JP2007281029A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
図9は、従来の半導体装置の一例を示す断面図である(例えば特許文献1)。この半導体装置は、イオン注入によってコレクタ領域101が形成された、NPN型自己整合型のSiGeバイポーラトランジスタを備えている。また、半導体基板として、シリコン基板111、絶縁膜112およびSOI層113によって構成されたSOI基板110が用いられている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a conventional semiconductor device (for example, Patent Document 1). This semiconductor device includes an NPN self-aligned SiGe bipolar transistor in which a
この半導体装置の製造方法を説明する。まず、厚さ1μm〜5μm程度のSOI基板110に、フォトレジスト(PR)工程およびイオン注入により、コレクタ引上領域102を形成する。続いて、PR工程およびイオン注入により、コレクタ領域101を形成する。
A method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, the collector pull-
その後、PR工程およびシリコンエッチングにより、SOI層113に、深さ0.5μm〜3μm程度のトレンチ103を形成する。次に、CVD酸化膜埋設および平坦化処理(例えばCMP)により、トレンチ103を絶縁膜で埋め込む。その後、SOI基板110上に、絶縁膜121およびポリシリコンからなるベース引出領域122を順に形成する。続いて、ベース引出領域122にボロン注入を施した後、絶縁膜123を成長させる。さらに、PR工程およびエッチング工程により、エミッタ領域用の開口(エミッタ開口)124を形成する。
Thereafter, a
その後、50nm程度の厚みで絶縁膜を成長させ、それをエッチバックすることにより、エミッタ開口124の側壁上に絶縁膜125を形成する。次に、ウェットエッチング工程によりベース形成領域を開口した後、ボロンドープSiGeを選択成長させることでベース領域126を形成する。続いて、100nm程度の厚みで絶縁膜を成長させ、それをエッチバックすることにより、絶縁膜125上に絶縁膜127を形成する。
Thereafter, an insulating film is grown to a thickness of about 50 nm and etched back to form an
さらに、200nm程度の厚みでAsドープポリシリコンを成長させた後、PR工程およびポリシリエッチング工程によりパターニングを施し、エミッタ引出領域128を形成する。その後、熱処理により、エミッタ領域129を形成する。続いて、PR工程およびドライエッチ工程により、電極形成部を開口する。上述のコレクタ引上領域102、ベース引出領域122およびエミッタ引出領域128は、それぞれコレクタ電極131、ベース電極132およびエミッタ電極133に接続される。以上により、図9の半導体装置が得られる。
Furthermore, after growing As-doped polysilicon with a thickness of about 200 nm, patterning is performed by a PR process and a poly-silicon etching process to form an
また、特許文献1においては、イオン注入およびエピタキシャル成長により、コレクタ領域を形成している。
しかしながら、コレクタ領域をイオン注入により形成する場合、イオン注入のドーズ量を増加させると、コレクタ抵抗(図9中、R3+R4)が低減する一方で、コレクタ−エミッタ間の耐圧が低下してしまう。また、ドーズ量を減少させると、コレクタ−エミッタ間の耐圧が向上する一方で、コレクタ抵抗が増大してしまう。すなわち、コレクタ抵抗の低減とコレクタ−エミッタ間耐圧の向上とは、トレードオフの関係にある。それゆえ、従来は、コレクタ抵抗の低減およびコレクタ−エミッタ間耐圧の向上の双方を達成することが困難であった。 However, when the collector region is formed by ion implantation, if the dose amount of ion implantation is increased, the collector resistance (R3 + R4 in FIG. 9) is reduced while the collector-emitter breakdown voltage is lowered. Further, when the dose is decreased, the collector-emitter breakdown voltage is improved, while the collector resistance is increased. That is, there is a trade-off between reducing the collector resistance and improving the collector-emitter breakdown voltage. Therefore, conventionally, it has been difficult to achieve both reduction of collector resistance and improvement of collector-emitter breakdown voltage.
本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板の表層に設けられた、コレクタ領域とコレクタ引上領域と、上記コレクタ領域と上記コレクタ引上領域とに挟まれて設けられたコレクタ引出領域と、上記コレクタ領域の上にベース領域を介して設けられ、上記コレクタ領域および上記ベース領域と共にバイポーラトランジスタを構成するエミッタ領域とを備える半導体装置の製造方法であって、上記コレクタ領域を第1のイオン注入により形成する工程と、上記コレクタ引出領域を第2のイオン注入により形成する工程と、を含み、上記第2のイオン注入の注入量が上記第1のイオン注入の注入量より多いことを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a collector region and a collector pull-up region provided on a surface layer of a semiconductor substrate, a collector lead region provided between the collector region and the collector pull-up region, A method of manufacturing a semiconductor device including a collector region and an emitter region that constitutes a bipolar transistor together with the base region, the collector region being provided on the collector region via a base region, wherein the collector region is subjected to first ion implantation. And the step of forming the collector extraction region by second ion implantation, wherein the implantation amount of the second ion implantation is larger than the implantation amount of the first ion implantation. To do.
この製造方法においては、コレクタ領域の形成とコレクタ引出領域の形成とが別々の工程にて実行される。これにより、コレクタ領域を形成する際の第1のイオン注入(コレクタ注入)によるコレクタ−エミッタ間耐圧の調整と、コレクタ引出領域を形成する際の第2のイオン注入によるコレクタ抵抗の調整とを互いに独立して行うことができる。ここで、第2のイオン注入の注入量は、第1のイオン注入の注入量より多い。このため、コレクタ−エミッタ間耐圧の低下を伴うことなく、コレクタ抵抗の低減を図ることが可能である。 In this manufacturing method, the formation of the collector region and the formation of the collector extraction region are performed in separate steps. Thereby, the adjustment of the collector-emitter breakdown voltage by the first ion implantation (collector implantation) when forming the collector region and the adjustment of the collector resistance by the second ion implantation when forming the collector extraction region are mutually performed. Can be done independently. Here, the implantation amount of the second ion implantation is larger than the implantation amount of the first ion implantation. For this reason, it is possible to reduce the collector resistance without lowering the collector-emitter breakdown voltage.
また、本発明による半導体装置は、半導体基板と、上記半導体基板の表層に設けられたコレクタ領域とコレクタ引上領域と、上記コレクタ領域と上記コレクタ引上領域に挟まれて設けられたコレクタ引出領域と、上記コレクタ領域の上にベース領域を介して設けられ、上記コレクタ領域及び上記ベース領域と共にバイポーラトランジスタを構成するエミッタ領域と、を備え、上記コレクタ引出領域は、上記コレクタ領域よりも不純物の濃度が高いことを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a collector region and a collector pull-up region provided on the surface layer of the semiconductor substrate, and a collector lead region provided between the collector region and the collector pull-up region. And an emitter region that is provided on the collector region via a base region and forms a bipolar transistor together with the collector region and the base region, and the collector extraction region has an impurity concentration higher than that of the collector region. Is characterized by high.
この半導体装置においては、コレクタ領域とコレクタ引上領域に挟まれてコレクタ引出領域が設けられている。ここで、コレクタ引出領域の不純物濃度は、コレクタ領域のそれよりも高い。かかる構造であれば、コレクタ−エミッタ間耐圧の低下を伴うことなく、コレクタ抵抗の低減を図ることが可能である。 In this semiconductor device, a collector extraction region is provided between the collector region and the collector pull-up region. Here, the impurity concentration of the collector extraction region is higher than that of the collector region. With such a structure, it is possible to reduce the collector resistance without lowering the collector-emitter breakdown voltage.
本発明によれば、コレクタ抵抗の低減およびコレクタ−エミッタ間耐圧の向上の双方を達成することが可能な半導体装置およびその製造方法が実現される。 According to the present invention, a semiconductor device capable of achieving both reduction of collector resistance and improvement of collector-emitter breakdown voltage and a manufacturing method thereof are realized.
以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体装置およびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
図1は、本発明による半導体装置の一実施形態を示す断面図である。半導体装置1は、SOI基板10(半導体基板)と、SOI基板10の表層に設けられたコレクタ領域22とコレクタ引上領域26と、コレクタ領域22とコレクタ引上領域26に挟まれて設けられたコレクタ引出領域28と、コレクタ領域22の上にベース領域32を介して設けられ、コレクタ領域22およびベース領域32と共にバイポーラトランジスタを構成するエミッタ領域34と、を備えている。ここで、コレクタ引出領域28は、コレクタ領域22よりも不純物濃度が高い。また、半導体装置1は、SOI基板10の表層にコレクタ領域22と隣接して設けられ、絶縁膜23で埋め込まれたトレンチ24を備えている。上述のコレクタ領域22およびコレクタ引上領域26は、トレンチ24によって互いに隔離されている。また、コレクタ引出領域28は、トレンチ24の下部に設けられている。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device 1 is provided between an SOI substrate 10 (semiconductor substrate), a
SOI基板10は、シリコン基板12、絶縁膜14およびSOI層16によって構成されている。絶縁膜14は、例えばSiO2膜である。本実施形態においては、SOI層16がSOI基板10の表層に相当する。
The
また、SOI基板10上には、ベース領域32の周囲に絶縁膜42が形成されている。絶縁膜42上には、ベース引出領域44および絶縁膜46が順に積層されている。これらのベース引出領域44および絶縁膜46には、エミッタ開口50が形成されている。エミッタ開口50の側壁上には、絶縁膜52および絶縁膜54が順に形成されている。エミッタ開口50中には、エミッタ引出領域56が形成されている。このエミッタ引出領域56は、エミッタ電極66に接続されている。
An
さらに、絶縁膜42、ベース引出領域44および絶縁膜46にはコレクタ開口63が形成されており、このコレクタ開口63を通じてコレクタ引上領域26がコレクタ電極62に接続されている。また、絶縁膜46にはベース開口65が形成されており、このベース開口65を通じてベース引出領域44がベース電極64に接続されている。
Further, a
図2〜図7を参照しつつ、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態として、半導体装置1の製造方法の一例を説明する。概括すると、この製造方法は、下記工程(a)および(b)を含むものである。ただし、工程(b)においては、コレクタ引出領域28の不純物濃度がコレクタ領域22よりも高くなるように、イオン注入を施す。すなわち、第2のイオン注入の注入量は、第1のイオン注入の注入量より多い。
(a)コレクタ領域22を第1のイオン注入により形成する工程
(b)コレクタ引出領域28を第2のイオン注入により形成する工程
With reference to FIGS. 2 to 7, an example of a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described as an embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. In general, this manufacturing method includes the following steps (a) and (b). However, in the step (b), ion implantation is performed so that the impurity concentration in the
(A) Step of forming
より詳細には、まず、まず、厚さ1μm〜5μm程度のSOI基板10に、PR工程およびイオン注入により、コレクタ引上領域26を形成する(図2(a))。続いて、PR工程およびイオン注入により、コレクタ領域22を形成する(図2(b))。
More specifically, first, the collector pull-up
その後、PR工程およびシリコンエッチングにより、深さ0.5μm〜3μm程度のトレンチ24を形成する(図3(a))。次に、PR工程およびイオン注入工程により、コレクタ引出領域28を形成する(図3(b))。具体的には、コレクタ引出領域28が形成される部分を開口したフォトレジストR1でSOI基板10を覆った状態で、イオン注入を行う。本例においては、リンイオンを注入する。
Thereafter, a
続いて、CVD酸化膜埋設および平坦化処理(例えばCMP)により、トレンチ24を絶縁膜23で埋め込む(図4(a))。その後、SOI基板10上に、絶縁膜42、およびポリシリコンからなるベース引出領域44を順に形成する。続いて、ベース引出領域44にボロン注入を施した後、絶縁膜46を成長させる(図4(b))。
Subsequently, the
さらに、PR工程およびエッチング工程により、エミッタ開口50を形成する(図5(a))。なお、絶縁膜42、ベース引出領域44および絶縁膜46の厚みはそれぞれ、例えば、50nm、200nmおよび150nm程度である。その後、50nm程度の厚みで絶縁膜を成長させ、それをエッチバックすることにより、エミッタ開口50の側壁上に絶縁膜52を形成する(図5(b))。
Further, the
次に、ウェットエッチング工程により、絶縁膜42にベース形成領域を開口する。その後、ボロンドープSiGeを選択成長させることでベース領域32を形成する(図6(a))。続いて、100nm程度の厚みで絶縁膜を成長させ、それをエッチバックすることにより、絶縁膜52上に絶縁膜54を形成する(図6(b))。
Next, a base formation region is opened in the insulating
さらに、200nm程度の厚みでAsドープポリシリコン56aを成長させる(図7(a))。その後、PR工程およびポリシリエッチング工程によりパターニングを施し、エミッタ引出領域56を形成する。次に、熱処理により、エミッタ領域34を形成する。このときの熱処理は、例えば、1000℃、10sec程度の条件下でのRTA(Rapid Thermal Annealing)法により行うことができる。続いて、PR工程およびドライエッチ工程により、コレクタ開口63およびベース開口65を形成する(図7(b))。その後、コレクタ引上領域26、ベース引出領域44およびエミッタ引出領域56を、それぞれコレクタ電極62、ベース電極64およびエミッタ電極66に接続することにより、図1の半導体装置1が得られる。本例において製造される半導体装置1は、イオン注入によってコレクタ領域22が形成された、NPN型自己整合型のSiGeバイポーラトランジスタを備えている。
Further, an As-doped
本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、コレクタ領域22の形成とコレクタ引出領域28の形成とが別々の工程にて実行されている。これにより、コレクタ領域22を形成する際の第1のイオン注入(コレクタ注入)によるコレクタ−エミッタ間耐圧の調整と、コレクタ引出領域28を形成する際の第2のイオン注入によるコレクタ抵抗(図1中、R1+R2)の調整とを互いに独立して行うことができる。ここで、第2のイオン注入の注入量は、第1のイオン注入の注入量より多い。このため、コレクタ−エミッタ間耐圧の低下を伴うことなく、コレクタ抵抗の低減を図ることが可能である。実際、半導体装置1においては、上述のとおり、コレクタ引出領域28の不純物濃度がコレクタ領域22のそれよりも高い。よって、コレクタ抵抗の低減およびコレクタ−エミッタ間耐圧の向上の双方を達成することが可能な半導体装置1およびその製造方法が実現されている。
The effect of this embodiment will be described. In the present embodiment, the formation of the
これに対して、図9の半導体装置において、コレクタ抵抗を低減すべくコレクタ注入濃度を上げると、エミッタ−コレクタ間の距離が短くなり、コレクタ−エミッタ間耐圧が低下してしまう。一方、コレクタ領域の不純物濃度を高くしつつ、コレクタ−ベース接合を深い位置に形成すると、エミッタ−コレクタ間の距離が長くなり、コレクタ抵抗が増大してしまう。コレクタ抵抗の増大は、電流利得遮断周波数fTおよび最大発振周波数fmax等の高周波特性の悪化につながる。 In contrast, in the semiconductor device of FIG. 9, when the collector injection concentration is increased to reduce the collector resistance, the distance between the emitter and the collector is shortened, and the collector-emitter breakdown voltage is lowered. On the other hand, if the collector-base junction is formed at a deep position while increasing the impurity concentration of the collector region, the distance between the emitter and the collector becomes long, and the collector resistance increases. The increase in collector resistance leads to deterioration of high frequency characteristics such as the current gain cutoff frequency fT and the maximum oscillation frequency fmax.
また、特許文献1においては、イオン注入およびエピタキシャル成長により、コレクタ領域を形成している。そのため、コレクタ注入の濃度を高くすることで、コレクタ抵抗は低減するが、後工程の熱処理で不純物の拡散(高濃度エピタキシャル層からベース側への拡散)が起こり、それによりエミッタ−コレクタ間の距離が短くなり、エミッタ−コレクタ間耐圧が低下してしまう。また、エミッタ−コレクタ間耐圧の向上とコレクタ抵抗の低減とを両立させる手法としては、コレクタ注入時のドーズ量を増大させつつ、エピタキシャル層を厚膜化させることも考えられる。しかしながら、この手法では、電流利得遮断周波数を低減させてしまう。 In Patent Document 1, the collector region is formed by ion implantation and epitaxial growth. Therefore, the collector resistance is reduced by increasing the concentration of the collector implantation, but diffusion of impurities (diffusion from the high concentration epitaxial layer to the base side) occurs in the heat treatment in the subsequent process, thereby causing a distance between the emitter and the collector. Becomes shorter and the breakdown voltage between the emitter and the collector decreases. Further, as a method for achieving both improvement of the emitter-collector breakdown voltage and reduction of the collector resistance, it is conceivable to increase the thickness of the epitaxial layer while increasing the dose during collector implantation. However, this method reduces the current gain cutoff frequency.
かかる問題に対し、本実施形態によれば、上述のとおり、エミッタ−コレクタ耐圧の低下や高周波特性の悪化を招くことなく、コレクタ抵抗の低減を実現することが可能である。しかも、本実施形態の製造方法は、図9について説明した従来の製造方法に対して1PRを追加しただけである。このように、本実施形態においては、製造工程の増大を最小限に抑えつつ、上述の効果を奏する半導体装置1が実現されている。 With respect to such a problem, according to the present embodiment, as described above, it is possible to reduce the collector resistance without causing a decrease in the emitter-collector breakdown voltage and a deterioration in the high frequency characteristics. Moreover, the manufacturing method according to the present embodiment is obtained by adding 1PR to the conventional manufacturing method described with reference to FIG. As described above, in the present embodiment, the semiconductor device 1 having the above-described effects is realized while minimizing an increase in manufacturing steps.
本発明による半導体装置およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては半導体基板としてSOI基板を用いた例を示したが、図8に示すように、半導体基板としてバルクのシリコン基板70を用いてもよい。同図の半導体装置2は、SOI基板10の代わりにシリコン基板70が用いられている点で、図1の半導体装置1と相違する。半導体装置2のその他の構成は、半導体装置1と同様である。
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, an example in which an SOI substrate is used as a semiconductor substrate has been described. However, as shown in FIG. The
また、上記実施形態においてはバイポーラトランジスタとしてNPN型のものを例示したが、バイポーラトランジスタはPNP型であってもよい。 In the above embodiment, the NPN type is exemplified as the bipolar transistor, but the bipolar transistor may be a PNP type.
1 半導体装置
2 半導体装置
10 SOI基板
12 シリコン基板
14 絶縁膜
16 SOI層
22 コレクタ領域
23 絶縁膜
24 トレンチ
26 コレクタ引上領域
28 コレクタ引出領域
32 ベース領域
34 エミッタ領域
42 絶縁膜
44 ベース引出領域
46 絶縁膜
50 エミッタ開口
52 絶縁膜
54 絶縁膜
56 エミッタ引出領域
62 コレクタ電極
63 コレクタ開口
64 ベース電極
65 ベース開口
66 エミッタ電極
70 シリコン基板
R1 フォトレジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記コレクタ領域を第1のイオン注入により形成する工程と、
前記コレクタ引出領域を第2のイオン注入により形成する工程と、を含み、
前記第2のイオン注入の注入量が前記第1のイオン注入の注入量より多いことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A collector region and a collector pull-up region provided on the surface layer of the semiconductor substrate, a collector lead region provided between the collector region and the collector pull-up region, and a base region above the collector region A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: an emitter region that constitutes a bipolar transistor together with the collector region and the base region;
Forming the collector region by first ion implantation;
Forming the collector extraction region by a second ion implantation,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an implantation amount of the second ion implantation is larger than an implantation amount of the first ion implantation.
前記半導体基板は、SOI基板である半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor substrate is an SOI substrate.
前記第1および第2のイオン注入においてはリンイオンを注入する半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1 or 2,
A method of manufacturing a semiconductor device in which phosphorus ions are implanted in the first and second ion implantations.
前記半導体基板の表層に設けられたコレクタ領域とコレクタ引上領域と、
前記コレクタ領域と前記コレクタ引上領域に挟まれて設けられたコレクタ引出領域と、
前記コレクタ領域の上にベース領域を介して設けられ、前記コレクタ領域および前記ベース領域と共にバイポーラトランジスタを構成するエミッタ領域と、を備え、
前記コレクタ引出領域は、前記コレクタ領域よりも不純物の濃度が高いことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A collector region and a collector pull-up region provided in a surface layer of the semiconductor substrate;
A collector extraction region provided between the collector region and the collector pull-up region; and
An emitter region provided on the collector region via a base region, and forming a bipolar transistor together with the collector region and the base region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the collector extraction region has a higher impurity concentration than the collector region.
前記半導体基板は、SOI基板である半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
The semiconductor device, wherein the semiconductor substrate is an SOI substrate.
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