JP2010192664A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor by which a BiCMOS semiconductor integrated circuit device is manufactured at a low cost and a high yield. <P>SOLUTION: An epitaxial base layer 24 comprising a p-type single crystal semiconductor is formed in an island shape on a substrate region 17 of a semiconductor layer 2 surrounded by a shallow trench 3 and a deep trench 6. A silicon nitride film 42 and a silicon oxide film 43 are formed on an entire surface of the semiconductor layer 2 including the island region. At least two apertures are formed at the silicon nitride film 42 and silicon oxide film 43 in different positions of the island region, and a semiconductor film 44 is formed on the silicon nitride film 42 and the silicon oxide film 43 on which the aperture portions are formed. The semiconductor film 44 is selectively removed, and a base electrode connected to the island region in one aperture and an emitter electrode connected to the island region in the other aperture are simultaneously formed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、バイポーラトランジスタとしてのヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Heterojunction Bipolar Transistor;HBT)とMOS型トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;MOSFET)とを備えるバイシーモス(以下、BiCMOS)型半導体集積回路装置の構造とその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a bistro moss (hereinafter referred to as a heterojunction bipolar transistor (HBT) as a bipolar transistor) and a MOS transistor (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET). The present invention relates to a structure of a (BiCMOS) type semiconductor integrated circuit device and a manufacturing method thereof.

インターネット通信網高速化など超高速通信技術の発達に伴い、高速動作性・高電流駆動能力を有するバイポーラトランジスタの開発が進んでいる。中でもHBTは、Siホモ接合バイポーラトランジスタと比較して、優れた高速動作性・高電流駆動能力を有する特徴がある。例えば、Si/SiC、Si/SiGeもしくはSi/SiGeCなどのヘテロ接合構造を用いたHBTは、シリコン基板上に形成される素子でありながら、従来、GaAs等の化合物半導体を用いたトランジスタでなければ動作させることのできなかった高周波領域でも動作が可能である。シリコン系のHBTでは、一般に、エピタキシャル成長により形成された、SiC、SiGe、SiGeCといったIV族同士のヘテロ接合構造
がベース層に適用される。
With the development of ultra-high-speed communication technology such as high-speed Internet communication network, the development of bipolar transistors with high-speed operability and high-current drive capability is progressing. Among them, the HBT is characterized in that it has excellent high-speed operation and high current drive capability as compared with the Si homojunction bipolar transistor. For example, an HBT using a heterojunction structure such as Si / SiC, Si / SiGe, or Si / SiGeC is an element formed on a silicon substrate, but has conventionally been a transistor using a compound semiconductor such as GaAs. The operation is possible even in a high-frequency region that could not be operated. In a silicon-based HBT, generally, a heterojunction structure of IV groups such as SiC, SiGe, and SiGeC formed by epitaxial growth is applied to the base layer.

SiC、SiGe、SiGeCを使用したヘテロ接合構造は、Si中にGeやCを添加して含有量や分布を調整する。これにより、引っ張り応力や圧縮歪み応力をSi単結晶に与えることができ、バンドギャップを連続的に調整できる。SiC系では引っ張り応力、SiGe系では圧縮応力を与えるのが一般的である。このヘテロ接合構造によりベース電流を抑制でき、ベース層の低抵抗化のためにベース層内の不純物濃度を増大させても、トランジスタの電流利得(hFE)を高く維持できる。また、バンドギャップの連続変化を利用してキャリアのベース走行時間を短縮でき、高ft(遮断周波数)、高fmax(最大発振周波数)を有する高周波特性のデバイスを得ることができる。 In the heterojunction structure using SiC, SiGe, or SiGeC, the content and distribution are adjusted by adding Ge or C to Si. Thereby, tensile stress and compressive strain stress can be applied to the Si single crystal, and the band gap can be adjusted continuously. In general, tensile stress is applied in the SiC system, and compressive stress is applied in the SiGe system. With this heterojunction structure, the base current can be suppressed, and the current gain (h FE ) of the transistor can be maintained high even when the impurity concentration in the base layer is increased to reduce the resistance of the base layer. In addition, the base travel time of the carrier can be shortened by utilizing the continuous change of the band gap, and a device with high frequency characteristics having high ft (cutoff frequency) and high fmax (maximum oscillation frequency) can be obtained.

上記のヘテロ接合構造はSi基板と、SiC層、SiGe層あるいはSiGeC層というIV族同士の組合せのため、汎用シリコンプロセスとの整合性が高く、素子の集積化や低
コスト化の面で大きな利点をもつ。特に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタとMOSFETとを共通のSi基板上に集積化できるため、MOS型トランジスタのレール・ツー・レール出力、低消費電流、低電源電圧という特徴と、バイポーラトランジスタの高精度・高安定度で低雑音という特徴と、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの高速動作性という特徴とを兼ね備えた高性能BiCMOS集積回路装置を構成することができる(特許文献1、2等参照。)。
The above heterojunction structure is a combination of Si substrate and group IV of SiC layer, SiGe layer, or SiGeC layer, so it is highly compatible with general-purpose silicon processes, and has great advantages in terms of device integration and cost reduction. It has. In particular, since heterojunction bipolar transistors and MOSFETs can be integrated on a common Si substrate, the characteristics of MOS-type transistors such as rail-to-rail output, low current consumption, and low power supply voltage, and high precision and high performance of bipolar transistors A high-performance BiCMOS integrated circuit device having both the characteristics of stability and low noise and the characteristics of high-speed operation of the heterojunction bipolar transistor can be configured (see Patent Documents 1 and 2).

図13〜図18は、従来のHBT(SiGe縦型HBT)を含むBiCMOS集積回路装置の製造過程の一例を示す工程断面図である。これらの図面を用いて従来の製造工程および従来法が有する問題点について説明する。なお、縦型HBTとはヘテロ接合バイポーラ素子を形成するnpnの接合界面の主要部分がSi基板の主面に対して平行であり、それに伴いキャリアの流れが縦方向となるHBT素子を指す。なお、各図(a)はHBT形成部を示し、各図(b)は同一基板上のMOS型トランジスタ形成部(以下、CMOS形成部という。)を示している。   13 to 18 are process sectional views showing an example of a manufacturing process of a BiCMOS integrated circuit device including a conventional HBT (SiGe vertical HBT). The problems of the conventional manufacturing process and the conventional method will be described with reference to these drawings. Note that the vertical HBT refers to an HBT element in which the main part of the junction interface of npn forming the heterojunction bipolar element is parallel to the main surface of the Si substrate, and the carrier flow is accordingly in the vertical direction. Each figure (a) shows an HBT formation part, and each figure (b) shows a MOS transistor formation part (hereinafter referred to as a CMOS formation part) on the same substrate.

図13(a)に示すように、BiCMOS集積回路装置のHBT形成部においては、(001)結晶面を主面とするSi半導体基板100の上部に埋め込みコレクタ層101が形成される。埋め込みコレクタ層101は、例えば、リン(P)やヒ素(As)などのn型不純物を、注入および拡散させることで形成される。また、埋め込みコレクタ層101上にはn-エピタキシャル層102が形成されている。当該構造を有する基板の表面部には、素子分離が形成される。図13(a)の例では、素子分離は、酸化シリコン(シリコンオキサイド)が埋め込まれたシャロートレンチ103の部分と、ノンドープ(アンドープ)ポリシリコン膜104とこれを取り囲む酸化シリコン膜105とにより構成されるディープトレンチ106の部分から構成されている。図13(a)の例では、n-エピタキシャル層102に、シャロートレンチ103で分離されたSi基板領域107、108が形成されている。Si基板領域107はHBT素子形成領域であり、Si基板領域108はHBT素子のn+コレクタ引出層として使用される領域である。 As shown in FIG. 13A, in the HBT formation portion of the BiCMOS integrated circuit device, a buried collector layer 101 is formed on the upper part of the Si semiconductor substrate 100 having the (001) crystal plane as the main surface. The buried collector layer 101 is formed by implanting and diffusing n-type impurities such as phosphorus (P) and arsenic (As), for example. Further, on the buried collector layer 101 the n - epitaxial layer 102 is formed. Element isolation is formed on the surface portion of the substrate having the structure. In the example of FIG. 13A, the element isolation is constituted by a portion of the shallow trench 103 in which silicon oxide (silicon oxide) is embedded, a non-doped (undoped) polysilicon film 104, and a silicon oxide film 105 surrounding it. The deep trench 106 is formed. In the example of FIG. 13A, Si substrate regions 107 and 108 separated by the shallow trench 103 are formed in the n epitaxial layer 102. The Si substrate region 107 is an HBT element formation region, and the Si substrate region 108 is a region used as an n + collector extraction layer of the HBT element.

一方、図13(b)に示すように、BiCMOS集積回路装置のCMOS形成部は、n型MOSトランジスタ形成領域116とp型MOSトランジスタ形成領域117とを備える。ここでは、n型MOSトランジスタ形成領域116には、p型拡散層112上に設けられたn型ゲート電極109a、LDD(Lightly Doped Drain)サイドウォールスペーサ111、LDDとなるn-領域113、およびn+ソース・ドレイン領域122、123により構成されたn型のMOS型トランジスタが形成されている。また、p型MOSトランジスタ形成領域117には、n型拡散層114上に設けられたp型ゲート電極109b、LDDサイドウォールスペーサ111、LDDとなるp-領域115、およびp+ソース・ドレイン領域120、121により構成されたp型のMOS型トランジスタが形成されている。n型MOSトランジスタ形成領域116とp型MOSトランジスタ形成領域117との間は、シャロートレンチ103にて分離されている。 On the other hand, as shown in FIG. 13B, the CMOS forming portion of the BiCMOS integrated circuit device includes an n-type MOS transistor forming region 116 and a p-type MOS transistor forming region 117. Here, the n-type MOS transistor formation region 116 includes an n-type gate electrode 109a provided on the p-type diffusion layer 112, an LDD (Lightly Doped Drain) sidewall spacer 111, an n region 113 serving as an LDD, and n An n-type MOS transistor composed of + source / drain regions 122 and 123 is formed. The p-type MOS transistor formation region 117 includes a p-type gate electrode 109b provided on the n-type diffusion layer 114, an LDD sidewall spacer 111, a p region 115 serving as an LDD, and a p + source / drain region 120. , 121 is formed as a p-type MOS transistor. The n-type MOS transistor formation region 116 and the p-type MOS transistor formation region 117 are separated by a shallow trench 103.

なお、文中、図中のn-やn+、p-やp+などの添字−や添字+は濃度を表している。低濃度を意味する添字−は、おおよそ1016〜1018cm-3のオーダーの濃度を示し、高濃度を意味する添字+は、おおよそ1019〜1020cm-3のオーダーの濃度を示している。 In the text, subscripts − and subscripts + such as n , n + , p and p + in the figure represent the concentration. The subscript-meaning low concentration indicates a concentration on the order of approximately 10 16 to 10 18 cm -3 , and the subscript + indicating high concentration indicates a concentration on the order of approximately 10 19 to 10 20 cm -3. Yes.

図13(a)、図13(b)に示すように、HBT形成部およびCMOS形成部に、プロテクトレイヤーが形成される。プロテクトレイヤーは、下層から順に、酸化シリコン(シリコンオキサイド)膜118、ノンドープ(アンドープ)ポリシリコン膜119が堆積された膜である。当該プロテクトレイヤーには、HBT素子形成領域107が露出する開口部がドライエッチングにより形成される。このプロテクトレイヤーは、HBT素子形成においてプロセス加工上必要であるが、素子構成要素とはならない犠牲的な保護膜である。また、図13(b)に示すように、CMOS領域はプロテクトレイヤーに覆われるため、HBT素子形成のための加工に対してマスクされる。図13(b)に示す、HBT素子の形成が開始される段階では、ソース・ドレイン領域を含め、MOS型トランジスタの構成要素の全ての形成が終了している状態にある。   As shown in FIGS. 13A and 13B, a protect layer is formed in the HBT formation portion and the CMOS formation portion. The protect layer is a film in which a silicon oxide (silicon oxide) film 118 and a non-doped (undoped) polysilicon film 119 are deposited in order from the lower layer. In the protection layer, an opening through which the HBT element formation region 107 is exposed is formed by dry etching. This protective layer is a sacrificial protective film that is necessary for process processing in forming the HBT element, but does not become an element component. Further, as shown in FIG. 13B, since the CMOS region is covered with the protection layer, it is masked for processing for forming the HBT element. At the stage where the formation of the HBT element shown in FIG. 13B is started, the formation of all the components of the MOS transistor including the source / drain regions has been completed.

次に、図14(a)に示すように、HBT素子形成領域107上に、SiC層、SiGe層あるいはSiGeC層からなるヘテロ接合構造124がエピタキシャル成長により形成される。図14(b)は、図14(a)に示す工程におけるCMOS形成部の状態を示す断面であるが、ヘテロ接合構造124はHBT素子形成領域107上にのみ選択的に形成されるため、構造上の変化はない。   Next, as shown in FIG. 14A, a heterojunction structure 124 composed of a SiC layer, a SiGe layer, or a SiGeC layer is formed on the HBT element formation region 107 by epitaxial growth. FIG. 14B is a cross-sectional view showing the state of the CMOS formation portion in the process shown in FIG. 14A, but the heterojunction structure 124 is selectively formed only on the HBT element formation region 107. There is no change above.

続いて、図15(a)、図15(b)に示すように、HBT形成部およびCMOS形成部に酸化シリコン膜125が堆積される。当該酸化シリコン膜125には、ウェットエッチングにより、HBT素子形成領域107の特定部分(図15(a)では、メサ部の傾斜部分)を露出する開口が形成される。当該開口が形成された後、図16(a)、図16(b)に示すように、さらにHBT形成部およびCMOS形成部の全体に、ノンドープポリシリコン膜126と酸化シリコン膜127が堆積される。当該層膜は、HBT素子のベース引き出し電極として使用される。   Subsequently, as shown in FIGS. 15A and 15B, a silicon oxide film 125 is deposited on the HBT formation portion and the CMOS formation portion. In the silicon oxide film 125, an opening exposing a specific portion of the HBT element formation region 107 (in FIG. 15A, an inclined portion of the mesa portion) is formed by wet etching. After the opening is formed, as shown in FIGS. 16A and 16B, a non-doped polysilicon film 126 and a silicon oxide film 127 are further deposited on the entire HBT formation portion and the CMOS formation portion. . The layer film is used as a base lead electrode of the HBT element.

次いで、ヘテロ接合構造124上の、ノンドープポリシリコン膜126と酸化シリコン膜127の一部が選択的にエッチング除去され、ヘテロ接合構造124からなる島領域の約半分の領域を占めるエミッタ用開口領域が形成される。当該エッチングにおいて、酸化シリコン膜125はドライエッチングストッパ膜として機能する。その後、薄い酸化シリコン膜128および不純物ドープトポリシリコンが全面に堆積され、全面エッチバックが行われる。これにより、エミッタ用開口領域内に、不純物ドープトポリシリコンからなるサイドウォールスペーサ129が形成される。このとき、エミッタ用開口領域内で対向するサイドウォールスペーサ129の間隔がエミッタ幅Wおよびエミッタ長Lを決定する。なお、図16(a)では、図中の左右方向の開口幅をエミッタ幅Wとし、紙面に垂直な方向の開口幅をエミッタ長Lと定義している。   Next, a part of the non-doped polysilicon film 126 and the silicon oxide film 127 on the heterojunction structure 124 is selectively etched away, and an emitter opening region occupying about half of the island region made of the heterojunction structure 124 is formed. It is formed. In the etching, the silicon oxide film 125 functions as a dry etching stopper film. Thereafter, a thin silicon oxide film 128 and impurity-doped polysilicon are deposited on the entire surface, and the entire surface is etched back. As a result, sidewall spacers 129 made of impurity-doped polysilicon are formed in the emitter opening region. At this time, the interval between the sidewall spacers 129 facing each other in the emitter opening region determines the emitter width W and the emitter length L. In FIG. 16A, the opening width in the left-right direction in the drawing is defined as the emitter width W, and the opening width in the direction perpendicular to the paper surface is defined as the emitter length L.

エミッタ開口領域が形成されると、図17(a)に示すように、前記サイドウォールスペーサ129の間に露出した酸化シリコン膜128、125が除去された後、エミッタ電極として用いるn型の不純物がドープされたポリシリコン膜が堆積される。当該ポリシリコン膜と酸化シリコン膜127とが選択的にエッチングされ、エミッタ電極130が形成される。このとき、CMOS形成部の酸化シリコン膜127は、図17(b)に示すように、全て除去される。その後、図18(a)に示すように、ノンドープポリシリコン膜126がパターニングされ、外部ベース電極131が形成される。このとき、CMOS形成部では、図18(b)に示すように、ノンドープポリシリコン膜126、酸化シリコン膜125およびノンドープポリシリコン膜119は、HBT素子形成領域と同様に全て除去されるが、酸化シリコン膜118は残される。   When the emitter opening region is formed, as shown in FIG. 17A, after the silicon oxide films 128 and 125 exposed between the sidewall spacers 129 are removed, n-type impurities used as the emitter electrode are removed. A doped polysilicon film is deposited. The polysilicon film and the silicon oxide film 127 are selectively etched to form the emitter electrode 130. At this time, the silicon oxide film 127 in the CMOS formation portion is completely removed as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 18A, the non-doped polysilicon film 126 is patterned, and the external base electrode 131 is formed. At this time, in the CMOS formation portion, as shown in FIG. 18B, the non-doped polysilicon film 126, the silicon oxide film 125, and the non-doped polysilicon film 119 are all removed as in the HBT element formation region. The silicon film 118 is left.

以上のように、CMOS形成部については、プロテクトレイヤーが形成された後は、堆積された膜はHBT素子加工のためのエッチングにより全面除去されていく。
特開2000−332025号公報 特開2002−208690号公報
As described above, in the CMOS forming portion, after the protection layer is formed, the deposited film is removed entirely by etching for processing the HBT element.
JP 2000-332025 A JP 2002-208690 A

しかしながら、上述の従来技術には、以下の課題がある。   However, the above prior art has the following problems.

第1に、HBT素子形成には、上述したように多くの膜の堆積およびそれらの除去と加工のためのマスキングが必要になる。一般的な縦型HBT素子の場合、上述のように、特に、ヘテロ接合構造124からなるエピタキシャル・ベース層と、エミッタ電極130などを構成するポリシリコン膜とを分離・形成する際に、多くの工程が必要である。すなわち、各種絶縁膜やポリシリコン膜の堆積工程や、堆積された膜を加工するためのマスキング工程、ドライエッチング工程、ウェットエッチング工程などが必要であり、必然的に工程数が多くなってしまう。加えて、サイドウォールスペーサ129を形成するための膜堆積やその加工のための工程も必要となる。また、エミッタ電極130、外部ベース電極131を個別に形成する必要があるため、これらを加工するためのマスキング工程も2回必要である。製造のコスト低減には、工程数の削減が極めて有効であるため、BiCMOS集積回路装置では、HBT素子形成工程とMOSFET素子形成工程との工程の共有化が重要課題となっている。すなわち、工程の共有化ができるか否かが、マスク回数や工程回数の差となって表れ、製造コストを増減させることになる。   First, in order to form an HBT element, as described above, many films need to be deposited and masked for their removal and processing. In the case of a general vertical HBT element, as described above, in particular, when separating and forming the epitaxial base layer formed of the heterojunction structure 124 and the polysilicon film constituting the emitter electrode 130 and the like, A process is required. That is, a deposition process of various insulating films and polysilicon films, a masking process for processing the deposited film, a dry etching process, a wet etching process, and the like are necessary, and the number of processes is necessarily increased. In addition, a film deposition for forming the sidewall spacer 129 and a process for processing the film are also required. Further, since it is necessary to form the emitter electrode 130 and the external base electrode 131 separately, a masking process for processing them is also required twice. Since reduction of the number of processes is extremely effective for reducing the manufacturing cost, in the BiCMOS integrated circuit device, sharing of the process between the HBT element forming process and the MOSFET element forming process is an important issue. That is, whether or not the process can be shared appears as a difference between the number of masks and the number of processes, and increases or decreases the manufacturing cost.

第2に、従来技術では、上述のように、エピタキシャル・ベース層上にサイドウォールスペーサ129が形成される場合が多く、サイドウォールスペーサ129が形成される開口部においてエミッタ・ベース層を分離する酸化シリコン膜125の膜厚は極めて薄い。そのため、加工寸法の微細化等によりサイドウォールスペーサ129の加工マージンが小さくなると、酸化シリコン膜125を介してエピタキシャル・ベース層とその上に形成されるエミッタ電極130が接触し、ショートする不良が多発するようになる。加えて、HBT素子では、真性ベース抵抗∝(エミッタ幅W/エミッタ長L)×真性ベース層124のシート抵抗Rsbi、の関係が成立するため、エミッタ幅Wを縮小することによってベース抵抗を下げることが可能である。しかしながら、上述の従来構造では、エミッタ電極130が形成される開口部内のサイドウォールスペーサ129がエピタキシャル・ベース層とエミッタ電極との接触面積を規定している。そのため、サイドウォールスペーサ129を配置するスペースが必要であり、エミッタ開口部分の微細化には限界がある。したがって、より微細な構造を実現する観点では、低ベース抵抗を維持でき、かつサイドウォールスペーサ129のない構造が望まれる。   Second, in the prior art, as described above, the side wall spacer 129 is often formed on the epitaxial base layer, and the oxidation for separating the emitter base layer in the opening in which the side wall spacer 129 is formed. The film thickness of the silicon film 125 is extremely thin. Therefore, when the processing margin of the sidewall spacer 129 becomes small due to the miniaturization of processing dimensions, the epitaxial base layer and the emitter electrode 130 formed thereon are brought into contact with each other through the silicon oxide film 125, and short-circuiting defects frequently occur. To come. In addition, in the HBT element, since the relationship of intrinsic base resistance ∝ (emitter width W / emitter length L) × sheet resistance Rsbi of intrinsic base layer 124 is established, the base resistance is reduced by reducing the emitter width W. Is possible. However, in the above-described conventional structure, the side wall spacer 129 in the opening where the emitter electrode 130 is formed defines the contact area between the epitaxial base layer and the emitter electrode. For this reason, a space for arranging the sidewall spacer 129 is required, and there is a limit to miniaturization of the emitter opening. Therefore, from the viewpoint of realizing a finer structure, a structure that can maintain a low base resistance and does not have the sidewall spacer 129 is desired.

第3に、縦型HBT素子は、図18(a)に示すように、エミッタ電極130部分の段差が大きくなる。このため、HBT形成部上とCMOS形成部上に、図18(a)、図18(b)より後の工程で層間絶縁膜を形成し、表面をCMP(化学的機械的研磨)などで平坦化した場合、エミッタ電極130上に形成するコンタクトホールとCMOS形成部に形成するシリコン基板上へのコンタクトホールとのアスペクト比(パターン幅と深さの比)の差が大きくなる。このようなアスペクト比が大きいコンタクトホールを同時にドライエッチングする場合、エミッタ電極130部のコンタクトホールは浅いので過剰なオーバーエッチやコンタクトホール底面へのエッチングイオンの打ち込みダメージが発生する可能性が高くなる。   Third, as shown in FIG. 18A, the vertical HBT element has a large step at the emitter electrode 130 portion. Therefore, an interlayer insulating film is formed on the HBT formation portion and the CMOS formation portion in a step after FIG. 18A and FIG. 18B, and the surface is flattened by CMP (chemical mechanical polishing) or the like. In this case, the difference in aspect ratio (ratio of pattern width to depth) between the contact hole formed on the emitter electrode 130 and the contact hole on the silicon substrate formed in the CMOS formation portion becomes large. When such a contact hole with a large aspect ratio is simultaneously dry-etched, the contact hole of the emitter electrode 130 is shallow, so that there is a high possibility that excessive overetching or damage of implantation of etching ions into the bottom of the contact hole will occur.

第4に、図18(a)、図18(b)に示すエミッタ電極130、外部引き出しベース電極131の構造では、各電極上にコンタクトホールが確実に形成できるように、各電極の端部からコンタクトホールまでのマージンを確保する必要がある。電極上にドライエッチングでコンタクトホールを形成する際にマスク合わせズレが発生した場合、コンタクトホールが位置ズレした状態で形成される。このとき、コンタクトホールが電極上からはみ出ると、電極周辺に形成された絶縁膜にも開口が形成される。そして、コンタクトホールを介してエミッタあるいはベースと、他の関係しない部分とがショートする可能性がある。   Fourth, in the structure of the emitter electrode 130 and the external lead base electrode 131 shown in FIGS. 18A and 18B, the end of each electrode is formed so that a contact hole can be reliably formed on each electrode. It is necessary to secure a margin to the contact hole. When a mask alignment shift occurs when a contact hole is formed on the electrode by dry etching, the contact hole is formed in a misaligned state. At this time, when the contact hole protrudes from the electrode, an opening is also formed in the insulating film formed around the electrode. There is a possibility that the emitter or the base and other unrelated parts are short-circuited through the contact hole.

本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、低コストかつ高製造歩留まりで、BiCMOS型半導体集積回路装置を実現することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances, and provides a semiconductor device capable of realizing a BiCMOS type semiconductor integrated circuit device at a low cost and a high manufacturing yield, and a manufacturing method thereof. Objective.

上記課題を解決するために本発明は以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係る半導体装置は、第1導電型の半導体層を備える。当該半導体層の、素子分離領域で囲まれた第1の領域には、第1導電型とは反対導電型である第2導電型の単結晶半導体からなる島領域を備える。また、上記半導体層の、第1の領域とは異なる第2の領域に形成されたコレクタ引出層と、第1の領域と第2の領域とにわたって、前記半導体層の内部に形成された第1導電型のコレクタ層とを備える。さらに、島領域の表面の所定部分に接触して形成された第2導電型の半導体膜からなるベース電極と、当該ベース電極から離間して、島領域の他の部分に接触して形成された第1導電型の半導体膜からなるエミッタ電極を備える。そして、本発明に係る半導体装置では、ベース電極とエミッタ電極とが、上記半導体層上に形成された共通の半導体膜を加工することで形成されている。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following technical means. That is, the semiconductor device according to the present invention includes the first conductivity type semiconductor layer. A first region surrounded by the element isolation region of the semiconductor layer includes an island region made of a single crystal semiconductor of a second conductivity type that is opposite to the first conductivity type. In addition, a collector extraction layer formed in a second region different from the first region of the semiconductor layer, and a first layer formed in the semiconductor layer across the first region and the second region. A conductive collector layer. Furthermore, the base electrode is formed of a second conductivity type semiconductor film formed in contact with a predetermined portion of the surface of the island region, and is formed in contact with other portions of the island region apart from the base electrode. An emitter electrode made of a first conductivity type semiconductor film is provided. In the semiconductor device according to the present invention, the base electrode and the emitter electrode are formed by processing a common semiconductor film formed on the semiconductor layer.

一方、他の観点では、本発明は、上記半導体装置の製造に好適な半導体装置の製造方法を提供することができる。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法では、まず、第1導電型の半導体層に素子分離領域が形成される。次いで、素子分離領域で囲まれた半導体層の第1の領域に、第1導電型とは反対導電型である第2導電型の単結晶半導体からなる島領域が形成される。続いて、当該島領域を含む半導体層上の全面に絶縁膜が形成される。島領域上の異なる位置の絶縁膜には、少なくとも2つの開口部が形成され、開口部が形成された絶縁膜上に半導体膜が形成される。そして、当該半導体膜の一部が除去され、一方の開口部において島領域に接続するベース電極と、他方の開口部において島領域に接続するエミッタ電極とが同時に形成される。その後、ベース電極に第2導電型の不純物が導入され、エミッタ電極に第1導電型の不純物が導入される。また、上記半導体層の、第1の領域とは異なる第2の領域に、第1導電型の不純物を導入することにより、コレクタ引出層が形成される。例えば、上記半導体層はシリコンからなり、上記島領域はSiGe単結晶半導体、SiC単結晶半導体またはSiGeC単結晶半導体等のSi-IV族系単結
晶半導体からなる。
On the other hand, in another aspect, the present invention can provide a method for manufacturing a semiconductor device suitable for manufacturing the semiconductor device. That is, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first, an element isolation region is formed in the first conductivity type semiconductor layer. Next, in the first region of the semiconductor layer surrounded by the element isolation region, an island region made of a second conductivity type single crystal semiconductor having a conductivity type opposite to the first conductivity type is formed. Subsequently, an insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor layer including the island region. At least two openings are formed in the insulating film at different positions on the island region, and a semiconductor film is formed over the insulating film in which the openings are formed. Then, a part of the semiconductor film is removed, and a base electrode connected to the island region in one opening and an emitter electrode connected to the island region in the other opening are formed at the same time. Thereafter, a second conductivity type impurity is introduced into the base electrode, and a first conductivity type impurity is introduced into the emitter electrode. In addition, a collector extraction layer is formed by introducing an impurity of the first conductivity type into a second region of the semiconductor layer different from the first region. For example, the semiconductor layer is made of silicon, and the island region is made of a Si-IV group single crystal semiconductor such as a SiGe single crystal semiconductor, a SiC single crystal semiconductor, or a SiGeC single crystal semiconductor.

上記半導体装置および半導体装置の製造方法では、ベース電極とエミッタ電極とが、共通の半導体膜を加工することにより形成される。そのため、従来法において、エミッタ電極とベース電極との間に介在された絶縁膜を削減することができる。その結果、絶縁膜の堆積回数や加工回数を削減でき、製造コストを低減することができる。また、エミッタ電極と島領域との接続部にサイドウォールスペーサを形成することなくゲート電極とエミッタ電極とを電気的に分離できるため、パターン寸法が微細化された場合でも、高い製造歩留まりで製造することができる。加えて、サイドウォールスペーサを形成する必要がないため、エミッタサイズの微細化も容易である。さらに、従来のように、ベース電極上にエミッタ電極が積層された構造を有しないため、エミッタ電極の高さを従来に比べて低くすることができ、ゲート電極およびエミッタ電極に起因する段差を抑制することができる。   In the semiconductor device and the semiconductor device manufacturing method, the base electrode and the emitter electrode are formed by processing a common semiconductor film. Therefore, in the conventional method, the insulating film interposed between the emitter electrode and the base electrode can be reduced. As a result, the number of insulating film depositions and processings can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the gate electrode and the emitter electrode can be electrically separated without forming a sidewall spacer at the connection portion between the emitter electrode and the island region, the gate electrode and the emitter electrode can be manufactured with a high manufacturing yield even when the pattern size is miniaturized. be able to. In addition, since it is not necessary to form sidewall spacers, it is easy to reduce the emitter size. Furthermore, since the emitter electrode is not laminated on the base electrode as in the prior art, the height of the emitter electrode can be reduced compared to the conventional case, and the level difference caused by the gate electrode and the emitter electrode is suppressed. can do.

上記半導体装置の製造方法において、製造される半導体装置は、第1および第2の領域とは異なる半導体層の領域に、第1導電型のチャネルを有する第1のMOSトランジスタおよび第2導電型のチャネルを有する第2のMOSトランジスタを備えてもよい。この場合、上記エミッタ電極に不純物を導入する工程において、第1のMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域が同時に形成され、上記ベース電極に不純物を導入する工程において、第2のMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域が同時に形成される構成を採用することができる。これにより、半導体装置の製造方法において、不純物を導入する工程の数を従来に比べて削減することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the manufactured semiconductor device includes a first MOS transistor having a first conductivity type channel and a second conductivity type in a region of a semiconductor layer different from the first and second regions. A second MOS transistor having a channel may be provided. In this case, in the step of introducing the impurity into the emitter electrode, the source region or the drain region of the first MOS transistor is simultaneously formed, and in the step of introducing the impurity into the base electrode, the source region or the second MOS transistor is formed. A configuration in which the drain region is formed at the same time can be employed. Thereby, in the manufacturing method of a semiconductor device, the number of steps for introducing impurities can be reduced as compared with the conventional method.

また、この半導体装置の製造方法では、さらに、上記半導体層上に、ゲート電極、エミッタ電極、第1のMOSトランジスタおよび第2のMOSトランジスタを被覆する、層間絶縁膜が形成され、当該層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールが同時に形成されてもよい。同時に形成されるコンタクトホールが、例えば、ゲート電極と、エミッタ電極と、第1のMOSトランジスタのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、第2のMOSトランジスタのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極とのそれぞれに到達する場合に特に好適である。上述のように、ゲート電極およびエミッタ電極に起因する段差を抑制することができるため、同一基板上にMOSトランジスタが形成されている場合、エミッタ電極は、当該MOSトランジスタのゲート電極と同等高さになる。そのため、MOSトランジスタの各電極に接続するコンタクトを形成するための各コンタクトホールと、HBT素子の各電極にコンタクトを形成するための各コンタクトホールとのアスペクト比差を低減することができる。その結果、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する際のドライエッチングに起因して従来発生していたダメージを著しく低減することができる。   In this method of manufacturing a semiconductor device, an interlayer insulating film is further formed on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode, the emitter electrode, the first MOS transistor, and the second MOS transistor. A contact hole penetrating through may be formed at the same time. The contact holes formed simultaneously include, for example, a gate electrode, an emitter electrode, a gate electrode, a source electrode and a drain electrode of the first MOS transistor, and a gate electrode, a source electrode and a drain electrode of the second MOS transistor. It is particularly suitable for reaching each. As described above, since the step due to the gate electrode and the emitter electrode can be suppressed, when the MOS transistor is formed on the same substrate, the emitter electrode has the same height as the gate electrode of the MOS transistor. Become. Therefore, the aspect ratio difference between each contact hole for forming a contact connected to each electrode of the MOS transistor and each contact hole for forming a contact with each electrode of the HBT element can be reduced. As a result, damage that has conventionally occurred due to dry etching when forming contact holes in the interlayer insulating film can be significantly reduced.

工程数をさらに削減する観点では、エミッタ電極と、ベース電極と、第1のMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域と、第2のMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域とに、導入された不純物を同一の熱処理工程で活性化させる構成を採用することが好ましい。   From the viewpoint of further reducing the number of processes, the introduced impurity is the same in the emitter electrode, the base electrode, the source region or drain region of the first MOS transistor, and the source region or drain region of the second MOS transistor. It is preferable to adopt a configuration that is activated in the heat treatment step.

なお、上記半導体膜の一部を除去する工程において、半導体膜を除去するエッチングは、エミッタ電極となる半導体膜上にエッチングマスクがなく、ベース電極となる半導体膜上にエッチングマスクが存在する状態で実施することができる。これにより、上記他方の開口部内に埋め込まれたエミッタ電極を、自己整合的に形成することができる。また、エミッタ電極に接続するコンタクトを形成するためのコンタクトホールを形成する場合、エミッタ電極の周囲に露出している絶縁膜と高選択比のドライエッチング条件を適用してコンタクトホールを形成することにより、エミッタ電極上のコンタクトホールの位置合わせマージンを著しく緩和することができる。したがって、従来法に比べて、開口径の大きなコンタクトホールを形成することができ、コンタクトプラグとエミッタ電極との接触面積を大きくすることができる。また、従来と同一のコンタクト抵抗を実現する場合には、エミッタ電極面積を従来に比べて小さくすることができる。したがって、エミッタ電極上に形成されるコンタクトホールを、平面視において、エミッタ電極を内包する構成にすることもできる。   Note that in the step of removing a part of the semiconductor film, the etching for removing the semiconductor film is performed in a state where there is no etching mask on the semiconductor film serving as the emitter electrode and the etching mask is present on the semiconductor film serving as the base electrode. Can be implemented. Thereby, the emitter electrode embedded in the other opening can be formed in a self-aligned manner. In addition, when forming a contact hole for forming a contact connected to the emitter electrode, the contact hole is formed by applying an insulating film exposed around the emitter electrode and dry etching conditions with a high selectivity. The alignment margin of the contact hole on the emitter electrode can be remarkably reduced. Therefore, a contact hole having a large opening diameter can be formed as compared with the conventional method, and the contact area between the contact plug and the emitter electrode can be increased. Further, when realizing the same contact resistance as the conventional one, the area of the emitter electrode can be made smaller than the conventional one. Therefore, the contact hole formed on the emitter electrode can be configured to include the emitter electrode in plan view.

本発明によれば、従来法に比べて、絶縁膜の堆積や加工等の工程数を大幅に削減することができ、製造コストを低減することができる。また、エミッタ電極と島領域との接続部にサイドウォールスペーサを形成する必要がないため、パターン寸法が微細化された場合でも、高い製造歩留まりで半導体装置を製造することができる。さらに、エミッタサイズの微細化も容易であり、ベース抵抗の低減を容易に実現することができる。加えて、ゲート電極やエミッタ電極に起因する段差を抑制することができるため、BiCMOS型の半導体装置では、HBT素子およびMOSトランジスタのそれぞれに接続するコンタクトを形成するためのコンタクトホールのアスペクト比差を低減でき、製造歩留まりを高めることができる。   According to the present invention, compared with the conventional method, the number of steps such as deposition and processing of the insulating film can be greatly reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since it is not necessary to form a sidewall spacer at the connection portion between the emitter electrode and the island region, a semiconductor device can be manufactured with a high manufacturing yield even when the pattern dimension is miniaturized. Furthermore, the emitter size can be easily reduced, and the base resistance can be easily reduced. In addition, since a step due to the gate electrode or the emitter electrode can be suppressed, in the BiCMOS type semiconductor device, the aspect ratio difference of the contact hole for forming the contact connected to each of the HBT element and the MOS transistor is reduced. The manufacturing yield can be increased.

また、本発明において、エミッタ電極を埋め込み構造とすることで、エミッタ電極上のコンタクトホールの位置合わせマージンを著しく緩和することができ、開口径の大きなコンタクトホールを形成することができる。その結果、従来に比べて、コンタクトプラグとエミッタ電極との接触面積を大きくすることができる。   In the present invention, the emitter electrode has a buried structure, so that the alignment margin of the contact hole on the emitter electrode can be remarkably reduced, and a contact hole having a large opening diameter can be formed. As a result, the contact area between the contact plug and the emitter electrode can be increased as compared with the conventional case.

以下、本発明に係る一実施形態を図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明の実施形態は様々な代替可能な実施形態に変形でき、本発明の範囲が後述の実施形態によって限定されるものと解釈されてはならない。   Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments of the present invention can be modified into various alternative embodiments, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.

図1〜図10は、本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図である。本実施形態において例示する半導体装置は、バイポーラトランジスタとしてのSiGe縦型HBTと、MOS型トランジスタとしての低電圧駆動CMOSデバイスを含む半導体集積回路装置である。なお、各図面上の同符号で表示された要素は同じ要素を意味し、各図(a)はHBT形成部を示し、各図(b)は同一基板上のMOS型トランジスタ形成部(以下、CMOS形成部という。)を示している。   1 to 10 are process cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device exemplified in this embodiment is a semiconductor integrated circuit device including a SiGe vertical HBT as a bipolar transistor and a low-voltage drive CMOS device as a MOS transistor. The elements indicated by the same reference numerals on the respective drawings mean the same elements, each figure (a) shows an HBT formation part, and each figure (b) shows a MOS transistor formation part (hereinafter referred to as the following) on the same substrate. This is referred to as a CMOS formation portion.

図1(a)に示すように、本実施形態に係るBiCMOS集積回路装置のHBT形成部においては、(001)結晶面を主面とするSi半導体基板10の上部に埋め込みコレクタ層1が形成されている。埋め込みコレクタ層1は、例えば、リン(P)やヒ素(As)などのn型不純物を、Si半導体基板10に高濃度に注入することで形成される。当該埋め込みコレクタ層1の形成は、CMOS形成部のCMOS型トランジスタを形成する領域を被覆するレジストマスク等を設けた状態で実施される。このため、図1(b)に示すように、CMOS形成部のCMOS型トランジスタを形成する領域には、埋め込みコレクタ層1が形成されていない。   As shown in FIG. 1A, in the HBT formation portion of the BiCMOS integrated circuit device according to the present embodiment, the buried collector layer 1 is formed on the upper part of the Si semiconductor substrate 10 having the (001) crystal plane as the main surface. ing. The buried collector layer 1 is formed, for example, by implanting n-type impurities such as phosphorus (P) and arsenic (As) into the Si semiconductor substrate 10 at a high concentration. The buried collector layer 1 is formed in a state where a resist mask or the like covering the region for forming the CMOS type transistor in the CMOS forming portion is provided. For this reason, as shown in FIG. 1B, the buried collector layer 1 is not formed in the region where the CMOS transistor is formed in the CMOS formation portion.

埋め込みコレクタ層1の形成後、Si半導体基板10の表面には、Siエピタキシャル成長により、n型低不純物濃度の半導体層2が形成される。半導体層2が形成された基板の表面部には、素子分離領域が形成される。図1(a)の例では、素子分離領域は、シャロートレンチ3とディープトレンチ6とで構成されている。ここでは、シャロートレンチ3は、基板に形成された浅いトレンチに酸化シリコン(シリコンオキサイド)膜を埋め込むことで形成される。また、ディープトレンチ6は、表面に酸化シリコン膜5が形成された深いトレンチにノンドープ(アンドープ)ポリシリコン膜4を埋め込むことで形成される。図1(a)の例では、HBT形成部のn-エピタキシャル半導体層2に、シャロートレンチ3で分離されたSi基板領域7、8が形成されている。Si基板領域7はHBT素子形成領域(第1の領域)であり、Si基板領域8はn+コレクタ引出層形成領域(第2の領域)として使用される。なお、シャロートレンチ3は少なくとも半導体層2を分離する素子分離であり、ディープトレンチ6は、少なくとも埋め込みコレクタ層1およびCMOS形成部のウェル層(後述する)を分離する素子分離領域である。 After the formation of the buried collector layer 1, the n-type low impurity concentration semiconductor layer 2 is formed on the surface of the Si semiconductor substrate 10 by Si epitaxial growth. An element isolation region is formed on the surface portion of the substrate on which the semiconductor layer 2 is formed. In the example of FIG. 1A, the element isolation region is composed of a shallow trench 3 and a deep trench 6. Here, the shallow trench 3 is formed by embedding a silicon oxide (silicon oxide) film in a shallow trench formed in the substrate. The deep trench 6 is formed by embedding a non-doped (undoped) polysilicon film 4 in a deep trench having a silicon oxide film 5 formed on the surface. In the example of FIG. 1A, Si substrate regions 7 and 8 separated by a shallow trench 3 are formed in the n epitaxial semiconductor layer 2 of the HBT formation portion. The Si substrate region 7 is an HBT element formation region (first region), and the Si substrate region 8 is used as an n + collector extraction layer formation region (second region). The shallow trench 3 is an element isolation for isolating at least the semiconductor layer 2, and the deep trench 6 is an element isolation region for isolating at least the buried collector layer 1 and a well layer (described later) of the CMOS formation portion.

一方、図1(b)に示すように、本実施形態に係るBiCMOS集積回路装置のCMOS形成部は、n型MOSトランジスタ形成領域16とp型MOSトランジスタ形成領域17とを備える。n型MOSトランジスタ形成領域16には、n型のMOS型トランジスタが形成され、p型MOSトランジスタ形成領域17には、n型のMOS型トランジスタが形成される。本実施形態では、HBT形成部にHBT素子の形成を開始する時点(後述のヘテロ接合構造24の形成を開始する時点)において、n型MOSトランジスタ形成領域16に、Pウェルである低不純物濃度のp型拡散層12上に設けられたn型ポリシリコン膜からなるゲート電極9a、LDD(Lightly Doped Drain)サイドウォールスペーサ11、n型低不純物濃度のLDDであるn-領域13が形成されている。また、p型MOSトランジスタ形成領域17には、Nウェルである低不純物濃度のn型拡散層14上に設けられたp型ポリシリコン膜からなるp型ゲート電極9b、LDDサイドウォールスペーサ11、p型低不純物濃度のLDDであるp-領域15が形成されている。なお、n型MOSトランジスタ形成領域16とp型MOSトランジスタ形成領域17との間は、シャロートレンチ3のみで分離されている。 On the other hand, as shown in FIG. 1B, the CMOS forming portion of the BiCMOS integrated circuit device according to this embodiment includes an n-type MOS transistor forming region 16 and a p-type MOS transistor forming region 17. An n-type MOS transistor is formed in the n-type MOS transistor formation region 16, and an n-type MOS transistor is formed in the p-type MOS transistor formation region 17. In this embodiment, at the time when the formation of the HBT element is started in the HBT formation portion (at the time when formation of a heterojunction structure 24 described later is started), the n-type MOS transistor formation region 16 has a low impurity concentration that is a P well. A gate electrode 9a made of an n-type polysilicon film provided on the p-type diffusion layer 12, an LDD (Lightly Doped Drain) sidewall spacer 11, and an n region 13 which is an n-type low impurity concentration LDD are formed. . In the p-type MOS transistor formation region 17, a p-type gate electrode 9 b made of a p-type polysilicon film provided on the low impurity concentration n-type diffusion layer 14 which is an N well, an LDD sidewall spacer 11, p A p region 15, which is a type low impurity concentration LDD, is formed. The n-type MOS transistor formation region 16 and the p-type MOS transistor formation region 17 are separated only by the shallow trench 3.

なお、従来技術と同様に、文中、図中のn-やn+、p-やp+などの添字−や添字+は濃度を表している。低濃度を意味する添字−は、おおよそ1016〜1018cm-3のオーダーの濃度を示し、高濃度を意味する添字+は、おおよそ1019〜1020cm-3のオーダーの濃度を示している。 As in the prior art, subscripts − and subscripts + such as n , n + , p and p + in the text and drawings represent the concentration. The subscript-meaning low concentration indicates a concentration on the order of approximately 10 16 to 10 18 cm -3 , and the subscript + indicating high concentration indicates a concentration on the order of approximately 10 19 to 10 20 cm -3. Yes.

上述した従来技術では、CMOS形成部の高不純物濃度ソース・ドレイン拡散層(n+ソース・ドレイン領域122、123およびp+ソース・ドレイン領域120、121)が形成された後にHBT素子の形成が開始されていたが、本実施形態では、図1(a)、図1(b)に示すように、HBT素子形成の開始時に、MOSトランジスタのソース・ドレイン領域(高濃度不純物領域)は未だ形成されていない。本実施形態では、MOS型トランジスタのソース・ドレイン領域の形成を、後述するように、HBT素子のエミッタ電極、ベース電極への注入と同時に行う。これにより、HBT形成工程とMOSトランジスタ形成工程とを共用化し、工程削減・コスト削減を実現している。なお、図1(b)に示すMOS型トランジスタの構造は、周知の手法により形成可能であるため、ここでの説明は省略する。 In the above-described prior art, the formation of the HBT element is started after the high impurity concentration source / drain diffusion layers (n + source / drain regions 122 and 123 and p + source / drain regions 120 and 121) in the CMOS forming portion are formed. However, in this embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, the source / drain regions (high-concentration impurity regions) of the MOS transistor are still formed at the start of the formation of the HBT element. Not. In this embodiment, the source / drain regions of the MOS transistor are formed simultaneously with the implantation into the emitter electrode and base electrode of the HBT element, as will be described later. As a result, the HBT formation process and the MOS transistor formation process are shared, thereby realizing process reduction and cost reduction. Note that the structure of the MOS transistor shown in FIG. 1B can be formed by a well-known method, and thus description thereof is omitted here.

続いて、図2(a)に示すように、全面に絶縁膜41が形成される。ここでは、絶縁膜41として、LP−CVD(減圧化学的気相成長)法により、酸化シリコン膜を堆積している。絶縁膜41は、酸化シリコン膜に限らず、窒化シリコン膜であってもよい。この後、絶縁膜41上に、HBT素子形成領域7を露出する開口部を有するレジストマスク(図示せず)が形成される。ここでは、当該レジストマスクの開口端は、HBT素子形成領域7を区画するシャロートレンチ3上に位置している。そして、当該レジストマスクをエッチングマスクとして絶縁膜41をエッチングすることにより、前記開口部に対応する絶縁膜41が除去される。従来法の図14(a)、図14(b)に示す工程では、プロテクトレイヤーとして、酸化シリコン膜118とノンドープポリシリコン膜119の2層を堆積している。これに対し、本実施形態では1層の絶縁膜を堆積するため、この点でも工程が削減されていることになる。   Subsequently, as shown in FIG. 2A, an insulating film 41 is formed on the entire surface. Here, a silicon oxide film is deposited as the insulating film 41 by LP-CVD (low pressure chemical vapor deposition). The insulating film 41 is not limited to a silicon oxide film, and may be a silicon nitride film. Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening exposing HBT element formation region 7 is formed on insulating film 41. Here, the opening end of the resist mask is located on the shallow trench 3 that partitions the HBT element formation region 7. Then, the insulating film 41 corresponding to the opening is removed by etching the insulating film 41 using the resist mask as an etching mask. In the conventional method shown in FIGS. 14A and 14B, two layers of a silicon oxide film 118 and a non-doped polysilicon film 119 are deposited as a protective layer. On the other hand, in this embodiment, since one insulating film is deposited, the process is reduced in this respect as well.

続いて、絶縁膜41に形成された開口部に露出したSi基板領域7上に、p型不純物がドープされたSiGe層からなる島状のヘテロ接合構造24がエピタキシャル成長により形成される。当該SiGe層はベース用導電層(エピタキシャル・ベース層)として機能する。ヘテロ接合構造24は、SiC層やSiGeC層で構成されてもよい。図2(b)は、Si基板領域7上に、ヘテロ接合構造24が形成されたときのCMOS形成部の状態を示す断面図である。ヘテロ接合構造24はHBT素子形成領域7上にのみ選択的に形成されるため、CMOS形成部にヘテロ接合構造は存在しない。   Subsequently, an island-like heterojunction structure 24 composed of a SiGe layer doped with a p-type impurity is formed by epitaxial growth on the Si substrate region 7 exposed in the opening formed in the insulating film 41. The SiGe layer functions as a base conductive layer (epitaxial base layer). The heterojunction structure 24 may be composed of a SiC layer or a SiGeC layer. FIG. 2B is a cross-sectional view showing a state of the CMOS formation portion when the heterojunction structure 24 is formed on the Si substrate region 7. Since the heterojunction structure 24 is selectively formed only on the HBT element formation region 7, there is no heterojunction structure in the CMOS formation portion.

続いて、図3(a)に示すように、ヘテロ接合構造24を含む基板全体にLP−CVD法により、窒化シリコン膜42および酸化シリコン膜43が下層から順に堆積される。堆積された酸化シリコン膜43上には、ヘテロ接合構造24の、外部ベース層形成領域およびエミッタ層形成領域を除く領域を被覆するレジストマスク51が形成される。当該レジストマスク51を用いたエッチングにより、酸化シリコン膜43、窒化シリコン膜42を順次パターニングすることで、ヘテロ接合構造24が表面に露出した、外部ベース層形成領域91およびエミッタ層形成領域92が形成される。なお、本実施形態では、酸化シリコン膜からなる絶縁膜41が窒化シリコン膜42をエッチングする際のエッチングストッパ膜として機能する。酸化シリコン膜43に対するエッチングには、例えば、フッ酸の希釈エッチング液を使用したウェットエッチングを適用でき、窒化シリコン膜42に対するエッチングには、150℃程度の熱リン酸を使用したウェットエッチングを適用することができる。あるいは、エッチングガスとして、CHF3などのフルオロカーボン系の混合ガスを使用したドライエッチングを適用することもできる。当該エッチングにおいてCMOS形成部は、レジストマスク51により被覆されていないため、絶縁膜41上の、窒化シリコン膜42および酸化シリコン膜43は、図3(b)に示すように全て除去される。 Subsequently, as shown in FIG. 3A, a silicon nitride film 42 and a silicon oxide film 43 are sequentially deposited from the lower layer on the entire substrate including the heterojunction structure 24 by LP-CVD. A resist mask 51 is formed on the deposited silicon oxide film 43 to cover the region of the heterojunction structure 24 excluding the external base layer formation region and the emitter layer formation region. By etching using the resist mask 51, the silicon oxide film 43 and the silicon nitride film 42 are sequentially patterned to form an external base layer formation region 91 and an emitter layer formation region 92 where the heterojunction structure 24 is exposed on the surface. Is done. In this embodiment, the insulating film 41 made of a silicon oxide film functions as an etching stopper film when the silicon nitride film 42 is etched. For example, wet etching using a diluted etching solution of hydrofluoric acid can be applied to the etching of the silicon oxide film 43, and wet etching using hot phosphoric acid at about 150 ° C. is applied to the etching of the silicon nitride film 42. be able to. Alternatively, dry etching using a fluorocarbon-based mixed gas such as CHF 3 can be applied as an etching gas. In this etching, since the CMOS formation portion is not covered with the resist mask 51, the silicon nitride film 42 and the silicon oxide film 43 on the insulating film 41 are all removed as shown in FIG.

上記レジストマスク51の除去後、図4(a)、図4(b)に示すように、ノンドープポリシリコン膜44が全面に堆積される。当該膜はノンドープであればよく、ポリシリコンに限らず、単結晶、非晶質(アモルファス)のシリコン膜を使用することもできる。この後、図5(a)に示すように、ノンドープポリシリコン膜44上に、外部ベース電極およびエミッタ電極に対応する部分を被覆するレジストマスク52が形成される。当該レジストマスク52を用いたポリシリコン膜44のエッチングにより、外部ベース電極31とエミッタ電極32とが形成される。このとき、ポリシリコン膜44は絶縁膜41と酸化シリコン膜43とに対して選択的にエッチング除去される。なお、CMOS形成部には、レジストマスク52が形成されないため、図5(b)に示すように、ポリシリコン膜44は全て除去され、絶縁膜41が露出する。   After removing the resist mask 51, a non-doped polysilicon film 44 is deposited on the entire surface, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The film need only be non-doped, and is not limited to polysilicon, and a single crystal or amorphous silicon film can also be used. Thereafter, as shown in FIG. 5A, a resist mask 52 is formed on the non-doped polysilicon film 44 to cover portions corresponding to the external base electrode and the emitter electrode. By etching the polysilicon film 44 using the resist mask 52, the external base electrode 31 and the emitter electrode 32 are formed. At this time, the polysilicon film 44 is selectively etched away with respect to the insulating film 41 and the silicon oxide film 43. Since the resist mask 52 is not formed in the CMOS formation portion, the polysilicon film 44 is completely removed and the insulating film 41 is exposed as shown in FIG. 5B.

以上のようにして、外部ベース電極31のパターンとエミッタ電極32のパターンの形成が完了すると、図6(a)、図6(b)に示すように、外部ベース電極31を含む領域およびp型MOSトランジスタ形成領域17に開口部を有するレジストマスク53が形成される。当該レジストマスク53をイオン注入マスクとしてp型不純物を高濃度にイオン注入することにより、外部ベース電極31の表面に高不純物濃度のp型層33が形成され、p型MOSトランジスタ形成領域17ではゲート電極9bがp型となり、p型ソース20、p型ドレイン21が同時に形成される。   When the formation of the pattern of the external base electrode 31 and the pattern of the emitter electrode 32 is completed as described above, as shown in FIGS. 6A and 6B, the region including the external base electrode 31 and the p-type are formed. A resist mask 53 having an opening is formed in the MOS transistor formation region 17. By using the resist mask 53 as an ion implantation mask, p-type impurities are ion-implanted at a high concentration, whereby a p-type layer 33 having a high impurity concentration is formed on the surface of the external base electrode 31. The electrode 9b becomes p-type, and the p-type source 20 and the p-type drain 21 are formed simultaneously.

続いて、レジストマスク53を除去した後、図7(a)、図7(b)に示すように、エミッタ電極32を含む領域、n+コレクタ引出層となるSi基板領域8を含む領域およびn型MOSトランジスタ形成領域16に開口部を有するレジストマスク54が形成される。当該レジストマスク54をイオン注入マスクとしてn型不純物を高濃度にイオン注入することにより、エミッタ電極32の表面に高不純物濃度のn型層34が形成され、n型MOSトランジスタ形成領域16ではゲート電極9aがn型となり、n型ソース22、n型ドレイン23が同時に形成される。その後、レジストマスク54は除去される。 Subsequently, after removing the resist mask 53, as shown in FIGS. 7A and 7B, a region including the emitter electrode 32, a region including the Si substrate region 8 serving as an n + collector extraction layer, and n A resist mask 54 having an opening is formed in the type MOS transistor formation region 16. High-impurity concentration n-type layer 34 is formed on the surface of emitter electrode 32 by ion-implanting n-type impurities at a high concentration using resist mask 54 as an ion implantation mask. In n-type MOS transistor formation region 16, a gate electrode is formed. 9a becomes n-type, and n-type source 22 and n-type drain 23 are formed simultaneously. Thereafter, the resist mask 54 is removed.

なお、本実施形態では、外部ベース電極31等へのp型不純物のイオン注入を先に実施し、その後に、エミッタ電極32等へのn型不純物のイオン注入を実施しているが、先にn型不純物のイオン注入を実施し、その後にp型不純物のイオン注入を実施してもよい。また、本実施形態では、プロテクトレイヤーである絶縁膜41を通じたp型、n型不純物のイオン注入により、CMOS形成部にソース・ドレイン領域を形成しているが、上記イオン注入前に絶縁膜41が除去されてもよい。絶縁膜41の有無により、ソース・ドレイン領域の注入深さを変更することができる。また、絶縁膜41の膜厚を制御することにより、ソース・ドレイン領域の注入深さを制御することも可能である。なお、本実施形態では、絶縁膜41が酸化シリコン膜であるので、バッファードフッ酸や希釈フッ酸等のエッチング液を使用したウェットエッチング等により、容易に絶縁膜41を除去することができる。   In the present embodiment, p-type impurity ions are implanted into the external base electrode 31 and the like first, and then n-type impurity ions are implanted into the emitter electrode 32 and the like. N-type impurity ion implantation may be performed, and then p-type impurity ion implantation may be performed. In this embodiment, the source / drain regions are formed in the CMOS forming portion by ion implantation of p-type and n-type impurities through the insulating film 41 as the protection layer. However, before the ion implantation, the insulating film 41 is formed. May be removed. Depending on the presence or absence of the insulating film 41, the implantation depth of the source / drain regions can be changed. It is also possible to control the implantation depth of the source / drain regions by controlling the film thickness of the insulating film 41. In this embodiment, since the insulating film 41 is a silicon oxide film, the insulating film 41 can be easily removed by wet etching using an etchant such as buffered hydrofluoric acid or diluted hydrofluoric acid.

以上のようにして、イオン注入が完了すると、図8(a)、図8(b)に示すように、ウェットエッチングにより、表面に露出した酸化シリコン膜43、絶縁膜41が除去された後、基板上の全面に減圧CVDもしくは常圧CVDにて、薄い酸化シリコン膜45が堆積される。当該酸化シリコン膜45には、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、コンタクト領域(外部ベース電極31のコンタクト領域、エミッタ電極32のコンタクト領域、コレクタ引出層のコンタクト領域およびCMOS形成部のコンタクト領域)に開口部が形成される。酸化シリコン膜45に開口部が形成された後、基板上の全面に、スパッタリング法により、コバルト(Co)膜、チタン(Ti)膜が下層から順に積層される。当該状態で加熱処理を行い、酸化シリコン膜45の開口部に露出した、ポリシリコン膜からなる外部ベース電極31、エミッタ電極32と、TiもしくはCoとを反応させ、単結晶シリコン層であるn型ソース20、n型ドレイン21、p型ソース22、p型ドレイン23のシリコンとTiもしくはCoとを反応させる。これにより、酸化シリコン膜45の開口部に露出し、コバルト膜に接触した各部の表面部に、シリサイド層61、62、63、64、65、66、67、68、69が形成され、低抵抗化される。酸化シリコン膜45は、シリサイド層61〜69の形成後に除去される。   When the ion implantation is completed as described above, after the silicon oxide film 43 and the insulating film 41 exposed on the surface are removed by wet etching, as shown in FIGS. 8A and 8B, A thin silicon oxide film 45 is deposited on the entire surface of the substrate by low pressure CVD or normal pressure CVD. The silicon oxide film 45 is contacted with a contact region (a contact region of the external base electrode 31, a contact region of the emitter electrode 32, a contact region of the collector extraction layer, and a contact region of the CMOS formation portion) by using a photolithography technique and an etching technique. An opening is formed in the. After the opening is formed in the silicon oxide film 45, a cobalt (Co) film and a titanium (Ti) film are sequentially stacked on the entire surface of the substrate by sputtering. Heat treatment is performed in this state, and the external base electrode 31 and the emitter electrode 32 made of a polysilicon film exposed at the opening of the silicon oxide film 45 are reacted with Ti or Co to form an n-type silicon single layer. The silicon of the source 20, the n-type drain 21, the p-type source 22, and the p-type drain 23 is reacted with Ti or Co. As a result, silicide layers 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 are formed on the surface portions of the respective portions exposed to the opening of the silicon oxide film 45 and in contact with the cobalt film, and have low resistance. It becomes. The silicon oxide film 45 is removed after the silicide layers 61 to 69 are formed.

以降の工程では、HBT素子、n型MOSトランジスタ、p型MOSトランジスタに接続する配線が、標準的な多層配線工程プロセスにより形成される。すなわち、図9(a)、図9(b)に示すように、基板上に酸化膜等からなる層間絶縁膜46が堆積された後、層間絶縁膜46に公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を適用することにより、層間絶縁膜46を貫通して各シリサイド層61〜69に到達するコンタクトホール71、72、73、74、75、76、77、78、79が形成される。   In the subsequent processes, wirings connected to the HBT element, n-type MOS transistor, and p-type MOS transistor are formed by a standard multilayer wiring process. That is, as shown in FIGS. 9A and 9B, after an interlayer insulating film 46 made of an oxide film or the like is deposited on the substrate, a known lithography technique and etching technique are applied to the interlayer insulating film 46. As a result, contact holes 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, and 79 that reach the silicide layers 61 to 69 through the interlayer insulating film 46 are formed.

その後に、図10(a)、図10(b)に示すように、各コンタクトホール71〜79にTi膜、TiN膜が形成された後、タングステン(W)膜が埋め込まれ、CMP等により表面の不要部を除去することで、Wプラグ81、82、83、84、85、86、87、88、89が形成される。次いで、基板上にアルミニウム合金膜を形成し、所定部分が開口されたマスク(図示せず)を用いて、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プラグと接続され、層間絶縁膜46の上に伸びる金属配線(図示せず)が形成される。このような、配線工程プロセスが必要に応じて繰り返し実施され、半導体装置が完成する。   Thereafter, as shown in FIGS. 10A and 10B, after a Ti film and a TiN film are formed in the contact holes 71 to 79, a tungsten (W) film is embedded, and the surface is formed by CMP or the like. By removing unnecessary portions, W plugs 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 are formed. Next, an aluminum alloy film is formed on the substrate, and the aluminum alloy film is patterned by using a mask (not shown) having an opening in a predetermined portion, thereby being connected to each W plug and on the interlayer insulating film 46. A metal wiring (not shown) extending in the direction is formed. Such a wiring process is repeatedly performed as necessary to complete the semiconductor device.

以上のようにして構成された本実施形態の半導体装置では、HBT素子のエミッタ電極32と、外部ベース電極31とが、共通の半導体膜44を加工することにより形成されるとともに、エミッタ・ベース間が窒化シリコン膜42と層間絶縁膜46とによって離間されている。当該構造では、極薄い酸化シリコン膜128とサイドウォールスペーサ129とによって分離される従来技術のように、外部ベース電極とエミッタ電極とがオーバーラップすることがない。そのため、加工寸法の微細化等により加工マージンが小さくなった場合でも、ベース・エミッタ間の短絡不良の発生を抑制することができる。また、サイドウォールスペーサが存在しないため、エミッタ電極32、ベース電極31間の絶縁膜の薄膜化によるエミッタサイズの縮小を従来構造に比べて容易に実現でき、容易にベース抵抗を低減することができる。   In the semiconductor device of the present embodiment configured as described above, the emitter electrode 32 of the HBT element and the external base electrode 31 are formed by processing the common semiconductor film 44, and between the emitter and base. Are separated from each other by the silicon nitride film 42 and the interlayer insulating film 46. In this structure, the external base electrode and the emitter electrode do not overlap each other as in the conventional technique separated by the extremely thin silicon oxide film 128 and the sidewall spacer 129. For this reason, even when the processing margin becomes small due to miniaturization of the processing dimensions, it is possible to suppress the occurrence of short-circuit failure between the base and the emitter. In addition, since there is no sidewall spacer, it is possible to easily reduce the emitter size by reducing the thickness of the insulating film between the emitter electrode 32 and the base electrode 31, compared with the conventional structure, and to easily reduce the base resistance. .

さらに、本実施形態の構成では、エミッタ電極32の上面位置は、従来と比較して、外部ベース電極を構成するポリシリコン膜と酸化シリコン膜127の膜厚分だけ低くなる。その結果、エミッタ電極32の上端はCMOS素子の各ゲート電極9a、9bの上端と同程度の高さになる。そのため、外部ベース電極31とエミッタ電極32上、ゲート電極9a、9b上、ソース・ドレイン領域20〜23上において、層間絶縁膜46に形成されるコンタクトホールの深さがほぼ同程度になり、従来構造に比べて、各コンタクトホール間のアスペクト比差が小さくなる。したがって、コンタクトホールのドライエッチ時の過剰なオーバーエッチングやエッチングイオン打ち込みダメージ、シリサイド膜破れなどを防ぐことができ、結果として、半導体装置を高い製造歩留まりで製造すること可能になる。   Furthermore, in the configuration of this embodiment, the upper surface position of the emitter electrode 32 is lower than the conventional one by the thickness of the polysilicon film and the silicon oxide film 127 that constitute the external base electrode. As a result, the upper end of the emitter electrode 32 has the same height as the upper ends of the gate electrodes 9a and 9b of the CMOS element. Therefore, the depth of the contact hole formed in the interlayer insulating film 46 is almost the same on the external base electrode 31 and the emitter electrode 32, on the gate electrodes 9a and 9b, and on the source / drain regions 20 to 23. Compared to the structure, the aspect ratio difference between the contact holes is reduced. Therefore, excessive overetching, etching ion implantation damage, silicide film breakage, etc. during contact hole dry etching can be prevented, and as a result, a semiconductor device can be manufactured with a high manufacturing yield.

ところで、上述の半導体装置の製造方法においては、製造工程の一部を変更した場合でも同様の効果を奏することができる。以下、図11、図12を用いて、当該変形例を説明する。図11(a)、図11(b)は、図5(a)、図5(b)を用いて説明した工程に対応する工程を示す断面図である。この変形例では、ノンドープポリシリコン膜44をパターニングする際、外部ベース電極に対応する部分を被覆し、エミッタ電極に対応する部分を露出するレジストマスク55が上述のレジストマスク52に代えて形成される。そして、当該レジストマスク55を通じた異方性ドライエッチングにより、ノンドープポリシリコン膜44がパターニングされる。これにより、自己整合的な埋め込みエミッタ電極36を実現することができ、上述の実施形態に比べて、HBT素子の占有面積を縮小することができる。なお、図11(b)に示すように、本変形例に係る半導体装置の製造方法を適用した場合であっても、CMOS形成部の構造に変化はない。   By the way, in the manufacturing method of the above-mentioned semiconductor device, the same effect can be produced even when a part of the manufacturing process is changed. Hereinafter, the modification will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views showing processes corresponding to the processes described with reference to FIGS. 5A and 5B. In this modification, when the non-doped polysilicon film 44 is patterned, a resist mask 55 that covers a portion corresponding to the external base electrode and exposes a portion corresponding to the emitter electrode is formed in place of the resist mask 52 described above. . Then, the non-doped polysilicon film 44 is patterned by anisotropic dry etching through the resist mask 55. Thereby, a self-aligned buried emitter electrode 36 can be realized, and the occupied area of the HBT element can be reduced as compared with the above-described embodiment. As shown in FIG. 11B, the structure of the CMOS forming portion is not changed even when the semiconductor device manufacturing method according to this modification is applied.

以上のようにして、埋め込みエミッタ電極36を形成した後、図6(a)、図6(b)で説明したように、p型不純物を高濃度にイオン注入することにより、外部ベース電極31の表面に高不純物濃度のp型層33が形成され、p型MOSトランジスタ形成領域17ではゲート電極9bがp型となり、p型ソース20、p型ドレイン21が同時に形成される。また、図7(a)、図7(b)で説明したように、n型不純物を高濃度にイオン注入することにより、エミッタ電極36の表面に高不純物濃度のn型層34が形成され、n型MOSトランジスタ形成領域16ではゲート電極9aがn型となり、n型ソース22、n型ドレイン23が同時に形成される。   After the buried emitter electrode 36 is formed as described above, the p-type impurity is ion-implanted at a high concentration as described with reference to FIGS. A high impurity concentration p-type layer 33 is formed on the surface. In the p-type MOS transistor formation region 17, the gate electrode 9b becomes p-type, and the p-type source 20 and p-type drain 21 are formed simultaneously. Further, as described with reference to FIGS. 7A and 7B, n-type impurities are ion-implanted at a high concentration, whereby a high-impurity concentration n-type layer 34 is formed on the surface of the emitter electrode 36. In the n-type MOS transistor formation region 16, the gate electrode 9a becomes n-type, and the n-type source 22 and the n-type drain 23 are formed simultaneously.

続いて、図12(a)に示すように、酸化シリコン膜43、絶縁膜41が除去され、コンタクト領域(外部ベース電極31のコンタクト領域、エミッタ電極36のコンタクト領域、コレクタ引出層のコンタクト領域およびCMOS形成部のコンタクト領域)に開口を有する酸化シリコン膜47が形成される。その後、基板上の全面に、スパッタリング法により、コバルト(Co)膜、チタン(Ti)膜が下層から順に積層され、当該状態で加熱処理を行い、酸化シリコン膜47の開口部に露出し、コバルト膜に接触した各部の表面部にシリサイド層が形成される。このとき、エミッタ電極36は、酸化シリコン膜33を除去したことによって、窒化シリコン膜42の上面より上方に突出する凸形状となっており、当該凸形状のエミッタ電極36の表面にシリサイド層62が形成される。CMOS形成部については図12(b)に示すように、上述の実施形態と相違点はない。以降、上述の実施形態において、図9〜図10を用いて説明した各工程が実施され、半導体装置が完成する。なお、エミッタ電極36上に形成されるコンタクトホールは、平面視においてエミッタ電極36を包含する開口部を有していることが好ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 12A, the silicon oxide film 43 and the insulating film 41 are removed, and contact regions (the contact region of the external base electrode 31, the contact region of the emitter electrode 36, the contact region of the collector extraction layer, and the contact region) A silicon oxide film 47 having an opening in the contact region of the CMOS formation portion is formed. Thereafter, a cobalt (Co) film and a titanium (Ti) film are sequentially laminated from the lower layer over the entire surface of the substrate by sputtering, and heat treatment is performed in this state, and the cobalt oxide film 47 is exposed to the opening of the silicon oxide film 47. A silicide layer is formed on the surface of each part in contact with the film. At this time, the emitter electrode 36 has a convex shape protruding upward from the upper surface of the silicon nitride film 42 by removing the silicon oxide film 33, and the silicide layer 62 is formed on the surface of the convex emitter electrode 36. It is formed. As shown in FIG. 12B, the CMOS forming portion is not different from the above-described embodiment. Thereafter, in the above-described embodiment, each process described with reference to FIGS. 9 to 10 is performed to complete the semiconductor device. The contact hole formed on the emitter electrode 36 preferably has an opening including the emitter electrode 36 in plan view.

この変形例では、上述の実施形態に比べて、エミッタ電極36の面積を小さくすることができる。また、エミッタ電極自体よりも大きなコンタクトホール(平面視においてエミッタ電極を包含するコンタクトホール)をエミッタ電極36上に形成することが可能になる。これは、エミッタ電極36の周辺が窒化シリコン膜42で囲まれ、かつ外部ベース電極31とは一定の距離だけ離間していることに起因する。すなわち、コンタクトホールのドライエッチングにおいて、層間絶縁膜46を構成する酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜43とが大きなエッチング速度選択比を有する条件を採用することで、窒化シリコン膜43がエッチングストッパ膜として機能させることができるからである。また、エミッタ電極36は、窒化シリコン膜42の上面より上方に突出する凸形状を有しているため、開口径の大きなコンタクトホールを形成することで、コンタクトプラグとエミッタ電極36との接触面積も大きくすることができる。   In this modification, the area of the emitter electrode 36 can be reduced as compared with the above-described embodiment. In addition, a contact hole larger than the emitter electrode itself (a contact hole including the emitter electrode in plan view) can be formed on the emitter electrode 36. This is because the periphery of the emitter electrode 36 is surrounded by the silicon nitride film 42 and is separated from the external base electrode 31 by a certain distance. That is, in the dry etching of the contact hole, the silicon nitride film 43 is used as an etching stopper film by adopting a condition in which the silicon oxide film constituting the interlayer insulating film 46 and the silicon nitride film 43 have a large etching rate selection ratio. This is because it can function. Further, since the emitter electrode 36 has a convex shape that protrudes upward from the upper surface of the silicon nitride film 42, the contact area between the contact plug and the emitter electrode 36 is also increased by forming a contact hole having a large opening diameter. Can be bigger.

本変形例では、以上のように、エミッタ電極全体にコンタクトホールが形成できるので、上述の実施形態で説明した効果に加えて、エミッタ電極とコンタクトホールとの接触面積を大きくしてコンタクト抵抗を低減し、その寄生抵抗を低減できるという効果を得ることができる。   In the present modification, as described above, a contact hole can be formed in the entire emitter electrode. In addition to the effects described in the above embodiment, the contact area between the emitter electrode and the contact hole is increased to reduce the contact resistance. And the effect that the parasitic resistance can be reduced can be acquired.

以上説明したように、本発明では、従来法におけるエミッタ電極用開口部形成に伴う各種の膜の堆積工程やドライエッチング工程が不要であるため、工程数を大幅に削減することができる。また、本発明によれば、外部ベース電極とエミッタ電極とを共通の半導体膜を加工することにより同時に形成し、かつ外部ベース電極とヘテロ接合構造(エピタキシャル・ベース層)とを接続するための開口部とエミッタ電極とヘテロ接合構造とを接続するための開口部を同時に開口している。そのため、外部ベース電極とエミッタ電極を別々の工程で形成する従来法と比較してフォトリソ工程を2回削減することができる。また、外部ベース電極とエミッタ電極用のポリシリコン膜の堆積工程も1回削減できる。   As described above, according to the present invention, the deposition process of various films and the dry etching process associated with the formation of the emitter electrode opening in the conventional method are not required, so that the number of processes can be greatly reduced. According to the invention, the external base electrode and the emitter electrode are simultaneously formed by processing a common semiconductor film, and the opening for connecting the external base electrode and the heterojunction structure (epitaxial base layer) is formed. An opening for connecting the part, the emitter electrode, and the heterojunction structure is simultaneously opened. Therefore, the photolithography process can be reduced twice compared with the conventional method in which the external base electrode and the emitter electrode are formed in separate processes. Further, the deposition process of the polysilicon film for the external base electrode and the emitter electrode can be reduced once.

さらに、本発明では、HBT素子のエミッタ電極およびベース電極を加工する工程の後、外部ベース電極、エミッタ電極にそれぞれp型、n型不純物イオン注入すると同時に、MOS型トランジスタに対してn型、p型の高不純物濃度ソース・ドレインを形成するためのイオン注入を実施している。従来法では、HBT素子形成開始前にCMOS形成部の高不純物濃度ソース・ドレイン注入を完了しているのに対し、本発明では外部ベース電極注入とPch−MOSのソース・ドレイン注入およびエミッタ電極注入とNch−MOSのソース・ドレイン注入を兼用することで大幅な工程削減・コスト削減を実現している。   Further, in the present invention, after processing the emitter electrode and the base electrode of the HBT element, p-type and n-type impurity ions are implanted into the external base electrode and the emitter electrode, respectively, and at the same time, n-type, p Ion implantation is performed to form a high impurity concentration source / drain. In the conventional method, the high impurity concentration source / drain implantation in the CMOS forming portion is completed before the start of the HBT element formation, whereas in the present invention, the external base electrode implantation, the Pch-MOS source / drain implantation, and the emitter electrode implantation are performed. And Nch-MOS source / drain implantation are used to achieve significant process and cost reductions.

また、本発明は、エミッタ電極とヘテロ接合構造とを接続するための開口部にサイドウォールスペーサを設ける必要がないため、従来、サイドウォールスペーサ間隔で規定されるエミッタ幅Wをサイドウォールスペーサがない分だけ拡張することができる。その結果、開口部の寸法で定義されるエミッタサイズを縮小しても従来のベース抵抗を維持することができる。あるいは、従来と同一のエミッタサイズとした場合には、従来に比べてベース抵抗を低減することができる。   Further, according to the present invention, since it is not necessary to provide a sidewall spacer in the opening for connecting the emitter electrode and the heterojunction structure, conventionally, there is no sidewall spacer having an emitter width W defined by the sidewall spacer interval. Can be extended by minutes. As a result, the conventional base resistance can be maintained even when the emitter size defined by the dimension of the opening is reduced. Alternatively, when the emitter size is the same as the conventional one, the base resistance can be reduced as compared with the conventional one.

さらに、本発明ではエミッタ電極の高さを、外部ベース電極やCMOS型トランジスタのゲート電極の高さに近いものとするので、コンタクトホールのエッチングが容易になる。また、本発明において、エミッタ電極を埋め込み構造とすることで、エミッタ電極上のコンタクトホールの位置合わせマージンを著しく緩和することができ、開口径の大きなコンタクトホールを形成することができる。その結果、従来に比べて、コンタクトプラグとエミッタ電極との接触面積を大きくすることができる。   Furthermore, in the present invention, the height of the emitter electrode is close to the height of the external base electrode and the gate electrode of the CMOS transistor, so that the contact hole can be easily etched. In the present invention, the emitter electrode has a buried structure, so that the alignment margin of the contact hole on the emitter electrode can be remarkably reduced, and a contact hole having a large opening diameter can be formed. As a result, the contact area between the contact plug and the emitter electrode can be increased as compared with the conventional case.

以上、本発明を望ましい実施形態に基づいて説明した。本発明は上述の実施形態に限定せず、本発明の技術的な思想内で当業者によって様々な形態に変形が可能である。例えば、上記実施形態において示した成膜やエッチング等の各プロセスは、他の等価なプロセスに置換することが可能である。   The present invention has been described based on the preferred embodiments. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. For example, each process such as film formation and etching shown in the above embodiment can be replaced with another equivalent process.

本発明によれば、低コストかつ高製造歩留まりで、BiCMOS型半導体集積回路装置を実現することができ、半導体装置およびその製造方法として有用である。   According to the present invention, a BiCMOS type semiconductor integrated circuit device can be realized at a low cost and with a high manufacturing yield, which is useful as a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態の変形例における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in the modification of one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態の変形例における半導体装置の製造過程を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacture process of the semiconductor device in the modification of one Embodiment of this invention 従来の半導体装置の製造過程を示す工程断面図Process sectional view showing the manufacturing process of a conventional semiconductor device 従来の半導体装置の製造過程を示す工程断面図Process sectional view showing the manufacturing process of a conventional semiconductor device 従来の半導体装置の製造過程を示す工程断面図Process sectional view showing the manufacturing process of a conventional semiconductor device 従来の半導体装置の製造過程を示す工程断面図Process sectional view showing the manufacturing process of a conventional semiconductor device 従来の半導体装置の製造過程を示す工程断面図Process sectional view showing the manufacturing process of a conventional semiconductor device 従来の半導体装置の製造過程を示す工程断面図Process sectional view showing the manufacturing process of a conventional semiconductor device

10、100 シリコン基板
1、101 埋め込みコレクタ層
2、102 半導体層
3、103 シャロートレンチ
4、104 ノンドープポリシリコン
5、105 シリコン酸化膜
6、106 ディープトレンチ
7 Si基板領域(第1の領域)
8 Si基板領域(第2の領域)
9a、109a n型ゲート電極
9b、109b p型ゲート電極
16、116 n型MOSFET形成領域
17、117 p型MOSFET形成領域
20、120 p型MOSFETソース領域
21、121 p型MOSFETドレイン領域
22、122 n型MOSFETソース領域
23、123 n型MOSFETドレイン領域
24、124 ヘテロ接合エピタキシャル膜
31、131 ベース電極
32、130 エミッタ電極
33 ベース電極p+注入層
34 エミッタ電極n+注入層
35 コレクタ引出層n+注入層
36 埋め込みエミッタ電極
41 絶縁膜(酸化シリコン膜)
42 窒化シリコン膜
43 酸化シリコン膜
44 ノンドープポリシリコン膜
45、47 酸化シリコン膜
46 層間絶縁膜
51〜55 レジストマスク
61〜69 シリサイド層
71〜79 コンタクトホール
81〜89 コンタクトプラグ
10, 100 Silicon substrate 1, 101 Embedded collector layer 2, 102 Semiconductor layer 3, 103 Shallow trench 4, 104 Non-doped polysilicon 5, 105 Silicon oxide film 6, 106 Deep trench 7 Si substrate region (first region)
8 Si substrate region (second region)
9a, 109a n-type gate electrode 9b, 109b p-type gate electrode 16, 116 n-type MOSFET formation region 17, 117 p-type MOSFET formation region 20, 120 p-type MOSFET source region 21, 121 p-type MOSFET drain region 22, 122 n Type MOSFET source region 23, 123 n type MOSFET drain region 24, 124 heterojunction epitaxial film 31, 131 base electrode 32, 130 emitter electrode 33 base electrode p + injection layer 34 emitter electrode n + injection layer 35 collector extraction layer n + injection Layer 36 Embedded emitter electrode 41 Insulating film (silicon oxide film)
42 Silicon nitride film 43 Silicon oxide film 44 Non-doped polysilicon films 45 and 47 Silicon oxide film 46 Interlayer insulating films 51 to 55 Resist masks 61 to 69 Silicide layers 71 to 79 Contact holes 81 to 89 Contact plugs

Claims (9)

第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の、素子分離領域で囲まれた第1の領域に形成された、前記第1導電型とは反対導電型である第2導電型の単結晶半導体からなる島領域と、
前記半導体層の、前記第1領域とは異なる第2の領域に形成された、コレクタ引出層と、
前記第1の領域と前記第2の領域とにわたって、前記半導体層の内部に形成された第1導電型のコレクタ層と、
前記島領域の表面の所定部分に接触して形成された、第2導電型の半導体膜からなるベース電極と、
前記ベース電極から離間して、前記島領域の他の部分に接触して形成された、第1導電型の半導体膜からなるエミッタ電極と、
を備え、
前記ベース電極と前記エミッタ電極とが、前記半導体層上に形成された共通の半導体膜を加工することで形成されたことを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor layer;
An island region made of a single crystal semiconductor of a second conductivity type that is opposite to the first conductivity type, formed in a first region of the semiconductor layer surrounded by an element isolation region;
A collector extraction layer formed in a second region of the semiconductor layer different from the first region;
A collector layer of a first conductivity type formed inside the semiconductor layer over the first region and the second region;
A base electrode made of a semiconductor film of a second conductivity type formed in contact with a predetermined portion of the surface of the island region;
An emitter electrode made of a semiconductor film of a first conductivity type formed apart from the base electrode and in contact with the other part of the island region;
With
The semiconductor device, wherein the base electrode and the emitter electrode are formed by processing a common semiconductor film formed on the semiconductor layer.
前記半導体層はシリコンからなり、前記島領域はSi-IV族系単結晶半導体からなる、
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor layer is made of silicon, and the island region is made of a Si-IV group single crystal semiconductor.
The semiconductor device according to claim 1.
第1導電型の半導体層に素子分離領域を形成する工程と、
前記素子分離領域で囲まれた前記半導体層の第1の領域に、前記第1導電型とは反対導電型である第2導電型の単結晶半導体からなる島領域を形成する工程と、
前記島領域を含む前記半導体層上の全面に絶縁膜を形成する工程と、
前記島領域上に形成された前記絶縁膜の互いに異なる位置に開口部を設ける工程と、
前記開口部が形成された前記絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜の一部を除去し、一方の前記開口部において前記島領域に接続するベース電極と、他方の前記開口部において前記島領域に接続するエミッタ電極とを同時に形成する工程と、
前記ベース電極に第2導電型の不純物を導入し、前記エミッタ電極に第1導電型の不純物を導入する工程と、
前記半導体層の、前記第1の領域とは異なる第2の領域に、第1導電型の不純物を導入してコレクタ引出層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an element isolation region in the semiconductor layer of the first conductivity type;
Forming in the first region of the semiconductor layer surrounded by the element isolation region an island region made of a second conductivity type single crystal semiconductor having a conductivity type opposite to the first conductivity type;
Forming an insulating film on the entire surface of the semiconductor layer including the island region;
Providing openings at different positions of the insulating film formed on the island region;
Forming a semiconductor film on the insulating film in which the opening is formed;
Removing a part of the semiconductor film and simultaneously forming a base electrode connected to the island region in one opening and an emitter electrode connected to the island region in the other opening;
Introducing a second conductivity type impurity into the base electrode and introducing a first conductivity type impurity into the emitter electrode;
Introducing a first conductivity type impurity into a second region of the semiconductor layer different from the first region to form a collector extraction layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体装置は、前記第1および第2の領域とは異なる前記半導体層の領域に、第1導電型のチャネルを有する第1のMOSトランジスタおよび第2導電型のチャネルを有する第2のMOSトランジスタを備え、
前記エミッタ電極に不純物を導入する工程において、前記第1のMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域を同時に形成し、
前記ベース電極に不純物を導入する工程において、前記第2のMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域を同時に形成する、請求項3記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device includes a first MOS transistor having a first conductivity type channel and a second MOS transistor having a second conductivity type channel in a region of the semiconductor layer different from the first and second regions. With
In the step of introducing an impurity into the emitter electrode, a source region or a drain region of the first MOS transistor is simultaneously formed,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein in the step of introducing an impurity into the base electrode, a source region or a drain region of the second MOS transistor is simultaneously formed.
前記半導体層上に、前記ゲート電極、エミッタ電極、第1のMOSトランジスタおよび第2のMOSトランジスタを被覆する、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記ゲート電極と、前記エミッタ電極と、前記第1のMOSトランジスタのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、前記第2のMOSトランジスタのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極とのそれぞれに到達するコンタクトホールを同時に形成する工程と、
をさらに含む、請求項4記載の半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor layer, covering the gate electrode, the emitter electrode, the first MOS transistor, and the second MOS transistor;
Passing through the interlayer insulating film, the gate electrode, the emitter electrode, the gate electrode, the source electrode and the drain electrode of the first MOS transistor, and the gate electrode, the source electrode and the drain electrode of the second MOS transistor Simultaneously forming contact holes reaching each of the
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising:
前記エミッタ電極と、前記ベース電極と、前記第1のMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域と、前記第2のMOSトランジスタのソース領域またはドレイン領域とに、導入された不純物を同一の熱処理工程で活性化させる、請求項4記載の半導体装置の製造方法。   Impurities introduced into the emitter electrode, the base electrode, the source region or drain region of the first MOS transistor, and the source region or drain region of the second MOS transistor are activated in the same heat treatment step. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein 前記半導体膜の一部を除去する工程において、半導体膜を除去するエッチングが、前記エミッタ電極となる前記半導体膜上にエッチングマスクがなく、前記ベース電極となる前記半導体膜上にエッチングマスクが存在する状態で実施され、前記他方の開口部内に埋め込まれた前記エミッタ電極を形成する、請求項3から6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   In the step of removing a part of the semiconductor film, the etching for removing the semiconductor film has no etching mask on the semiconductor film to be the emitter electrode, and there exists an etching mask on the semiconductor film to be the base electrode. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the emitter electrode is formed in a state and is embedded in the other opening. 前記エミッタ電極上に形成されるコンタクトホールは、平面視において、前記エミッタ電極を内包する、請求項7記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the contact hole formed on the emitter electrode includes the emitter electrode in a plan view. 前記半導体層はシリコンからなり、前記島領域はSi-IV族系単結晶半導体からなる、請求項3から8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor layer is made of silicon, and the island region is made of a Si—IV group single crystal semiconductor.
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