JP3202011B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
の製造方法に関し、特にヘテロバイポーラトランジス
タ,それを含むBi−CMOSデバイス及びそれらの製
造方法に関するものである。
ポーラトランジスタにSi/SiGe,Si/SiC等
のヘテロ接合構造を含ませることにより、より優れた伝
導特性を持たせてさらに高周波領域の動作を実現させる
ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)の開発が急ピ
ッチで進められている。このHBTは、Si基板上にS
iGe層をエピタキシャル成長させて、このSi/Si
Geヘテロ接合構造を利用するものであって、それまで
GaAs等の化合物半導体基板を用いたトランジスタで
ないと動作させることができなかった高周波数領域にお
いても動作するトランジスタを実現することができる。
このHBTは、Si基板,SiGe層という汎用のシリ
コンプロセスと親和性のよい材料で構成されるので、高
集積度や低コストという大きな利点を有する。特に、H
BTとMOSトランジスタ(MOSFET)とを共通の
Si基板上に形成して集積化することにより、高性能な
Bi−CMOSデバイスを構成することができ、このB
iCMOSデバイスは通信関係に利用可能なシステムL
SIとして有望である。
ーラトランジスタとして、これまでにSi/Si1-x G
ex やSi/Si1-y Cy 等のヘテロ接合構造を含むH
BTが提案・試作されている。なかでも、Si/Si
1-x Gex 型HBTは、SiとGeとがほぼ全率固溶可
能であるという性質と、歪みを与えることによるバンド
ギャップの変化とを利用して、バンドギャップを連続的
に調整することができるなどの点で有望とみられてい
る。そのために、Si層のみを有するMOSFETと、
Si/Si1-x Gex 型HBTとを共通のSi基板に設
けたSiGe−BiCMOSデバイスについての提案が
多く行なわれている。
Sデバイス中のMOSFETとHBTとを同時に形成す
るのが一般的であった。つまり、MOSFETのゲート
絶縁膜をHBTのコレクタ開口部を規定する部材として
も利用したり、MOSFETのゲート電極とHBTのベ
ース電極とを共通のポリシリコン膜をパターニングする
ことにより形成するなど、工程の簡素化が図られてい
た。
温のアニールが必要であるにもかかわらず、MOSFE
TとHBTとを同時に形成する場合には、HBTの性能
が劣化しないようにアニール温度を制限する必要があ
る。そのため、デザインルールが同じという条件の下
で、一般的なCMOSデバイス中のMOSFETとSi
Ge−BiCMOSデバイス中のMOSFETとをその
性能について比較すると、SiGe−BiCMOSデバ
イス中のMOSFETの性能が一般的なCMOSデバイ
ス中のMOSFETよりも劣っている。
デバイスを形成するためには、まず、アニール温度が高
いMOSFETを先に形成し、その後、HBTを形成す
る方が有利と考えられるようになっている。また、標準
CMOSデバイス製造ラインにとってGeは汚染物質で
あるので、MOSFETの製造工程とは切り離してHB
Tを形成することがMOSFET中へのGeの混入を防
ぐためには好ましい。特に、SiGe−BiCMOSデ
バイス専用のラインを有していない場合には、両者の製
造工程を明確に切り分けるべきである。このため、Si
Ge−BiCMOSデバイスの製造工程において、MO
SFETとHBTを同時に形成するのではなく、MOS
FETを先に形成し、その後、HBTを形成するという
手順が有利と思われるに至った。
デバイスの製造工程を、先にMOSFETを形成してか
らHBTを形成する手順により行なった場合のHBTを
示す断面図である。同図に示すように、(001)を主
面とするSi基板500の上部は、エピタキシャル成長
法,イオン注入法などによって導入されたリンなどのN
型不純物を含む深さ1μmのレトログレードウェル50
1となっている。Si基板500の表面付近の領域にお
けるN型不純物濃度は、1×1017atoms ・cm-3程度
に調整されている。また、素子分離として、酸化シリコ
ンが埋め込まれたシャロートレンチ503と、アンドー
プポリシリコン膜505及びこれを取り囲むシリコン酸
化膜506により構成されるディープトレンチ504と
が設けられている。各トレンチ503,504の深さ
は、それぞれ0.35μm,2μm程度である。
503によって挟まれる領域にコレクタ層502が設け
られており、Si基板500内のコレクタ層502とは
シャロートレンチ503により分離された領域には、レ
トログレードウェル501を介してコレクタ層502の
電極とコンタクトするためのN+ コレクタ引き出し層5
07が設けられている。
開口部510を有する厚さ約30nmの第1の堆積酸化
膜508が設けられていて、Si基板500の上面のう
ちコレクタ開口部510に露出する部分の上には、P型
不純物がドープされた厚さ約60nmのSi1-x Gex
層と厚さ約10nmのSi膜とが積層されてなるSi/
Si1-x Gex 層511aが設けられている。そして、
Si/Si1-x Gex層511aのうちの中央部(後述
するベース開口部518の下方領域)の下部が内部ベー
ス519として機能している。また、Si/Si1-x G
ex 層の中央部の上部がエミッタ層として機能してい
る。
の堆積酸化膜508の上には、厚さ約30nmのエッチ
ストッパ用の第2の堆積酸化膜512が設けられてい
て、第2の堆積酸化膜512には、ベース接合用開口部
514及びベース開口部518が形成されている。そし
て、ベース接合用開口部514を埋めて第2の堆積酸化
膜512の上に延びる厚さ約150nmのP+ ポリシリ
コン層515と第3の堆積酸化膜517とが設けられて
いる。上記Si/Si1-x Gex 層511aのうちベー
ス開口部518の下方領域を除く部分とP+ ポリシリコ
ン層515とによって外部ベース516が構成されてい
る。
の堆積酸化膜517のうち,第2の堆積酸化膜512の
ベース開口部518の上方に位置する部分は開口されて
いて、P+ ポリシリコン層515の側面には厚さ約30
nmの第4の堆積酸化膜520が形成されており、さら
に、第4の堆積酸化膜520の上に厚さ約100nmの
ポリシリコンからなるサイドウォール521が設けられ
ている。そして、ベース開口部518を埋めて第3の堆
積酸化膜517の上に延びるN+ ポリシリコン層529
が設けられており、このN+ ポリシリコン層529はエ
ミッタ引き出し電極として機能する。上記第4の堆積酸
化膜520によって、P+ ポリシリコン層515とN+
ポリシリコン層529とが電気的に絶縁されるととも
に、P+ ポリシリコン層515からN+ ポリシリコン層
529への不純物の拡散が阻止されている。また、第3
の堆積酸化膜517によって、P+ ポリシリコン層51
5の上面とN+ ポリシリコン層529とが絶縁されてい
る。
ポリシリコン層515及びN+ ポリシリコン層529の
表面には、それぞれTiシリサイド層524が形成さ
れ、N+ ポリシリコン層529とP+ ポリシリコン層5
15との外側面はサイドウォール523により覆われて
いる。また、基板全体は層間絶縁膜525によって覆わ
れており、層間絶縁膜525を貫通してN+ コレクタ引
き出し層507,外部ベースの一部であるP+ ポリシリ
コン層515及びエミッタ引き出し電極であるN+ ポリ
シリコン層529上のTiシリサイド層524に到達す
る接続孔がそれぞれ形成されている。そして、この各接
続孔を埋めるWプラグ526と、各Wプラグ526に接
続されて、層間絶縁膜525の上に延びる金属配線52
7とが設けられている。
後述する第2の堆積酸化膜512のウエットエッチ量に
よって規定される。また、内部ベース519及び外部ベ
ース516のうちコレクタ層502とPN接合を形成す
る実質的なベース部分は、Si/Si1-x Gex 層51
1aのコレクタ層502に接する部分であり、この実質
的なベース部分の幅は、第1の堆積酸化膜508のコレ
クタ開口部510の幅W3によって規定されている。
ン(B)などのP型不純物によって2×1018atoms ・
cm-3程度にドーピングされており、Si層はN+ ポリ
シリコン層529からのリン(P)等のN型不純物の拡
散によって、基板の深さ方向に1×1020atoms ・cm
-3から1×1017atoms ・cm-3程度までの分布をもっ
てドーピングされている。Si1-x Gex 層と連続的に
Si層を形成しているのは、上方のN+ ポリシリコン層
529の下面をPN接合部から遠ざけることによって、
N+ ポリシリコン層529中に多く存在する界面準位や
欠陥によるキャリアの再結合を防止するためである。
チ503同士の間隔によって規定されており、活性領域
・分離接合部Rai(活性領域と素子分離との接合部)
は、シリコンと酸化シリコンという異種材料の接合部で
あるため界面準位を介して流れるリーク電流が発生しや
すいので、コレクタ開口部510の幅W3よりも活性領
域の幅W2を大きくして活性領域・分離接合部Raiが外
側になるように設計し、リーク電流の影響をできるだけ
少なくしている。
iGeアイランド511bが形成されているが、これは
意図的に形成したものではなく、後述するように、Si
/Si1-x Gex 層511aをUHV−CVD(Ultra
High Vacuum Chemical VaporDeposition )によって形
成する際、第1の堆積酸化膜508の上に付着したS
i,Ge原子が凝集したものである。
いて、図13(a)〜図16を参照しながら説明する。
図13(a)〜図16は従来の技術によるHBTの製造
方法を示す断面図である。
1)面を主面とするSi基板500の上部に、N型不純
物をドープしながらSi単結晶層をエピタキシャル成長
させる、あるいは、エピタキシャル成長後に高エネルギ
ーのイオン注入を行なうことにより、深さ約1μmのN
型のレトログレードウェル501を形成する。ただし、
エピタキシャル成長を行なわずにSi基板500の一部
にイオン注入を行なうことによりレトログレードウェル
501を形成することも可能である。このとき、Si基
板500の表面付近の領域は、HBTのコレクタ層とな
るためにN型の不純物濃度を1×1017atoms ・cm-3
程度に調整しておく。
め込まれたシャロートレンチ503と、アンドープポリ
シリコン膜505及びこれを取り囲むシリコン酸化膜5
06により構成されるディープトレンチ504とを形成
する。各トレンチ503,504の深さは、それぞれ
0.35μm,2μm程度としておく。Si基板500
内におけるシャロートレンチ503同士によって挟まれ
る領域がコレクタ層502となる。また、Si基板50
0内のコレクタ層502とはシャロートレンチ503に
より分離された領域に、レトログレードウェル501を
介してコレクタ層502の電極とコンタクトするための
N+ コレクタ引き出し層507を形成する。このとき、
シャロートレンチ503同士の間の距離が活性領域の幅
W2を規定する。
造方法により、CMOSデバイスの各MOSFETの基
本構造であるゲート絶縁膜,ゲート電極,ソース・ドレ
イン領域などを形成する。
エトキシシラン(TEOS)と酸素を用いた化学気相成
長法(CVD)を処理温度680℃で行なって、ウエハ
上に厚さが約30nmの第1の堆積酸化膜508を形成
した後、フッ酸等のウェットエッチングにより、第1の
堆積酸化膜508に活性領域の幅W2よりも狭い幅W3
を有するコレクタ開口部510を形成する。コレクタ開
口部510の幅W3が活性領域幅のW2よりも小さくし
た理由は、すでに説明した通りである。次に、Si基板
500のコレクタ開口部510に露出した部分をアンモ
ニア水と過酸化水素水との混合液によって処理し、その
部分に厚さが1nm程度の保護酸化膜を形成した状態
で、ウエハをUHV−CVD装置のチャンバー内に導入
する。そして、導入後、水素雰囲気中で熱処理を行うこ
とにより保護酸化膜を除去した後、550℃に加熱しつ
つジシラン(Si2 H6 )とゲルマン(GeH4 )にド
ーピング用のジボラン(B2 H6 )を含むガスをチャン
バー内に導入して、Si基板500のコレクタ開口部5
10に露出している表面の上に、厚さ約60nmのSi
1-x Gex 層をエピタキシャル成長させる。そして、S
i1-x Gex 層を形成した後、連続してチャンバー内に
供給するガスをジシランに切り替えることにより、Si
1-x Gex 層の上に厚さ約10nmのSi層をエピタキ
シャル成長させる。このSi1-x Gex 層とSi層によ
り、Si/Si1-x Gex 層511aが形成される。こ
こで、Si1-x Gex 層は、ボロン(B)が導入されて
P型になっており、ボロンの濃度は2×1018atoms ・
cm-3である。このとき、Si層には不純物を導入しな
いでおく。一方、Si1-x Gex 層を形成する際に、第
1の堆積酸化膜508の上にも、ジシラン,ゲルマン及
びジボランが供給されるが結晶として積層されず、S
i,Ge原子が凝集してSiGeアイランド511bが
形成される。
上に、エッチストッパとなる膜厚30nmの第2の堆積
酸化膜512を形成した後、第2の堆積酸化膜512を
ドライエッチングによりパターニングして、ベース接合
用開口部514を形成する。このとき、Si/Si1-x
Gex 層511aの中央部は第2の堆積酸化膜によって
覆われており、ベース接合用開口部514にはSi/S
i1-x Gex 層511aの周辺部と第1の堆積酸化膜5
08の一部とが露出している。また、第1の堆積酸化膜
508上にSiGeアイランド511bが形成されてい
るのを反映して、第2の堆積酸化膜512は凹凸の大き
い形状となっている。
により、ウエハ上に1×1020atoms ・cm-3以上の高
濃度にドープされた厚さ約150nmのP+ ポリシリコ
ン層515を堆積し、続いて、厚さ約100nmの第3
の堆積酸化膜517を堆積する。次に、ドライエッチン
グにより、第3の堆積酸化膜517とP+ ポリシリコン
層515とをパターニングして、第3の堆積酸化膜51
7とP+ ポリシリコン層515との中央部に第2の堆積
酸化膜512に達するベース開口部518を形成する。
このベース開口部518は第2の堆積酸化膜512の中
央部よりも小さく、ベース開口部518がベース接合用
開口部514に跨ることはない。この工程により、P+
ポリシリコン層515とSi/Si1-x Gex 層511
aの中央部を除く部分とによって構成される外部ベース
516が形成される。通常、この時に第3の堆積酸化膜
517とP+ ポリシリコン層515との図中の両端部も
エッチングにより除去しておく。ここで、P+ ポリシリ
コン層515のうち図中左方側の部分は、後にベースコ
ンタクトをとる必要があるので、図中右方側の部分より
も広くしておく。
により、ウエハの全面上に厚さ約30nmの第4の堆積
酸化膜520と厚さ約150nmのポリシリコン膜とを
堆積する。そして、異方性ドライエッチングにより、ポ
リシリコン膜をエッチバックして、P+ ポリシリコン層
515,第3の堆積酸化膜517の側面上に第4の堆積
酸化膜520を挟んで、ポリシリコンからなるサイドウ
ォール521を形成する。次に、フッ酸等によるウエッ
トエッチングを行い、第2の堆積酸化膜512及び第4
の堆積酸化膜520のうち露出している部分を除去す
る。このとき、ベース開口部518においては、Si/
Si1-x Gex 層511aの上部のSi層が露出する。
また、ウエットエッチングは等方性であることから第2
の堆積酸化膜512及び第4の堆積酸化膜520が横方
向にもエッチングされ、ベース開口部518の寸法が拡
大する。つまり、このときのウエットエッチングの量に
よってベース開口幅W1が決まる。また、このウエット
エッチングの際、第1の堆積酸化膜508のうちSiG
eアイランド511bが付着していない部分も同時にエ
ッチングされてしまうので、Si基板500のうちN+
コレクタ引き出し層507などの表面が露出する。
約250nmのN+ ポリシリコン層529を堆積した
後、ドライエッチングによってN+ ポリシリコン層52
9をパターニングすることにより、エミッタ引き出し電
極を形成する。このとき、P+ポリシリコン層515の
側方にもポリシリコン膜がサイドウォールとして残存す
る。さらに、図15(a)に示す工程において露出した
N+ コレクタ引き出し層507などの表面は、N+ ポリ
シリコン層529のオーバーエッチングによってエッチ
ングされるので、Si基板500の表面に凹凸が形成さ
れる。
さが約120nmの堆積酸化膜を形成した後、ドライエ
ッチングを行なって、N+ ポリシリコン層529とP+
ポリシリコン層515の側面にサイドウォール523を
形成する。このときのドライエッチングによって、N+
ポリシリコン層529,P+ ポリシリコン層515及び
N+ コレクタ引き出し層507の表面を露出させる。
以下の処理を行なう。まず、スパッタリングによって、
ウエハの全面上に厚さが約40nmのTi膜を堆積した
後、675℃,30secのRTA(短時間アニール)
を行なうことにより、N+ ポリシリコン層529,P+
ポリシリコン層515及びN+ コレクタ引き出し層50
7の露出している表面にTiシリサイド層524を形成
する。その後、Ti膜の未反応部分のみを選択的に除去
した後、Tiシリサイド層524の結晶構造を変化させ
るためのアニールを行なう。
を形成し、層間絶縁膜525を貫通してN+ ポリシリコ
ン層529,P+ ポリシリコン層515及びN+ コレク
タ引き出し層507上のTiシリサイド層524に到達
する接続孔を形成する。そして、各接続孔内にW膜を埋
め込んでWプラグ526を形成した後、ウエハの全面上
にアルミニウム合金膜を堆積し、これをパターニングし
て、各Wプラグ526に接続され、層間絶縁膜525の
上に延びる金属配線527を形成する。
するHBT、つまり、N型Siからなるコレクタと、P
+ 型Si1-x Gex からなるベースと、N+ 型Siから
なるエミッタとを備えたHBTが形成される。なお、S
i/Si1-x Gex 層511aのうちSi層には、N+
ポリシリコン層529から高濃度のN型不純物(Asな
ど)が拡散して、N+ 型Si層になっている。
来のHBT又はSiGe−BiCMOSにおいては、以
下のような不具合があった。
レスの影響を防ぐために、活性領域の幅W2をコレクタ
開口部510の幅W3よりも大きくしている。ところ
が、コレクタ開口部510の幅W3は、外部ベース51
6として機能するP+ ポリシリコン層515とSi/S
i1-x Gex 層511aとが接続される領域の面積を規
定することから、この幅W3を小さくすることには限界
がある。また、活性領域・分離接合部Raiは異種材料の
接合部分であるので、この部分には大きなストレスが印
加しており、活性領域・分離接合部Raiが外部ベース5
16に近づくと、ストレス起因のリーク電流等によりH
BTの電気的特性に悪い影響を与えるおそれがある。
の堆積酸化膜508の上にSi/Si1-x Gex 層51
1aを積層する際に、第1の堆積酸化膜508の上にS
iGeアイランド511bが形成されることから、その
後、第2の堆積酸化膜512の平坦度が悪化したり、N
+ コレクタ引き出し層507などの表面に凹凸が生じた
りするなど、プロセスの制御上種々の不具合が生じてい
た。
eアイランドが形成される過程を説明するための断面図
である。
板500上にコレクタ開口部510を有する第1の堆積
酸化膜508が形成された状態で、CVDによりSi
1-x Gex 層の選択成長を開始すると、一定の圧力・組
成・流量のガスと成長温度下において、一定の時間(In
cubation Time )までは、Si基板500のコレクタ開
口部510の上にSi1-x Gex 層が選択成長するだけ
で、第1の堆積酸化膜508上にはSi,Ge原子が付
着しない。
と、図17(b)に示すように、第1の堆積酸化膜50
8の上にSi,Ge原子が付着し始め、SiGeアイラ
ンド511bが形成される。その後、Si1-x Gex 層
の上にSi層をエピタキシャル成長させて、Si/Si
1-x Gex 層511aを形成すると、SiGeアイラン
ド511bがそのまま残る。
(c)に示すように、SiGeアイランド511bが成
長して、ポリSiGe層511cとなる。
Gex 層の選択成長を終えれば、第1の堆積酸化膜50
8の上にSiGeアイランド511bを生ぜしめること
なく、Si/Si1-x Gex 層511aを形成すること
ができるが、一般にIncubation Time はガスの圧力・流
量、成長温度などの条件に密接に関連しているために、
Si基板500の上のみに所定の厚みを有するSi1-x
Gex 層を選択成長させうる条件は極めて厳しく、これ
を実現するには製造工程上の微細な制御を要する。その
ために、実際上、このようなSi1-x Gex 層の選択成
長を安定して行なうことが困難となっている。
のHBTの製造工程においては、図14(b)に示す工
程で、外部ベース516の一部であるP+ ポリシリコン
層515のパターニングを行った後に、図15(b)に
示す工程で、エミッタ引き出し電極として機能するN+
ポリシリコン層529のパターニングを行っているが、
このとき、段差部分にN+ ポリシリコンがサイドウォー
ルとして残ってしまうほか、オーバーエッチングによっ
てN+ コレクタ引き出し層507などにダメージが与え
られるおそれがある。このような現象はプロセスの制御
性を低下させるほかリーク電流の原因となり、特にBi
−CMOSデバイスの製造工程においては、基板上にC
MOSデバイスを混載しているので、CMOS部分にダ
メージを与えるおそれもある。
さくかつリーク電流が少なくてプロセス制御性のよいH
BTやSiGe−BiCMOSデバイスとして機能する
半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
半導体基板の活性領域に設けられバイポーラトランジス
タとして機能する半導体装置であって、上記半導体基板
の一部に設けられ活性領域を囲む素子分離領域と、上記
半導体基板内の上記素子分離領域に挟まれる領域に設け
られた第1導電型のコレクタ層と、上記半導体基板の上
に設けられ、上記コレクタ層及び素子分離領域の一部に
跨るコレクタ開口部を有する絶縁層と、上記コレクタ開
口部における上記半導体基板及び上記絶縁層の上に設け
られ、内部ベースと該内部ベースを囲む外部ベースとを
含む第2導電型のベース層と、上記内部ベースの上に設
けられた第1導電型のエミッタ層とを備えている。
りも縮小されることから、トランジスタの占有面積の低
減を図ることができる。
で上記素子分離に隣接する領域に設けられ、第2導電型
不純物が導入された接合リーク防止層をさらに備えるこ
とにより、PN接合部が活性領域と素子分離領域との接
合部から遠ざかるので、活性領域と素子分離領域との接
合部のストレスに起因する界面準位や格子欠陥を介して
流れるリーク電流の発生を抑制することができる。
半導体基板の活性領域に設けられ、エミッタ層,ベース
層及びコレクタ層を有するバイポーラトランジスタとし
て機能する半導体装置の製造方法であって、上記半導体
基板の一部に、活性領域を囲む素子分離領域を形成する
工程(a)と、上記工程(a)の前又は後で、上記半導
体基板内の上記素子分離領域に挟まれる領域に第1導電
型のコレクタ層を形成する工程(b)と、上記工程
(a)及び(b)の後で、上記半導体基板の上に第1の
絶縁層を堆積した後、上記第1の絶縁層に上記コレクタ
層及び素子分離領域の一部に跨るコレクタ開口部を形成
する工程(c)と、上記コレクタ開口部における上記半
導体基板の上に、少なくとも内部ベースと該内部ベース
を囲む外部ベースとを構成するための第2導電型の半導
体層をエピタキシャル成長させる工程(d)とを含んで
いる。
ーラトランジスタを容易に製造することができる。
層を形成した後、マスク部材を用いたエッチングによ
り、該第2の絶縁層のうち,上記半導体層の中央部の上
方に位置する部分を残し上記半導体層の端部の上方に位
置する部分から上記素子分離領域の内側端部の上方に位
置する部分に至る領域を除去してベース接合用開口部を
形成する工程(e)と、上記マスク部材を用いたイオン
注入により、上記半導体基板内の上記ベース接合用開口
部の下方に位置する領域に第2導電型不純物を導入して
リーク接合防止層を形成する工程(f)とをさらに含む
ことにより、活性領域と素子分離領域との接合部に印加
するストレスに起因するリーク電流の発生の少ない半導
体装置を形成することができる。
層を形成した後、マスク部材を用いたエッチングによ
り、該第2の絶縁層のうち,上記半導体層の中央部の上
方に位置する部分を残し上記半導体層の端部の上方に位
置する部分を除去してベース接合用開口部を形成する工
程(e)と、基板上に第1の導体層及び第3の絶縁層を
積層した後、上記第1の導体層及び第3の絶縁層に、上
記第2の絶縁層の内部ベース上方に残存する部分に到達
するベース開口部を形成する工程(f)と、上記第1の
導体膜の上記ベース開口部に露出している側面を覆う第
4の絶縁層を形成する工程(g)と、エッチングによ
り、上記第2の絶縁層の上記半導体層の内部ベース上方
に残存する部分のうち上記ベース開口部に露出している
部分を除去して、上記ベース開口部の底部に上記半導体
層の一部を露出させる工程(h)と、上記工程(h)の
後で、上記ベース開口部を埋める第2の導体層を形成す
る工程(i)と、上記工程(i)の後で、エッチングに
より、上記第1の導体層及び第3の絶縁層の端部を除去
して、上記半導体基板のうちコレクタ引き出し層となる
部分を露出させる工程(j)とをさらに含むことによ
り、第2の導体層を形成する際に第2の導体層を構成す
る材料が第1の導体層の端部にサイドウォールとして残
ることに起因するリーク電流の発生等のない半導体装置
を形成することができる。
半導体基板上に、少なくともエミッタ層,ベース層及び
コレクタ層を有するバイポーラトランジスタと、少なく
ともゲート絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領
域を有するMISFETとを備えた半導体装置の製造方
法であって、バイポーラトランジスタ形成領域に上記バ
イポーラトランジスタのコレクタ層を形成するととも
に、MISFET形成領域に、上記MISFETのゲー
ト絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領域を形成
する工程(a)と、基板上に第1の絶縁層と還元性膜と
を積層した後、上記第1の絶縁層及び還元性膜のうち,
上記バイポーラトランジスタ形成領域における上記コレ
クタ層の上方に位置する部分を除去してコレクタ開口部
を形成する工程(b)と、上記コレクタ開口部における
上記半導体基板及び上記還元性膜の上に、少なくとも内
部ベースと該内部ベースを囲む外部ベースとを構成する
ための第2導電型の半導体層をエピタキシャル成長させ
る工程(c)と、上記工程(c)の後、基板上に第2の
絶縁層を形成した後、該第2の絶縁層のうち,上記半導
体層の中央部の上方に位置する部分を残し上記半導体層
の端部の上方に位置する部分を除去してベース接合用開
口部を形成する工程(d)と、基板上に第1の導体層及
び第3の絶縁層を積層した後、上記第1の導体層及び第
3の絶縁層のうち上記第2の絶縁層の内部ベース上方に
残存する部分に到達するベース開口部を形成する工程
(e)と、上記第1の導体膜の上記ベース開口部に露出
している側面を覆う電極間絶縁層を形成する工程(f)
と、エッチングにより、上記第2の絶縁層の上記半導体
層の内部ベース上方に残存する部分のうち上記ベース開
口部に露出している部分を除去して、上記ベース開口部
の底部に上記半導体層の一部を露出させる工程(g)
と、上記工程(g)の後で、上記ベース開口部を埋める
エミッタ引き出し電極となる第2の導体層を形成する工
程(h)と、上記バイポーラトランジスタ形成領域にお
ける上記第3の絶縁層,第1の導体層,半導体層,還元
性膜の一部と、上記MISFET形成領域における上記
第3の絶縁層,第1の導体層,半導体層,還元性膜の全
体とを除去する工程(i)と、上記工程(i)の後で、
基板上に絶縁膜を堆積して該絶縁膜をエッチバックする
ことにより、上記バイポーラトランジスタ形成領域にお
ける上記第1の導体層,半導体層,還元性膜の側面と、
上記ゲート電極の側面とにサイドウォールを形成する工
程(j)と、上記第1の絶縁層を除去して、上記半導体
基板のうち,バイポーラトランジスタ形成領域における
コレクタ引き出し層となる部分と上記MISFET形成
領域におけるソース・ドレイン領域とを露出させる工程
(k)とを含んでいる。
ル成長条件が選択エピタキシャル条件か非選択エピタキ
シャル成長条件であるかに拘わらず、第1の絶縁層上の
還元性膜の上に半導体膜がほぼ均一に成長する。したが
って、半導体膜のアイランドの形成に起因する不具合を
解消することができる。そして、GeなどによるMIS
FET領域などの汚染を確実に防止することができる。
≦x≦1),Si1-x-y Gex Cy(0≦x+y≦1)
及びSi1-y Cy (0≦y≦1)のうち少なくともいず
れか1つを含むように上記半導体層を形成することによ
り、特に高周波特性などの優れた,かつシリコンデバイ
スと製造工程を共有化できるヘテロバイポーラトランジ
スタを形成することができる。
に行なうことが好ましい。
00℃以下の温度で形成されるシリコン酸化膜によって
形成することにより、半導体装置の各部の不純物の濃度
プロファイルの悪化を抑制することができる。
半導体基板上に、少なくともエミッタ層,ベース層及び
コレクタ層を有するバイポーラトランジスタと、少なく
ともゲート絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領
域を有するMISFETとを備えた半導体装置の製造方
法であって、バイポーラトランジスタ形成領域に上記バ
イポーラトランジスタのコレクタ層を形成するととも
に、MISFET形成領域に、上記MISFETのゲー
ト絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領域を形成
する工程(a)と、基板上に第1の絶縁層と還元性膜と
を積層した後、上記第1の絶縁層及び還元性膜のうち,
上記バイポーラトランジスタ形成領域における上記コレ
クタ層の上方に位置する部分を除去してコレクタ開口部
を形成する工程(b)と、上記コレクタ開口部における
上記半導体基板及び上記還元性膜の上に、少なくとも内
部ベースと該内部ベースを囲む外部ベースとを構成する
ための第2導電型の半導体層をエピタキシャル成長させ
る工程(c)とを含み、上記工程(c)では、Si1-x
Gex (0≦x≦1),Si1-x-y Gex Cy (0≦x
+y≦1)及びSi1-y Cy (0≦y≦1)のうちいず
れか1つとSi層とを順次積層するように上記半導体層
を形成し、上記工程(c)の後、基板上に第2の絶縁層
を形成した後、該第2の絶縁層のうち,上記半導体層の
中央部の上方に位置する部分を残し上記半導体層の端部
の上方に位置する部分を除去してベース接合用開口部を
形成する工程(d)と、基板上に第1の導体層及び第3
の絶縁層を積層した後、上記第1の導体層及び第3の絶
縁層のうち上記第2の絶縁層の内部ベース上方に残存す
る部分に到達するベース開口部を形成する工程(e)
と、上記第1の導体膜の上記ベース開口部に露出してい
る側面を覆う電極間絶縁層を形成する工程(f)と、エ
ッチングにより、上記第2の絶縁層の上記半導体層の内
部ベース上方に残存する部分のうち上記ベース開口部に
露出している部分を除去して、上記ベース開口部の底部
に上記半導体層の一部を露出させる工程(g)と、上記
工程(g)の後で、上記ベース開口部を埋めるエミッタ
引き出し電極となる第1導電型不純物を含む第2の導体
層を形成する工程(h)と、上記第2の導体層から上記
Si層の一部に第1導電型不純物を拡散させて、上記S
i層内にエミッタ層を形成する工程(i)とをさらに含
んでいる。この方法により、高濃度の第1導電型不純物
を含むエミッタ層を確実に形成することができる。
明の第1の実施形態の半導体装置の断面図であって、S
iGe−BiCMOSデバイスの製造工程を、先にMI
SFETを形成してからHBTを形成する手順により行
なった場合のHBTの断面図である。
するSi基板100の上部は、エピタキシャル成長法,
イオン注入法などによって導入されたリンなどのN型不
純物を含む深さ1μmのレトログレードウェル101と
なっている。Si基板100の表面付近の領域における
N型不純物濃度は、1×1017atoms ・cm-3程度に調
整されている。また、素子分離として、酸化シリコンが
埋め込まれたシャロートレンチ103と、アンドープポ
リシリコン膜105及びこれを取り囲むシリコン酸化膜
106により構成されるディープトレンチ104とが設
けられている。各トレンチ103,104の深さは、そ
れぞれ0.35μm,2μm程度である。
103によって挟まれる領域にコレクタ層102が設け
られており、Si基板100内のコレクタ層102とは
シャロートレンチ103により分離された領域には、レ
トログレードウェル101を介してコレクタ層102の
電極とコンタクトするためのN+ コレクタ引き出し層1
07が設けられている。
開口部110を有する厚さ約30nmの第1の堆積酸化
膜108が設けられていて、Si基板100の上面のう
ちコレクタ開口部110に露出する部分の上には、P型
不純物がドープされた厚さ約60nmのSi1-x Gex
層と厚さ約10nmのSi膜とが積層されてなるSi/
Si1-x Gex 層111が設けられている。このSi/S
i1-x Gex 層111は、選択成長により、Si基板1
00のうちコレクタ開口部110に露出している部分の
上のみに形成されている。そして、Si/Si1-x Ge
x 層111のうちの中央部(後述するベース開口部11
8の下方領域)の下部が内部ベース119として機能し
ている。また、Si/Si1-x Gex 層の中央部の上部
がエミッタ層として機能している。また、Si1-x Ge
x 層の大部分は、ボロン(B)などのP型不純物によっ
て2×1018atoms ・cm-3程度にドーピングされてお
り、Si層はN+ ポリシリコン層129からのリン
(P)等のN型不純物の拡散によって、基板の深さ方向
に向かって1×1020atoms ・cm-3から1×1017at
oms ・cm-3程度までの分布をもってドーピングされて
いる。Si1-x Gex 層と連続的にSi層を形成してい
るのは、上方のN+ ポリシリコン層129の下面をPN
接合部から遠ざけることによって、N+ ポリシリコン層
129中に多く存在する界面準位や欠陥によるキャリア
の再結合を防止するためである。
8の幅W1は、後述する第2の堆積酸化膜112のウエ
ットエッチ量によって規定される。また、内部ベース1
19及び外部ベース116のうちコレクタ層102とP
N接合を形成する実質的なベース部分は、Si/Si
1-x Gex 層111のコレクタ層102に接する部分で
あり、この実質的なベース部分の幅は、第1の堆積酸化
膜108のコレクタ開口部110の幅W3によって規定
されている。
開口部110の端よりもシャロートレンチ103の端が
内側になるように配置されていて、活性領域の幅W2が
コレクタ開口の幅W3よりも小さくなっている点が特徴
である。これにより、シャロートレンチ103が内側に
配置されるので、HBTの総面積を低減することができ
る。一方、活性領域・分離接合部RaiがHBTのキャリ
ア移動領域に入り込むことによりストレスによる欠陥発
生などの影響が懸念されるが、これを回避するために、
コレクタ開口部110に対して自己整合的にP型の不純
物をイオン注入してなるP型の接合リーク防止層113
を活性領域・分離接合部Raiの付近に設けている。この
P型接合リーク防止層113における基板表面付近の不
純物濃度は、3×1017atoms ・cm-3程度が好まし
い。
堆積酸化膜108の上には、厚さ約30nmのエッチス
トッパ用の第2の堆積酸化膜112が設けられていて、
第2の堆積酸化膜112には、ベース接合用開口部11
4及びベース開口部118が形成されている。そして、
ベース接合用開口部114を埋めて第2の堆積酸化膜1
12の上に延びる厚さ約150nmのP+ ポリシリコン
層115と第3の堆積酸化膜117とが設けられてい
る。上記Si/Si1-x Gex 層111のうちベース開
口部118の下方領域を除く部分とP+ ポリシリコン層
115とによって外部ベース116が構成されている。
の堆積酸化膜117のうち,第2の堆積酸化膜112の
ベース開口部118の上方に位置する部分は開口されて
いて、P+ ポリシリコン層115の側面には厚さ約30
nmの第4の堆積酸化膜120が形成されており、さら
に、第4の堆積酸化膜120の上に厚さ約100nmの
ポリシリコンからなるサイドウォール121が設けられ
ている。そして、ベース開口部118を埋めて第3の堆
積酸化膜117の上に延びるN+ ポリシリコン層129
が設けられており、このN+ ポリシリコン層129はエ
ミッタ引き出し電極として機能する。上記第4の堆積酸
化膜120によって、P+ ポリシリコン層115とN+
ポリシリコン層129とが電気的に絶縁されるととも
に、P+ ポリシリコン層115からN+ ポリシリコン層
129への不純物の拡散が阻止されている。また、第3
の堆積酸化膜117によって、P+ ポリシリコン層11
5の上面とN+ ポリシリコン層129とが絶縁されてい
る。さらに、N+ ポリシリコン層129とP+ ポリシリ
コン層115の外側面はサイドウォール123により覆
われている。
ポリシリコン層115及びN+ ポリシリコン層129の
表面には、それぞれTiシリサイド層124が形成され
ている。特に、P+ ポリシリコン層115の外側面の構
造は、図12に示す従来のHBTの構造と異なっている
が、これは後述するように、P+ ポリシリコン層115
とN+ ポリシリコン層129とのパターニング順序の相
違によるものである。後述するように、本実施形態にお
いては、N+ コレクタ引き出し層107等へのダメージ
の発生を有効に防止することができる。
て覆われており、層間絶縁膜125を貫通してN+ コレ
クタ引き出し層107,外部ベースの一部であるP+ ポ
リシリコン層115及びエミッタ引き出し電極であるN
+ ポリシリコン層129上のTiシリサイド層124に
到達する接続孔がそれぞれ形成されている。そして、こ
の各接続孔を埋めるWプラグ126と、各Wプラグ12
6に接続されて、層間絶縁膜125の上に延びる金属配
線127とが設けられている。
値を示しており、HBTの種類や用途に応じて適当な厚
さを用いることが可能である。
造工程について、図2(a)〜図5(b)を参照しなが
ら説明する。図2(a)〜図5(b)は、第1の実施形
態のSiGe−BiCMOSデバイスの製造方法を示す
断面図であって、HBTの部分のみを示す断面図であ
る。
1)面を主面とするSi基板100の上部に、N型不純
物をドープしながらSi単結晶層をエピタキシャル成長
させる、あるいは、エピタキシャル成長後に高エネルギ
ーのイオン注入を行なうことにより、深さ約1μmのN
型のレトログレードウェル101を形成する。ただし、
エピタキシャル成長を行なわずにSi基板100の一部
にイオン注入を行なうことによりレトログレードウェル
101を形成することも可能である。このとき、Si基
板100の表面付近の領域は、HBTのコレクタ層とな
るためにN型の不純物濃度を1×1017atoms ・cm-3
程度に調整しておく。
め込まれたシャロートレンチ103と、アンドープポリ
シリコン膜105及びこれを取り囲むシリコン酸化膜1
06により構成されるディープトレンチ104とを形成
する。各トレンチ103,104の深さは、それぞれ
0.35μm,2μm程度としておく。Si基板100
内におけるシャロートレンチ103同士によって挟まれ
る領域がコレクタ層102となる。また、Si基板10
0内のコレクタ層102とはシャロートレンチ103に
より分離された領域に、コレクタ電極とコンタクトする
ためのN+ コレクタ引き出し層107を形成する。この
とき、シャロートレンチ103同士の間の距離が活性領
域の幅W2を規定するが、本実施形態においては、この
シャロートレンチ103同士の間隔である活性領域の幅
W2を従来のHBTよりも狭くしておく。
造方法により、CMOSデバイスの各MISFETの基
本構造であるゲート絶縁膜,ゲート電極,ソース・ドレ
イン領域などを形成する。
トキシシラン(TEOS)と酸素を用いた化学気相成長
法(CVD)を処理温度680℃で行なって、ウエハ上
に厚さが約30nmの第1の堆積酸化膜108を形成し
た後、フッ酸等のウェットエッチングにより、第1の堆
積酸化膜108に活性領域の幅W2よりも広い幅W3を
有するコレクタ開口部110を形成する。つまり、シャ
ロートレンチ103とSi基板100との表面部におけ
る境界である活性領域・分離接合部Raiを含むようにコ
レクタ開口部110を形成することにより、コレクタ開
口部110の幅W3を活性領域の幅W2よりも広くして
おく。コレクタ開口部110の幅自体は従来のHBTに
おけるとほぼ同じ程度であるが、シャロートレンチ10
3同士の間隔が従来のHBTにおけるよりも狭くなって
いる結果、コレクタ開口部110の幅W3が活性領域の
幅W2よりも広くなるのである。ただし、このままでは
トレンチの異種材料間の接合によるストレス起因の界面
準位や格子欠陥を介してベース・コレクタ間のリーク電
流が大きくなる可能性があるため、後述するように、接
合リーク防止層113を形成する必要がある。
10に露出した部分をアンモニア水と過酸化水素水との
混合液によって処理し、その部分に厚さが1nm程度の
保護酸化膜を形成した状態で、ウエハをUHV−CVD
装置のチャンバー内に導入する。そして、導入後、水素
雰囲気中で熱処理を行うことにより保護酸化膜を除去し
た後、550℃に加熱しつつジシラン(Si2 H6 )と
ゲルマン(GeH4 )にドーピング用のジボラン(B2
H6 )を含むガスをチャンバー内に導入して、Si基板
100のコレクタ開口部110に露出している表面の上
に、厚さ約60nmのSi1-x Gex 層をエピタキシャ
ル成長させる。そして、Si1-x Gex層を形成した
後、連続してチャンバー内に供給するガスをジシランに
切り替えることにより、Si1-x Gex 層の上に厚さ約
10nmのSi層をエピタキシャル成長させる。このS
i1-x Gex 層とSi層により、Si/Si1-x Gex
層111が形成される。ここで、Si1-x Gex 層は、
ボロン(B)が導入されてP型になっており、ボロンの
濃度は2×1018atoms ・cm-3である。このとき、S
i層には不純物を導入しないでおく。一方、本実施形態
においても、Si1-xGex 層を形成する際に、第1の
堆積酸化膜108の上に、Si,Ge原子が凝集してS
iGeアイランドが形成されるおそれはあるが、選択成
長のための制御を厳密に行なうことにより、SiGeア
イランドの形成を回避しておく。
に、エッチストッパとなる膜厚30nmの第2の堆積酸
化膜112を形成した後、第2の堆積酸化膜112の上
に設けたレジストマスクRe1を用いて、第2の堆積酸化
膜112をドライエッチングによりパターニングして、
ベース接合用開口部114を形成する。このとき、Si
/Si1-x Gex 層111の中央部は第2の堆積酸化膜
によって覆われており、ベース接合用開口部114には
Si/Si1-x Gex 層111の周辺部と第1の堆積酸
化膜108の一部とが露出している。次に、活性領域・
分離接合部Raiにおけるストレスの影響を抑えるため
に、ベース接合用開口部114の形成に用いたレジスト
マスクRe1を用いて、ボロン(B)などのP型の不純物
のイオン注入を行い、表面付近の濃度が3×1017atom
s ・cm-3程度の接合リーク防止層113を形成する。
より、ウエハ上に1×1020atoms・cm-3以上の高濃
度にドープされた厚さ約150nmのP+ ポリシリコン
層115を堆積し、続いて、厚さ約100nmの第3の
堆積酸化膜117を堆積する。次に、ドライエッチング
により、第3の堆積酸化膜117とP+ ポリシリコン層
115とをパターニングして、第3の堆積酸化膜117
とP+ ポリシリコン層115との中央部に第2の堆積酸
化膜112に達するベース開口部118を形成する。こ
のベース開口部118は第2の堆積酸化膜112の中央
部よりも小さく、ベース開口部118がベース接合用開
口部114に跨ることはない。この工程により、P+ ポ
リシリコン層115とSi/Si1-x Gex 層111の
中央部を除く部分とによって構成される外部ベース11
6が形成される。ここで、本実施形態においては、図1
4(b)に示す従来のHBTの製造工程とは異なり、こ
の時に第3の堆積酸化膜117とP+ ポリシリコン層1
15との図中の両端部をエッチングすることなく残して
おく。これによりエッチングした側壁に付着する残留物
を極力抑えることができる。
より、ウエハの全面上に厚さ約30nmの第4の堆積酸
化膜120と厚さ約150nmのポリシリコン膜とを堆
積する。そして、異方性ドライエッチングにより、第4
の堆積酸化膜120及びポリシリコン膜をエッチバック
して、P+ ポリシリコン層115及び第3の堆積酸化膜
117の側面上に第4の堆積酸化膜120を挟んでポリ
シリコンからなるサイドウォール121を形成する。次
に、フッ酸等によるウエットエッチングを行い、第2の
堆積酸化膜112及び第4の堆積酸化膜120のうち露
出している部分を除去する。このとき、ベース開口部1
18においては、Si/Si1-x Gex層111の上部
のSi層が露出する。また、ウエットエッチングは等方
性であることから第2の堆積酸化膜112及び第4の堆
積酸化膜120が横方向にもエッチングされ、ベース開
口部118の寸法が拡大する。つまり、このときのウエ
ットエッチングの量によってベース開口幅W1が決ま
る。このウエットエッチングの際、第1の堆積酸化膜1
08にSiGeアイランド111が付着していたとして
も、Si基板100のうちN+ コレクタ引き出し層10
7などは、P+ ポリシリコン層115などによって覆わ
れているので、Si基板100の表面が露出することは
ない。
250nmのN+ ポリシリコン層129を堆積した後、
ドライエッチングによってN+ ポリシリコン層129を
パターニングすることにより、エミッタ引き出し電極を
形成する。このとき、P+ ポリシリコン層115の外側
はパターニングされていないので、側方にポリシリコン
からなるサイドウォールが形成されることはない。ま
た、N+ コレクタ引き出し層107などの表面が、N+
ポリシリコン層129のオーバーエッチングによってエ
ッチングされることがないので、Si基板100の表面
に凹凸が形成されることもない。
ッチングにより、第3の堆積酸化膜117,P+ ポリシ
リコン層115及び第2の堆積酸化膜112をパターニ
ングして、外部ベース116の形状を決定する。
に厚さが約120nmの堆積酸化膜を形成した後、ドラ
イエッチングを行なって、N+ ポリシリコン層129と
P+ポリシリコン層115の側面にサイドウォール12
3を形成する。このときのドライエッチング(オーバー
エッチング)によって、第1の堆積酸化膜108の露出
している部分を除去して、N+ ポリシリコン層129,
P+ ポリシリコン層115及びN+ コレクタ引き出し層
107の表面を露出させる。
下の処理を行なう。まず、スパッタリングによって、ウ
エハの全面上に厚さが約40nmのTi膜を堆積した
後、675℃,30secのRTA(短時間アニール)
を行なうことにより、N+ ポリシリコン層129,P+
ポリシリコン層115及びN+ コレクタ引き出し層10
7の露出している表面にTiシリサイド層124を形成
する。その後、Ti膜の未反応部分のみを選択的に除去
した後、Tiシリサイド層124の結晶構造を変化させ
るためのアニールを行なう。
を形成し、層間絶縁膜125を貫通してN+ ポリシリコ
ン層129,P+ ポリシリコン層115及びN+ コレク
タ引き出し層107上のTiシリサイド層124に到達
する接続孔を形成する。そして、各接続孔内にW膜を埋
め込んでWプラグ126を形成した後、ウエハの全面上
にアルミニウム合金膜を堆積した後、これをパターニン
グして、各Wプラグ126に接続され、層間絶縁膜12
5の上に延びる金属配線127を形成する。
るHBT、つまり、N型Siからなるコレクタと、P+
型Si1-x Gex からなるベースと、N+ 型Siからな
るエミッタとを備えたHBTが形成される。なお、Si
/Si1-x Gex 層111のうちSi層には、N+ ポリ
シリコン層129から高濃度のN型不純物(リンなど)
が拡散して、N+ 型Si層になっている。
BTの面積を低減するとともに、活性領域・分離接合部
Raiにおけるストレス要因のリーク電流と、ドライエッ
チング時にP+ ポリシリコン層115の外側面にポリシ
リコンのサイドウォールが残ることに起因するリーク電
流を防ぐことができる。
の実施形態の半導体装置の断面であって、SiGe−B
iCMOSデバイスの製造工程を、先にMISFETを
形成してからHBTを形成する手順により行なった場合
のSiGe−BiCMOSデバイスの断面図である。本
実施形態では、HBT領域だけでなくCMOSデバイス
領域のうちの1つのMISFETの構造をも図示してい
る。
BT形成領域Rbpに設けられるHBTの構造は、上記第
1の実施形態におけるHBTの構造とほとんど同じであ
るが、第1の堆積酸化膜108の上の構造のみが異なっ
ている。以下、第1の実施形態と同じ構造については説
明を省略し、第1の実施形態と異なる点のみを説明す
る。
108の上にポリシリコン層109が設けられており、
Si/Si1-x Gex 層111は、Si基板100のコ
レクタ開口部110に露出している表面全体からポリシ
リコン層109の上にまで延びている。この点が、本実
施形態のもっとも重要な特徴である。そして、Si/S
i1-x Gex 層111のうち中央部の下部が内部ベース
119として機能し、Si/Si1-x Gex 層111の
うち中央部を除く部分とP+ ポリシリコン層115とが
外部ベース116として機能する。
/Si1-x Gex 層111の下地層としてポリシリコン
層109が設けられていることにより、後述するよう
に、UHV−CVD等によりSi/Si1-x Gex 層1
11を形成する際に、第1の堆積酸化膜108上にラン
ダムな分布をもつSiGeアイランドが形成されるのを
防止することができる。なお、ポリシリコン層109の
かわりにシリコン窒化膜を用いてもよい。
Gex 層の大部分は、ボロン(B)などのP型不純物に
よって2×1018atoms ・cm-3程度にドーピングされ
ており、Si層はN+ ポリシリコン層129からのリン
(P)等のN型不純物の拡散によって、基板の深さ方向
に向かって1×1020atoms ・cm-3から1×1017at
oms ・cm-3程度までの分布をもってドーピングされて
いる。Si1-x Gex層と連続的にSi層を形成してい
るのは、上方のN+ ポリシリコン層129の下面をPN
接合部から遠ざけることによって、N+ ポリシリコン層
129中に多く存在する界面準位や欠陥によるキャリア
の再結合を防止するためである。
bpにおいては、コレクタ開口部110の端よりもシャロ
ートレンチ103の端が内側になるように配置されてい
て、活性領域の幅W2がコレクタ開口の幅W3よりも小
さくなっている点は、第1の実施形態と同様である。こ
れにより、シャロートレンチ103が内側に配置される
ので、HBTの総面積を低減することができる。また、
コレクタ開口部110に対して自己整合的にP型の不純
物をイオン注入してなるP型の接合リーク防止層113
が活性領域・分離接合部Raiの付近に設けられている。
このP型接合リーク防止層113における基板表面付近
の不純物濃度は、3×1017atoms ・cm-3程度が好ま
しい。
エネルギーのイオン注入によって形成されたレトログレ
ードウエル151と、Si基板100のレトログレード
ウェル151の上に設けられたシリコン酸化膜又はシリ
コン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜152と、ゲート絶
縁膜152の上に設けられたポリシリコンからなるゲー
ト電極153と、ゲート電極153の側面上に設けられ
たシリコン酸化膜からなるサイドウォール154と、サ
イドウォール154の上に残るL字状の第1の堆積酸化
膜108及びサイドウォール123と、Si基板100
のゲート電極153の両側方に位置する領域に設けられ
たソース・ドレイン領域155とを備えたMISFET
が設けられている。ここで、Nチャネル型MISFET
においては、レトログレードウェル151にはP型不純
物(ボロンなど)が導入され、ソース・ドレイン領域1
55には高濃度のN型不純物(ヒ素,リンなど)が導入
されている。また、ゲート電極153及びソース・ドレ
イン領域155の表面上には、Tiシリサイド層124
が形成されており、層間絶縁膜125を貫通してソース
・ドレイン領域155やゲート電極153に到達する接
続孔を埋めるWプラグ126と、Wプラグ126に接続
され、層間絶縁膜125の上に延びる金属配線127と
が設けられている。
形態と同様の効果に加えて、HBT形成領域Rbpにおい
て、第1の堆積酸化膜108の上にほぼ均一なSi/S
i1- x Gex 層111が形成され、SiGeアイランド
が形成されていないので、従来のSiGe−BiCMO
Sデバイスにおいて発生するおそれがあったSiGeア
イランドに起因する種々の不具合を解消することができ
る。
造工程について、図7(a)〜図11(b)を参照しな
がら説明する。図7(a)〜図11(b)は、第2の実
施形態のSiGe−BiCMOSデバイスの製造方法を
示す断面図である。
1)面を主面とするSi基板100の上部に、N型不純
物をドープしながらSi単結晶層をエピタキシャル成長
させる、あるいは、エピタキシャル成長後に高エネルギ
ーのイオン注入を行なうことにより、HBT形成領域R
bpに深さ約1μmのN型のレトログレードウェル101
を形成する。ただし、エピタキシャル成長を行なわずに
Si基板100の一部にイオン注入を行なうことにより
レトログレードウェル101を形成することも可能であ
る。このとき、HBT形成領域RbpにおけるSi基板1
00の表面付近の領域は、HBTのコレクタ層となるた
めにN型の不純物濃度を1×1017atoms・cm-3程度
に調整しておく。一方、MISFET形成領域において
は、イオン注入によりレトログレードウェル151を形
成する。このレトログレードウェル151は、NMIS
FETを形成しようとする領域ではP型ウェルであり、
PMISFETを形成しようとする領域ではN型ウェル
である。
め込まれたシャロートレンチ103と、アンドープポリ
シリコン膜105及びこれを取り囲むシリコン酸化膜1
06により構成されるディープトレンチ104とを形成
する。各トレンチ103,104の深さは、それぞれ
0.35μm,2μm程度としておく。Si基板100
内におけるシャロートレンチ103同士によって挟まれ
る領域がコレクタ層102となる。また、Si基板10
0内のコレクタ層102とはシャロートレンチ103に
より分離された領域に、コレクタ電極とコンタクトする
ためのN+ コレクタ引き出し層107を形成する。この
とき、シャロートレンチ103同士の間の距離が活性領
域の幅W2を規定するが、本実施形態においては、この
シャロートレンチ103同士の間隔である活性領域の幅
W2を従来のHBTよりも狭くしておく。このとき、M
ISFET形成領域Rmsにも、同じ深さのシャロートレ
ンチ103を形成する。
ET形成領域Rmsにおいて、標準的な製造方法により、
CMOSデバイスの各MISFETのゲート絶縁膜15
2,ゲート電極153,酸化膜サイドウォール154,
ソース・ドレイン領域155などを形成する。
トキシシラン(TEOS)と酸素を用いた化学気相成長
法(CVD)を処理温度680℃で行なって、ウエハ上
に厚さが約30nmの第1の堆積酸化膜108を形成し
た後、厚さが約50nmのポリシリコン層109とを順
次形成する。その後、ドライエッチング等により、ポリ
シリコン層109をパターニングした後、フッ酸等のウ
ェットエッチングにより第1の堆積酸化膜108を除去
し、HBT形成領域Rbpにおいて第1の堆積酸化膜10
8及びポリシリコン層109に活性領域の幅W2よりも
広い幅W3を有するコレクタ開口部110を形成する。
つまり、シャロートレンチ103とSi基板100との
表面部における境界である活性領域・分離接合部Raiを
含むようにコレクタ開口部110を形成することによ
り、コレクタ開口部110の幅W3を活性領域の幅W2
よりも広くしておく。コレクタ開口部110の幅自体は
従来のHBTにおけるとほぼ同じ程度であるが、シャロ
ートレンチ103同士の間隔が従来のHBTにおけるよ
りも狭くなっている結果、コレクタ開口部110の幅W
3が活性領域の幅W2よりも広くなるのである。ただ
し、このままではトレンチ端の異種材料間の接合による
ストレス起因のベース・コレクタ間のリーク電流が大き
くなる可能性があるため、後述するように、接合リーク
防止層113を形成する必要がある。
いても、Si基板100上からサイドウォール154及
びゲート電極153の上に、第1の堆積酸化膜108及
びポリシリコン層109が形成されるが、MISFET
形成領域Rmsにおける第1の堆積酸化膜108及びポリ
シリコン層109はパターニングせずに、そのまま残し
ておく。
100のコレクタ開口部110に露出した部分をアンモ
ニア水と過酸化水素水との混合液によって処理し、その
部分に厚さが1nm程度の保護酸化膜を形成した状態
で、ウエハをUHV−CVD装置のチャンバー内に導入
する。そして、導入後、水素雰囲気中で熱処理を行うこ
とにより保護酸化膜を除去した後、550℃に加熱しつ
つジシラン(Si2 H6)とゲルマン(GeH4 )にド
ーピング用のジボラン(B2 H6 )を含むガスをチャン
バー内に導入して、Si基板100のコレクタ開口部1
10に露出している表面からポリシリコン層109に亘
って、厚さ約60nmのSi1-x Gex 層をエピタキシ
ャル成長させる。そして、Si1-x Gex 層を形成した
後、連続してチャンバー内に供給するガスをジシランに
切り替えることにより、Si1-x Gex 層の上に厚さ約
10nmのSi層をエピタキシャル成長させる。このS
i1- x Gex 層とSi層により、Si/Si1-x Gex
層111が形成される。このとき、MISFET形成領
域Rmsにおいても、Si/Si1-x Gex 層111が形
成される。ここで、Si1-x Gex 層は、ボロン(B)
が導入されてP型になっており、ボロンの濃度は2×1
018atoms ・cm-3である。このとき、Si層には不純
物を導入しないでおく。
Gex 層を堆積する際、従来の製造技術では、第1の堆
積酸化膜508上に供給されたSi,Ge原子は均一な
膜を形成できないために、SiGeアイランド511b
が形成されていた(図13(b)及び図17(b)参
照)。しかし、本実施形態では、第1の堆積酸化膜10
8上にポリシリコン層109が形成されているため、選
択成長させるための厳しい条件からはずれてもSiGe
アイランドが形成されない。すなわち、Si基板100
のコレクタ開口部110に露出している部分の上には単
結晶のSi1-x Gex 層が形成される一方、HBT形成
領域Rbp及びMISFET形成領域Rmsのポリシリコン
層109の上には、均一な多結晶のSi1-x Gex 層が
形成される。同様に、Si1-x Gex 層の上において、
コレクタ開口部110には単結晶のSi層が形成され、
HBT形成領域Rbp及びMISFET形成領域Rmsのポ
リシリコン層109の上方には多結晶のSi層が形成さ
れる。
に、エッチストッパとなる膜厚30nmの第2の堆積酸
化膜112を形成した後、第2の堆積酸化膜112の上
に設けたレジストマスクRe2を用いて、HBT形成領域
Rbpにおいて、第2の堆積酸化膜112をドライエッチ
ングによりパターニングして、ベース接合用開口部11
4を形成する。このとき、Si/Si1-x Gex 層11
1の中央部は第2の堆積酸化膜によって覆われており、
ベース接合用開口部114にはSi/Si1-xGex 層
111の周辺部と第1の堆積酸化膜108の一部とが露
出している。次に、活性領域・分離接合部Raiにおける
ストレスの影響を抑えるために、ベース接合用開口部1
14の形成に用いたレジストマスクRe2を用いて、HB
T形成領域Rbpにおいて、ボロン(B)などのP型の不
純物のイオン注入を行い、表面付近の濃度が3×1017
atoms ・cm-3程度の接合リーク防止層113を形成す
る。
より、ウエハ上に1×1020atoms・cm-3以上の高濃
度にドープされた厚さ約150nmのP+ ポリシリコン
層115を堆積し、続いて、厚さ約100nmの第3の
堆積酸化膜117を堆積する。 次に、ドライエッチン
グにより、HBT形成領域Rbpにおける第3の堆積酸化
膜117とP+ ポリシリコン層115とをパターニング
して、第3の堆積酸化膜117とP+ ポリシリコン層1
15との中央部に第2の堆積酸化膜112に達するベー
ス開口部118を形成する。このベース開口部118は
第2の堆積酸化膜112の中央部よりも小さく、ベース
開口部118がベース接合用開口部114に跨ることは
ない。この工程により、P+ ポリシリコン層115とS
i/Si 1-x Gex 層111の中央部を除く部分とによ
って構成される外部ベース116が形成される。本実施
形態においても、第1の実施形態と同様に、図14
(b)に示す従来のHBTの製造工程とは異なり、HB
T形成領域Rbpにおける第3の堆積酸化膜117,P+
ポリシリコン層115,Si/Si1-x Gex 層111
及びポリシリコン層109の図中の両端部をエッチング
することなく残しておく。これにより、第1の実施形態
と同様に側面に後にN+ ポリシリコン層の一部が残るな
どの不具合を防止することができるに加えて、側面にG
eを含むSi1-xGex 層が露出することに起因するG
eによるMISFET形成領域などの汚染を確実に抑制
することができる。なお、MISFET形成領域Rmsに
おける第3の堆積酸化膜117とP+ ポリシリコン層1
15とは、すべてエッチングすることなく残しておく。
により、ウエハの全面上に厚さ約30nmの第4の堆積
酸化膜120と厚さ約150nmのポリシリコン膜とを
堆積する。そして、異方性ドライエッチングにより、ポ
リシリコン膜をエッチバックして、HBT形成領域Rbp
におけるP+ ポリシリコン層115及び第3の堆積酸化
膜117の側面上に第4の堆積酸化膜120を挟んでポ
リシリコンからなるサイドウォール121を形成する。
このとき、MISFET形成領域Rmsにおける第4の堆
積酸化膜120及びポリシリコン膜はすべて除去され
る。次に、フッ酸等によるウエットエッチングを行い、
第2の堆積酸化膜112及び第4の堆積酸化膜120の
うち露出している部分を除去する。このとき、ベース開
口部118においては、Si/Si1-x Gex 層111
の上部のSi層が露出する。また、ウエットエッチング
は等方性であることから第2の堆積酸化膜112及び第
4の堆積酸化膜120が横方向にもエッチングされ、ベ
ース開口部118の寸法が拡大する。つまり、このとき
のウエットエッチングの量によってベース開口幅W1が
決まる。ただし、HBT形成領域RbpにおけるSi基板
100のうちN+ コレクタ引き出し層107などは、P
+ ポリシリコン層115などによって覆われているの
で、Si基板100の表面が露出することはない。
上に、厚さが約250nmのN+ ポリシリコン層129
を堆積した後、ドライエッチングによってN+ ポリシリ
コン層129及び第3の堆積酸化膜117をパターニン
グすることにより、HBT形成領域Rbpのみにエミッタ
引き出し電極を形成し、MISFET形成領域Rmsにお
けるN+ ポリシリコン層129及び第3の堆積酸化膜1
17はすべて除去する。このとき、HBT形成領域Rbp
においても、P+ ポリシリコン層115の外側はパター
ニングされていないので、側方にポリシリコンからなる
サイドウォールが形成されることはない。また、N+ コ
レクタ引き出し層107などの表面が、N+ ポリシリコ
ン層129のオーバーエッチングによってエッチングさ
れることがないので、Si基板100の表面に凹凸が形
成されることもない。
エッチングにより、P+ ポリシリコン層115,第2の
堆積酸化膜112,Si/Si1-x Gex 層111及び
ポリシリコン層109をパターニングして、外部ベース
116の形状を決定する。このとき、MISFET形成
領域RmsにおけるP+ ポリシリコン層115,第2の堆
積酸化膜112,Si/Si1-x Gex 層111及びポ
リシリコン層109もすべて除去される。
上に厚さが約120nmの堆積酸化膜を形成した後、ド
ライエッチングを行なって、HBT形成領域Rbpにおけ
るN+ ポリシリコン層129とP+ ポリシリコン層11
5の側面にサイドウォール123を形成する。また、M
ISFET形成領域においては、ゲート電極153の側
面上のサイドウォール154上に、L字状の第1の堆積
酸化膜108と、サイドウォール123とが積層され
る。このときのドライエッチング(オーバーエッチン
グ)によって、第1の堆積酸化膜108の露出している
部分を除去して、HBT領域RbpにおけるN+ ポリシリ
コン層129,P+ ポリシリコン層115及びN+ コレ
クタ引き出し層107の表面と、MISFET形成領域
Rmsにおけるゲート電極153及びソース・ドレイン領
域155の表面とを露出させる。
下の処理を行なう。まず、スパッタリングによって、ウ
エハの全面上に厚さが約40nmのTi膜を堆積した
後、675℃,30secのRTA(短時間アニール)
を行なうことにより、HBT領域RbpにおいてN+ ポリ
シリコン層129,P+ ポリシリコン層115及びN+
コレクタ引き出し層107の露出している表面と、MI
SFET形成領域Rmsにおいてゲート電極153及びソ
ース・ドレイン領域155の露出している表面とにTi
シリサイド層124を形成する。その後、Ti膜の未反
応部分のみを選択的に除去した後、Tiシリサイド層1
24の結晶構造を変化させるためのアニールを行なう。
を形成し、層間絶縁膜125を貫通してMISFET形
成領域RmsのN+ ポリシリコン層129,P+ ポリシリ
コン層115及びN+ コレクタ引き出し層107と、M
ISFET形成領域Rmsにおいてゲート電極153及び
ソース・ドレイン領域155との上の各Tiシリサイド
層124に到達する接続孔を形成する。そして、各接続
孔内にW膜を埋め込んでWプラグ126を形成した後、
ウエハの全面上にアルミニウム合金膜を堆積した後、こ
れをパターニングして、各Wプラグ126に接続され、
層間絶縁膜125の上に延びる金属配線127を形成す
る。
るHBTとMISFET、つまり、N型Siからなるコ
レクタ,P+ 型Si1-x Gex からなるベース及びN+
型Siからなるエミッタを備えたHBTと、ゲート絶縁
膜,ポリシリコンゲート電極,が及びソース・ドレイン
領域を備えたMISFETとが形成される。なお、HB
T領域RbpにおけるSi/Si1-x Gex 層111のう
ちSi層には、N+ ポリシリコン層129から高濃度の
N型不純物(リンなど)が拡散して、N+ 型Si層にな
っている。
形態の効果に加えて、以下の効果を発揮することができ
る。
においては、HBT形成領域のコレクタ開口部110に
露出している基板面上にSi1-x Gex 層を選択的にエ
ピタキシャル成長させるようにしている。しかし、この
選択成長のための条件が厳しいことから、実際の工程に
おいてしばしば第1の堆積酸化膜108上にSiGeア
イランドが出現し、種々の不具合を招いていた。それに
対し、本実施形態の製造方法によると、予め第1の堆積
酸化膜108の上にポリシリコン層109を設けておい
て、コレクタ開口部110に露出している基板面の上に
Si1-x Gex層をエピタキシャル成長させている。つ
まり、ポリシリコン層109が存在することにより、選
択エピタキシャル成長条件であっても選択エピタキシャ
ル条件からはずれても、ポリシリコン層109の上には
確実に多結晶のSi1-x Gex 層がほぼ均一な厚みをも
って堆積されることになる。したがって、SiGeアイ
ランドが形成されるおそれはなく、基板表面の凹凸や第
2の堆積酸化膜112の凹凸の発生は確実に抑制される
ことになる。
けるSi1-x Gex 層に代えて、Si1-x-y Gex Cy
層(0≦x+y≦1)又はSi1-y Cy 層(0≦y≦
1)などのSiを含むSiとは異なる材料の膜を用いる
ことができる。また、Si1-x Gex 層,Si1-x-yG
ex Cy 層,Si1-y Cy 層などのうちの2つ以上を積
層した膜を用いてもよい。
トランジスタは、必ずしもヘテロバイポーラトランジス
タに限定されるものではない。トランジスタ面積の低
減,接合リークの低減は、ホモエピタキシャル成長膜で
あるSi層をベースとして利用したバイポーラにおいて
も課題となっており、また、Si層の選択エピタキシャ
ル条件も不安定でアイランドが発生することがあるから
である。
製造方法の手順は、上記各実施形態に開示した具体的な
方法に限定されるものではない。例えば、Siエミッタ
層を形成する方法としては、Si/Si1-x Gex 層に
代えてSi1-x Gex 層のみを形成しておき、その後、
ベース開口部に露出しているSi1-x Gex 層の上にS
i層をエピタキシャル成長させる方法などがある。ま
た、第4の絶縁膜120,サイドウォール121を形成
する方法も各実施形態に開示した方法に限定されるもの
ではない。その他の要素を形成する具体的な方法につい
ても、その要素と同等の機能を有する要素を形成するこ
とができる他の公知の方法を用いてもよいことはいうま
でもない。
酸化膜108の上に形成したポリシリコン層109に代
えて、Si1-x Gex 層,Si1-x-y Gex Cy 層又は
Si 1-y Cy 層を選択成長させる機能を有する他の材料
からなる膜を形成することができる。選択成長膜は、原
料ガスを還元する機能がある下地に優先的に形成される
ので、例えばアモルファスシリコン膜,シリコン窒化膜
などの還元機能を有する膜であればポリシリコン層の代
わりに用いることができる。
べて、700℃以下の温度で形成されるシリコン酸化膜
にすることが好ましい。半導体装置の各部の不純物の濃
度プロファイルの悪化を抑制することができるからであ
る。
おいては、活性領域・分離接合部のストレス要因による
リーク電流や、ドライエッチング端面のリーク電流を抑
えるとともに、選択エピタキシャル成長の条件に制約さ
れることなく従来よりもセル面積の小さなHBTを実現
することができる。
の上にポリシリコン膜等の還元性膜を形成しておいて、
コレクタ開口部に露出している基板面上に半導体層をエ
ピタキシャル成長させるようにしたので、半導体層のア
イランドの発生を確実に防止して、基板面や絶縁層にお
ける凹凸の発生等のないBiCMOSデバイスとして機
能する半導体装置を製造することができる。
イポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
置の製造工程のうちコレクタ開口部にSi/Si1-x G
ex 層を形成する工程を示す断面図である。
置の製造工程のうちP+ ポリシリコン層にベース開口部
を形成する工程を示す断面図である。
置の製造工程のうちベース開口部にN+ ポリシリコン層
を形成する工程を示す断面図である。
置の製造工程のうちP+ ポリシリコンの端部をパターニ
ングする工程を示す断面図である。
iGe−BiCMOSデバイスの構成を示す断面図であ
る。
置の製造工程のうちMISFETのゲート電極等を形成
する工程を示す断面図である。
置の製造工程のうち第1の堆積絶縁膜,ポリシリコン層
及びSi/Si1-x Gex 層を形成する工程を示す断面
図である。
置の製造工程のうちP+ ポリシリコン層にベース開口部
を形成する工程を示す断面図である。
装置の製造工程のうちベース開口部にN+ ポリシリコン
層を形成する工程を示す断面図である。
装置の製造工程のうちP+ ポリシリコンの端部をパター
ニングする工程を示す断面図である。
断面図である。
工程のうちコレクタ開口部にSi/Si1-x Gex 層を
形成する工程を示す断面図である。
工程のうちP+ ポリシリコン層にベース開口部を形成す
る工程を示す断面図である。
工程のうちP+ ポリシリコン層をパターニングして、ベ
ース開口部にN+ ポリシリコン層を形成する工程を示す
断面図である。
リコン層の端部にサイドウォールを形成する工程を示す
断面図である。
工程におけるSiGeアイランドの発生を説明するため
の断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体基板の活性領域に設けられバイポ
ーラトランジスタとして機能する半導体装置であって、 上記半導体基板の一部に設けられ活性領域を囲む素子分
離領域と、 上記半導体基板内の上記素子分離領域に挟まれる領域に
設けられた第1導電型のコレクタ層と、 上記半導体基板の上に設けられ、上記コレクタ層及び素
子分離領域の一部に跨るコレクタ開口部を有する絶縁層
と、 上記コレクタ開口部における上記半導体基板及び上記絶
縁層の上に設けられ、内部ベースと該内部ベースを囲む
外部ベースとを含む第2導電型のベース層と、 上記内部ベースの上に設けられた第1導電型のエミッタ
層とを備えていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 上記半導体基板内の上記外部ベースの直下で上記素子分
離に隣接する領域に設けられ、第2導電型不純物が導入
された接合リーク防止層をさらに備えていることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項3】 半導体基板の活性領域に設けられ、エミ
ッタ層,ベース層及びコレクタ層を有するバイポーラト
ランジスタとして機能する半導体装置の製造方法であっ
て、 上記半導体基板の一部に、活性領域を囲む素子分離領域
を形成する工程(a)と、 上記工程(a)の前又は後で、上記半導体基板内の上記
素子分離領域に挟まれる領域に第1導電型のコレクタ層
を形成する工程(b)と、 上記工程(a)及び(b)の後で、上記半導体基板の上
に第1の絶縁層を堆積した後、上記第1の絶縁層に上記
コレクタ層及び素子分離領域の一部に跨るコレクタ開口
部を形成する工程(c)と、 上記コレクタ開口部における上記半導体基板の上に、少
なくとも内部ベースと該内部ベースを囲む外部ベースと
を構成するための第2導電型の半導体層を形成する工程
(d)とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項4】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記工程(d)の後、基板上に第2の絶縁層を形成した
後、マスク部材を用いたエッチングにより、該第2の絶
縁層のうち,上記半導体層の中央部の上方に位置する部
分を残し上記半導体層の端部の上方に位置する部分から
上記素子分離領域の内側端部の上方に位置する部分に至
る領域を除去してベース接合用開口部を形成する工程
(e)と、 上記マスク部材を用いたイオン注入により、上記半導体
基板内の上記ベース接合用開口部の下方に位置する領域
に第2導電型不純物を導入してリーク接合防止層を形成
する工程(f)とをさらに含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項5】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記工程(d)の後、基板上に第2の絶縁層を形成した
後、マスク部材を用いたエッチングにより、該第2の絶
縁層のうち,上記半導体層の中央部の上方に位置する部
分を残し上記半導体層の端部の上方に位置する部分を除
去してベース接合用開口部を形成する工程(e)と、 基板上に第1の導体層及び第3の絶縁層を積層した後、
上記第1の導体層及び第3の絶縁層に、上記第2の絶縁
層の内部ベース上方に残存する部分に到達するベース開
口部を形成する工程(f)と、 上記第1の導体膜の上記ベース開口部に露出している側
面を覆う第4の絶縁層を形成する工程(g)と、 エッチングにより、上記第2の絶縁層の上記半導体層の
内部ベース上方に残存する部分のうち上記ベース開口部
に露出している部分を除去して、上記ベース開口部の底
部に上記半導体層の一部を露出させる工程(h)と、 上記工程(h)の後で、上記ベース開口部を埋める第2
の導体層を形成する工程(i)と、 上記工程(i)の後で、エッチングにより、上記第1の
導体層及び第3の絶縁層の端部を除去して、上記半導体
基板のうちコレクタ引き出し層となる部分を露出させる
工程(j)とをさらに含むことを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項6】 半導体基板上に、少なくともエミッタ
層,ベース層及びコレクタ層を有するバイポーラトラン
ジスタと、少なくともゲート絶縁膜,ゲート電極及びソ
ース・ドレイン領域を有するMISFETとを備えた半
導体装置の製造方法であって、 バイポーラトランジスタ形成領域に上記バイポーラトラ
ンジスタのコレクタ層を形成するとともに、MISFE
T形成領域に、上記MISFETのゲート絶縁膜,ゲー
ト電極及びソース・ドレイン領域を形成する工程(a)
と、 基板上に第1の絶縁層と還元性膜とを積層した後、上記
第1の絶縁層及び還元性膜のうち,上記バイポーラトラ
ンジスタ形成領域における上記コレクタ層の上方に位置
する部分を除去してコレクタ開口部を形成する工程
(b)と、 上記コレクタ開口部における上記半導体基板及び上記還
元性膜の上に、少なくとも内部ベースと該内部ベースを
囲む外部ベースとを構成するための第2導電型の半導体
層をエピタキシャル成長させる工程(c)と、 上記工程(c)の後、基板上に第2の絶縁層を形成した
後、該第2の絶縁層のうち,上記半導体層の中央部の上
方に位置する部分を残し上記半導体層の端部の上方に位
置する部分を除去してベース接合用開口部を形成する工
程(d)と、 基板上に第1の導体層及び第3の絶縁層を積層した後、
上記第1の導体層及び第3の絶縁層のうち上記第2の絶
縁層の内部ベース上方に残存する部分に到達するベース
開口部を形成する工程(e)と、 上記第1の導体膜の上記ベース開口部に露出している側
面を覆う電極間絶縁層を形成する工程(f)と、 エッチングにより、上記第2の絶縁層の上記半導体層の
内部ベース上方に残存する部分のうち上記ベース開口部
に露出している部分を除去して、上記ベース開口部の底
部に上記半導体層の一部を露出させる工程(g)と、 上記工程(g)の後で、上記ベース開口部を埋めるエミ
ッタ引き出し電極となる第2の導体層を形成する工程
(h)と、 上記バイポーラトランジスタ形成領域における上記第3
の絶縁層,第1の導体層,半導体層,還元性膜の一部
と、上記MISFET形成領域における上記第3の絶縁
層,第1の導体層,半導体層,還元性膜の全体とを除去
する工程(i)と、 上記工程(i)の後で、基板上に絶縁膜を堆積して該絶
縁膜をエッチバックすることにより、上記バイポーラト
ランジスタ形成領域における上記第1の導体層,半導体
層,還元性膜の側面と、上記ゲート電極の側面とにサイ
ドウォールを形成する工程(j)と、 上記第1の絶縁層を除去して、上記半導体基板のうち,
バイポーラトランジスタ形成領域におけるコレクタ引き
出し層となる部分と上記MISFET形成領域における
ソース・ドレイン領域とを露出させる工程(k)とを含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 請求項6記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記工程(c)では、Si1-x Gex (0≦x≦1),
Si1-x-y Gex Cy(0≦x+y≦1)及びSi1-y
Cy (0≦y≦1)のうち少なくともいずれか1つを含
むように上記半導体層を形成することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項8】 請求項6又は7記載の半導体装置の製造
方法において、 上記工程(b)では、上記還元性膜を、ポリシリコン,
アモルファスシリコン及び窒化シリコンから選ばれるい
ずれか1つの材料を含むように形成することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 請求項6〜8のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記工程(j)及び上記工程(k)を同時に行なうこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 請求項6〜9のうちいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記各絶縁層のうち少なくとも1つは、700℃以下の
温度で形成されるシリコン酸化膜によって形成されるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 半導体基板上に、少なくともエミッタ
層,ベース層及びコレクタ層を有するバイポーラトラン
ジスタと、少なくともゲート絶縁膜,ゲート電極及びソ
ース・ドレイン領域を有するMISFETとを備えた半
導体装置の製造方法であって、 バイポーラトランジスタ形成領域に上記バイポーラトラ
ンジスタのコレクタ層を形成するとともに、MISFE
T形成領域に、上記MISFETのゲート絶縁膜,ゲー
ト電極及びソース・ドレイン領域を形成する工程(a)
と、 基板上に第1の絶縁層と還元性膜とを積層した後、上記
第1の絶縁層及び還元性膜のうち,上記バイポーラトラ
ンジスタ形成領域における上記コレクタ層の上方に位置
する部分を除去してコレクタ開口部を形成する工程
(b)と、 上記コレクタ開口部における上記半導体基板及び上記還
元性膜の上に、少なくとも内部ベースと該内部ベースを
囲む外部ベースとを構成するための第2導電型の半導体
層をエピタキシャル成長させる工程(c)とを含み、 上記工程(c)では、Si1-x Gex (0≦x≦1),
Si1-x-y Gex Cy(0≦x+y≦1)及びSi1-y
Cy (0≦y≦1)のうちいずれか1つとSi層とを順
次積層するように上記半導体層を形成し、 上記工程(c)の後、基板上に第2の絶縁層を形成した
後、該第2の絶縁層のうち,上記半導体層の中央部の上
方に位置する部分を残し上記半導体層の端部の上方に位
置する部分を除去してベース接合用開口部を形成する工
程(d)と、 基板上に第1の導体層及び第3の絶縁層を積層した後、
上記第1の導体層及び第3の絶縁層のうち上記第2の絶
縁層の内部ベース上方に残存する部分に到達するベース
開口部を形成する工程(e)と、 上記第1の導体膜の上記ベース開口部に露出している側
面を覆う電極間絶縁層を形成する工程(f)と、 エッチングにより、上記第2の絶縁層の上記半導体層の
内部ベース上方に残存する部分のうち上記ベース開口部
に露出している部分を除去して、上記ベース開口部の底
部に上記半導体層の一部を露出させる工程(g)と、 上記工程(g)の後で、上記ベース開口部を埋めるエミ
ッタ引き出し電極となる第1導電型不純物を含む第2の
導体層を形成する工程(h)と、 上記第2の導体層から上記Si層の一部に第1導電型不
純物を拡散させて、上記Si層内にエミッタ層を形成す
る工程(i)とをさらに含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項12】 請求項11記載の半導体装置の製造方
法において、 上記バイポーラトランジスタ形成領域における上記第3
の絶縁層,第1の導体層,半導体層,還元性膜の一部
と、上記MISFET形成領域における上記第3の絶縁
層,第1の導体層,半導体層,還元性膜の全体とを除去
する工程(j)と、 その後、基板上に絶縁膜を堆積して該絶縁膜をエッチバ
ックすることにより、上記バイポーラトランジスタ形成
領域における上記第1の導体層,半導体層,還元性膜の
側面と、上記ゲート電極の側面とにサイドウォールを形
成する工程(k)と、 上記第1の絶縁層を除去して、上記半導体基板のうち,
バイポーラトランジスタ形成領域におけるコレクタ引き
出し層となる部分と上記MISFET形成領域における
ソース・ドレイン領域とを露出させる工程(l)とをさ
らに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 請求項12記載の半導体装置の製造方
法において、 上記工程(k)及び上記工程(l)を同時に行なうこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2000164738A (ja) | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Stmicroelectronics Sa | 従来のcmos基板上にbicmos集積回路を製造する方法 |
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- 2000-03-13 JP JP2000067982A patent/JP3202011B2/ja not_active Expired - Fee Related
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