JP2007134579A - 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に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
携帯電話、PDA、DVC、及びDSCといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムLSIが求められている。 As portable electronic devices such as mobile phones, PDAs, DVCs, and DSCs are accelerating their functions, miniaturization and weight reduction are essential for their acceptance in the market. There is a need for a system LSI.
こうした高集積のシステムLSIを実現するモジュールの一例として高周波バイポーラトランジスタがあり、高周波バイポーラトランジスタの高性能化を目指す構造の一例としてベース層がシリコンゲルマニウム(SiGe)合金からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタが挙げられる。
図13において、p−型シリコン基板(図示せず)上にn+型コレクタ埋め込み層101を介してコレクタ層となるn−型層(エピタキシャル層)102がエピタキシャル成長されている。n−型層102は、コレクタ層およびコレクタ取り出し層として必要な部分を残してエッチング除去されている。素子分離領域には溝が形成され、この溝に酸化膜103を介して多結晶シリコン膜104が埋め込み形成されている。コレクタ形成と素子分離埋め込みが行われた基板表面は、酸化膜(埋め込み酸化膜)105により平坦化され、この上にさらにエピタキシャル成長によりベースおよびエミッタが形成されている。すなわち内部ベース層となるp型SiGe層(SiGe合金層)106がエピタキシャル成長され、この上にエミッタ層となるn型シリコン層107およびエミッタ・コンタクト層(エミッタ電極)となるn+型シリコン層108が順次エピタキシャル成長されている。n+型シリコン層108およびn型シリコン層107はエミッタとして必要な領域のみ残して酸化膜109をマスクにエッチング除去されている。そして残されたp型SiGe層106のうち内部ベース層として働く領域の外側が、酸化膜(側壁膜)110および酸化膜109をマスクに所定深さエッチングされ、ここに外部ベース層となるp+型SiGe層111が選択エピタキシャル成長により形成されている。
In FIG. 13, an n − type layer (epitaxial layer) 102 serving as a collector layer is epitaxially grown on a p − type silicon substrate (not shown) via an n + type collector buried
図14に示すように、従来のSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタ構造では、エミッタ層であるn型シリコン層107は断面凸状(エミッタ層107とエミッタ電極108との接触面150が側壁膜110の下面160より上方に位置している形状)となる。エミッタ−ベース接合は凸部のボトム側に形成されることから接合部分の寸法幅(エミッタ層の寸法幅)はWe2であり、n+型シリコン層(エミッタ電極)108の寸法幅We1よりも大きくなっている。
As shown in FIG. 14, in the conventional SiGe-based heterojunction bipolar transistor structure, the n-
今後さらに高性能な半導体装置(SiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタ)を製造する場合、従来構造ではn+型シリコン層(エミッタ電極)108をさらに微細に加工することでWe1を細くし、その結果としてエミッタ層の寸法幅We2を微細化する必要がある。しかしながら、そのためには高精度な露光装置の導入が不可欠となり、製造コストの増加につながってしまう。 When manufacturing a higher performance semiconductor device (SiGe-based heterojunction bipolar transistor) in the future, W e1 is made thinner by further finely processing the n + -type silicon layer (emitter electrode) 108 in the conventional structure. As a result, it is necessary to reduce the dimension width W e2 of the emitter layer. However, for this purpose, it is indispensable to introduce a highly accurate exposure apparatus, which leads to an increase in manufacturing cost.
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、エミッタ層の寸法幅を微細化した高性能な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-performance semiconductor device in which the dimension width of the emitter layer is reduced.
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、素子分離領域に囲まれた活性領域が形成された半導体基板の上に、ベース層として機能する導電層およびシリコン膜を形成する第1の工程と、活性領域の上方におけるシリコン膜の上に、第1不純物を含むエミッタ電極を形成する第2の工程と、エミッタ電極をマスクとしてシリコン膜をエッチングする第3の工程と、半導体基板の全面を覆うように絶縁膜を形成した後、絶縁膜をエッチバックすることによって、エミッタ電極の側壁を覆う側壁膜を形成する第4の工程と、側壁膜の形成後に、活性領域の表面に達するように第2不純物を導入し、導電層およびシリコン膜に不純物領域を形成する第5の工程と、エミッタ電極に含まれる第1不純物をシリコン膜の表面に拡散させ、シリコン膜内に、第1不純物を含む第1の領域と第1不純物を含まない第2の領域を形成する第6の工程と、を備え、第3の工程において、シリコン膜は、第1の領域とエミッタ電極との接触面が、側壁膜の下面より上方に位置するような凸形状に加工され、第6の工程において、シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が、導電層と側壁膜との間に位置し、且つ、導電層および側壁膜と接するように形成されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention forms a conductive layer and a silicon film functioning as a base layer on a semiconductor substrate on which an active region surrounded by an element isolation region is formed. A second step of forming an emitter electrode containing a first impurity on the silicon film above the active region, a third step of etching the silicon film using the emitter electrode as a mask, After forming the insulating film so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate, the insulating film is etched back to form a fourth step of forming a side wall film covering the side wall of the emitter electrode, and after forming the side wall film, A fifth impurity is introduced so as to reach the surface and an impurity region is formed in the conductive layer and the silicon film, and the first impurity contained in the emitter electrode is spread on the surface of the silicon film. And a sixth step of forming a first region containing the first impurity and a second region not containing the first impurity in the silicon film. In the third step, The contact surface between the first region and the emitter electrode is processed into a convex shape so as to be located above the lower surface of the side wall film. In the sixth step, at least a part of the second region of the silicon film is a conductive layer. And the sidewall film, and is formed so as to be in contact with the conductive layer and the sidewall film.
このような製造方法とすることにより、エミッタ層である第1の領域の寸法幅は、エミッタ層の寸法幅がシリコン膜と導電層界面の寸法幅と同じである従来構造に比べ、シリコン膜と導電層界面の寸法幅より小さくなるので、少ない電流で同じ電流密度が得られ、高い電流増幅率を得ることができる。このため、低消費電力のトランジスタを形成することができる。また、シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が、導電層と側壁膜との間に位置し、且つ、導電層および側壁膜と接しているので、エミッタ−ベース接合面積は、従来構造(第2の領域もエミッタ層として機能する場合)に比べて狭くなる。このため、従来構造よりも接合面積が狭い分の接合容量が削減されたトランジスタを得ることができる。これらの結果、高性能な半導体装置を提供することができる。 By adopting such a manufacturing method, the dimension width of the first region as the emitter layer is less than that of the conventional structure in which the dimension width of the emitter layer is the same as the dimension width of the interface between the silicon film and the conductive layer. Since it is smaller than the dimension width of the conductive layer interface, the same current density can be obtained with a small current, and a high current amplification factor can be obtained. Therefore, a transistor with low power consumption can be formed. In addition, since at least a part of the second region of the silicon film is located between the conductive layer and the side wall film and is in contact with the conductive layer and the side wall film, the emitter-base junction area has a conventional structure ( The second region is narrower than the case where the second region also functions as an emitter layer. For this reason, a transistor in which the junction capacitance is reduced because the junction area is smaller than that of the conventional structure can be obtained. As a result, a high-performance semiconductor device can be provided.
また、本製造方法によれば、シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が導電層と側壁膜との間に位置し、導電層と側壁膜とが直接接していないので、導電層と側壁膜との界面におけるベース電流の再結合を抑制することができ、良好なベース電流特性を有する半導体装置を製造することができる。 Further, according to this manufacturing method, at least a part of the second region of the silicon film is located between the conductive layer and the sidewall film, and the conductive layer and the sidewall film are not in direct contact with each other. Recombination of the base current at the interface with the film can be suppressed, and a semiconductor device having good base current characteristics can be manufactured.
さらに、第6の工程における第1不純物の拡散では、第1の領域とエミッタ電極との接触面が側壁膜の下面より上方に位置しているため、側壁膜が不純物の拡散障壁となり横方向への拡散が抑えられ、第1の領域の寸法幅をより制御性よく小さくすることができる。 Further, in the diffusion of the first impurity in the sixth step, since the contact surface between the first region and the emitter electrode is located above the lower surface of the sidewall film, the sidewall film serves as an impurity diffusion barrier in the lateral direction. Diffusion is suppressed, and the dimensional width of the first region can be reduced with better controllability.
なお、こうした製造方法において、導電層は、シリコンゲルマニウム(SiGe)合金層であり、第1の領域の下面が、導電層の中に達していることが望ましい。このようにすることにより、SiGe合金層のバンドギャップがシリコン膜のバンドギャップより狭いので、第1の領域の下面が導電層の中に達していない場合(第1の領域の下面がシリコン膜の中にある場合)に比べ、エミッタ層からベース層へ注入される電子に対する障壁の高さが小さくなり、この結果、エミッタ注入効率が大きく、より高い電流増幅率を得ることができ、より高性能な半導体装置を提供することができる。 In such a manufacturing method, the conductive layer is preferably a silicon germanium (SiGe) alloy layer, and it is desirable that the lower surface of the first region reaches the conductive layer. By doing so, since the band gap of the SiGe alloy layer is narrower than the band gap of the silicon film, the lower surface of the first region does not reach the conductive layer (the lower surface of the first region is the silicon film). Compared to the case of the above, the height of the barrier against electrons injected from the emitter layer to the base layer is reduced. As a result, the emitter injection efficiency is increased, and a higher current amplification factor can be obtained. A semiconductor device can be provided.
なお、本発明において、導電層は、半導体にP型またはN型不純物を導入して導電性を帯びさせたものも含む。 In the present invention, the conductive layer includes a conductive layer obtained by introducing a P-type or N-type impurity into a semiconductor.
さらに、こうした製造方法において、第6の工程の後に、不純物領域の表面にシリサイド膜を形成する第7の工程をさらに備え、少なくとも第7の工程の前までに、不純物領域の表面のダメージ層を除去する第8の工程を行うことを特徴とする。 Furthermore, in such a manufacturing method, a seventh step of forming a silicide film on the surface of the impurity region is further provided after the sixth step, and the damage layer on the surface of the impurity region is formed at least before the seventh step. An eighth step of removing is performed.
ダメージ層を含む不純物領域(シリコン膜)の表面にシリサイド膜を形成した場合には、ダメージ層に対応するシリサイド膜の膜質劣化やシリサイド膜の形状バラツキのために、配線抵抗の増加を引き起こしてしまうが、上記製造方法とすることにより、ダメージ層が除去された不純物領域の表面にシリサイド膜が形成されるため、不純物領域の上のシリサイド膜の膜質が向上し、配線抵抗を低減させることができる。特に、不純物領域の表面のダメージ層を除去する第8の工程を第7の工程の直前のみにまとめて1回で行った場合には、工程数の削減による低コスト化だけでなく、ダメージ層の除去に伴う不純物領域の膜減りを最低限に抑えることができるため、不純物領域を構成するシリコン膜の薄膜化が可能となり、製造コストをさらに削減することができる。これらの結果、高性能な半導体装置を低コストで提供することができる。 When a silicide film is formed on the surface of an impurity region (silicon film) including a damaged layer, the resistance of the silicide film corresponding to the damaged layer is deteriorated and the shape of the silicide film is increased, resulting in an increase in wiring resistance. However, with the above manufacturing method, a silicide film is formed on the surface of the impurity region from which the damaged layer has been removed, so that the film quality of the silicide film on the impurity region is improved and the wiring resistance can be reduced. . In particular, when the eighth step of removing the damaged layer on the surface of the impurity region is performed only once just before the seventh step, not only the cost is reduced by reducing the number of steps but also the damaged layer. Since the film loss of the impurity region due to the removal of the impurity region can be minimized, the silicon film constituting the impurity region can be thinned, and the manufacturing cost can be further reduced. As a result, a high-performance semiconductor device can be provided at low cost.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、エミッタ層の寸法幅が微細化された高性能な半導体装置が提供される。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a high-performance semiconductor device in which the dimension width of the emitter layer is miniaturized is provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1および図2に基づいて説明する。図1は、本発明のSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタの素子断面図であり、図2はエミッタ・ベース領域を中心とした部分拡大図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(First embodiment)
1st Embodiment of this invention is described based on FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is an element cross-sectional view of a SiGe-based heterojunction bipolar transistor according to the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view centering on an emitter / base region.
図1において、シリコン基板1上に、コレクタ層として用いるエピタキシャル層2、及びエピタキシャル層2の一部にSTI(Shallow Trench Isolation)である素子分離領域3が形成されている。この素子分離領域3に周囲を囲まれたエピタキシャル層2の一部が活性領域2aとなる。さらに活性領域2a上には、ベース領域として用いるSiGe合金層4が形成され、SiGe合金層4上には、シリコン膜5、及びエミッタ層として用いるn型拡散層6が形成されている。このn型拡散層6は、断面凸状のシリコン膜5にn型不純物を拡散させて形成したもので、拡散前のシリコン膜5は凸状に加工されている。またn型拡散層6の上には、多結晶シリコン膜7aおよびシリサイド膜11aが形成されている。さらにn型拡散層6、多結晶シリコン膜7a、及びシリサイド膜11aは、絶縁膜からなる側壁膜9(通称サイドウォールと呼ばれる)で囲われている。ここでn型拡散層6と多結晶シリコン膜7aとの接触面50は、側壁膜9の下面60より上方に位置する。また、シリコン膜5は、絶縁膜からなる側壁膜9とSiGe合金層4との間に位置し、且つ、側壁膜9とSiGe合金層4に接している。その周囲にはベース領域につながるp+拡散層10が形成され、さらにこのp+拡散層10の表面には外部ベース層の低抵抗層として用いるシリサイド膜11bが形成されている。なお、SiGe合金層4は本発明の「導電層」、シリコン膜5は本発明の「第2の領域」、n型拡散層6は本発明の「第1の領域」、多結晶シリコン膜7aは本発明の「エミッタ電極」、及びp+拡散層10は本発明の「不純物領域」の一例である。
In FIG. 1, an
図3〜図11は、本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。 3 to 11 are cross-sectional views for explaining a semiconductor device manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
(工程1:図3参照) p型シリコン基板1に、STI等の素子分離領域3を形成する。次に、活性領域2a(コレクタ層2)を作製するために、n型不純物をイオン注入して活性化する。例えば、燐(P)を500〜4000keV程度の加速エネルギーで、3×1013cm−2から3×1015cm−2程度の濃度になるように注入する。
(Step 1: See FIG. 3) An
(工程2:図4参照) 減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、ホウ素(B)を1×1019cm−3程度ドーピングしたシリコンゲルマニウム(SiGe)合金層4、及びゲルマニウム(Ge)を含まないシリコン膜5をエピタキシャル成長させる。SiGe合金層4e、及びシリコン膜5eの膜厚は、それぞれ10nmから100nm程度とする。
(Step 2: see FIG. 4) Silicon germanium (SiGe)
SiGe合金層4eでのGe濃度は、層内で一定であってもよいが、シリコン膜5eと接する側からコレクタ層2に向かって徐々にGe濃度が増加する傾斜型プロファイルとすれば、ベースを走行する電子の走行時間を短縮することができ、高速動作するトランジスタを形成できる。この際、Ge濃度は、シリコン膜5eと接する側で実質的に0%程度とし、コレクタ層2eと接する側で15%から20%程度とするのが好ましい。
The Ge concentration in the SiGe alloy layer 4e may be constant in the layer. However, if the Ge profile is a gradient type profile in which the Ge concentration gradually increases from the side in contact with the
また、シリコン膜5eには、ホウ素(B)をSiGe合金層4eと同様にドーピングしてもよく、またはドーピングしなくてもよい。
The
さらに、SiGe合金層4eの成膜の前に、ホウ素(B)を含まないシリコン膜、もしくはホウ素(B)を含まないSiGe合金層を減圧CVD法によってエピタキシャル成長させておいてもよい。 Further, before the formation of the SiGe alloy layer 4e, a silicon film not containing boron (B) or a SiGe alloy layer not containing boron (B) may be epitaxially grown by a low pressure CVD method.
(工程3:図5参照) 次に、リソグラフィ法によりレジストパターンを設け、ドライエッチングにより、シリコン膜5eおよびSiGe合金層4eの不要な部分を除去する。これにより、活性領域2a上に、所望のパターンに加工されたベース領域として用いるSiGe合金層4、及びシリコン膜5が形成される。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力15mT、ガス流量O2/HBr=2/180sccm、RFパワーUpper/Lower=250/12Wである。
(Step 3: refer to FIG. 5) Next, a resist pattern is provided by lithography, and unnecessary portions of the
(工程4:図6参照) 減圧CVD法により、1×1020cm−3程度以上のn型不純物をドーピングした多結晶シリコン膜7eを成膜し、さらに、シリコン窒化膜8eを成膜する。n型不純物としては、例えば、砒素(As)又は燐(P)を用いる。多結晶シリコン膜7eの膜厚は、100nmから300nm程度とし、シリコン窒化膜8eの膜厚は、50nmから200nm程度とする。なお、n型不純物は本発明の「第1不純物」の一例である。
(工程5:図7参照) リソグラフィ法によりレジストパターンを設け、ドライエッチングにより、シリコン窒化膜8e、多結晶シリコン膜7e、シリコン膜5の順にエッチング加工する。このとき、ドライエッチングは、シリコン膜5を完全に除去するまで行わず、SiGe合金層4上の全面に一部が残存する状態で終了させる。この結果、シリコン膜5は断面凸状の形状70に仕上がる。さらに、シリコン膜5の表面80aにはエッチングダメージが入り、ダメージ層が形成される。なお、この際、多結晶シリコン膜7eは、エミッタ電極となる多結晶シリコン膜7aと、SiGe合金層4とシリコン膜5の周囲に多結晶シリコン膜からなる側壁膜7bとして加工される。シリコン窒化膜8eは、シリコン窒化膜8として加工され、多結晶シリコン膜7eをエッチング加工する際のマスクとして機能する。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力15mT、ガス流量O2/HBr=2/180sccm、RFパワーUpper/Lower=250/12Wである。
(Step 4: refer to FIG. 6) A
(Step 5: see FIG. 7) A resist pattern is provided by a lithography method, and the
(工程6:図8参照) CVD法を用いて絶縁膜であるシリコン酸化膜を形成し、続いてドライエッチングを用いて全面エッチバックすることにより、シリコン窒化膜8、多結晶シリコン膜7a、及びシリコン膜5の凸部の周囲に、サイドウォールと呼ばれるシリコン酸化膜からなる側壁膜9を形成する。このドライエッチングにより、シリコン膜5の表面80bにさらにエッチングダメージが加わり、ダメージ層が形成される。なお、シリコン酸化膜は、例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)/酸素(O2)混合ガスを720℃程度で加熱処理することによって成膜され、膜厚は約100nmから400nm程度である。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力250mT、ガス流量:CHF3/CF4/Ar=20/20/400sccm、RFパワー395W)である。
(Step 6: see FIG. 8) A silicon oxide film, which is an insulating film, is formed using a CVD method, and then etched back using dry etching, whereby the
(工程7:図9参照) イオン注入法を用いてホウ素(B)をイオン注入した後、熱処理による活性化を行い、外部ベース層として機能するp+拡散層10を形成する。イオン注入条件は、例えばBF2を1keVから40keVの加速エネルギーで、1×1014cm−2から5×1015cm−2の注入量とする。この注入条件では、多結晶シリコン膜7a上に存在する約50nmの膜厚のシリコン窒化膜8をイオンが通過しないため、多結晶シリコン膜7aにホウ素が注入されることはない。なお、ホウ素は本発明の「第2不純物」の一例である。
(Step 7: see FIG. 9) After ion implantation of boron (B) using an ion implantation method, activation by heat treatment is performed to form a p + diffusion layer 10 that functions as an external base layer. As the ion implantation conditions, for example, BF 2 is implanted at an acceleration energy of 1 keV to 40 keV and an implantation amount of 1 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 15 cm −2 . Under this implantation condition, since ions do not pass through the
(工程8:図10参照) 次に、熱処理を行って、多結晶シリコン膜7aのn型不純物をシリコン膜5の中に拡散させ、n型拡散層6を形成する。この結果、エミッタ−ベース接合がシリコン膜5内に形成される。熱処理は、RTA装置を用いて、1050℃程度の熱処理を5秒〜30秒間程度行う。
(Step 8: see FIG. 10) Next, heat treatment is performed to diffuse the n-type impurities of the
ここで、シリコン膜5内に形成されるエミッタ層(n型拡散層6)は、多結晶シリコン膜7aからのn型不純物の拡散によって形成されるが、拡散は深さ方向だけでなく横方向へも進むため、有効なエミッタ幅は多結晶シリコン膜7aの幅よりも広くなることがある。しかしながら、本発明の第1実施形態では、エミッタ層(n型拡散層6)とエミッタ電極(多結晶シリコン膜7a)との接触面50が側壁膜9の下面60より上方に位置しているため、側壁膜9が拡散障壁となりn型拡散層6の横方向への拡散が抑えられる。このため、エミッタ層の寸法幅が微細化されることになる。
Here, the emitter layer (n-type diffusion layer 6) formed in the
(工程9:図11参照) 熱処理後、希フッ酸および燐酸を用いて、ベース電極上(図示せず)、エミッタ電極上、及びコレクタ電極上(図示せず)のシリコン窒化膜8を除去する。さらに、先に述べた工程5および工程6においてシリコン膜5の表面80a,80bに加わったエッチングダメージ(ダメージ層)を除去するために、ドライエッチングによってp+拡散層10(シリコン膜5)の表面側の一部を除去する。ここで、ドライエッチング条件は、例えば、圧力1250mT、ガス流量:O2/CF4=200/100sccm、RFパワー450W)であり、工程5および工程6におけるドライエッチング条件とは異なり、p+拡散層10(シリコン膜5)に対してダメージの少ない条件で行っている。このドライエッチングにより除去されるp+拡散層10(シリコン膜5)の膜厚は例えば、10nm程度である。
(Step 9: see FIG. 11) After the heat treatment, the
なお、工程5のドライエッチング後にシリコン膜5の表面80aのエッチングダメージ(ダメージ層)を除去したり、あるいは工程6のドライエッチング後にシリコン膜5の表面80bのエッチングダメージ(ダメージ層)を除去したりしてもよいが、工程ごとにエッチングダメージ(ダメージ層)の除去を行った場合には、シリコン膜5の膜減りが大きくなるため、例えば、シリコン膜5がエッチング除去され、SiGe合金層4が露出するような場合には、その部分でシリサイド膜の形成が阻害され、均一な膜質・膜厚のシリサイド膜を設けることが困難となる。このため、エッチングダメージ(ダメージ層)の除去は、最後にシリコン膜5にエッチングダメージが加わった工程以降、後述するシリサイド膜の形成工程(工程12)の直前までの間にまとめて1回で行うことがより好ましい。
The etching damage (damage layer) on the
(工程12:図1参照) 多結晶シリコン7aの表面およびp+拡散層10の表面に、コバルト(Co)を形成し、熱処理を行ってコバルトシリサイド膜(シリサイド膜)11a、11bを形成する。このシリサイド膜11a、11bのシート抵抗値は、7Ω/□程度であり、従来のp+型SiGe層(p+拡散層10)のシート抵抗値100Ω/□程度と比べ、極めて低い抵抗値である。このため、内部ベース層と、外部ベース層につながるベース電極(図示せず)との間に発生する寄生抵抗を下げることができる。
(Step 12: see FIG. 1) Cobalt (Co) is formed on the surface of the
なお、シリサイド処理では、コバルトに代えて、チタン(Ti)を形成してチタンシリサイド膜を形成しても同様の効果が得られる。 In the silicidation process, the same effect can be obtained by forming titanium (Ti) instead of cobalt to form a titanium silicide film.
次に、特に図示しないが、プラズマTEOS膜等の層間絶縁膜を半導体基板の表面に堆積させ、NPNトランジスタのコレクタ電極部、ベース電極部、及びエミッタ電極部のコンタクト開口を行い、チタニウム等からなるバリアメタル層、及びアルミニウム又はアルミニウム合金からなる導電層を形成し、NPNトランジスタを有するバイポーラトランジスタを製造することができる。 Next, although not particularly shown, an interlayer insulating film such as a plasma TEOS film is deposited on the surface of the semiconductor substrate, and contact openings of the collector electrode part, the base electrode part, and the emitter electrode part of the NPN transistor are made and made of titanium or the like. A bipolar transistor having an NPN transistor can be manufactured by forming a barrier metal layer and a conductive layer made of aluminum or an aluminum alloy.
先の図14に示したように、従来構造のエミッタ層では、エミッタ−ベース接合部分の寸法幅はWe2であった。これに対して、本発明の第1実施形態では、図2に示すように、同じ加工寸法のシリコン膜内部に第1の領域と第2の領域が存在し、さらにこの第1の領域をエミッタ層として用いている。このエミッタ層のボトム側部分にエミッタ−ベース接合が形成されるため、接合部分の寸法幅はWe3となり、シリコン膜とSiGe合金層界面の寸法幅(従来構造での寸法幅We2)より小さくなる。また、シリコン膜5へのn型不純物の拡散を制御することで、エミッタ層の接合部分の寸法幅を実質的にWe1と等しくすることができる。この結果、高精度な露光装置を導入することなく、エミッタ層の寸法幅を微細化することができる。エミッタ層の寸法幅が小さくなると、すなわち寸法幅がWe3またはWe1になると、シリコン膜とSiGe合金層界面の寸法幅We2のときに比べ、少ない電流で同じ電流密度が得られる。このため、低消費電力のトランジスタを形成することができ、その結果として高性能な半導体装置を得ることができるようになる。
As shown in FIG. 14 above, in the emitter layer having the conventional structure, the dimensional width of the emitter-base junction portion was We2 . On the other hand, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the first region and the second region exist inside the silicon film having the same processing size, and this first region is further used as the emitter. Used as a layer. Since the emitter-base junction is formed at the bottom portion of the emitter layer, the dimension width of the junction is W e3 , which is smaller than the dimension width of the interface between the silicon film and the SiGe alloy layer (dimension width W e2 in the conventional structure). Become. Further, by controlling the diffusion of the n-type impurity into the
本発明の第1実施形態では、シリコン膜5の少なくとも一部が、SiGe合金層4と側壁膜9との間に位置し、且つ、SiGe合金層4および側壁膜9と接しているので、エミッタ−ベース接合面積は、従来構造(シリコン膜5部分もエミッタ層として機能する場合)に比べて狭くなる。このため、従来構造よりも接合寸法面積が狭い分の接合容量が削減されたトランジスタ(半導体装置)を提供することができる。
In the first embodiment of the present invention, at least a part of the
また、エッチングダメージ(ダメージ層)を含むp+拡散層10の表面にシリサイド膜を形成した場合には、エッチングダメージ(ダメージ層)に対応するシリサイド膜の膜質劣化やシリサイド膜の形状バラツキのために、配線抵抗の増加を引き起こしてしまうが、本製造方法によれば、エッチングダメージ(ダメージ層)が除去されたp+拡散層10(シリコン膜5)の表面にシリサイド膜が形成されるため、シリサイド膜の膜質が向上し、配線抵抗を低減させることができる。特に、p+拡散層10(シリコン膜5)の表面のエッチングダメージ(ダメージ層)を除去する工程12の直前のみにまとめて1回で行っているので、工程数の削減による低コスト化だけでなく、エッチングダメージ(ダメージ層)の除去に伴うp+拡散層10(シリコン膜5)の膜減りを最低限に抑えることができるため、シリコン膜5の薄膜化が可能となり、製造コストをさらに削減することができる。
Further, when a silicide film is formed on the surface of the p + diffusion layer 10 including etching damage (damage layer), the silicide film quality deterioration corresponding to the etching damage (damage layer) and the silicide film shape variation are caused. However, according to the present manufacturing method, a silicide film is formed on the surface of the p + diffusion layer 10 (silicon film 5) from which etching damage (damage layer) has been removed. The film quality is improved, and the wiring resistance can be reduced. In particular, since it is performed only once just before the step 12 for removing the etching damage (damage layer) on the surface of the p + diffusion layer 10 (silicon film 5), the cost can be reduced only by reducing the number of steps. In addition, since the film loss of the p + diffusion layer 10 (silicon film 5) associated with the removal of the etching damage (damage layer) can be minimized, the
表1は、各条件で作製したシリサイド膜のシート抵抗の測定結果を示す。なお、表中には、(a)シリコン膜の表面のダメージを除去した後にシリサイド膜を形成した場合(条件1)、(b)シリコン膜の表面のダメージを除去せずにシリサイド膜を形成した場合(条件2)、及び(c)シリコン膜にダメージを加えずにシリサイド膜を形成した場合(条件3)を示す。表1から明らかなように、シリコン膜の表面にダメージが加わった場合には、その後形成したシリサイド膜のシート抵抗値は大幅に上昇していることが分かる。これに対し、ダメージを除去する処理を行った場合には、シリコン膜にダメージを加える前と同程度までシート抵抗値が回復していることが分かる。 Table 1 shows the measurement results of the sheet resistance of the silicide film produced under each condition. In the table, (a) when the silicide film is formed after removing the damage on the surface of the silicon film (condition 1), (b) the silicide film is formed without removing the damage on the surface of the silicon film. A case (condition 2) and a case (c) where a silicide film is formed without damaging the silicon film (condition 3) are shown. As can be seen from Table 1, when the surface of the silicon film is damaged, the sheet resistance value of the silicide film formed thereafter is greatly increased. On the other hand, when the treatment for removing the damage is performed, it can be seen that the sheet resistance value is recovered to the same extent as before the damage is applied to the silicon film.
図12は、本発明の第2実施形態によるSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタの素子断面図である。第1実施形態と異なる箇所は、n型拡散層6の下面がSiGe合金層の中に設けられていることである。なお、シリコン膜5aは本発明の「第2の領域」およびn型拡散層6aは本発明の「第1の領域」の一例である。
FIG. 12 is a device cross-sectional view of a SiGe-based heterojunction bipolar transistor according to a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the lower surface of the n-
n型拡散層6aの下面がSiGe合金層4の中に達していることより、SiGe合金層4に達していない場合に比べて、エミッタ層として機能するn型拡散層6aの下面からコレクタ層2までの距離が短くなり、エミッタ層側からコレクタ層に流れる電子の移動時間を短縮することができ、高速動作するトランジスタを形成できる。したがって、より高性能な半導体装置を提供することができる。
Since the lower surface of the n-
本発明の第2実施形態による半導体装置を製造するには、第1実施形態の工程2において、減圧CVD法によりシリコン膜5aを30nm程度形成し、工程8において、RTA装置を用いて1050℃程度の熱処理を5秒間程度行う。このようにすることで、多結晶シリコン膜7aのn型不純物は、コレクタ層2側に向かって40nm程度拡散するため、膜厚30nm程度のシリコン膜5aを通過し、SiGe合金層4内に達する。この結果、n型拡散層6aの下面(エミッタ−ベース接合部)がSiGe合金層4の中に達していない場合(n型拡散層6aの下面がシリコン膜5aの中にある場合)に比べて、エミッタ注入効率が大きく、より高い電流増幅率を得ることができる。これは、n型拡散層6aの下面がSiGe合金層4の中にある場合に、SiGe合金層のバンドギャップがシリコン膜のバンドギャップより狭いことにより、n型拡散層6aの下面がシリコン膜5aの中にある場合に比べてエミッタ層からベース層へ注入される電子に対する障壁の高さが小さくなるためである。これにより、エミッタ層からベース層へ注入される電子に対する障壁の高さを、ベース層からエミッタ層に注入される正孔に対する障壁の高さよりもさらに小さくすることができるため、エミッタ注入効率を大きくすることができ、より高い電流増幅率を実現することができる。したがって、より高性能な半導体装置を提供することができる。
In order to manufacture the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, in
以上、実施の形態により本発明を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々のバイポーラトランジスタに適用することができる。 Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, the present invention is not limited to this, and can be applied to various bipolar transistors without departing from the spirit of the present invention.
1 p型シリコン基板
2 コレクタ層(エピタキシャル層)
2a 活性領域
3 素子分離領域(STI)
4 シリコンゲルマニウム(SiGe)合金層
5 シリコン膜
6 n型拡散層(エミッタ層)
7a 多結晶シリコン膜(エミッタ電極)
9 シリコン酸化膜からなる側壁膜(サイドウォール)
10 p+拡散層
11a、11b シリサイド膜
50 n型拡散層と多結晶シリコン膜の界面
60 側壁膜の下面
70 凸状に形成されたシリコン膜の凸部
1 p-
2a
4 Silicon germanium (SiGe)
7a Polycrystalline silicon film (emitter electrode)
9 Side wall film (side wall) made of silicon oxide film
10 p + diffusion layer 11a,
Claims (3)
前記活性領域の上方における前記シリコン膜の上に、第1不純物を含むエミッタ電極を形成する第2の工程と、
前記エミッタ電極をマスクとして前記シリコン膜をエッチングする第3の工程と、
前記半導体基板の全面を覆うように絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜をエッチバックすることによって、前記エミッタ電極の側壁を覆う側壁膜を形成する第4の工程と、
前記側壁膜の形成後に、前記活性領域の表面に達するように第2不純物を導入し、前記導電層およびシリコン膜に不純物領域を形成する第5の工程と、
前記エミッタ電極に含まれる前記第1不純物を前記シリコン膜の表面に拡散させ、前記シリコン膜内に、前記第1不純物を含む第1の領域と前記第1不純物を含まない第2の領域を形成する第6の工程と、
を備え、
前記第3の工程において、前記シリコン膜は、前記第1の領域とエミッタ電極との接触面が、前記側壁膜の下面より上方に位置するような凸形状に加工され、
前記第6の工程において、前記シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が、前記導電層と側壁膜との間に位置し、且つ、前記導電層および側壁膜と接するように形成されることを特徴とした半導体装置の製造方法。 A first step of forming a conductive layer and a silicon film functioning as a base layer on a semiconductor substrate on which an active region surrounded by an element isolation region is formed;
A second step of forming an emitter electrode containing a first impurity on the silicon film above the active region;
A third step of etching the silicon film using the emitter electrode as a mask;
Forming an insulating film so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate, and then etching back the insulating film to form a sidewall film covering the sidewall of the emitter electrode;
A fifth step of introducing a second impurity so as to reach the surface of the active region after forming the sidewall film, and forming an impurity region in the conductive layer and the silicon film;
The first impurity contained in the emitter electrode is diffused on the surface of the silicon film, and a first region containing the first impurity and a second region not containing the first impurity are formed in the silicon film. A sixth step of:
With
In the third step, the silicon film is processed into a convex shape such that the contact surface between the first region and the emitter electrode is located above the lower surface of the sidewall film,
In the sixth step, at least a part of the second region of the silicon film is formed between the conductive layer and the sidewall film and in contact with the conductive layer and the sidewall film. A method of manufacturing a semiconductor device characterized by the above.
少なくとも前記第7の工程の前までに、前記不純物領域の表面のダメージ層を除去する第8の工程を行うことを特徴とした請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 After the sixth step, the method further comprises a seventh step of forming a silicide film on the surface of the impurity region,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an eighth step of removing a damaged layer on the surface of the impurity region is performed at least before the seventh step.
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