type Si layer is epitaxially grown at about 1000 to 1200 ° C., the impurities in the buried impurity layer rise to the N-type Si layer side, but the varactor forming region doped with carbon on the upper side is the buried impurity layer. Impurity diffusion from the substrate is suppressed, and the rise of phosphorus can be suppressed.
カーボンを含むSi層中のリンの不純物拡散メカニズムはH.Ruckerら(IEDM1999,p.345)によって報告されている。Si中にカーボンが存在するとカーボンは格子間位置に存在し、リンが格子間位置を移動することができずに拡散を抑制することができる。 The impurity diffusion mechanism of phosphorus in the Si layer containing carbon is described in H.B. Reported by Rucker et al. (IEDM 1999, p. 345). When carbon is present in Si, carbon is present at interstitial positions, and phosphorus cannot move between the interstitial positions, and diffusion can be suppressed.
これにより、カーボンを含むSi層中のリンの拡散係数が小さいため、その後の低濃度のN型Si層を形成する際にバラクタ形成領域のリンのせり上がりが抑制され、埋め込み不純物層の上部位置が高速用HBT形成領域よりバラクタ形成領域の方が相対的に低くなり、実効的な低濃度のN型Si層の膜厚が大きくなるので、PN接合バラクタを高性能化できる。同様に、ラテラルPNPトランジスタや高耐圧用HBTの形成領域にも、カーボンを注入してリンのせり上がりを抑制する手段を適用すると、ラテラルPNPトランジスタや高耐圧用HBTを高性能化できる。 As a result, since the diffusion coefficient of phosphorus in the Si layer containing carbon is small, the rising of phosphorus in the varactor formation region is suppressed when forming a low-concentration N-type Si layer thereafter, and the upper position of the buried impurity layer However, since the varactor formation region is relatively lower than the high-speed HBT formation region and the film thickness of the effective low-concentration N-type Si layer is increased, the performance of the PN junction varactor can be improved. Similarly, when a means for suppressing the rise of phosphorus by injecting carbon is applied to the formation region of the lateral PNP transistor and the high breakdown voltage HBT, the lateral PNP transistor and the high breakdown voltage HBT can be improved in performance.
次に、本発明に係る第2の半導体装置及びその製造方法は、P型シリコン基板上の所望の素子領域、例えばPN接合バラクタ、ラテラルPNPトランジスタ又は高耐圧用HBTの形成領域にリンを注入し、高速用HBTの形成領域に砒素(As)又はアンチモン(Sb)を注入した後、P型シリコン基板上にカーボンドープSi層を成長し、続いて低濃度のN型Si層を形成する。N型Si層は約1000〜1200℃でエピタキシャル成長させるため、埋め込み型不純物層中の不純物がN型Si層側にせり上がってくるが、N型Si層の下部である界面側にカーボンが存在することでリンの拡散は抑制され、逆に砒素又はアンチモンにはこの拡散抑制効果がないか若しくは小さいので、砒素又はアンチモンの注入領域のせり上がり量はリンの注入領域に比べて大きい。 Next, the second semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention inject phosphorus into a desired element region on the P-type silicon substrate, for example, a region where a PN junction varactor, a lateral PNP transistor or a high breakdown voltage HBT is formed. After arsenic (As) or antimony (Sb) is implanted into the high-speed HBT formation region, a carbon-doped Si layer is grown on the P-type silicon substrate, and then a low-concentration N-type Si layer is formed. Since the N-type Si layer is epitaxially grown at about 1000 to 1200 ° C., impurities in the buried impurity layer rise to the N-type Si layer side, but carbon exists on the interface side below the N-type Si layer. Thus, the diffusion of phosphorus is suppressed, and conversely, arsenic or antimony has no or little effect of suppressing this diffusion, so that the amount of arsenic or antimony injection in the region is larger than that of phosphorus.
これにより、リンの注入領域上の実効的なN型Si層の膜厚が、砒素又はアンチモンの注入領域上の実効的なN型Si層の膜厚より大きくなるので、高速用HBTの性能を低下することなく、PN接合バラクタ、ラテラルPNPトランジスタ又は高耐圧用HBTを高性能化できる。 As a result, the effective N-type Si layer thickness on the phosphorus implantation region becomes larger than the effective N-type Si layer thickness on the arsenic or antimony implantation region. The PN junction varactor, the lateral PNP transistor or the high breakdown voltage HBT can be improved in performance without lowering.
以上説明したように、本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、所望の素子によって実効的に膜厚の異なるSiエピタキシャル層を形成することにより、BiCMOSなどの半導体装置に搭載される用途の異なる各素子の特性向上を両立することができるので、全ての素子において性能向上が可能となる、高性能な半導体装置を実現することができる。 As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, by forming Si epitaxial layers having different thicknesses effectively depending on desired elements, the semiconductor device such as BiCMOS can be used. Since the characteristics of different elements can be improved at the same time, it is possible to realize a high-performance semiconductor device that can improve the performance of all elements.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明の第1の実施形態における半導体装置について詳細に説明する。本実施形態の半導体装置は、高速用HBT及びPN接合バラクタを備えている。図1は、本実施形態に係る高速用HBTとPN接合型バラクタの断面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The semiconductor device of this embodiment includes a high-speed HBT and a PN junction varactor. FIG. 1 is a cross-sectional view of a high-speed HBT and a PN junction varactor according to this embodiment.
図1に示すように、P型Si基板1と、P型Si基板1の表面部に形成された高濃度のN+埋め込み型不純物層2を備えており、PN接合バラクタの形成領域のみにイオン注入して形成されたカーボンドープSi層4を有する。高濃度のN+埋め込み型不純物層2の上には、エピタキシャル成長によって形成された、コレクタとして機能するSi単結晶層3を備える。ここで、実効的なN型Si単結晶層3の膜厚は、後述するように、HBT形成領域よりもバラクタ形成領域の方が厚くなる。また、シリコン酸化膜からなるシャロートレンチ5と、シャロートレンチ5の下方に形成され、シリコン酸化膜8及びポリシリコン膜7からなるディープトレンチ6と、コレクタとはシャロートレンチ5を挟んだ離間した部位に形成されたN+型コレクタ引き出し層9とを備えている。
As shown in FIG. 1, a P-type Si substrate 1 and a high-concentration N + buried impurity layer 2 formed on the surface portion of the P-type Si substrate 1 are provided, and ions are formed only in the formation region of the PN junction varactor. It has a carbon-doped Si layer 4 formed by implantation. On the high-concentration N + buried type impurity layer 2, a Si
更に、Si単結晶層3の上に形成された単結晶のSi/SiGeC層30a及び多結晶のSi/SiGeC層30bと、単結晶のSi/SiGeC層30aの上に形成され、エミッタ開口部を有するシリコン酸化膜31と、エミッタ開口部を埋めて単結晶のSi/SiGeC層30aに接触するポリシリコン膜からなるエミッタ電極33と、エミッタ電極33及びシリコン酸化膜31の側面上に形成されたシリコン酸化膜からなるサイドウォール36とを備えている。エミッタ電極33、多結晶のSi/SiGeC層30b及びN+型コレクタ引き出し層9の上部にはシリサイド層(図示せず)が形成されている。ここで、単結晶のSi/SiGeC層30aのうちエミッタ電極33とN型Si単結晶層3(コレクタ層)とに挟まれた部分のうちシリコン酸化膜31の開口部領域が真性ベース層である。また、Si/SiGeC層30aのうち真性ベース層を除く部分と、多結晶のSi/SiGeC層30bとにより、外部ベース層が構成されている。なお、本実施形態のSiGeC膜は、エミッタ側からコレクタ側に向かってバンドギャップが徐々に小さくなるように、傾斜組成を有している。また、P型Si基板上1には、エミッタ電極33や外部ベース層を覆うシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜38と、層間絶縁膜38を貫通してHBTのエミッタ電極33、外部ベース層及びN+型コレクタ引き出し層9の各Coシリサイド層に到達する接続孔を埋めるWプラグ39と、層間絶縁膜38の上に形成され、各Wプラグ39に接続されるアルミニウム合金膜からなる金属配線40とが設けられている。
Furthermore, a single crystal Si /
次に、本発明の第1の実施形態における半導体装置の製造方法について説明する。図2〜図12は、本発明の第1の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造工程を示す断面図である。なお、レジスト膜の除去工程については説明を省略している。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. 2 to 12 are cross-sectional views showing manufacturing steps of the bipolar transistor according to the first embodiment of the present invention. Note that a description of the resist film removal step is omitted.
まず、図2(a)に示すように、(001)面を主面とするP型Si基板1の上部の表面に、フォトリソグラフィーを用いて、N型の埋め込み型不純物層2を形成しようとする領域(HBT形成領域及びバラクタ形成領域)を開口したレジスト膜(図示せず)を形成する。次に、レジスト膜を注入マスクとして用いて、Si基板1に加速エネルギー約30keV、ドーズ量約1×1015cm-2の条件でリンイオンを注入する。その後、温度が1000℃程度で30分程度の熱処理を行なう。続いて、リソグラフィを用いてバラクタ形成領域のみ開口し、カーボンイオンを加速エネルギー約45keV、ドーズ量1×1015cm-2の条件で注入して、バラクタ形成領域の表面部にカーボンドープSi層4を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, an N-type buried impurity layer 2 is formed on the upper surface of a P-type Si substrate 1 having a (001) plane as a main surface by using photolithography. A resist film (not shown) having openings in the regions to be formed (HBT formation region and varactor formation region) is formed. Next, using the resist film as an implantation mask, phosphorus ions are implanted into the Si substrate 1 under conditions of an acceleration energy of about 30 keV and a dose of about 1 × 10 15 cm −2 . Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C. for about 30 minutes. Subsequently, only the varactor formation region is opened using lithography, and carbon ions are implanted under the conditions of an acceleration energy of about 45 keV and a dose amount of 1 × 10 15 cm −2 , and the carbon-doped Si layer 4 is formed on the surface of the varactor formation region. Form.
次に、図2(b)に示すように、P型Si基板1の上に、N型不純物をin−situドープしながらSi単結晶層3をエピタキシャル成長させる。このとき、Si単結晶3内におけるN型不純物の濃度は、約1×1015cm-3、埋め込み型不純物層2内におけるリンのピーク濃度は、約6×1017cm-3、カーボンドープSi層4内におけるカーボン濃度は約1×1017cm-3である。
Next, as shown in FIG. 2B, the Si
ここで、図2(b)に示すように、HBT形成領域とバラクタ形成領域においては、埋め込み型不純物層の上部の位置がHBT形成領域の方が高くなっている。これは、バラクタ形成領域に導入したカーボンがSi単結晶層3へのリンのせり上がりを抑制する効果によるものである。このため、実効的なN型Si単結晶層3の膜厚は、HBT形成領域よりもバラクタ形成領域の方が約100〜150nm厚くなる。
Here, as shown in FIG. 2B, in the HBT formation region and the varactor formation region, the position of the upper portion of the buried impurity layer is higher in the HBT formation region. This is due to the effect that the carbon introduced into the varactor forming region suppresses the rise of phosphorus to the Si
また、HBT形成領域とバラクタ形成領域の底部においては、埋め込み不純物層2の拡散深さが互いに一致しているか、又は、リンの拡散抑制効果により、不純物のせり上がり量が大きいHBT形成領域の埋め込み型不純物層2の拡散深さは、不純物のせり上がり量が小さいバラクタ形成領域の埋め込み型不純物層2の拡散深さよりも大きくなる。 Further, at the bottoms of the HBT formation region and the varactor formation region, the buried impurity layer 2 has the same diffusion depth, or the HBT formation region embedded with a large amount of impurity rise due to the effect of suppressing the diffusion of phosphorus. The diffusion depth of the type impurity layer 2 is larger than the diffusion depth of the buried type impurity layer 2 in the varactor formation region where the amount of rising impurities is small.
次に、図3に示す工程で、分離層として、シリコン酸化膜が埋め込まれたシャロートレンチ5と、アンドープポリシリコン膜7及びこれを取り囲むシリコン酸化膜8により構成されるディープトレンチ6とを形成する。各トレンチ5、6の深さは、それぞれ約0.3μm、約3μmである。
Next, in the process shown in FIG. 3, a
次に、図4に示すように、N+型コレクタ引き出し層9、N+型引き出し層10の形成領域を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、レジスト膜を注入マスクとして用いて、加速エネルギー約60keV、ドーズ量3×1015cm-2の条件で、リン(P)イオンをSi単結晶層3内に選択的に注入した後、酸素プラズマアッシングを用いてレジスト膜を除去する。続いて、温度が850℃程度で30分程度の熱処理を行なって、更に、加速エネルギー約50keV、ドーズ量3×1015cm-2の条件でヒ素を注入して、N+型コレクタ引き出し層9、N+型引き出し層10を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, a resist film (not shown) having openings in the formation regions of the N + -type
次に、フォトリソグラフィーとイオン注入とを用いて、加速エネルギー約50〜640keV、ドーズ量1×1012cm-2〜1×1013cm-2の条件で、PN接合バラクタ部にリンを注入してN型拡散層12、続いて加速エネルギー約5keV、ドーズ量約2×1015cm-2の条件でボロン(B)を注入してP型拡散層11を形成する。続いて温度が1000℃程度、時間が10〜15秒程度の熱処理をして不純物を活性化させる。
Next, phosphorus is implanted into the PN junction varactor using photolithography and ion implantation under conditions of an acceleration energy of about 50 to 640 keV and a dose of 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 13 cm −2. Then, boron (B) is implanted under the conditions of an N
次に、図5に示すように、減圧CVD法により、基板上に厚さ約50nmのシリコン酸化膜28を堆積させ、続いて、減圧CVD法により、シリコン酸化膜28の上に約100nmのポリシリコン膜29を堆積させる。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示すように、フォトリソグラフィーを用いてHBT形成領域を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、レジスト膜をエッチングマスクとして用いて、エッチングにより、ポリシリコン膜29をパターニングして、外部ベース層の形成領域を開口する。次に、酸素プラズマアッシングを用いてレジスト膜を除去し、続いて、ポリシリコン膜29の開口部に露出しているシリコン酸化膜28をフッ酸により除去し、リンが注入されたSi単結晶層3の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 6, a resist film (not shown) having an HBT formation region opened is formed using photolithography, and the
次に、図7に示すように、UHV−CVD法により、基板上に約70nmのSiバッファ層を成長した後に、SiGeC膜とSi膜を順次エピタキシャル成長する。このとき、Si単結晶層3の上には、厚さ約70nmのSiGeC膜と厚さ約30nmのSi膜とからなる厚さ約100nmのSi/SiGeC層30aが成長され、シャロートレンチ5(シリコン酸化膜)及びポリシリコン膜29の上には、厚さ約30nmの多結晶Siと厚さ35nmの多結晶SiGeC膜と厚さ約15nmの多結晶Si膜とからなる厚さ約80nmの多結晶のSi/SiGeC層30bが成長される。また、in−situドープにより、SiGeC膜にはボロン(B)が導入されて、SiGeC膜はP型になっている。
Next, as shown in FIG. 7, after a Si buffer layer of about 70 nm is grown on the substrate by UHV-CVD, a SiGeC film and a Si film are sequentially epitaxially grown. At this time, a Si /
次に、図8に示すように、減圧CVD法により、基板上に、膜厚が約30nmのシリコン酸化膜31及び膜厚が約50nmで濃度約3×1015cm-3のリンを含むポリシリコン膜32を連続して堆積する。その後、フォトリソグラフィーを用いて、エミッタ形成領域を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、レジスト膜をエッチングマスクとして用いて、ドライエッチングにより、ポリシリコン膜32をパターニングして、エミッタ開口部45を形成する。その後、ウエットエッチングにより、エミッタ開口部45内のシリコン酸化膜31を除去する。
Next, as shown in FIG. 8, by a low pressure CVD method, a
次に、図9に示すように、基板上に、in−situドープを伴う減圧CVDにより、膜厚が400nm程度で濃度が1〜5×1020cm-3程度のN型不純物(リン)を含むN+型ポリシリコンを堆積する。続いて、フォトリソグラフィーにより、N+型ポリシリコン膜32の上に、エミッタ電極部分を覆うレジスト膜を形成する。そして、レジスト膜をエッチングマスクとして用いて、異方性エッチングにより、ポリシリコン膜をパターニングしてエミッタ電極33を形成する。続いて、レジスト膜及びエミッタ電極33をエッチングマスクとして用いて、ウエットエッチングにより、シリコン酸化膜31のうちエミッタ電極33によって覆われていない部分を除去する。
Next, as shown in FIG. 9, N-type impurities (phosphorus) having a film thickness of about 400 nm and a concentration of about 1 to 5 × 10 20 cm −3 are formed on the substrate by low pressure CVD with in-situ doping. N + type polysilicon containing is deposited. Subsequently, a resist film covering the emitter electrode portion is formed on the N +
次に、外部ベースの抵抗を低減するために、Si/SiGeC層30a、30bに、基板表面に実質的に垂直な方向(チャネリングを生じない程度の傾きしかない方向)から、加速エネルギー約5keV、ドーズ量2×1015cm-3の条件でボロンの追加注入を行なう。 Next, in order to reduce the resistance of the external base, the acceleration energy is about 5 keV from the direction substantially perpendicular to the substrate surface (the direction having only an inclination not to cause channeling) to the Si / SiGeC layers 30a and 30b. Additional boron is implanted under the condition of a dose amount of 2 × 10 15 cm −3 .
次に、図10に示すように、酸素プラズマアッシングにより、エミッタ電極33のパターンニングに用いたレジスト膜を除去する。その後、フォトリソグラフィーにより、エミッタ電極33及び多結晶のSi/SiGeC層30bのうち外部ベース層となる領域を覆うレジスト膜を形成し、レジスト膜をエッチングマスクとして用いて、多結晶のSi/SiGeC層30bのうち外部ベース層よりも外側に位置する部分を除去する。
Next, as shown in FIG. 10, the resist film used for patterning the
次に、図11に示すように、減圧CVD法により、基板上に、厚さが約30〜100nm程度のシリコン酸化膜を堆積した後、温度が900℃程度で、時間が10〜15秒程度の熱処理を行なって、エミッタ電極33からSi/SiGeC層30a中のSi膜内にリンを拡散させてエミッタ層35を形成する。続いて、基板上に、シリコン酸化膜堆積した後、シリコン酸化膜を異方性エッチングして、エミッタ電極33の側面上にサイドウォール36を形成する。この時、HBTのエミッタ電極33の上面、Si/SiGeC層30bの上面、及びN+型コレクタ引き出し層9の上面には、シリコン層が露出している状態である。
Next, as shown in FIG. 11, after a silicon oxide film having a thickness of about 30 to 100 nm is deposited on the substrate by low pressure CVD, the temperature is about 900 ° C. and the time is about 10 to 15 seconds. The
次に、図12に示すように、スパッタリングにより、基板上にCo膜を形成した後、加熱してCoとSiとを反応させて、HBTのエミッタ電極33の上部、Si/SiGeC層30bの上部、及びN+型コレクタ引き出し層9の上部にCoシリサイド層を形成する。その後、CoとSiとの未反応層を除去し、続いて、Coシリサイド層のアニールを行なうことにより、Coシリサイド層を低抵抗化する。これにより、Si/SiGeC層30aの一部とSi/SiGeC層30bとCoシリサイド層とによって構成される外部ベース層とを形成する。
Next, as shown in FIG. 12, after a Co film is formed on the substrate by sputtering, the Co and Si are reacted by heating to react with the upper part of the
これ以降の工程では、周知の多層配線工程プロセスを用いる。すなわち、基板上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜38を堆積した後に、層間絶縁膜38を貫通してHBTのエミッタ電極33、外部ベース層及びN+型コレクタ引き出し層9の各Coシリサイド層に到達する接続孔を形成する。その後、各接続孔内にW膜を埋め込んでWプラグ39を形成した後に、層間絶縁膜38の上にアルミニウム合金膜を形成し、所定の領域を開口したレジスト膜をマスクとして用いて、アルミニウム合金膜をパターニングすることにより、各Wプラグ39に接続され、層間絶縁膜38の上に延びる金属配線40を形成する。このようにして、図1に示す本実施形態の半導体装置が完成する。
In the subsequent steps, a well-known multilayer wiring process is used. That is, after depositing an
なお、本実施形態では、高速用HBTにPN接合バラクタを集積する場合について示したが、高耐圧用HBT、ラテラルPNPトランジスタなどを高速用HBTと集積する場合にも有効である。すなわち、ラテラルPNPトランジスタや高耐圧用HBTの形成領域における埋め込み型不純物層のせり上がりを、カーボンの導入によって抑制することで、ラテラルPNPトランジスタの電流増幅率(hFE)や高耐圧用HBTの耐圧を向上させることができる。 In this embodiment, the case where the PN junction varactor is integrated in the high-speed HBT has been described. However, the present embodiment is also effective in the case where a high breakdown voltage HBT, a lateral PNP transistor, and the like are integrated with the high-speed HBT. That is, by suppressing the rising of the buried impurity layer in the formation region of the lateral PNP transistor and the high breakdown voltage HBT by introducing carbon, the current amplification factor (h FE ) of the lateral PNP transistor and the breakdown voltage of the high breakdown voltage HBT are reduced. Can be improved.
また、本実施形態では、PN接合バラクタ形成領域の表面全部にカーボンを注入したが、N+型引き出し層10の形成部を除いたP型拡散層11の形成部のみに注入しても良い。こうすると、N+型引き出し層10の形成部において埋め込み型不純物層3のせり上がり量が大きくなり、この部分での寄生抵抗を低減できる。
Further, in this embodiment, carbon is implanted into the entire surface of the PN junction varactor formation region, but it may be implanted only into the formation portion of the P-
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態における半導体装置及びその製造方法について説明する。本実施形態の半導体装置は、高速用HBT及びPN接合バラクタを備えている。
(Second Embodiment)
Next, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device of this embodiment includes a high-speed HBT and a PN junction varactor.
まず、図13(a)に示すように、(001)面を主面とするP型Si基板1の上部の表面に、フォトリソグラフィーを用いて、N型の埋め込み型不純物層を形成しようとする領域を開口したレジスト膜(図示せず)を形成する。次に、レジスト膜を注入マスクとして用いて、Si基板1のHBT形成領域に加速エネルギー約30keV、ドーズ量約4×1015cm-2の条件で砒素を注入し、またバラクタ形成領域に加速エネルギー約30keV、ドーズ量約1×1015cm-2の条件でリンを注入する。これにより、HBT形成領域及びバラクタ形成領域にそれぞれ深さ約1μmのN型の埋め込み型不純物層2a、2bを形成する。その後、温度が1000℃程度で30分程度の熱処理を行なう。
First, as shown in FIG. 13A, an N-type buried impurity layer is to be formed on the upper surface of the P-type Si substrate 1 having the (001) plane as a main surface by using photolithography. A resist film (not shown) having an open region is formed. Next, using the resist film as an implantation mask, arsenic is implanted into the HBT formation region of the Si substrate 1 under conditions of an acceleration energy of about 30 keV and a dose of about 4 × 10 15 cm −2 , and the varactor formation region is accelerated energy. Phosphorus is implanted under conditions of about 30 keV and a dose of about 1 × 10 15 cm −2 . Thus, N-type buried
次に、CVD法により、トリクロルシラン(SiHCl3)及びプロパン(C3H8)を用いて圧力200Pa、成長温度約1000℃の条件でカーボンをin−situドープしながらSi単結晶層4を成長し、その後、図13(b)に示すように、N型不純物をin−situドープしながらSi単結晶層3をエピタキシャル成長する。このとき、カーボンドープ層4の膜厚は、1nm以上20nm以下の範囲にあることが好ましく、この範囲内で約5nm程度であることがより好ましい。n型不純物エピタキシャル層3の膜厚は約450nmである。このとき、埋め込み型不純物層2a内における砒素の濃度は約6×1019cm-3、埋め込み型不純物層2b内におけるリンの濃度は約6×1017cm-3、Si単結晶層4におけるカーボン濃度は約1×1017cm-3である。また、HBT形成領域とバラクタ形成領域においては埋め込み型不純物層の上部の位置がHBT形成領域の方が高くなっている。
Next, the Si single crystal layer 4 is grown by in-situ doping with carbon under the conditions of a pressure of 200 Pa and a growth temperature of about 1000 ° C. using trichlorosilane (SiHCl 3 ) and propane (C 3 H 8 ) by CVD. Then, as shown in FIG. 13B, the Si
これは、埋め込み層に注入された砒素とリンの拡散係数が、カーボンのドーピングによって大きく異なる効果によるものである。この効果により、Si単結晶層3へのN型不純物のせり上がり量が異なり、HBT形成領域とバラクタ形成領域との埋め込み型不純物層の上部位置は、HBT形成領域の方が高くなる。このため、実効的なN型Si単結晶層3の膜厚は、HBT形成領域よりもバラクタ形成領域の方が約100〜150nm厚くなる。
This is due to the effect that the diffusion coefficients of arsenic and phosphorus implanted in the buried layer differ greatly depending on the carbon doping. Due to this effect, the amount of N-type impurities rising to the Si
これ以降の工程は、第1の実施形態と同様の製造工程を用いて、高速用HBT及びPN接合バラクタを形成する。このようにして、図14に示す本実施形態の半導体装置が完成する。 In the subsequent steps, the high-speed HBT and the PN junction varactor are formed using the same manufacturing steps as those in the first embodiment. In this way, the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 14 is completed.
以上説明したように、本発明は、良好な高周波特性が要求される情報・通信用デバイス等に有用である。 As described above, the present invention is useful for information / communication devices that require good high-frequency characteristics.
1 P型Si基板
2 N+埋め込み型不純物層
3 Si単結晶層
4 カーボンドープSi層
5 シャロートレンチ
6 ディープトレンチ
7 アンドープポリシリコン膜
8 シリコン酸化膜
9 N+型コレクタ引き出し層
10 N+型引き出し層
11 P型拡散層
12 N型拡散層
28 シリコン酸化膜
29 ポリシリコン膜
30a 単結晶のSi/SiGeC層
30b 多結晶のSi/SiGeC層
31 シリコン酸化膜
32 ポリシリコン膜
33 エミッタ電極
35 エミッタ層
36 サイドウォール
38 層間絶縁膜
39 Wプラグ
40 金属配線
45 エミッタ開口部
1 P-type Si substrate 2 N + buried
Claims (10)
半導体基板に形成された2以上の高濃度の埋め込み型不純物層と、
前記埋め込み型不純物層の上に形成された低濃度のエピタキシャル層とを備え、
少なくとも第1の埋め込み型不純物層と第2の埋め込み型不純物層とは、不純物のせり上がり量が異なることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having two or more semiconductor elements having different uses,
Two or more high-concentration buried impurity layers formed on a semiconductor substrate;
A low-concentration epitaxial layer formed on the buried impurity layer,
A semiconductor device, wherein at least the first buried impurity layer and the second buried impurity layer have different amounts of rising impurities.
前記第2の埋め込み型不純物層の上部にカーボンがドープされていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The impurity in the buried impurity layer is phosphorus,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein carbon is doped on an upper portion of the second buried impurity layer.
前記第2の埋め込み型不純物層中の不純物はリンであり、
前記エピタキシャル層の下部にカーボンがドープされていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The impurity in the first buried impurity layer is arsenic or antimony,
The impurity in the second buried impurity layer is phosphorus,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein carbon is doped in a lower portion of the epitaxial layer.
不純物のせり上がり量が小さい前記第2の埋め込み型不純物層の形成領域に高耐圧用バイポーラトランジスタ、ラテラルPNPトランジスタ又はPN接合型バラクタが配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体装置。 A high-speed bipolar transistor is disposed in the formation region of the first buried impurity layer with a large amount of impurities rising,
5. The high breakdown voltage bipolar transistor, lateral PNP transistor, or PN junction varactor is disposed in the formation region of the second buried impurity layer in which the amount of rising impurities is small. 2. The semiconductor device according to claim 1.
半導体基板に2以上の高濃度の埋め込み型不純物層を形成する工程と、
前記埋め込み型不純物層の上に低濃度のエピタキシャル層を形成する工程とを備え、
少なくとも第1の埋め込み型不純物層と第2の埋め込み型不純物層とは、不純物のせり上がり量が異なることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having two or more semiconductor elements having different uses,
Forming a buried impurity layer having a high concentration of 2 or more on a semiconductor substrate;
Forming a low-concentration epitaxial layer on the buried impurity layer,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least the first buried impurity layer and the second buried impurity layer have different amounts of rising impurities.
前記エピタキシャル層の形成工程は、カーボンがドープされた半導体層を形成した後で、前記低濃度のエピタキシャル層を形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the buried impurity layer includes a step of implanting arsenic or antimony into the formation region of the first buried impurity layer and a step of implanting phosphorus into the formation region of the second buried impurity layer. Including
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the epitaxial layer forming step forms the low-concentration epitaxial layer after forming a semiconductor layer doped with carbon.
不純物のせり上がり量が小さい前記第2の埋め込み型不純物層の形成領域に高耐圧用バイポーラトランジスタ、ラテラルPNPトランジスタ又はPN接合型バラクタを形成することを特徴とする請求項7〜9の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a high-speed bipolar transistor in the formation region of the first buried impurity layer having a large amount of impurities;
10. A high-voltage bipolar transistor, a lateral PNP transistor, or a PN junction varactor is formed in a formation region of the second buried impurity layer with a small amount of impurities rising. A method for manufacturing the semiconductor device according to the item.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005131990A JP2006310590A (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005131990A JP2006310590A (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006310590A true JP2006310590A (en) | 2006-11-09 |
Family
ID=37477138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005131990A Pending JP2006310590A (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006310590A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102412291A (en) * | 2011-03-04 | 2012-04-11 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Variable capacitor in SiGe Bi CMOS technology and manufacturing method thereof |
US9614107B2 (en) | 2011-11-08 | 2017-04-04 | International Business Machines Corporation | Quantum capacitance graphene varactors and fabrication methods |
-
2005
- 2005-04-28 JP JP2005131990A patent/JP2006310590A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102412291A (en) * | 2011-03-04 | 2012-04-11 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Variable capacitor in SiGe Bi CMOS technology and manufacturing method thereof |
US9614107B2 (en) | 2011-11-08 | 2017-04-04 | International Business Machines Corporation | Quantum capacitance graphene varactors and fabrication methods |
US9893212B2 (en) | 2011-11-08 | 2018-02-13 | International Business Machines Corporation | Quantum capacitance graphene varactors and fabrication methods |
US10636917B2 (en) | 2011-11-08 | 2020-04-28 | International Business Machines Corporation | Quantum capacitance graphene varactors and fabrication methods |
US11024750B2 (en) | 2011-11-08 | 2021-06-01 | International Business Machines Corporation | Quantum capacitance graphene varactors and fabrication methods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7465969B2 (en) | Bipolar transistor and method for fabricating the same | |
US7803718B2 (en) | BiCMOS performance enhancement by mechanical uniaxial strain and methods of manufacture | |
US6455364B1 (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
US20070096259A1 (en) | Fabrication of bipolar transistor having reduced collector-base capacitance | |
US8541812B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacture thereof | |
JP2005509273A (en) | Semiconductor process and integrated circuit | |
US20090321880A1 (en) | Semiconductor device | |
JP4138806B2 (en) | Method for forming a bipolar transistor | |
US7564075B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2006210914A (en) | Bipolar transistor and forming method thereof | |
US7008851B2 (en) | Silicon-germanium mesa transistor | |
JP2006310590A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2005129949A (en) | MANUFACTURING METHOD FOR BiCMOS | |
US6830982B1 (en) | Method for reducing extrinsic base resistance and improving manufacturability in an NPN transistor | |
JP2004079726A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
US7235861B1 (en) | NPN transistor having reduced extrinsic base resistance and improved manufacturability | |
JP3456864B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2004311971A (en) | Bipolar transistor and its manufacturing method | |
JP2007311489A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2008027964A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP2001189321A (en) | Horizontal heterobipolar transistor and manufacturing method therefor | |
JP2006216922A (en) | Horizontal bipolar transistor and semiconductor device having the same, as well as manufacturing method therefor | |
JP2006294887A (en) | Bipolar transistor and its manufacturing method | |
JP2007173452A (en) | Bipolar transistor and manufacturing method thereof | |
JP2007088310A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method |