JP2008027964A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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正人 大岡
Shinichiro Hayashi
慎一郎 林
Teruto Onishi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device which has high performance enough to exhibit together the performance of each element with different uses that is mounted to a semiconductor device such as BiCMOS, etc. <P>SOLUTION: High-concentration phosphor ions are implanted into the formation area A of a high-speed HBT on a p-type Si substrate 1, and a silicon oxide film 3 is formed on the Si substrate 1. After an n-type Si layer is epitaxially grown, the silicon oxide film 3 is first evaporated in the formation area A of the high-speed HBT and it is removed therefrom, and then the n-type Si layer is grown. Therefore, the n-type Si layer that is thinner than a lateral pnp, a pn junction varactor, a high breakdown voltage HBT transistor or the like can be obtained, and the performance of each element with different uses can be together established. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置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, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device on which various elements such as bipolar transistors, MOS transistors, and varactors are mounted.

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 in a bipolar transistor, an HBT is realized even with a cutoff frequency exceeding 100 GHz.

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。
特開2002−208641号公報(図1)
In this conventional example, since a concave depression is formed on the surface of the collector layer of the high-speed HBT, the collector layer immediately below the SiGe base layer of the high-speed HBT is relatively thin, and the SiGe. The collector layer directly below the base layer can be made relatively thick, and the optimum CE breakdown voltage can be achieved for each, thus realizing a high-performance semiconductor device that achieves both high breakdown voltage characteristics and high-speed characteristics. Is done.
JP 2002-208641 A (FIG. 1)

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.

したがって、本発明の目的は、上記課題を鑑み、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の製造方法を提供することである。   Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-performance semiconductor device capable of achieving both the performance of each element having a different application mounted on a semiconductor device such as BiCMOS.

上記目的を達成するために、本発明は、高速用HBT等の高濃度の埋め込み層表面にシリコン酸化膜を形成した後、エピタキシャル層を形成することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that an epitaxial layer is formed after a silicon oxide film is formed on the surface of a high concentration buried layer such as a high-speed HBT.

すなわち、第1の発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板の第1の領域と第2の領域に、単結晶のシリコン層を有する用途が異なる素子をそれぞれ形成する半導体装置の製造方法であって、第1の領域と第2の領域の表面にシリコン酸化膜を形成し、第2の領域の表面に形成されたシリコン酸化膜を除去することで、第1の領域の表面にのみシリコン酸化膜を形成した後、シリコン基板上にシリコン層をエピタキシャル成長することを特徴とする。   In other words, the semiconductor device manufacturing method of the first invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which elements having different uses, each having a single crystal silicon layer, are formed in a first region and a second region of a silicon substrate. Then, a silicon oxide film is formed on the surfaces of the first region and the second region, and the silicon oxide film formed on the surface of the second region is removed, so that the silicon oxide film is formed only on the surface of the first region. After the film is formed, a silicon layer is epitaxially grown on the silicon substrate.

具体的には、P型シリコン(Si)基板上の所望の素子領域、例えば高速用HBT、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(P)イオンを注入した後、高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層の表面にのみシリコン酸化膜を形成した後、Si基板上に低濃度のN型Si層を形成する構成である。   Specifically, after implanting phosphorus (P) ions into a desired element region on a P-type silicon (Si) substrate, for example, a high-speed HBT, a PN junction varactor, a lateral PNP transistor, or a high-voltage HBT formation region, In this configuration, a silicon oxide film is formed only on the surface of the high-concentration buried layer in the high-speed HBT formation region, and then a low-concentration N-type Si layer is formed on the Si substrate.

N型Si層は真空容器内で加熱しておいた半導体基板にシラン等のシリコン系ガスを供給することによりエピタキシャル成長を行う。ここでシリコン酸化膜は、非常に安定な物質であるが、半導体基板−酸化膜の界面で半導体基板を構成するSiとSiOが反応しSiOが生成されると、SiOの揮発性が高いためSiOが失われること、また酸化膜除去を加速するためにシラン等のSiを含む気体を供給し酸化膜表面でSiOの形成反応を行わせるのが効果的であることがHirayamaらの論文(1987年Applied Physics Letters誌51号2213頁)等で知られている。 The N-type Si layer is epitaxially grown by supplying a silicon-based gas such as silane to a semiconductor substrate heated in a vacuum vessel. Here, the silicon oxide film is a very stable substance. However, when Si and SiO 2 constituting the semiconductor substrate react with each other at the semiconductor substrate-oxide film interface to generate SiO, the volatility of SiO is high. A paper by Hirayama et al. Is that it is effective to cause SiO 2 to be lost and to supply a gas containing Si such as silane to accelerate the removal of the oxide film to cause the formation reaction of SiO on the oxide film surface ( 1987, Applied Physics Letters, No. 51, p. 2213).

よって、高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層の表面にのみシリコン酸化膜を形成した半導体基板を真空容器内で加熱しシラン等のシリコン系ガスを供給すると高速用HBTの形成領域では、まずシリコン酸化膜の除去反応が起こりその後エピタキシャル成長が進む。一方、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など他の形成領域では、初めからエピタキシャル成長が進む。このため高速用HBTの形成領域では低濃度のN型Si層の膜厚が小さくなるので、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の性能を低下することなく、高速用HBTの高周波特性を向上させることができる。また、エピタキシャル層表面を凹状の窪みを深く形成することもないのでSiGe・ベース層の結晶性や膜組成が劣化することも無い。   Therefore, when a semiconductor substrate on which a silicon oxide film is formed only on the surface of the high-concentration buried layer in the high-speed HBT formation region is heated in a vacuum vessel and a silicon-based gas such as silane is supplied, in the high-speed HBT formation region, A removal reaction of the silicon oxide film occurs, and then epitaxial growth proceeds. On the other hand, in other formation regions such as a PN junction varactor, a lateral PNP transistor, or a high breakdown voltage HBT, epitaxial growth proceeds from the beginning. For this reason, since the film thickness of the low-concentration N-type Si layer is reduced in the high-speed HBT formation region, the high-frequency characteristics of the high-speed HBT are not degraded without degrading the performance of the PN junction varactor, lateral PNP transistor, or high-voltage HBT Can be improved. In addition, since the recess of the epitaxial layer is not deeply formed, the crystallinity and film composition of the SiGe base layer are not deteriorated.

第2の発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板の第1の領域と第2の領域に、単結晶のシリコン層を有する用途が異なる素子をそれぞれ形成する半導体装置の製造方法であって、第1の領域の表面に第1のシリコン酸化膜を形成し、第2の領域の表面に第1のシリコン酸化膜より膜厚が薄い第2のシリコン酸化膜を形成した後、シリコン基板上にシリコン層をエピタキシャル成長することを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to a second invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which elements having different uses, each having a single crystal silicon layer, are formed in a first region and a second region of a silicon substrate, A first silicon oxide film is formed on the surface of the first region, a second silicon oxide film having a thickness smaller than that of the first silicon oxide film is formed on the surface of the second region, and then formed on the silicon substrate. The silicon layer is epitaxially grown.

具体的には、P型シリコン(Si)基板上の所望の素子領域、例えば高速用HBT、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(P)イオンを注入した後、高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層の表面にシリコン酸化膜を形成する。この際、高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層表面ではシリコン酸化膜を他の形成領域よりも厚く形成した後、Si基板上に低濃度のN型Si層を形成する構成である。   Specifically, after implanting phosphorus (P) ions into a desired element region on a P-type silicon (Si) substrate, for example, a high-speed HBT, a PN junction varactor, a lateral PNP transistor, or a high-voltage HBT formation region, A silicon oxide film is formed on the surface of the high concentration buried layer in the formation region of the high-speed HBT. In this case, the silicon oxide film is formed thicker than the other formation regions on the surface of the high concentration buried layer in the high-speed HBT formation region, and then the low concentration N-type Si layer is formed on the Si substrate.

半導体基板を真空容器内で加熱しシラン等のシリコン系ガスを供給するとまずシリコン酸化膜の除去反応が起こりその後エピタキシャル成長が進むが、高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層の表面にのみシリコン酸化膜を厚く形成されているので、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など他の素子と比べ酸化膜が除去されるのに時間がかかりエピタキシャル成長が遅れて進むため高速用HBTの形成領域では低濃度のN型Si層の膜厚が小さくなるので、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の性能を低下することなく、高速用HBTの高周波特性を向上させることができる。また、全面をシリコン酸化膜で覆うためエピタキシャル層と基板との界面の清浄度をあげることができる。   When a semiconductor substrate is heated in a vacuum vessel and a silicon-based gas such as silane is supplied, the removal reaction of the silicon oxide film first occurs and then the epitaxial growth proceeds. However, the silicon oxide is oxidized only on the surface of the high concentration buried layer in the high-speed HBT formation region. Since the film is formed thick, it takes time to remove the oxide film as compared with other elements such as a PN junction varactor, a lateral PNP transistor, or a high breakdown voltage HBT. Since the film thickness of the low-concentration N-type Si layer is small, the high-frequency characteristics of the high-speed HBT can be improved without degrading the performance of the PN junction varactor, lateral PNP transistor, or high-voltage HBT. Further, since the entire surface is covered with the silicon oxide film, the cleanliness of the interface between the epitaxial layer and the substrate can be increased.

第3の発明の半導体装置の製造方法は、第2の発明の半導体装置の製造方法において、シリコン層をエピタキシャル成長する際、第2のシリコン酸化膜が除去された後で且つ第1のシリコン酸化膜が除去されるまでの間は、第2の領域に第1の不純物濃度のシリコン層をエピタキシャル成長し、第1のシリコン酸化膜が除去された以降は、第1の領域と第2の領域とに第1の不純物濃度と異なる高い第2の不純物濃度のシリコン層をエピタキシャル成長する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to the second aspect of the present invention, in which the first silicon oxide film is removed after the second silicon oxide film is removed when the silicon layer is epitaxially grown. The silicon layer having the first impurity concentration is epitaxially grown in the second region until the first silicon oxide film is removed, until the first region and the second region are removed. A silicon layer having a high second impurity concentration different from the first impurity concentration is epitaxially grown.

具体的には、P型シリコン(Si)基板上の所望の素子領域、例えば高速用HBT、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(P)イオンを注入した後、高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層の表面にシリコン酸化膜を形成する。この際、高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層表面ではシリコン酸化膜を他の形成領域よりも厚く形成した後、Si基板上に第1の不純物濃度のN型Si層を形成し、更に高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層表面の厚いシリコン酸化膜が除去された後、Si基板全面上に第2の不純物濃度を有するN型Si層をエピタキシャル成長する構成である。   Specifically, after implanting phosphorus (P) ions into a desired element region on a P-type silicon (Si) substrate, for example, a high-speed HBT, a PN junction varactor, a lateral PNP transistor, or a high-voltage HBT formation region, A silicon oxide film is formed on the surface of the high concentration buried layer in the formation region of the high-speed HBT. At this time, after the silicon oxide film is formed thicker than the other formation regions on the surface of the high-concentration buried layer in the high-speed HBT formation region, an N-type Si layer having a first impurity concentration is formed on the Si substrate. After the thick silicon oxide film on the surface of the high-concentration buried layer in the high-speed HBT formation region is removed, an N-type Si layer having a second impurity concentration is epitaxially grown on the entire surface of the Si substrate.

半導体基板を真空容器内で加熱しシラン等のシリコン系ガスを供給するとまずシリコン酸化膜の除去反応が起こりその後エピタキシャル成長が進むが、高速用HBTの形成領域の高濃度埋め込み層の表面にのみシリコン酸化膜を厚く形成されているので、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など他の素子と比べ酸化膜が除去されるのに時間がかかりエピタキシャル成長が遅れる。そして高速用HBTの形成領域のシリコン酸化膜も除去された段階で第2の不純物濃度のN型Si層をエピタキシャル成長させる。これにより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と高速用HBTとのN型Si層の不純物濃度を変えることができるので前者の高耐圧特性と後者の高周波特性とをさらに向上させることができる。   When a semiconductor substrate is heated in a vacuum vessel and a silicon-based gas such as silane is supplied, the removal reaction of the silicon oxide film first occurs and then the epitaxial growth proceeds. However, the silicon oxide is oxidized only on the surface of the high concentration buried layer in the high-speed HBT formation region. Since the film is formed thick, it takes time to remove the oxide film as compared with other elements such as a PN junction varactor, a lateral PNP transistor, or a high breakdown voltage HBT, and the epitaxial growth is delayed. Then, the N-type Si layer having the second impurity concentration is epitaxially grown at the stage where the silicon oxide film in the formation region of the high-speed HBT is also removed. Thereby, the impurity concentration of the N-type Si layer of the PN junction varactor, the lateral PNP transistor, or the high breakdown voltage HBT and the high speed HBT can be changed, so that the former high breakdown voltage characteristic and the latter high frequency characteristic can be further improved. it can.

第4の発明の半導体装置の製造方法は、第1,2または3の発明の半導体装置の製造方法において、シリコン層をエピタキシャル成長する際、シリコンのソースガスにシラン、ジシランを用いる。   A method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the method for manufacturing a semiconductor device according to the first, second or third aspect, wherein silane or disilane is used as a silicon source gas when the silicon layer is epitaxially grown.

この構成によると、シラン、ジシランに含まれるSiとSiOが反応し、SiOの生成効率が向上するのでシリコン酸化膜の除去が加速される効果がある。 According to this configuration, Si contained in silane and disilane reacts with SiO 2 to improve the generation efficiency of SiO, so that the removal of the silicon oxide film is accelerated.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、第1の領域の表面にのみシリコン酸化膜を形成した後、あるいは第2の領域の表面に第1のシリコン酸化膜よりも薄い第2のシリコン酸化膜を形成した後、シリコン基板上にシリコン層をエピタキシャル成長するので、高速用HBT等が形成される第1の領域では第2の領域よりシリコン酸化膜が除去されるのに時間がかかりエピタキシャル成長が遅れて進むことにより、エピタキシャル層を薄く形成することができる。このため、従来のように、高速用HBTの形成領域のエピタキシャル層の表面に凹状の窪みを形成する必要がないため、高速用HBTのSiGe・ベース層の結晶性や膜組成が劣化することはなく、エミッタ電極の微細加工も容易になる。このように、所望の素子によって膜厚の異なるSiエピタキシャル層を形成することができることにより、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。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, after the silicon oxide film is formed only on the surface of the first region or on the surface of the second region, the second silicon oxide thinner than the first silicon oxide film is formed. Since the silicon layer is epitaxially grown on the silicon substrate after the film is formed, it takes longer to remove the silicon oxide film than the second region in the first region where the high-speed HBT or the like is formed, and the epitaxial growth is delayed. Thus, the epitaxial layer can be thinly formed. For this reason, unlike the prior art, it is not necessary to form a concave depression on the surface of the epitaxial layer in the high-speed HBT formation region, so that the crystallinity and film composition of the SiGe base layer of the high-speed HBT are deteriorated. In addition, fine processing of the emitter electrode is facilitated. As described above, since Si epitaxial layers having different film thicknesses can be formed depending on desired elements, it is possible to simultaneously improve the characteristics of each element having different applications mounted on a semiconductor device such as BiCMOS. A high-performance semiconductor device capable of improving the performance of the element can be realized.

(第1の実施形態)
以下、図1及び図2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の製造方法について説明する。図1(a)〜図2(b)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する。
(First embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A to FIG. 2B are cross-sectional views showing a manufacturing process of a bipolar transistor according to the first embodiment of the present invention. Note that a description of the resist film removal step is omitted.

本実施形態の製造方法は、シリコン基板1の第1の領域Aと第2の領域Bに、単結晶のシリコン層4を有する用途が異なる素子をそれぞれ形成する際、第1の領域Aと第2の領域Bの表面にシリコン酸化膜を形成し、第2の領域Bの表面に形成されたシリコン酸化膜を除去することで、第1の領域Aの表面にのみシリコン酸化膜を形成した後、シリコン基板1上にシリコン層4をエピタキシャル成長する。   In the manufacturing method of the present embodiment, when forming different elements having the single crystal silicon layer 4 in the first region A and the second region B of the silicon substrate 1, respectively, After forming a silicon oxide film only on the surface of the first region A by forming a silicon oxide film on the surface of the second region B and removing the silicon oxide film formed on the surface of the second region B A silicon layer 4 is epitaxially grown on the silicon substrate 1.

この場合、まず、図1(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(高速用HBT形成領域A及びラテラルPNPトランジスタ形成領域B)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。次に温度が1000℃程度で30分程度の熱処理を行なう。 In this case, first, as shown in FIG. 1A, an N-type buried impurity layer 2 is 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 openings in the regions to be intended (the high-speed HBT formation region A and the lateral PNP transistor formation region B) is formed. Next, 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 using the resist film as an implantation mask. Next, heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C. for about 30 minutes.

続いて、Si基板1の表面に約3〜5nmのシリコン酸化膜を形成する(図示せず)。リソグラフィを用いて高速用HBTの形成領域A以外を開口後、シリコン酸化膜をエッチングすることにより、図1(b)に示すように高速用HBTの形成領域Aの表面部にSi酸化膜3を形成する。   Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of about 3 to 5 nm is formed on the surface of the Si substrate 1 (not shown). After opening other than the high-speed HBT formation region A by lithography, the silicon oxide film is etched to form a Si oxide film 3 on the surface of the high-speed HBT formation region A as shown in FIG. Form.

次に、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4をエピタキシャル成長させる。このとき、例えば成長温度800℃、ソースガスSiの流量1SCCMとすると、図2(a)で示すように高速用HBTの形成領域Aに形成された約3〜5nmのシリコン酸化膜3は約12〜20分で除去され、その間他の領域BではSi単結晶層4が約200〜300nm形成されている。図2(b)で示すように高速用HBTの形成領域Aではシリコン酸化膜が除去された後はSi単結晶層の成長が始まるのでラテラルPNPトランジスタ形成領域Bの方が高速用HBT形成領域Aよりも約200〜300nm厚くSi単結晶層4が形成できる。 Next, the Si single crystal layer 4 is epitaxially grown on the P-type Si substrate 1 while in-situ doping with N-type impurities. At this time, for example, assuming that the growth temperature is 800 ° C. and the flow rate of the source gas Si 2 H 6 is 1 SCCM, the silicon oxide film 3 of about 3 to 5 nm formed in the high-speed HBT formation region A as shown in FIG. Is removed in about 12 to 20 minutes, and in the other region B, the Si single crystal layer 4 is formed to about 200 to 300 nm. As shown in FIG. 2B, in the high-speed HBT formation region A, the growth of the Si single crystal layer starts after the removal of the silicon oxide film, so that the lateral PNP transistor formation region B is higher in the high-speed HBT formation region A. Thus, the Si single crystal layer 4 can be formed to be about 200 to 300 nm thicker.

また、高速用HBTの形成領域Aのエピタキシャル層表面を凹状の窪みを深く形成することもないのでSiGe・ベース層の結晶性や膜組成が劣化することも無い。   Further, since the concave layer is not deeply formed on the surface of the epitaxial layer in the high-speed HBT formation region A, the crystallinity and film composition of the SiGe base layer are not deteriorated.

なお、本実施形態では、Si単結晶層4の成長条件として、温度800℃としたが約700〜1000℃、ソースガスをSiしたがSiH等でもよい。また高速用HBTとラテラルPNPトランジスタを集積する場合について示したが、高耐圧用HBT、PN接合バラクタなどを高速用HBTと集積する場合にも有効である。
(第2の実施形態)
以下、図3及び図4を参照しながら、本発明の第2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3(a)〜図4(b)は、本発明の第2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。
In this embodiment, the growth condition of the Si single crystal layer 4 is set to a temperature of 800 ° C., but about 700 to 1000 ° C., and the source gas is Si 2 H 6 , but SiH 4 or the like may be used. Further, the case where the high-speed HBT and the lateral PNP transistor are integrated is shown, but it is also effective when the high-voltage HBT, the PN junction varactor and the like are integrated with the high-speed HBT.
(Second Embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3A to FIG. 4B are cross-sectional views showing a manufacturing process of the bipolar transistor according to the second embodiment of the present invention. Note that a description of the resist film removal step is omitted.

本実施形態の製造方法は、シリコン基板1の第1の領域Aと第2の領域Bに、単結晶のシリコン層4を有する用途が異なる素子をそれぞれ形成する際、第1の領域Aの表面に第1のシリコン酸化膜を形成し、第2の領域Bの表面に第1のシリコン酸化膜より膜厚が薄い第2のシリコン酸化膜を形成した後、シリコン基板1上にシリコン層4をエピタキシャル成長する。   In the manufacturing method of the present embodiment, the surface of the first region A is formed when elements having different uses having the single crystal silicon layer 4 are formed in the first region A and the second region B of the silicon substrate 1, respectively. After forming a first silicon oxide film on the surface of the second region B and forming a second silicon oxide film having a thickness smaller than that of the first silicon oxide film, a silicon layer 4 is formed on the silicon substrate 1. Epitaxial growth.

この場合、まず、図3(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(高速用HBT形成領域A及びラテラルPNPトランジスタ形成領域B)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。次に温度が1000℃程度で30分程度の熱処理を行なう。 In this case, first, as shown in FIG. 3A, an N-type buried impurity layer 2 is formed on the upper surface of the P-type Si substrate 1 having the (001) plane as a main surface by photolithography. A resist film (not shown) having openings in the regions to be formed (the high-speed HBT formation region A and the lateral PNP transistor formation region B) is formed. Next, 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 using the resist film as an implantation mask. Next, heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C. for about 30 minutes.

続いて、Si基板1の表面に約10nmのシリコン酸化膜を形成する(図示せず)。リソグラフィを用いて高速用HBTの形成領域A以外を開口後、シリコン酸化膜を約5nmエッチングすることにより、図3(b)に示すように高速用HBTの形成領域Aの表面部には約10nm他の領域Bには約5nmのSi酸化膜3を形成する。   Subsequently, a silicon oxide film of about 10 nm is formed on the surface of the Si substrate 1 (not shown). After opening other than the high-speed HBT formation region A using lithography, the silicon oxide film is etched by about 5 nm, so that the surface portion of the high-speed HBT formation region A is about 10 nm as shown in FIG. In the other region B, an Si oxide film 3 of about 5 nm is formed.

次に、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4をエピタキシャル成長させる。このとき、例えば成長温度800℃、ソースガスSiの流量1SCCMとすると高速用HBTの形成領域A以外に形成された約5nmのシリコン酸化膜は約20分で除去され(図示せず)、そして約40分後には図4(a)に示すように高速用HBTの形成領域Aのシリコン酸化膜3も除去され、その間他の領域BではSi単結晶層4が約200〜300nm形成されている。高速用HBTの形成領域Aでは図4(b)に示すようにシリコン酸化膜が除去された後はSi単結晶層の成長が始まるのでラテラルPNPトランジスタ形成領域Bの方がHBT形成領域よりも約200〜300nm厚くSi単結晶層4が形成できる。 Next, the Si single crystal layer 4 is epitaxially grown on the P-type Si substrate 1 while in-situ doping with N-type impurities. At this time, for example, if the growth temperature is 800 ° C. and the flow rate of the source gas Si 2 H 6 is 1 SCCM, the silicon oxide film of about 5 nm formed outside the high-speed HBT formation region A is removed in about 20 minutes (not shown). Then, after about 40 minutes, as shown in FIG. 4A, the silicon oxide film 3 in the high-speed HBT formation region A is also removed, and in the other region B, the Si single crystal layer 4 is formed in about 200 to 300 nm. ing. In the high-speed HBT formation region A, as shown in FIG. 4B, after the silicon oxide film is removed, the growth of the Si single crystal layer starts, so that the lateral PNP transistor formation region B is approximately less than the HBT formation region. The Si single crystal layer 4 can be formed with a thickness of 200 to 300 nm.

また、全面をシリコン酸化膜3で覆うためエピタキシャル層と基板との界面の清浄度をあげることができる。   Further, since the entire surface is covered with the silicon oxide film 3, the cleanliness of the interface between the epitaxial layer and the substrate can be increased.

なお、本実施形態では、Si単結晶層4の成長条件として、温度800℃としたが約700〜1000℃、ソースガスをSiしたがSiH等でもよい。また高速用HBTとラテラルPNPトランジスタを集積する場合について示したが、高耐圧用HBT、PN接合バラクタなどを高速用HBTと集積する場合にも有効である。
(第3の実施形態)
以下、図5〜図18を参照しながら、本発明の第3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3〜10図は、本発明の第3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。
In this embodiment, the growth condition of the Si single crystal layer 4 is set to a temperature of 800 ° C., but about 700 to 1000 ° C., and the source gas is Si 2 H 6 , but SiH 4 or the like may be used. Further, the case where the high-speed HBT and the lateral PNP transistor are integrated is shown, but it is also effective when the high-voltage HBT, the PN junction varactor and the like are integrated with the high-speed HBT.
(Third embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 10 are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the bipolar transistor according to the third embodiment of the present invention. Note that a description of the resist film removal step is omitted.

本実施形態の製造方法は、第2の実施形態において、シリコン層をエピタキシャル成長する際、第2のシリコン酸化膜が除去された後で且つ第1のシリコン酸化膜が除去されるまでの間は、第2の領域Bに第1の不純物濃度のシリコン層4aをエピタキシャル成長し、第1のシリコン酸化膜が除去された以降は、第1の領域Aと第2の領域Bとに第1の不純物濃度より高い第2の不純物濃度のシリコン層4bをエピタキシャル成長する。   In the manufacturing method of the present embodiment, when the silicon layer is epitaxially grown in the second embodiment, after the second silicon oxide film is removed and until the first silicon oxide film is removed, After the silicon layer 4a having the first impurity concentration is epitaxially grown in the second region B and the first silicon oxide film is removed, the first impurity concentration is added to the first region A and the second region B. A silicon layer 4b having a higher second impurity concentration is epitaxially grown.

この場合、まず、図5(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(高速用HBT形成領域A及びラテラルPNPトランジスタ形成領域B)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。次に温度が1000℃程度で30分程度の熱処理を行なう。 In this case, first, as shown in FIG. 5A, an N-type buried impurity layer 2 is 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 openings in the regions to be formed (the high-speed HBT formation region A and the lateral PNP transistor formation region B) is formed. Next, 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 using the resist film as an implantation mask. Next, heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C. for about 30 minutes.

続いて、Si基板1の表面に約10nmのシリコン酸化膜を形成する(図示せず)。リソグラフィを用いて高速用HBTの形成領域A以外を開口後、シリコン酸化膜を約5nmエッチングすることにより、図5(b)に示すように高速用HBTの形成領域Aの表面部には約10nm他の領域Bには約5nmのSi酸化膜3を形成する。   Subsequently, a silicon oxide film of about 10 nm is formed on the surface of the Si substrate 1 (not shown). After opening other than the high-speed HBT formation region A using lithography, the silicon oxide film is etched by about 5 nm, so that the surface portion of the high-speed HBT formation region A is about 10 nm as shown in FIG. In the other region B, an Si oxide film 3 of about 5 nm is formed.

次に、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単結晶層をエピタキシャル成長させる。このとき、例えば成長温度800℃、ソースガスSiの流量1SCCMとすると高速用HBTの形成領域A以外に形成された約5nmのシリコン酸化膜は約20分で除去され、そして約40分後には図6(a)に示すように高速用HBTの形成領域Aのシリコン酸化膜3は除去され、その間他の領域Bでは第1の不純物濃度のSi単結晶層4aが約200〜300nm形成されている。この後N型不純物の濃度を変え第2の不純物濃度のSi単結晶層4bを成長させる。高速用HBTの形成領域Aでは図6(b)に示すようにシリコン酸化膜が除去された後はSi単結晶層の成長が始まるので、ラテラルPNPトランジスタ形成領域Bでは約200〜300nmの第1の不純物濃度のSi単結晶層4aと第2の不純物濃度のSi単結晶層4bが、高速用HBTの形成領域では第2の不純物濃度のSi単結晶層4bのみが形成できる。 Next, an Si single crystal layer is epitaxially grown on the P-type Si substrate 1 while in-situ doping with N-type impurities. At this time, for example, if the growth temperature is 800 ° C. and the flow rate of the source gas Si 2 H 6 is 1 SCCM, the silicon oxide film of about 5 nm formed outside the high-speed HBT formation region A is removed in about 20 minutes and about 40 minutes. Thereafter, as shown in FIG. 6A, the silicon oxide film 3 in the high-speed HBT formation region A is removed, and in the other region B, the Si single crystal layer 4a having the first impurity concentration is formed to be about 200 to 300 nm. Has been. Thereafter, the Si single crystal layer 4b having the second impurity concentration is grown by changing the concentration of the N-type impurity. In the high-speed HBT formation region A, as shown in FIG. 6B, after the silicon oxide film is removed, the growth of the Si single crystal layer starts. Therefore, in the lateral PNP transistor formation region B, the first about 200 to 300 nm is formed. The Si single crystal layer 4a having the second impurity concentration and the Si single crystal layer 4b having the second impurity concentration can be formed only in the region where the high-speed HBT is formed.

次に、図7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 step shown in FIG. 7, a shallow trench 5 in which a silicon oxide film is embedded and a deep trench 6 including an undoped polysilicon film 7 and a silicon oxide film 8 surrounding the undoped polysilicon film 7 are formed as isolation layers. . The depths of the trenches 5 and 6 are about 0.3 μm and about 3 μm, respectively.

次に、図8に示すように、N型コレクタ引き出し層9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を形成する。 Next, as shown in FIG. 8, a resist film (not shown) having an N + -type collector lead layer 9 is formed, and using the resist film as an implantation mask, the acceleration energy is about 60 keV and the dose amount is 3 × 10. After selectively implanting phosphorus (P) ions into the Si single crystal layer 3 under the condition of 15 cm −2 , the resist film is removed using oxygen plasma ashing. Subsequently, a heat treatment is performed at a temperature of about 850 ° C. for about 30 minutes. Further, arsenic is implanted under the conditions of an acceleration energy of about 50 keV and a dose amount of 3 × 10 15 cm −2 , and the N + -type collector extraction layer 9 Form.

次に、図9に示すように、基板上に約5nmのシリコン酸化膜、約250nmのポリシリコン膜10を形成後、ベース領域以外を開口したレジスト膜(図示せず)をマスクとしてエッチングを行いベース領域を形成する。   Next, as shown in FIG. 9, after forming a silicon oxide film of about 5 nm and a polysilicon film 10 of about 250 nm on the substrate, etching is performed using a resist film (not shown) having an opening other than the base region as a mask. A base region is formed.

次に、図10に示すように、減圧CVD法により、基板上に厚さ約110nmのシリコン酸化膜を堆積させ、ラテラルトランジスタのエミッタ12・コレクタ13部分を開口したレジスト膜(図示せず)をマスクとしてエッチングを行いサイドウォール11を形成する。その後、As注入を行いレジスト除去する。さらにラテラルトランジスタのベースの引き出し電極部14を開口したレジスト膜(図示せず)をマスクとしてボロン注入を行う。   Next, as shown in FIG. 10, a silicon oxide film having a thickness of about 110 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and a resist film (not shown) having openings in the emitter 12 and collector 13 portions of the lateral transistor is formed. Etching is performed as a mask to form sidewalls 11. Thereafter, As is implanted to remove the resist. Further, boron implantation is performed using a resist film (not shown) having an opening in the extraction electrode portion 14 at the base of the lateral transistor as a mask.

次に、図11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15を堆積させ、続いて、減圧CVD法により、シリコン酸化膜15の上に約100nmのポリシリコン膜16を堆積させる。   Next, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film 15 having a thickness of about 50 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method. Subsequently, a polycrystal having a thickness of about 100 nm is formed on the silicon oxide film 15 by a low pressure CVD method. A silicon film 16 is deposited.

次に、図12に示すように、フォトリソグラフィーを用いて高速用HBT形成領域A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16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16の開口部に露出しているシリコン酸化膜15をフッ酸により除去し、リンが注入されたSi単結晶層4の表面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 12, a resist film (not shown) having an opening in the high-speed HBT formation region A is formed by photolithography, and the polysilicon film is etched by using the resist film as an etching mask. 16 is patterned to open a region for forming the external base layer. Next, the resist film is removed using oxygen plasma ashing, and subsequently, the silicon oxide film 15 exposed in the opening of the polysilicon film 16 is removed with hydrofluoric acid, and phosphorus is implanted into the Si single crystal layer. The surface of 4 is exposed.

次に、図13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4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17a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16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17b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. 13, after a Si buffer layer having a thickness of about 70 nm is grown on the substrate by UHV-CVD, an SiGeC film and a Si film are sequentially epitaxially grown. At this time, an Si / SiGeC layer 17a having a thickness of about 100 nm made of a SiGeC film having a thickness of about 70 nm and a Si film having a thickness of about 30 nm is grown on the Si single crystal layer 4, and the shallow trench 5 (silicon On the oxide film) and the polysilicon film 16, a polycrystal having a thickness of about 80 nm comprising a polycrystal Si having a thickness of about 30 nm, a polycrystal SiGeC film having a thickness of 35 nm, and a polycrystal Si film having a thickness of about 15 nm. The Si / SiGeC layer 17b is grown. Further, boron (B) is introduced into the SiGeC film by in-situ doping, and the SiGeC film is P-type.

次に、図14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18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19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19をパターニングして、エミッタ開口部20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20内のシリコン酸化膜18を除去する。 Next, as shown in FIG. 14, by a low pressure CVD method, a silicon oxide film 18 having a thickness of about 30 nm and a polycrystal containing phosphorus having a thickness of about 50 nm and a concentration of about 3 × 10 15 cm −3 are formed on the substrate. A silicon film 19 is continuously deposited. Thereafter, using photolithography, a resist film (not shown) having an emitter formation region opened is formed, and using the resist film as an etching mask, the polysilicon film 19 is patterned by dry etching to form an emitter opening. 20 is formed. Thereafter, the silicon oxide film 18 in the emitter opening 20 is removed by wet etching.

次に、図15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21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21を形成する。続いて、レジスト膜及びエミッタ電極21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18のうちエミッタ電極21によって覆われていない部分を除去する。 Next, as shown in FIG. 15, 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. Deposit N + type polysilicon. Subsequently, a resist film covering the emitter electrode portion is formed on the N + type polysilicon film 21 by photolithography. Then, using the resist film as an etching mask, the polysilicon film is patterned by anisotropic etching to form the emitter electrode 21. Subsequently, using the resist film and the emitter electrode 21 as an etching mask, a portion of the silicon oxide film 18 not covered with the emitter electrode 21 is removed by wet etching.

次に、外部ベースの抵抗を低減するために、Si/SiGeC層17a,17b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−2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 17a and 17b. Additional boron is implanted under the condition of a dose of 2 × 10 15 cm −2 .

次に、図16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21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21及び多結晶のSi/SiGeC層17b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17b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. 16, the resist film used for patterning the emitter electrode 21 is removed by oxygen plasma ashing. Thereafter, a resist film is formed by photolithography to cover the emitter electrode 21 and the polycrystalline Si / SiGeC layer 17b, the region serving as the external base layer, and using the resist film as an etching mask, the polycrystalline Si / SiGeC layer A portion of 17b located outside the outer base layer is removed.

次に、図17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21からSi/SiGeC層17a中のSi膜内にリンを拡散させてエミッタ層22を形成する。続いて、基板上に、シリコン酸化膜を堆積した後、シリコン酸化膜を異方性エッチングして、エミッタ電極21の側面上にサイドウォール23を形成する。この時、HBTのエミッタ電極21の上面、Si/SiGeC層17b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. 17, 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 emitter layer 22 is formed by diffusing phosphorus from the emitter electrode 21 into the Si film in the Si / SiGeC layer 17a. Subsequently, after depositing a silicon oxide film on the substrate, the silicon oxide film is anisotropically etched to form sidewalls 23 on the side surfaces of the emitter electrode 21. At this time, the silicon layer is exposed on the upper surface of the emitter electrode 21 of the HBT, the upper surface of the Si / SiGeC layer 17b, and the upper surface of the N + -type collector extraction layer 9.

次に、図18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21の上部、Si/SiGeC層17a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17aの一部とSi/SiGeC層17b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. 18, 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 emitter electrode 21 of the HBT and the upper part of the Si / SiGeC layer 17a. A Co silicide layer is formed on the N + -type collector lead layer 9. Thereafter, the unreacted layer of Co and Si is removed, and then the Co silicide layer is annealed to reduce the resistance of the Co silicide layer. Thus, a part of the Si / SiGeC layer 17a, an external base layer constituted by the Si / SiGeC layer 17b and the Co silicide layer is formed.

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24を堆積した後に、層間絶縁膜24を貫通してHBTのエミッタ電極21,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25を形成した後に、層間絶縁膜24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25に接続され、層間絶縁膜24の上に延びる金属配線26を形成する。このようにして、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 interlayer insulating film 24 made of a silicon oxide film on the substrate, it penetrates through the interlayer insulating film 24 to each Co silicide layer of the emitter electrode 21 of the HBT, the external base layer, and the N + -type collector lead layer 9. A reaching connection hole is formed. Thereafter, a W film is embedded in each connection hole to form a W plug 25, an aluminum alloy film is formed on the interlayer insulating film 24, and a resist film having a predetermined region opened is used as a mask to form an aluminum alloy. By patterning the film, a metal wiring 26 connected to each W plug 25 and extending on the interlayer insulating film 24 is formed. In this way, the semiconductor device of this embodiment is completed.

半導体基板を真空容器内で加熱しシラン等のシリコン系ガスを供給するとまずシリコン酸化膜の除去反応が起こりその後エピタキシャル成長が進むが、高速用HBTの形成領域Aの高濃度埋め込み層の表面にのみシリコン酸化膜が厚く形成されているので、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など他の素子と比べ酸化膜が除去されるのに時間がかかりエピタキシャル成長が遅れる。そして高速用HBTの形成領域Aのシリコン酸化膜も除去された段階で第2の不純物濃度のN型Si層をエピタキシャル成長させる。これにより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と高速用HBTとのN型Si層の不純物濃度を変えることができるので前者の高耐圧特性と後者の高周波特性とをさらに向上させることができる。   When a semiconductor substrate is heated in a vacuum vessel and a silicon-based gas such as silane is supplied, the removal reaction of the silicon oxide film first occurs and then the epitaxial growth proceeds. However, silicon is formed only on the surface of the high-concentration buried layer in the high-speed HBT formation region A. Since the oxide film is formed thick, it takes time to remove the oxide film as compared with other elements such as a PN junction varactor, a lateral PNP transistor, or a high breakdown voltage HBT, and the epitaxial growth is delayed. Then, when the silicon oxide film in the high-speed HBT formation region A is also removed, an N-type Si layer having the second impurity concentration is epitaxially grown. Thereby, the impurity concentration of the N-type Si layer of the PN junction varactor, the lateral PNP transistor, or the high breakdown voltage HBT and the high speed HBT can be changed, so that the former high breakdown voltage characteristic and the latter high frequency characteristic can be further improved. it can.

なお、本実施形態では、Si単結晶層4の成長条件として、温度800℃としたが約700〜1000℃、ソースガスをSiしたがSiH等でもよい。また高速用HBTとラテラルPNPトランジスタを集積する場合について示したが、高耐圧用HBT、PN接合バラクタなどを高速用HBTと集積する場合にも有効である。 In this embodiment, the growth condition of the Si single crystal layer 4 is set to a temperature of 800 ° C., but about 700 to 1000 ° C., and the source gas is Si 2 H 6 , but SiH 4 or the like may be used. Further, the case where the high-speed HBT and the lateral PNP transistor are integrated is shown, but it is also effective when the high-voltage HBT, the PN junction varactor and the like are integrated with the high-speed HBT.

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、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、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。   Since the semiconductor device manufacturing method according to the present invention can simultaneously improve the characteristics of each element having different applications mounted on a semiconductor device such as BiCMOS, it is possible to improve the performance of all the elements. The present invention is useful for information / communication devices that can implement a device and require good high-frequency characteristics.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1の次の工程の断面図である。It is sectional drawing of the next process of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3の次の工程の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 3. 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図5の次の工程の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 5. 図6の次の工程の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 6. 図7の次の工程の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 7. 図8の次の工程の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 8. 図9の次の工程の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 9. 図10の次の工程の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 10. 図11の次の工程の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 11. 図12の次の工程の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 12. 図13の次の工程の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 13. 図14の次の工程の断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 14. 図15の次の工程の断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 15. 図15の次の工程の断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 15. 図17の次の工程の断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view of the next step of FIG. 17.

符号の説明Explanation of symbols

1 P型Si基板
2 N埋め込み型不純物層
3 シリコン酸化膜
4 Si単結晶層
4a 第1の不純物濃度のSi単結晶層
4b 第2の不純物濃度のSi単結晶層
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 ポリシリコン膜
11 サイドウォール
12 エミッタ層
13 コレクタ層
14 ベース引出し電極
15 シリコン酸化膜
16 ポリシリコン膜
17a 単結晶のSi/SiGeC層
17b 多結晶のSi/SiGeC層
18 シリコン酸化膜
19 ポリシリコン膜
20 エミッタ開口部
21 エミッタ電極
22 エミッタ層
23 サイドウォール
24 層間絶縁膜
25 Wプラグ
26 金属配線
1 P-type Si substrate 2 N + buried impurity layer 3 silicon oxide film 4 Si single crystal layer 4a first impurity concentration Si single crystal layer 4b second impurity concentration Si single crystal layer 5 shallow trench 6 deep trench 7 Undoped polysilicon film 8 Silicon oxide film 9 N + type collector lead layer 10 Polysilicon film 11 Side wall 12 Emitter layer 13 Collector layer 14 Base lead electrode 15 Silicon oxide film 16 Polysilicon film 17a Single crystal Si / SiGeC layer 17b Crystalline Si / SiGeC layer 18 Silicon oxide film 19 Polysilicon film 20 Emitter opening 21 Emitter electrode 22 Emitter layer 23 Side wall 24 Interlayer insulating film 25 W plug 26 Metal wiring

Claims (4)

シリコン基板の第1の領域と第2の領域に、単結晶のシリコン層を有する用途が異なる素子をそれぞれ形成する半導体装置の製造方法であって、
前記第1の領域と第2の領域の表面にシリコン酸化膜を形成し、前記第2の領域の表面に形成された前記シリコン酸化膜を除去することで、前記第1の領域の表面にのみ前記シリコン酸化膜を形成した後、前記シリコン基板上に前記シリコン層をエピタキシャル成長す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 in which elements having different uses and having a single crystal silicon layer are formed in a first region and a second region of a silicon substrate, respectively,
A silicon oxide film is formed on the surfaces of the first region and the second region, and the silicon oxide film formed on the surface of the second region is removed, so that only the surface of the first region is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: epitaxially growing the silicon layer on the silicon substrate after forming the silicon oxide film.
シリコン基板の第1の領域と第2の領域に、単結晶のシリコン層を有する用途が異なる素子をそれぞれ形成する半導体装置の製造方法であって、
前記第1の領域の表面に第1のシリコン酸化膜を形成し、前記第2の領域の表面に前記第1のシリコン酸化膜より膜厚が薄い第2のシリコン酸化膜を形成した後、前記シリコン基板上に前記シリコン層をエピタキシャル成長す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 in which elements having different uses and having a single crystal silicon layer are formed in a first region and a second region of a silicon substrate, respectively,
After forming a first silicon oxide film on the surface of the first region and forming a second silicon oxide film having a thickness smaller than that of the first silicon oxide film on the surface of the second region, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising epitaxially growing the silicon layer on a silicon substrate.
前記シリコン層をエピタキシャル成長する際、前記第2のシリコン酸化膜が除去された後で且つ前記第1のシリコン酸化膜が除去されるまでの間は、前記第2の領域に第1の不純物濃度のシリコン層をエピタキシャル成長し、
前記第1のシリコン酸化膜が除去された以降は、前記第1の領域と前記第2の領域とに前記第1の不純物濃度と異なる第2の不純物濃度のシリコン層をエピタキシャル成長する請求項2記載の半導体装置の製造方法。
When epitaxially growing the silicon layer, the first region has a first impurity concentration after the second silicon oxide film is removed and until the first silicon oxide film is removed. Epitaxially growing the silicon layer,
3. A silicon layer having a second impurity concentration different from the first impurity concentration is epitaxially grown in the first region and the second region after the first silicon oxide film is removed. Semiconductor device manufacturing method.
前記シリコン層をエピタキシャル成長する際、シリコンのソースガスにシラン、ジシランを用いる請求項1,2または3記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein silane or disilane is used as a silicon source gas when epitaxially growing the silicon layer.
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