JP4781230B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

携帯電話、PDA、DVC、及びDSCといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムLSIが求められている。   As portable electronic devices such as mobile phones, PDAs, DVCs, and DSCs are accelerating their functions, miniaturization and weight reduction are essential for their acceptance in the market. There is a need for a system LSI.

こうした高集積のシステムLSIを実現するモジュールの一例として高周波バイポーラトランジスタがあり、高周波バイポーラトランジスタの高性能化を目指す構造の一例としてベース層がシリコンゲルマニウム(SiGe)合金からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタが挙げられる。   One example of a module that realizes such a highly integrated system LSI is a high-frequency bipolar transistor. An example of a structure that aims to improve the performance of a high-frequency bipolar transistor is a heterojunction bipolar transistor whose base layer is made of a silicon germanium (SiGe) alloy. .

特許文献1に記載のバイポーラトランジスタ製造技術におけるSiGeベースヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を、図17および図18を用いて説明する。図17は、SiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタの素子断面図であり、図18はエミッタ・ベース領域を中心とした部分拡大図である。   A configuration of a SiGe-based heterojunction bipolar transistor in the bipolar transistor manufacturing technique described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 17 and 18. FIG. 17 is an element cross-sectional view of a SiGe-based heterojunction bipolar transistor, and FIG. 18 is a partially enlarged view centering on an emitter / base region.

図17において、p型シリコン基板(図示せず)上にn型コレクタ埋め込み層101を介してコレクタ層となるn型層(エピタキシャル層)102がエピタキシャル成長されている。n型層102は、コレクタ層およびコレクタ取り出し層として必要な部分を残してエッチング除去されている。素子分離領域には溝が形成され、この溝に酸化膜103を介して多結晶シリコン膜104が埋め込み形成されている。コレクタ形成と素子分離埋め込みが行われた基板表面は、酸化膜(埋め込み酸化膜)105により平坦化され、この上にさらにエピタキシャル成長によりベースおよびエミッタが形成されている。すなわち内部ベース層となるp型SiGe層(SiGe合金層)106がエピタキシャル成長され、この上にエミッタ層となるn型シリコン層107およびエミッタ・コンタクト層(エミッタ電極)となるn型シリコン層108が順次エピタキシャル成長されている。n型シリコン層108およびn型シリコン層107はエミッタとして必要な領域のみ残して酸化膜109をマスクにエッチング除去されている。そして残されたp型SiGe層106のうち内部ベース層として働く領域の外側が、酸化膜(側壁膜)110および酸化膜109をマスクに所定深さエッチングされ、ここに外部ベース層となるp型SiGe層111が選択エピタキシャル成長により形成されている。 In FIG. 17, an n type layer (epitaxial layer) 102 serving as a collector layer is epitaxially grown on a p type silicon substrate (not shown) via an n + type collector buried layer 101. The n -type layer 102 is removed by etching leaving portions necessary as a collector layer and a collector take-out layer. A trench is formed in the element isolation region, and a polycrystalline silicon film 104 is embedded in the trench via an oxide film 103. The substrate surface on which collector formation and element isolation embedding have been performed is planarized by an oxide film (buried oxide film) 105, and a base and an emitter are further formed thereon by epitaxial growth. That is, a p-type SiGe layer (SiGe alloy layer) 106 serving as an internal base layer is epitaxially grown, and an n-type silicon layer 107 serving as an emitter layer and an n + -type silicon layer 108 serving as an emitter contact layer (emitter electrode) are formed thereon. Sequentially epitaxially grown. The n + -type silicon layer 108 and the n-type silicon layer 107 are removed by etching using the oxide film 109 as a mask, leaving only a region necessary as an emitter. Of the remaining p-type SiGe layer 106, the outside of the region serving as the internal base layer is etched to a predetermined depth using the oxide film (side wall film) 110 and the oxide film 109 as a mask, and p + serving as the external base layer is formed here. The type SiGe layer 111 is formed by selective epitaxial growth.

図18に示すように、従来のSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタ構造では、エミッタ層であるn型シリコン層107は断面凸状(エミッタ層107とエミッタ電極108との接触面150が側壁膜110の下面160より上方に位置している形状)となる。エミッタ−ベース接合は凸部のボトム側に形成されることから接合部分の寸法幅(エミッタ層の寸法幅)はWe2であり、n型シリコン層(エミッタ電極)108の寸法幅We1よりも大きくなっている。
特開平4−179235号公報
As shown in FIG. 18, in the conventional SiGe-based heterojunction bipolar transistor structure, the n-type silicon layer 107 serving as the emitter layer has a convex cross section (the contact surface 150 between the emitter layer 107 and the emitter electrode 108 is the side wall film 110). The shape is located above the lower surface 160). Since the emitter-base junction is formed on the bottom side of the convex portion, the dimension width of the junction portion (dimension width of the emitter layer) is W e2 , and from the dimension width W e1 of the n + -type silicon layer (emitter electrode) 108. Is also getting bigger.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-179235

今後さらに性能バラツキが小さく、且つ、高性能な半導体装置(SiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタ)を製造する場合、従来構造ではn型シリコン層(エミッタ電極)108をさらに精度よく微細加工することでWe1を細くし、その結果としてエミッタ層の寸法幅We2を微細化する必要がある。しかしながら、そのためには高精度な
露光装置の導入が不可欠となり、製造コストの増加につながってしまう。
In the future, when manufacturing a high-performance semiconductor device (SiGe-based heterojunction bipolar transistor) with less variation in performance, the n + -type silicon layer (emitter electrode) 108 can be finely processed with higher accuracy in the conventional structure. It is necessary to reduce W e1 and, as a result, to reduce the dimension width W e2 of the emitter layer. However, for this purpose, it is indispensable to introduce a highly accurate exposure apparatus, which leads to an increase in manufacturing cost.

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、素子分離膜に囲まれた活性領域が形成された半導体基板の上に、この活性領域を含む側の所定の領域に開口部を有する保護膜を形成する第1の工程と、保護膜の開口部内にベース層として機能する導電層およびn型第1不純物を含まないシリコン膜を形成する第2の工程と、活性領域の上方におけるシリコン膜の上に、n型第1不純物を含むエミッタ電極を形成する第3の工程と、エミッタ電極をマスクとしてシリコン膜をエッチングする第4の工程と、エミッタ電極の側壁を覆う側壁膜を形成する第5の工程と、活性領域の表面に達するようにp型第2不純物を導入し、導電層およびシリコン膜に不純物領域を形成する第6の工程と、エミッタ電極に含まれるn型第1不純物をシリコン膜の表面に拡散させ、シリコン膜内に、n型第1不純物を含む第1の領域とn型第1不純物を含まない第2の領域を形成する第7の工程と、を備え、第4の工程において、シリコン膜は、エミッタ電極と接する部分の上面が、エミッタ電極と接しない部分の上面より上方に位置するような凸形状に加工され、第5の工程において、側壁膜は、エミッタ電極の側壁及びシリコン膜のエミッタ電極と接する部分の側壁を覆うように形成され、第7の工程において、シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が、導電層と側壁膜との間に位置し、且つ、導電層および側壁膜と接するように形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides an opening in a predetermined region on the side including an active region on a semiconductor substrate on which an active region surrounded by an element isolation film is formed. A first step of forming a protective film having a portion, a second step of forming a conductive layer functioning as a base layer and an n-type first impurity-free silicon film in the opening of the protective film, and an active region A third step of forming an emitter electrode containing an n-type first impurity on the upper silicon film; a fourth step of etching the silicon film using the emitter electrode as a mask; and a sidewall film covering the sidewall of the emitter electrode A fifth step of forming a p-type second impurity so as to reach the surface of the active region and forming an impurity region in the conductive layer and the silicon film, and an n-type included in the emitter electrode First A seventh step of diffusing a pure material on the surface of the silicon film, and forming a first region containing the n-type first impurity and a second region not containing the n-type first impurity in the silicon film; comprising, in the fourth step, the silicon film, the upper surface of the portion in contact with the emitter electrode, is processed from the top surface of the portion which is not in contact with the emitter electrode in a convex shape so as to be positioned above, in the fifth step, the side walls The film is formed so as to cover the side wall of the emitter electrode and the side wall of the silicon film in contact with the emitter electrode. In the seventh step, at least a part of the second region of the silicon film is formed of the conductive layer, the side wall film, And is formed so as to be in contact with the conductive layer and the sidewall film.

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、素子分離膜に囲まれた活性領域が形成された半導体基板の上に、この活性領域を含む側の所定の領域に開口部を有する保護膜を形成する第1の工程と、保護膜の開口部内にベース層として機能する導電層およびシリコン膜を形成する第2の工程と、活性領域の上方におけるシリコン膜の上に、第1不純物を含むエミッタ電極を形成する第3の工程と、エミッタ電極をマスクとしてシリコン膜をエッチングする第4の工程と、エミッタ電極の側壁を覆う側壁膜を形成する第5の工程と、活性領域の表面に達するように第2不純物を導入し、導電層およびシリコン膜に不純物領域を形成する第6の工程と、エミッタ電極に含まれる第1不純物をシリコン膜の表面に拡散させ、シリコン膜内に、第1不純物を含む第1の領域と第1不純物を含まない第2の領域を形成する第7の工程と、を備え、第4の工程において、シリコン膜は、第1の領域とエミッタ電極との接触面が、側壁膜の下面より上方に位置するような凸形状に加工され、第7の工程において、シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が、導電層と側壁膜との間に位置し、且つ、導電層および側壁膜と接するように形成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides an opening in a predetermined region on the side including an active region on a semiconductor substrate on which an active region surrounded by an element isolation film is formed. A first step of forming a protective film having a portion, a second step of forming a conductive layer and a silicon film functioning as a base layer in the opening of the protective film, and on the silicon film above the active region, A third step of forming an emitter electrode containing a first impurity; a fourth step of etching the silicon film using the emitter electrode as a mask; a fifth step of forming a sidewall film covering the sidewall of the emitter electrode; A second step of introducing a second impurity so as to reach the surface of the region to form an impurity region in the conductive layer and the silicon film; and a step of diffusing the first impurity contained in the emitter electrode to the surface of the silicon film, And a seventh step of forming a first region containing the first impurity and a second region not containing the first impurity in the con film. In the fourth step, the silicon film has the first region The contact surface between the region and the emitter electrode is processed into a convex shape such that the contact surface is located above the lower surface of the sidewall film. In the seventh step, at least a part of the second region of the silicon film is formed on the conductive layer and the sidewall. It is characterized by being located between the film and being in contact with the conductive layer and the sidewall film.

このような製造方法とすることにより、エミッタ層である第1の領域の寸法幅は、シリコン膜と導電層界面の寸法幅より小さくなるので、エミッタ層の寸法幅がシリコン膜と導電層界面の寸法幅と同じである場合に比べ、少ない電流で同じ電流密度が得られ、高い電流増幅率を得ることができる。このため、低消費電力のトランジスタを形成することができる。また、シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が、導電層と側壁膜との間に位置し、且つ、導電層および側壁膜と接しているので、エミッタ−ベース接合面積は、従来構造(第2の領域もエミッタ層として機能する場合)に比べて狭くなる。このため、従来構造よりも接合面積が狭い分の接合容量が削減されたトランジスタを得ることができる。これらの結果、高性能な半導体装置を提供することができる。   With this manufacturing method, the dimension width of the first region which is the emitter layer is smaller than the dimension width of the interface between the silicon film and the conductive layer. Compared with the case where the width is the same, the same current density can be obtained with a small current, and a high current amplification factor can be obtained. Therefore, a transistor with low power consumption can be formed. In addition, since at least a part of the second region of the silicon film is located between the conductive layer and the side wall film and is in contact with the conductive layer and the side wall film, the emitter-base junction area has a conventional structure ( The second region is narrower than the case where the second region also functions as an emitter layer. For this reason, a transistor in which the junction capacitance is reduced because the junction area is smaller than that of the conventional structure can be obtained. As a result, a high-performance semiconductor device can be provided.

また、本製造方法によれば、シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が導電層と側壁膜との間に位置し、導電層と側壁膜とが直接接していないので、導電層と側壁膜との界面におけるベース電流の再結合を抑制することができ、良好なベース電流特性を有する半導体装置を製造することができる。   Further, according to this manufacturing method, at least a part of the second region of the silicon film is located between the conductive layer and the sidewall film, and the conductive layer and the sidewall film are not in direct contact with each other. Recombination of the base current at the interface with the film can be suppressed, and a semiconductor device having good base current characteristics can be manufactured.

さらに、第7の工程における第1不純物の拡散では、第1の領域とエミッタ電極との接触面が側壁膜の下面より上方に位置しているため、側壁膜が第1不純物の拡散障壁となり横方向への拡散が抑えられ、第1の領域の寸法幅をより制御性よく小さくすることができる。   Further, in the diffusion of the first impurity in the seventh step, the contact surface between the first region and the emitter electrode is located above the lower surface of the side wall film, so that the side wall film serves as a diffusion barrier for the first impurity and laterally. Diffusion in the direction is suppressed, and the dimension width of the first region can be reduced with better controllability.

さらに、本製造方法によれば、導電層およびシリコン膜が保護膜の開口部内に形成されるため、導電層およびシリコン膜が保護膜上に乗り上げる部分がなくなり、保護膜上に形成されるエミッタ電極材の高さが、開口部内に形成されるエミッタ電極材の高さに比べ、導電層とシリコン膜の厚さだけ低く配置される。このため、エミッタ電極材を所望のエミッタ電極に加工するためのレジストパターンを形成する際、保護膜上に乗り上げる部分(保護膜の端部)のエミッタ電極材に起因する露光光の散乱(エミッタ電極に加工するためのレジストパターン側への散乱)が低減され、レジストパターンの変形や形状バラツキを抑制することができる。この結果、性能バラツキが小さい半導体装置を提供することができる。   Furthermore, according to this manufacturing method, since the conductive layer and the silicon film are formed in the opening of the protective film, there is no portion where the conductive layer and the silicon film run on the protective film, and the emitter electrode formed on the protective film The height of the material is arranged lower by the thickness of the conductive layer and the silicon film than the height of the emitter electrode material formed in the opening. For this reason, when forming a resist pattern for processing the emitter electrode material into a desired emitter electrode, the exposure light scattering (emitter electrode) caused by the emitter electrode material on the portion (end portion of the protective film) riding on the protective film (Scattering to the resist pattern side for processing into a resist pattern) is reduced, and deformation and shape variation of the resist pattern can be suppressed. As a result, a semiconductor device with small performance variation can be provided.

なお、こうした製造方法において、保護膜の上面は、第1の領域とエミッタ電極との接触面よりも下面にあることが望ましい。このようにすることにより、保護膜上に形成されるエミッタ電極材の高さが、開口部内に形成されるエミッタ電極材の高さに比べて低くなるので、エミッタ電極に加工するためのレジストパターン側への散乱がより抑制され、さらにレジストパターンの変形や形状バラツキを抑制することができる。   In such a manufacturing method, it is desirable that the upper surface of the protective film is on the lower surface than the contact surface between the first region and the emitter electrode. By doing so, the height of the emitter electrode material formed on the protective film becomes lower than the height of the emitter electrode material formed in the opening, so that the resist pattern for processing into the emitter electrode Scattering to the side is further suppressed, and deformation and shape variation of the resist pattern can be further suppressed.

さらに、こうした製造方法において、導電層は、シリコンゲルマニウム(SiGe)合金層であり、第1の領域の下面が、導電層の中に達していることが望ましい。このようにすることにより、SiGe合金層のバンドギャップがシリコン膜のバンドギャップより狭いので、第1の領域の下面が導電層の中に達していない場合(第1の領域の下面がシリコン膜の中にある場合)に比べ、エミッタ層からベース層へ注入される電子に対する障壁の高さが小さくなり、この結果、エミッタ注入効率が大きく、より高い電流増幅率を得ることができ、より高性能な半導体装置を提供することができる。   Further, in such a manufacturing method, it is desirable that the conductive layer is a silicon germanium (SiGe) alloy layer, and the lower surface of the first region reaches the conductive layer. By doing so, since the band gap of the SiGe alloy layer is narrower than the band gap of the silicon film, the lower surface of the first region does not reach the conductive layer (the lower surface of the first region is the silicon film). Compared to the case of the above, the height of the barrier against electrons injected from the emitter layer to the base layer is reduced. As a result, the emitter injection efficiency is increased, and a higher current amplification factor can be obtained. A semiconductor device can be provided.

なお、本発明において、導電層は、半導体にP型またはN型不純物を導入して導電性を帯びさせたものも含む。   In the present invention, the conductive layer includes a conductive layer obtained by introducing a P-type or N-type impurity into a semiconductor.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、エミッタ層の寸法幅が微細化され、性能バラツキが小さく、且つ、高性能な半導体装置が提供される。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a high-performance semiconductor device is provided in which the dimensional width of the emitter layer is miniaturized, the performance variation is small.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1および図2に基づいて説明する。図1は、本発明のSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタの素子断面図であり、図2はエミッタ・ベース領域を中心とした部分拡大図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(First embodiment)
1st Embodiment of this invention is described based on FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is an element cross-sectional view of a SiGe-based heterojunction bipolar transistor according to the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view centering on an emitter / base region.

図1において、シリコン基板1上に、コレクタ層として用いるエピタキシャル層2、及びエピタキシャル層2の一部にSTI(Shallow Trench Isolation)である素子分離膜3が形成されている。この素子分離膜3に周囲を囲まれたエピタキシャル層2の一部が活性領域A1となる。また、素子分離膜3の上には活性領域A1を含む側の所定の領域に開口部A2を有するシリコン酸化膜からなる保護膜4が設けられている。さらに、この保護膜4の開口部A2内の活性領域A1上には、ベース領域として用いるSiGe合金層6aが形成され、SiGe合金層6a上には、シリコン膜7、及びエミッタ層として用いるn型拡散層13が形成されている。このn型拡散層13は、断面凸状のシリコン膜7にn型不純物を拡散させて形成したもので、拡散前のシリコン膜7は凸状に加工されている。またn型拡散層13の上には、多結晶シリコン膜8aおよびシリサイド膜15aが形成されている。さらにn型拡散層13、多結晶シリコン膜8a、及びシリサイド膜15aは、絶縁膜からなる側壁膜11(通称サイドウォールと呼ばれる)で囲われている。ここでn型拡散層13と多結晶シリコン膜8aとの接触面50は、側壁膜11の下面60より上方に位置している。また、シリコン膜7は、絶縁膜からなる側壁膜11とSiGe合金層6aとの間に位置し、且つ、側壁膜11とSiGe合金層6aに接している。その周囲にはベース領域につながるp拡散層12aが形成され、さらにシリコン酸化膜からなる保護膜14によって開口された領域のp拡散層12表面には外部ベース層の低抵抗層として用いるシリサイド膜15bが形成されている。なお、SiGe合金層6aは本発明の「導電層」、シリコン膜7は本発明の「第2の領域」、n型拡散層13は本発明の「第1の領域」、多結晶シリコン膜8aは本発明の「エミッタ電極」、及びp拡散層12aは本発明の
「不純物領域」の一例である。
In FIG. 1, an epitaxial layer 2 used as a collector layer and an element isolation film 3 that is STI (Shallow Trench Isolation) are formed on a part of the epitaxial layer 2 on a silicon substrate 1. A part of the epitaxial layer 2 surrounded by the element isolation film 3 becomes an active region A1. Further, a protective film 4 made of a silicon oxide film having an opening A2 in a predetermined region on the side including the active region A1 is provided on the element isolation film 3. Further, a SiGe alloy layer 6a used as a base region is formed on the active region A1 in the opening A2 of the protective film 4, and a silicon film 7 and an n-type used as an emitter layer are formed on the SiGe alloy layer 6a. A diffusion layer 13 is formed. The n-type diffusion layer 13 is formed by diffusing an n-type impurity in a silicon film 7 having a convex cross section, and the silicon film 7 before diffusion is processed into a convex shape. On the n-type diffusion layer 13, a polycrystalline silicon film 8a and a silicide film 15a are formed. Further, the n-type diffusion layer 13, the polycrystalline silicon film 8a, and the silicide film 15a are surrounded by a sidewall film 11 (commonly referred to as a sidewall) made of an insulating film. Here, the contact surface 50 between the n-type diffusion layer 13 and the polycrystalline silicon film 8 a is located above the lower surface 60 of the sidewall film 11. The silicon film 7 is located between the sidewall film 11 made of an insulating film and the SiGe alloy layer 6a, and is in contact with the sidewall film 11 and the SiGe alloy layer 6a. A p + diffusion layer 12a connected to the base region is formed in the periphery thereof, and a silicide used as a low resistance layer of the external base layer is formed on the surface of the p + diffusion layer 12 in the region opened by the protective film 14 made of a silicon oxide film. A film 15b is formed. The SiGe alloy layer 6a is the “conductive layer” of the present invention, the silicon film 7 is the “second region” of the present invention, the n-type diffusion layer 13 is the “first region” of the present invention, and the polycrystalline silicon film 8a. The “emitter electrode” of the present invention and the p + diffusion layer 12a are examples of the “impurity region” of the present invention.

先の図18に示したように、従来構造のエミッタ層では、エミッタ−ベース接合部分の寸法幅はWe2であった。これに対して、本発明の第1実施形態では、図2に示すように、同じ加工寸法のシリコン膜内部に第1の領域と第2の領域が存在し、さらにこの第1の領域をエミッタ層として用いている。このエミッタ層のボトム側部分にエミッタ−ベース接合が形成されるため、接合部分の寸法幅はWe3となり、シリコン膜とSiGe合金層界面の寸法幅(従来構造での寸法幅We2)より小さくなる。また、シリコン膜7へのn型不純物の拡散を制御することで、エミッタ層の接合部分の寸法幅を実質的にWe1と等しくすることができる。この結果、高精度な露光装置を導入することなく、エミッタ層の寸法幅を微細化することができる。エミッタ層の寸法幅が小さくなると、すなわち寸法幅がWe3またはWe1になると、シリコン膜とSiGe合金層界面の寸法幅We2のときに比べ、少ない電流で同じ電流密度が得られる。このため、低消費電力のトランジスタを形成することができ、その結果として高性能な半導体装置を得ることができるようになる。 As shown in FIG. 18 above, in the emitter layer having the conventional structure, the dimension width of the emitter-base junction portion was We2 . On the other hand, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the first region and the second region exist inside the silicon film having the same processing size, and this first region is further used as the emitter. Used as a layer. Since the emitter-base junction is formed at the bottom portion of the emitter layer, the dimension width of the junction is W e3 , which is smaller than the dimension width of the interface between the silicon film and the SiGe alloy layer (dimension width W e2 in the conventional structure). Become. Further, by controlling the diffusion of the n-type impurity into the silicon film 7, the dimension width of the junction portion of the emitter layer can be made substantially equal to We1 . As a result, the dimension width of the emitter layer can be reduced without introducing a high-precision exposure apparatus. When the dimensional width of the emitter layer is reduced, that is, when the dimensional width is W e3 or W e1 , the same current density can be obtained with a smaller current than in the case of the dimensional width W e2 at the interface between the silicon film and the SiGe alloy layer. Therefore, a transistor with low power consumption can be formed, and as a result, a high-performance semiconductor device can be obtained.

本発明の第1実施形態では、シリコン膜7の少なくとも一部が、SiGe合金層6aと側壁膜11との間に位置し、且つ、SiGe合金層6aおよび側壁膜11と接しているので、エミッタ−ベース接合面積は、従来構造(シリコン膜7部分もエミッタ層として機能する場合)に比べて狭くなる。このため、従来構造よりも接合寸法面積が狭い分の接合容量が削減されたトランジスタ(半導体装置)を提供することができる。   In the first embodiment of the present invention, since at least a part of the silicon film 7 is located between the SiGe alloy layer 6a and the sidewall film 11 and is in contact with the SiGe alloy layer 6a and the sidewall film 11, the emitter The base junction area is narrower than that of the conventional structure (when the silicon film 7 also functions as an emitter layer). Therefore, it is possible to provide a transistor (semiconductor device) in which the junction capacitance is reduced because the junction dimension area is smaller than that of the conventional structure.

図3〜図15は、本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。   3 to 15 are cross-sectional views for explaining a semiconductor device manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

(工程1:図3参照) p型シリコン基板1に、STI等の素子分離膜3を形成する。次に、活性領域A1を含むコレクタ層2を作製するために、n型不純物をイオン注入して活性化する。例えば、燐(P)を500〜4000keV程度の加速エネルギーで、3×1013cm−2から3×1015cm−2程度の濃度になるように注入し、1000℃程度の熱処理を行う。ここで、コレクタ層2を、p型シリコン基板1に、例えば、砒素(As)を50〜200keV程度の加速エネルギーで、1×1015cm−2から1×1016cm−2程度の濃度になるように注入し、その上にn型にドープされたシリコンエピタキシャル層を成長して形成し、その後STI等の素子分離膜3を形成してもよい。 (Step 1: See FIG. 3) An element isolation film 3 such as STI is formed on a p-type silicon substrate 1. Next, in order to produce the collector layer 2 including the active region A1, n-type impurities are ion-implanted and activated. For example, phosphorus (P) is implanted at an acceleration energy of about 500 to 4000 keV to a concentration of about 3 × 10 13 cm −2 to about 3 × 10 15 cm −2 , and heat treatment is performed at about 1000 ° C. Here, the collector layer 2 is applied to the p-type silicon substrate 1 and, for example, arsenic (As) is accelerated to an energy of about 50 to 200 keV to a concentration of about 1 × 10 15 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2. Alternatively, an n -type doped silicon epitaxial layer may be grown and formed thereon, and then an element isolation film 3 such as STI may be formed.

(工程2:図4参照) 減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、シリコン酸化膜4および多結晶シリコン膜5をそれぞれ50nm程度形成する。リソグラフィ法によりレジストパターンを設け、ドライエッチングにより多結晶シリコン膜5の不要な部分を除去した後、ウェットエッチングによりシリコン酸化膜4を除去する。これにより、素子分離膜3の上に、活性領域A1を含む所定の開口部(バイポーラトランジスタ形成領域)A2を有するシリコン酸化膜4および多結晶シリコン膜5が設けられる。   (Step 2: see FIG. 4) A silicon oxide film 4 and a polycrystalline silicon film 5 are each formed to a thickness of about 50 nm by low pressure CVD (Chemical Vapor Deposition). A resist pattern is provided by lithography, and unnecessary portions of the polycrystalline silicon film 5 are removed by dry etching, and then the silicon oxide film 4 is removed by wet etching. Thus, the silicon oxide film 4 and the polycrystalline silicon film 5 having a predetermined opening (bipolar transistor formation region) A2 including the active region A1 are provided on the element isolation film 3.

(工程3:図5参照) 減圧CVD法を用いて、ホウ素(B)を1×1019cm−3程度ドーピングしたシリコンゲルマニウム(SiGe)合金層6およびゲルマニウム(Ge)を含まないシリコン膜7をエピタキシャル成長させる。SiGe合金層6およびシリコン膜7の膜厚は、それぞれ40nm程度で合計80nm程度とする。ここで、シリコン酸化膜4および多結晶シリコン膜5の開口部境界では、SiGe合金層6およびシリコン膜7は、いずれもコンフォーマルに被覆形成される。なお、SiGe合金層6は、エピタキシャル成長によって下地基板(p型シリコン基板1)の格子定数と同じに形成され、その上に形成されるシリコン膜7も、下地のSiGe合金層6の格子定数を反映させて形成される。 (Step 3: refer to FIG. 5) A silicon germanium (SiGe) alloy layer 6 doped with boron (B) by about 1 × 10 19 cm −3 and a silicon film 7 not containing germanium (Ge) are formed by using a low pressure CVD method. Epitaxially grow. The film thicknesses of the SiGe alloy layer 6 and the silicon film 7 are each about 40 nm and about 80 nm in total. Here, both the SiGe alloy layer 6 and the silicon film 7 are conformally formed at the boundary of the opening of the silicon oxide film 4 and the polycrystalline silicon film 5. The SiGe alloy layer 6 is formed by epitaxial growth to have the same lattice constant as that of the underlying substrate (p-type silicon substrate 1), and the silicon film 7 formed thereon also reflects the lattice constant of the underlying SiGe alloy layer 6. Formed.

SiGe合金層6でのGe濃度は、層内で一定であってもよいが、シリコン膜7と接する側から活性領域A1(コレクタ層2)に向かって徐々にGe濃度が増加する傾斜型プロファイルとすれば、ベースを走行する電子の走行時間を短縮することができ、高速動作するトランジスタを形成できる。この際、Ge濃度は、シリコン膜7と接する側で実質的に0%程度とし、コレクタ層2と接する側で15%から20%程度とするのが好ましい。   The Ge concentration in the SiGe alloy layer 6 may be constant in the layer, but a gradient profile in which the Ge concentration gradually increases from the side in contact with the silicon film 7 toward the active region A1 (collector layer 2). By doing so, it is possible to shorten the travel time of electrons traveling through the base, and to form a transistor that operates at high speed. At this time, the Ge concentration is preferably about 0% on the side in contact with the silicon film 7 and about 15% to 20% on the side in contact with the collector layer 2.

また、シリコン膜7には、ホウ素(B)をSiGe合金層6と同様にドーピングしてもよく、またはドーピングしなくてもよい。   Further, the silicon film 7 may be doped with boron (B) similarly to the SiGe alloy layer 6 or may not be doped.

さらに、SiGe合金層6成膜の前に、ホウ素(B)を含まないシリコン膜、もしくはホウ素(B)を含まないSiGe合金層を減圧CVD法によってエピタキシャル成長させておいてもよい。   Further, before the formation of the SiGe alloy layer 6, a silicon film not containing boron (B) or a SiGe alloy layer not containing boron (B) may be epitaxially grown by a low pressure CVD method.

(工程4:図6参照) リソグラフィ法によりレジストパターンを設け、ドライエッチングにより、シリコン膜7およびSiGe合金層6の不要な部分を除去する。この際、多結晶シリコン膜5もエッチング除去する。これにより、バイポーラトランジスタ形成領域A2内に、所望のパターンA3に加工された、ベース領域として用いるSiGe合金層6aおよびシリコン膜7が形成される。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力2Pa(15mT)、ガス流量O/HBr=2/180ml/分(sccm)、RFパワーUpper/Lower=250/12Wである。なお、シリコン酸化膜4の側壁部(開口部境界)には、スペーサ状のSiGe合金層6bが形成される。 (Step 4: see FIG. 6) A resist pattern is provided by lithography, and unnecessary portions of the silicon film 7 and the SiGe alloy layer 6 are removed by dry etching. At this time, the polycrystalline silicon film 5 is also removed by etching. As a result, the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7 used as the base region processed into the desired pattern A3 are formed in the bipolar transistor formation region A2. As dry etching conditions, for example, the pressure is 2 Pa (15 mT), the gas flow rate is O 2 / HBr = 2/180 ml / min (sccm), and the RF power Upper / Lower is 250/12 W. A spacer-like SiGe alloy layer 6 b is formed on the side wall (opening boundary) of the silicon oxide film 4.

(工程5:図7参照) 減圧CVD法により、1×1020cm−3程度以上のn型不純物をドーピングした多結晶シリコン膜8を成膜し、さらに、シリコン窒化膜9を成膜する。n型不純物としては、例えば、砒素(As)又は燐(P)を用いる。多結晶シリコン膜8の膜厚は、200nm程度とし、シリコン窒化膜9の膜厚は、50nm程度とする。なお、n型不純物は本発明の「第1不純物」の一例である。
(工程6:図8参照) リソグラフィ法により、バイポーラトランジスタ形成領域A2内に、所望のエミッタ電極を加工するためのレジストパターン10を形成する。
(Step 5: see FIG. 7) A polycrystalline silicon film 8 doped with an n-type impurity of about 1 × 10 20 cm −3 or more is formed by a low pressure CVD method, and a silicon nitride film 9 is further formed. For example, arsenic (As) or phosphorus (P) is used as the n-type impurity. The thickness of the polycrystalline silicon film 8 is about 200 nm, and the thickness of the silicon nitride film 9 is about 50 nm. The n-type impurity is an example of the “first impurity” in the present invention.
(Step 6: see FIG. 8) A resist pattern 10 for processing a desired emitter electrode is formed in the bipolar transistor formation region A2 by lithography.

ここで、SiGe合金層6aおよびシリコン膜7がバイポーラトランジスタ形成領域A2内に形成されているため、SiGe合金層6aおよびシリコン膜7がシリコン酸化膜4上に乗り上げる部分がなくなり、シリコン酸化膜4上に形成される多結晶シリコン膜8の高さは、バイポーラトランジスタ形成領域A2内に形成される多結晶シリコン膜8の高さに比べ、多結晶シリコン膜5、SiGe合金層6a、及びシリコン膜7の厚さだけ低く配置される。このため、多結晶シリコン膜8を所望のエミッタ電極8aに加工するためのレジストパターン10を形成する際、図19に示すようなシリコン酸化膜4上に乗り上げる部分(シリコン酸化膜4の端部)の多結晶シリコン膜8に起因する露光光の散乱(エミッタ電極8aに加工するためのレジストパターン10a側への散乱)が低減され、レジストパターン10の変形や形状バラツキを抑制することができる。
(工程7:図9参照) ドライエッチングにより、シリコン窒化膜9、多結晶シリコン膜8、シリコン膜7の順にエッチング加工する。このとき、ドライエッチングは、シリコン膜7を完全に除去するまで行わず、SiGe合金層6a上の全面に一部が残存する状態で終了させる。この結果、シリコン膜7は断面凸状の形状70に仕上がる。さらに、シリコン膜7の表面80aにはエッチングダメージが入り、ダメージ層が形成される。なお、この際、多結晶シリコン膜8は、エミッタ電極となる多結晶シリコン膜8aと、SiGe合金層6aとシリコン膜7の周囲に多結晶シリコン膜からなる側壁膜8bとして加工される。シリコン窒化膜9は、シリコン窒化膜9aとして加工され、多結晶シリコン膜8をエッチング加工する際のマスクとして機能する。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力2Pa(15mT)、ガス流量O/HBr=2/180ml/分(sccm)、RFパワーUpper/Lower=250/12Wである。
Here, since the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7 are formed in the bipolar transistor formation region A2, there is no portion where the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7 run on the silicon oxide film 4, and on the silicon oxide film 4 The height of the polycrystalline silicon film 8 formed on the polycrystalline silicon film 5, the SiGe alloy layer 6a, and the silicon film 7 is higher than that of the polycrystalline silicon film 8 formed in the bipolar transistor formation region A2. The thickness is set low. For this reason, when forming the resist pattern 10 for processing the polycrystalline silicon film 8 into the desired emitter electrode 8a, the portion that runs on the silicon oxide film 4 as shown in FIG. 19 (the end of the silicon oxide film 4). Scattering of exposure light (scattering toward the resist pattern 10a for processing into the emitter electrode 8a) due to the polycrystalline silicon film 8 is reduced, and deformation and shape variation of the resist pattern 10 can be suppressed.
(Step 7: see FIG. 9) The silicon nitride film 9, the polycrystalline silicon film 8, and the silicon film 7 are etched in this order by dry etching. At this time, the dry etching is not performed until the silicon film 7 is completely removed, and is finished in a state where a part remains on the entire surface of the SiGe alloy layer 6a. As a result, the silicon film 7 is finished in a shape 70 having a convex cross section. Furthermore, etching damage enters the surface 80a of the silicon film 7, and a damaged layer is formed. At this time, the polycrystalline silicon film 8 is processed as a polycrystalline silicon film 8 a serving as an emitter electrode, and a sidewall film 8 b made of a polycrystalline silicon film around the SiGe alloy layer 6 a and the silicon film 7. The silicon nitride film 9 is processed as a silicon nitride film 9a and functions as a mask when the polycrystalline silicon film 8 is etched. As dry etching conditions, for example, the pressure is 2 Pa (15 mT), the gas flow rate is O 2 / HBr = 2/180 ml / min (sccm), and the RF power Upper / Lower is 250/12 W.

ここで、SiGe合金層6aおよびシリコン膜7はバイポーラトランジスタ形成領域A2内にのみ形成されているので、図19に示すようなSiGe合金層6aおよびシリコン膜7がシリコン酸化膜4上に乗り上げる部分はなく、シリコン酸化膜4の上にはSiGe合金層6aおよびシリコン膜7が形成される。したがって、多結晶シリコン膜8のドライエッチングを進めると、シリコン膜7が露出した時点で、バイポーラトランジスタ形成領域A2以外ではシリコン酸化膜4が露出することになる。同一材料間(本実施形態では多結晶シリコン膜8とシリコン膜7との間)のエッチング制御は通常困難であるが、このシリコン酸化膜4の露出時点は、通常のドライエッチングで用いられるエンドポイント制御が可能であり、これをシリコン膜7の露出時点と見なすことで、シリコン膜7へのエッチング処理を制御よく施すことができ、シリコン膜7を断面凸状の形状70に再現よく高精度に仕上げることができる。   Here, since the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7 are formed only in the bipolar transistor formation region A2, the portion where the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7 run on the silicon oxide film 4 as shown in FIG. Instead, the SiGe alloy layer 6 a and the silicon film 7 are formed on the silicon oxide film 4. Therefore, when the dry etching of the polycrystalline silicon film 8 is advanced, the silicon oxide film 4 is exposed outside the bipolar transistor formation region A2 when the silicon film 7 is exposed. Etching control between the same materials (between the polycrystalline silicon film 8 and the silicon film 7 in this embodiment) is usually difficult, but the exposure time of the silicon oxide film 4 is an end point used in normal dry etching. By considering this as the exposure time of the silicon film 7, the etching process to the silicon film 7 can be performed with good control, and the silicon film 7 can be reproduced in a highly convex shape 70 with high accuracy. Can be finished.

(工程8:図10参照) CVD法を用いて絶縁膜であるシリコン酸化膜を形成し、続いてドライエッチングを用いて全面エッチバックすることにより、シリコン窒化膜9a、多結晶シリコン膜8a、及びシリコン膜7の凸部の周囲に、サイドウォールと呼ばれるシリコン酸化膜からなる側壁膜11を形成する。このドライエッチングにより、シリコン膜7の表面80bにさらにエッチングダメージが加わり、ダメージ層が形成される。なお、シリコン酸化膜は、例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)/酸素(O)混合ガスを720℃程度で加熱処理することによって成膜され、膜厚は200nm程度である。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力33Pa(250mT)、ガス流量:CHF/CF/Ar=20/20/400ml/分(sccm)、RFパワー395Wである。 (Step 8: see FIG. 10) A silicon oxide film, which is an insulating film, is formed using a CVD method, and then etched back using dry etching, whereby the silicon nitride film 9a, the polycrystalline silicon film 8a, and A sidewall film 11 made of a silicon oxide film called a sidewall is formed around the convex portion of the silicon film 7. By this dry etching, etching damage is further applied to the surface 80b of the silicon film 7, and a damaged layer is formed. The silicon oxide film is formed by, for example, heat-treating a tetraethoxysilane (TEOS) / oxygen (O 2 ) mixed gas at about 720 ° C., and has a thickness of about 200 nm. The dry etching conditions are, for example, a pressure of 33 Pa (250 mT), a gas flow rate: CHF 3 / CF 4 / Ar = 20/20/400 ml / min (sccm), and an RF power of 395 W.

(工程9:図11参照) イオン注入法を用いてホウ素(B)をイオン注入した後、熱処理による活性化を行い、外部ベース層として機能するp拡散層12aを形成する。この際、シリコン酸化膜4の側壁部(開口部境界)のSiGe合金層6bは、p拡散層12bとなる。イオン注入条件は、例えばBFを1keVから40keVの加速エネルギーで、1×1014cm−2から5×1015cm−2の注入量とする。この注入条件では、多結晶シリコン膜8a上に存在する約50nmの膜厚のシリコン窒化膜9aをイオンが通過しないため、多結晶シリコン膜8aにホウ素が注入されることはない。なお、ホウ素は本発明の「第2不純物」の一例である。 (Step 9: see FIG. 11) After ion implantation of boron (B) using an ion implantation method, activation by heat treatment is performed to form a p + diffusion layer 12a that functions as an external base layer. At this time, the SiGe alloy layer 6b on the side wall (opening boundary) of the silicon oxide film 4 becomes the p + diffusion layer 12b. As the ion implantation conditions, for example, BF 2 is implanted at an acceleration energy of 1 keV to 40 keV and an implantation amount of 1 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 15 cm −2 . Under this implantation condition, since ions do not pass through the silicon nitride film 9a having a thickness of about 50 nm existing on the polycrystalline silicon film 8a, boron is not implanted into the polycrystalline silicon film 8a. Boron is an example of the “second impurity” in the present invention.

(工程10:図12参照) 熱処理を行って、多結晶シリコン膜8aのn型不純物をシリコン膜7の中に拡散させ、n型拡散層13を形成する。この結果、エミッタ−ベース接合がシリコン膜7内に形成される。熱処理は、RTA装置を用いて、1050℃程度の熱処理を5秒〜30秒間程度行う。   (Step 10: see FIG. 12) Heat treatment is performed to diffuse the n-type impurity of the polycrystalline silicon film 8a into the silicon film 7, thereby forming the n-type diffusion layer 13. As a result, an emitter-base junction is formed in the silicon film 7. The heat treatment is performed at about 1050 ° C. for about 5 seconds to 30 seconds using an RTA apparatus.

ここで、シリコン膜7内に形成されるエミッタ層(n型拡散層)13は、多結晶シリコン膜8aからのn型不純物の拡散によって形成されるが、拡散は深さ方向だけでなく横方向へも進むため、有効なエミッタ幅は多結晶シリコン膜8aの幅よりも広くなることがある。しかしながら、本発明の第1実施形態では、エミッタ層(n型拡散層)13とエミッタ電極(多結晶シリコン膜)8aとの接触面50が側壁膜11の下面60より上方に位置しているため、側壁膜11が拡散障壁となりn型拡散層13の横方向への拡散が抑えられる。このため、エミッタ層の寸法幅が微細化されることになる。   Here, the emitter layer (n-type diffusion layer) 13 formed in the silicon film 7 is formed by the diffusion of n-type impurities from the polycrystalline silicon film 8a, but the diffusion is not only in the depth direction but also in the lateral direction. Therefore, the effective emitter width may be wider than the width of the polycrystalline silicon film 8a. However, in the first embodiment of the present invention, the contact surface 50 between the emitter layer (n-type diffusion layer) 13 and the emitter electrode (polycrystalline silicon film) 8 a is located above the lower surface 60 of the sidewall film 11. The sidewall film 11 serves as a diffusion barrier, and the lateral diffusion of the n-type diffusion layer 13 is suppressed. For this reason, the dimension width of the emitter layer is miniaturized.

(工程11:図13参照) 熱処理後、希フッ酸および燐酸を用いて、ベース電極上(図示せず)、エミッタ電極上、及びコレクタ電極上(図示せず)のシリコン窒化膜9aを除去する。   (Step 11: see FIG. 13) After the heat treatment, the silicon nitride film 9a on the base electrode (not shown), the emitter electrode, and the collector electrode (not shown) is removed using dilute hydrofluoric acid and phosphoric acid. .

(工程12:図14参照) CVD法を用いてシリコン酸化膜14を形成した後、リソグラフィ法によりレジストパターンを設け、ドライエッチングによりシリコン酸化膜14の不要な部分を除去する。これにより、所定の領域に開口部を有し、サリサイドブロックとして用いるシリコン酸化膜14が設けられる。このドライエッチングにより、シリコン膜7の表面80cにさらにエッチングダメージが加わり、ダメージ層が形成される。なお、シリコン酸化膜14は、例えば、TEOS/O混合ガスを720℃程度で加熱処理することによって成膜され、膜厚は50nm程度である。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力33Pa(250mT)、ガス流量:CHF/CF/Ar=20/20/400ml/分(sccm)、RFパワー395Wである。 (Step 12: see FIG. 14) After the silicon oxide film 14 is formed using the CVD method, a resist pattern is provided by the lithography method, and unnecessary portions of the silicon oxide film 14 are removed by dry etching. Thereby, a silicon oxide film 14 having an opening in a predetermined region and used as a salicide block is provided. By this dry etching, etching damage is further applied to the surface 80c of the silicon film 7, and a damaged layer is formed. The silicon oxide film 14 is formed by, for example, heat-treating a TEOS / O 2 mixed gas at about 720 ° C., and the film thickness is about 50 nm. The dry etching conditions are, for example, a pressure of 33 Pa (250 mT), a gas flow rate: CHF 3 / CF 4 / Ar = 20/20/400 ml / min (sccm), and an RF power of 395 W.

(工程13:図15参照) 先に述べた工程7、工程8、及び工程12においてシリコン膜7の表面80a,80b,80cに加わったエッチングダメージ(ダメージ層)を除去するために、ドライエッチングによってp拡散層12(シリコン膜7)の表面側の一部を除去する。ここで、ドライエッチング条件は、例えば、圧力166Pa(1250mT)、ガス流量:O/CF=200/100ml/分(sccm)、RFパワー450Wであり、工程7、工程8、及び工程12におけるドライエッチング条件とは異なり、p拡散層12(シリコン膜7)に対してダメージの少ない条件で行っている。このドライエッチングにより除去されるp拡散層12(シリコン膜7)の膜厚は例えば、10nm程度である。 (Step 13: see FIG. 15) In order to remove the etching damage (damage layer) applied to the surfaces 80a, 80b, and 80c of the silicon film 7 in the above-described Step 7, Step 8, and Step 12, dry etching is used. A part of the surface side of the p + diffusion layer 12 (silicon film 7) is removed. Here, the dry etching conditions are, for example, a pressure of 166 Pa (1250 mT), a gas flow rate: O 2 / CF 4 = 200/100 ml / min (sccm), an RF power of 450 W, and in steps 7, 8 and 12 Unlike the dry etching conditions, the p + diffusion layer 12 (silicon film 7) is subjected to conditions with little damage. The thickness of the p + diffusion layer 12 (silicon film 7) removed by this dry etching is, for example, about 10 nm.

なお、工程7のドライエッチング後にシリコン膜7の表面80aのエッチングダメージ(ダメージ層)を除去したり、あるいは工程8のドライエッチング後にシリコン膜7の表面80bのエッチングダメージ(ダメージ層)を除去したりしてもよいが、工程ごとにエッチングダメージ(ダメージ層)の除去を行った場合には、シリコン膜7の膜減りが大きくなるため、例えば、シリコン膜7がエッチング除去され、SiGe合金層6aが露出するような場合には、その部分でシリサイド膜の形成が阻害され、均一な膜質・膜厚のシリサイド膜を設けることが困難となる。このため、エッチングダメージ(ダメージ層)の除去は、後述するシリサイド膜の形成工程(工程14)の直前に行うことがより好ましい。   The etching damage (damage layer) on the surface 80a of the silicon film 7 is removed after the dry etching in step 7, or the etching damage (damage layer) on the surface 80b of the silicon film 7 is removed after the dry etching in step 8. However, when the etching damage (damage layer) is removed for each process, the silicon film 7 is greatly reduced. For example, the silicon film 7 is removed by etching, and the SiGe alloy layer 6a is removed. When exposed, the formation of a silicide film is hindered at that portion, and it becomes difficult to provide a silicide film having a uniform film quality and film thickness. For this reason, it is more preferable to remove the etching damage (damage layer) immediately before the silicide film formation step (step 14) described later.

(工程14:図1参照) 多結晶シリコン8aの表面およびp拡散層12の表面に、コバルト(Co)を形成し、熱処理を行ってコバルトシリサイド膜(シリサイド膜)15a、15bを形成する。このシリサイド膜15a、15bのシート抵抗値は、7Ω/□程度であり、従来のp型SiGe層(p拡散層12)のシート抵抗値100Ω/□程度と比べ、極めて低い抵抗値である。このため、内部ベース層と、外部ベース層につながるベース電極(図示せず)との間に発生する寄生抵抗を下げることができる。 (Step 14: see FIG. 1) Cobalt (Co) is formed on the surface of the polycrystalline silicon 8a and the surface of the p + diffusion layer 12, and heat treatment is performed to form cobalt silicide films (silicide films) 15a and 15b. The sheet resistance value of the silicide films 15a and 15b is about 7Ω / □, which is an extremely low resistance value compared with the sheet resistance value of about 100Ω / □ of the conventional p + type SiGe layer (p + diffusion layer 12). . For this reason, the parasitic resistance which generate | occur | produces between an internal base layer and the base electrode (not shown) connected to an external base layer can be lowered | hung.

なお、シリサイド処理では、コバルトに代えて、チタン(Ti)を形成してチタンシリサイド膜を形成しても同様の効果が得られる。   In the silicidation process, the same effect can be obtained by forming titanium (Ti) instead of cobalt to form a titanium silicide film.

次に、特に図示しないが、プラズマTEOS膜等の層間絶縁膜を半導体基板の表面に堆積させ、NPNトランジスタのコレクタ電極部、ベース電極部、及びエミッタ電極部のコンタクト開口を行い、チタニウム等からなるバリアメタル層、及びアルミニウム又はアルミニウム合金からなる導電層を形成し、NPNトランジスタを有するバイポーラトランジスタを製造することができる。   Next, although not particularly shown, an interlayer insulating film such as a plasma TEOS film is deposited on the surface of the semiconductor substrate, and contact openings of the collector electrode part, the base electrode part, and the emitter electrode part of the NPN transistor are made and made of titanium or the like. A bipolar transistor having an NPN transistor can be manufactured by forming a barrier metal layer and a conductive layer made of aluminum or an aluminum alloy.

この第1実施形態の半導体装置の製造方法によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
(1)このような製造方法とすることにより、エミッタ層であるn型拡散層13の寸法幅は、シリコン膜7とSiGe合金層6a界面の寸法幅より小さくなるので、エミッタ層の寸法幅がシリコン膜7とSiGe合金層6a界面の寸法幅と同じである場合に比べ、少ない電流で同じ電流密度が得られ、高い電流増幅率を得ることができる。このため、低消費
電力のトランジスタを形成することができる。また、シリコン膜7の少なくとも一部が、SiGe合金層6aと側壁膜11との間に位置し、且つ、SiGe合金層6aおよび側壁膜11と接しているので、エミッタ−ベース接合面積は、従来構造(シリコン膜7部分もエミッタ層として機能する場合)に比べて狭くなる。このため、従来構造よりも接合面積が狭い分の接合容量が削減されたトランジスタを得ることができる。これらの結果、高性能な半導体装置を提供することができる。
(2)本製造方法によれば、シリコン膜7の少なくとも一部がSiGe合金層6aと側壁膜11との間に位置し、SiGe合金層6aと側壁膜11とが直接接していないので、SiGe合金層6aと側壁膜11との界面におけるベース電流の再結合を抑制することができ、良好なベース電流特性を有する半導体装置を製造することができる。
(3)第7の工程における第1不純物の拡散では、n型拡散層13とエミッタ電極との接触面50が側壁膜11の下面60より上方に位置しているため、側壁膜11が第1不純物の拡散障壁となり横方向への拡散が抑えられ、n型拡散層13の寸法幅をより制御性よく小さくすることができる。
(4)本製造方法によれば、SiGe合金層6aおよびシリコン膜7が保護膜4の開口部A2内に形成されるため、SiGe合金層6aおよびシリコン膜7が保護膜4上に乗り上げる部分がなくなり、保護膜4上に形成される多結晶シリコン膜8の高さが、開口部A2内に形成される多結晶シリコン膜8の高さに比べ、SiGe合金層6aとシリコン膜7の厚さだけ低く配置される。このため、多結晶シリコン膜8を所望のエミッタ電極8aに加工するためのレジストパターン10を形成する際、保護膜4上に乗り上げる部分(保護膜4の端部)の多結晶シリコン膜8に起因する露光光の散乱(エミッタ電極8aに加工するためのレジストパターン10側への散乱)が低減され、レジストパターン10の変形や形状バラツキを抑制することができる。この結果、性能バラツキが小さい半導体装置を提供することができる。
(5)こうした製造方法において、保護膜4の上面は、n型拡散層13とエミッタ電極8aとの接触面50よりも下面にあることが望ましい。このようにすることにより、保護膜4上に形成される多結晶シリコン膜8の高さが、開口部A2内に形成される多結晶シリコン膜8の高さに比べて低くなるので、エミッタ電極8aに加工するためのレジストパターン10側への散乱がより抑制され、さらにレジストパターン10の変形や形状バラツキを抑制することができる。
(6)エッチングダメージ(ダメージ層)を含むp拡散層12aの表面にシリサイド膜を形成した場合には、エッチングダメージ(ダメージ層)に対応するシリサイド膜の膜質劣化やシリサイド膜の形状バラツキのために、配線抵抗の増加を引き起こしてしまうが、本製造方法によれば、エッチングダメージ(ダメージ層)が除去されたp拡散層12a(シリコン膜7)の表面にシリサイド膜が形成されるため、シリサイド膜の膜質が向上し、配線抵抗を低減させることができる。特に、p拡散層12a(シリコン膜7)の表面のエッチングダメージ(ダメージ層)を除去する工程14の直前のみに行った場合には、工程数の削減による低コスト化だけでなく、エッチングダメージ(ダメージ層)の除去に伴うp拡散層12a(シリコン膜7)の膜減りを最低限に抑えることができるため、成膜時においてシリコン膜7の薄膜化が可能となり、製造コストをさらに削減することができる。
(第2実施形態)
図16は、本発明の第2実施形態によるSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタの素子断面図である。第1実施形態と異なる箇所は、n型拡散層13の下面がSiGe合金層6aの中に設けられていることである。なお、シリコン膜7aは本発明の「第2の領域」およびn型拡散層13aは本発明の「第1の領域」の一例である。
According to the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) By adopting such a manufacturing method, the dimension width of the n-type diffusion layer 13 which is an emitter layer is smaller than the dimension width of the interface between the silicon film 7 and the SiGe alloy layer 6a. Compared with the case where the dimension width of the interface between the silicon film 7 and the SiGe alloy layer 6a is the same, the same current density can be obtained with a small current, and a high current amplification factor can be obtained. Therefore, a transistor with low power consumption can be formed. In addition, since at least a part of the silicon film 7 is located between the SiGe alloy layer 6a and the side wall film 11 and is in contact with the SiGe alloy layer 6a and the side wall film 11, the emitter-base junction area is conventionally increased. It is narrower than the structure (when the silicon film 7 also functions as an emitter layer). For this reason, a transistor in which the junction capacitance is reduced because the junction area is smaller than that of the conventional structure can be obtained. As a result, a high-performance semiconductor device can be provided.
(2) According to the present manufacturing method, at least a part of the silicon film 7 is located between the SiGe alloy layer 6a and the sidewall film 11, and the SiGe alloy layer 6a and the sidewall film 11 are not in direct contact with each other. The recombination of the base current at the interface between the alloy layer 6a and the sidewall film 11 can be suppressed, and a semiconductor device having good base current characteristics can be manufactured.
(3) In the diffusion of the first impurity in the seventh step, since the contact surface 50 between the n-type diffusion layer 13 and the emitter electrode is located above the lower surface 60 of the sidewall film 11, the sidewall film 11 is the first. It becomes an impurity diffusion barrier, and lateral diffusion is suppressed, and the dimensional width of the n-type diffusion layer 13 can be reduced with better controllability.
(4) According to this manufacturing method, since the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7 are formed in the opening A2 of the protective film 4, there is a portion where the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7 run on the protective film 4. The thickness of the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7 is less than the height of the polycrystalline silicon film 8 formed in the opening A2. Only placed low. For this reason, when forming the resist pattern 10 for processing the polycrystalline silicon film 8 into a desired emitter electrode 8a, it is caused by the polycrystalline silicon film 8 on the portion (end portion of the protective film 4) riding on the protective film 4. Scattering of exposure light (scattering toward the resist pattern 10 for processing into the emitter electrode 8a) is reduced, and deformation and shape variation of the resist pattern 10 can be suppressed. As a result, a semiconductor device with small performance variation can be provided.
(5) In such a manufacturing method, it is desirable that the upper surface of the protective film 4 is on the lower surface than the contact surface 50 between the n-type diffusion layer 13 and the emitter electrode 8a. By doing so, the height of the polycrystalline silicon film 8 formed on the protective film 4 becomes lower than the height of the polycrystalline silicon film 8 formed in the opening A2, so that the emitter electrode Scattering toward the resist pattern 10 for processing into 8a is further suppressed, and deformation and shape variation of the resist pattern 10 can be further suppressed.
(6) When a silicide film is formed on the surface of the p + diffusion layer 12a including etching damage (damage layer), the silicide film quality deterioration corresponding to the etching damage (damage layer) and the silicide film shape variation are caused. However, according to the present manufacturing method, a silicide film is formed on the surface of the p + diffusion layer 12a (silicon film 7) from which etching damage (damage layer) has been removed. The film quality of the silicide film is improved and the wiring resistance can be reduced. In particular, when the process is performed just before the step 14 of removing the etching damage (damage layer) on the surface of the p + diffusion layer 12a (silicon film 7), not only the cost is reduced by the reduction of the number of processes but also the etching damage. Since the film loss of the p + diffusion layer 12a (silicon film 7) accompanying the removal of the (damage layer) can be minimized, the silicon film 7 can be made thinner during film formation, further reducing the manufacturing cost. can do.
(Second Embodiment)
FIG. 16 is a device cross-sectional view of a SiGe-based heterojunction bipolar transistor according to a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the lower surface of the n-type diffusion layer 13 is provided in the SiGe alloy layer 6a. The silicon film 7a is an example of the “second region” in the present invention, and the n-type diffusion layer 13a is an example of the “first region” in the present invention.

本発明の第2実施形態による半導体装置を製造するには、第1実施形態の工程3において、減圧CVD法によりSiGe合金層6aおよびシリコン膜7aを、それぞれ40nm程度および30nm程度(合計70nm程度)形成し、工程10において、RTA装置を
用いて1050℃程度の熱処理を5秒間程度行う。このようにすることで、多結晶シリコン膜8aのn型不純物は、コレクタ層2側に向かって40nm程度拡散するため、膜厚30nm程度のシリコン膜7aを通過し、SiGe合金層6a内に達する。
In order to manufacture the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, in Step 3 of the first embodiment, the SiGe alloy layer 6a and the silicon film 7a are formed at about 40 nm and about 30 nm (about 70 nm in total) by the low pressure CVD method, respectively. In step 10, heat treatment at about 1050 ° C. is performed for about 5 seconds using an RTA apparatus. By doing so, the n-type impurity of the polycrystalline silicon film 8a diffuses about 40 nm toward the collector layer 2, so that it passes through the silicon film 7a with a thickness of about 30 nm and reaches the SiGe alloy layer 6a. .

この第2実施形態の半導体装置の製造方法によれば、第1実施形態の上記(1)〜(6)の効果に加え、以下のような効果を得ることができるようになる。
(7)n型拡散層13aの下面がSiGe合金層6aの中に達していることより、SiGe合金層6aに達していない場合に比べて、エミッタ層として機能するn型拡散層13aの下面から活性領域A1(コレクタ層2)までの距離が短くなり、エミッタ層側からコレクタ層に流れる電子の移動時間を短縮することができ、高速動作するトランジスタを形成できる。したがって、より高性能な半導体装置を提供することができる。
(8)n型拡散層13aの下面(エミッタ−ベース接合部)がSiGe合金層6aの中に達していない場合(n型拡散層13aの下面がシリコン膜7aの中にある場合)に比べて、エミッタ注入効率が大きく、より高い電流増幅率を得ることができる。これは、n型拡散層13aの下面がSiGe合金層6aの中にある場合に、SiGe合金層のバンドギャップがシリコン膜のバンドギャップより狭いことにより、n型拡散層13aの下面がシリコン膜7aの中にある場合に比べてエミッタ層からベース層へ注入される電子に対する障壁の高さが小さくなるためである。これにより、エミッタ層からベース層へ注入される電子に対する障壁の高さを、ベース層からエミッタ層に注入される正孔に対する障壁の高さよりもさらに小さくすることができるため、エミッタ注入効率を大きくすることができ、より高い電流増幅率を実現することができる。したがって、より高性能な半導体装置を提供することができる。
(第3実施形態)
図20は、本発明の第3実施形態によるSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタの素子断面図である。第1実施形態と異なる箇所は、ベース領域につながるp拡散層12a1およびシリサイド膜15b1の一部がシリコン酸化膜(保護膜)4の開口部A2内からその外側のシリコン酸化膜上にまたがって形成されていることである。それ以外については先の第1実施形態と同様である。
According to the semiconductor device manufacturing method of the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (6) of the first embodiment.
(7) Since the lower surface of the n-type diffusion layer 13a reaches the SiGe alloy layer 6a, the lower surface of the n-type diffusion layer 13a functioning as the emitter layer is compared with the case where the lower surface does not reach the SiGe alloy layer 6a. The distance to the active region A1 (collector layer 2) is shortened, the movement time of electrons flowing from the emitter layer side to the collector layer can be shortened, and a transistor operating at high speed can be formed. Therefore, a higher performance semiconductor device can be provided.
(8) Compared to the case where the lower surface (emitter-base junction) of the n-type diffusion layer 13a does not reach the SiGe alloy layer 6a (when the lower surface of the n-type diffusion layer 13a is in the silicon film 7a). The emitter injection efficiency is high, and a higher current amplification factor can be obtained. This is because when the lower surface of the n-type diffusion layer 13a is in the SiGe alloy layer 6a, the lower surface of the n-type diffusion layer 13a is less than the silicon film 7a because the band gap of the SiGe alloy layer is narrower than the band gap of the silicon film. This is because the height of the barrier against electrons injected from the emitter layer to the base layer is smaller than that in the case of the above. As a result, the height of the barrier against electrons injected from the emitter layer into the base layer can be made smaller than the height of the barrier against holes injected from the base layer into the emitter layer, thereby increasing the emitter injection efficiency. And a higher current gain can be realized. Therefore, a higher performance semiconductor device can be provided.
(Third embodiment)
FIG. 20 is a device cross-sectional view of a SiGe-based heterojunction bipolar transistor according to a third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a part of the p + diffusion layer 12a1 and the silicide film 15b1 connected to the base region straddles from the inside of the opening A2 of the silicon oxide film (protective film) 4 onto the silicon oxide film outside thereof. It is formed. The rest is the same as the previous first embodiment.

図21、図23〜図31は、本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図22は図21対応する半導体装置の製造途中の上面図であり、図21は図22中のX−X線に沿った断面図である。   21 and 23 to 31 are cross-sectional views for explaining a semiconductor device manufacturing process according to the third embodiment of the present invention. 22 is a top view in the middle of manufacturing the semiconductor device corresponding to FIG. 21, and FIG. 21 is a sectional view taken along line XX in FIG.

(工程4A:図5、図21参照) 先の第1実施形態にて示した工程1〜工程3を経た後、リソグラフィ法によりレジストパターン(図示せず)を設け、ドライエッチングによりシリコン膜7およびSiGe合金層6の不要な部分を除去する。この際、多結晶シリコン膜5の不要な部分もエッチング除去する。ここでのレジストパターンは、シリコン膜7およびSiGe合金層6がシリコン酸化膜(保護膜)4上にまたがって形成されるようにパターニングされている。これにより、図21および図22に示すように、開口部A2内からシリコン酸化膜4の上にまでまたがる所望のパターンA4に加工された、ベース領域として用いるSiGe合金層6a1およびシリコン膜7a1が形成される。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力2Pa、ガス流量O/HBr=2/180ml/分、RFパワーUpper/Lower=250/12Wである。なお、先の第1実施形態では、シリコン酸化膜4の側壁部(開口部境界)にスペーサ状のSiGe合金層6bが形成されていたが、ここではエッチング時間を調整することにより、シリコン酸化膜4の側壁部(開口部境界)からSiGe合金層6bに相当する部分を完全に除去している。 (Step 4A: See FIGS. 5 and 21) After Steps 1 to 3 shown in the first embodiment, a resist pattern (not shown) is provided by lithography, and silicon film 7 and dry etching are performed. Unnecessary portions of the SiGe alloy layer 6 are removed. At this time, unnecessary portions of the polycrystalline silicon film 5 are also removed by etching. The resist pattern here is patterned so that the silicon film 7 and the SiGe alloy layer 6 are formed over the silicon oxide film (protective film) 4. As a result, as shown in FIGS. 21 and 22, the SiGe alloy layer 6a1 and the silicon film 7a1 used as the base region, which are processed into a desired pattern A4 extending from the inside of the opening A2 to the silicon oxide film 4, are formed. Is done. The dry etching conditions are, for example, pressure 2 Pa, gas flow rate O 2 / HBr = 2/180 ml / min, and RF power Upper / Lower = 250/12 W. In the first embodiment, the spacer-like SiGe alloy layer 6b is formed on the side wall (opening boundary) of the silicon oxide film 4, but here the silicon oxide film is adjusted by adjusting the etching time. 4, the portion corresponding to the SiGe alloy layer 6b is completely removed from the side wall (opening boundary).

(工程5A:図23参照) 減圧CVD法により、1×1020cm−3程度以上のn型不純物をドーピングした多結晶シリコン膜8を成膜し、さらに、シリコン窒化膜9を成膜する。n型不純物としては、例えば、砒素(As)又は燐(P)を用いる。多結晶シリ
コン膜8の膜厚は、200nm程度とし、シリコン窒化膜9の膜厚は、50nm程度とする。
(工程6A:図24参照) リソグラフィ法により、開口部(バイポーラトランジスタ形成領域)A2内に、所望のエミッタ電極を加工するためのレジストパターン10を形成する。
(工程7A:図25参照) ドライエッチングにより、シリコン窒化膜9、多結晶シリコン膜8、シリコン膜7a1の順にエッチング加工する。このとき、ドライエッチングは、シリコン膜7a1を完全に除去するまで行わず、SiGe合金層6a1上の全面に一部が残存する状態で終了させる。この結果、シリコン膜7a1は断面凸状の形状70に仕上がる。さらに、シリコン膜7a1の表面80a1にはエッチングダメージが入り、ダメージ層が形成される。なお、この際、多結晶シリコン膜8は、エミッタ電極となる多結晶シリコン膜8a1、SiGe合金層6a1とシリコン膜7a1の周囲に多結晶シリコン膜からなる側壁膜8b1、及びシリコン酸化膜4の側壁部(開口部境界)に多結晶シリコン膜からなる側壁膜8c1として加工される。シリコン窒化膜9は、シリコン窒化膜9aとして加工され、多結晶シリコン膜8をエッチング加工する際のマスクとして機能する。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力2Pa、ガス流量O/HBr=2/180ml/分、RFパワーUpper/Lower=250/12Wである。
(Step 5A: See FIG. 23) A polycrystalline silicon film 8 doped with n-type impurities of about 1 × 10 20 cm −3 or more is formed by low pressure CVD, and a silicon nitride film 9 is further formed. For example, arsenic (As) or phosphorus (P) is used as the n-type impurity. The thickness of the polycrystalline silicon film 8 is about 200 nm, and the thickness of the silicon nitride film 9 is about 50 nm.
(Step 6A: see FIG. 24) A resist pattern 10 for processing a desired emitter electrode is formed in the opening (bipolar transistor formation region) A2 by lithography.
(Step 7A: See FIG. 25) The silicon nitride film 9, the polycrystalline silicon film 8, and the silicon film 7a1 are etched in this order by dry etching. At this time, the dry etching is not performed until the silicon film 7a1 is completely removed, and is finished in a state where a part remains on the entire surface of the SiGe alloy layer 6a1. As a result, the silicon film 7a1 is finished in a shape 70 having a convex cross section. Furthermore, etching damage enters the surface 80a1 of the silicon film 7a1, and a damaged layer is formed. At this time, the polycrystalline silicon film 8 includes a polycrystalline silicon film 8a1 serving as an emitter electrode, a sidewall film 8b1 composed of a polycrystalline silicon film around the SiGe alloy layer 6a1 and the silicon film 7a1, and a sidewall of the silicon oxide film 4. A side wall film 8c1 made of a polycrystalline silicon film is processed at the portion (opening boundary). The silicon nitride film 9 is processed as a silicon nitride film 9a and functions as a mask when the polycrystalline silicon film 8 is etched. The dry etching conditions are, for example, pressure 2 Pa, gas flow rate O 2 / HBr = 2/180 ml / min, and RF power Upper / Lower = 250/12 W.

ここで、第1実施形態と同様、多結晶シリコン膜8のドライエッチングを進めると、シリコン膜7a1が露出した時点で、開口部(バイポーラトランジスタ形成領域)A2および所望のパターンA4以外ではシリコン酸化膜4が露出することになる。同一材料間(本実施形態では多結晶シリコン膜8とシリコン膜7a1との間)のエッチング制御は通常困難であるが、このシリコン酸化膜4の露出時点は、通常のドライエッチングで用いられるエンドポイント制御が可能であり、これをシリコン膜7a1の露出時点と見なすことで、シリコン膜7a1へのエッチング処理を制御よく施すことができ、シリコン膜7a1を断面凸状の形状70に再現よく高精度に仕上げることができる。   Here, as with the first embodiment, when the dry etching of the polycrystalline silicon film 8 is advanced, the silicon oxide film except the opening (bipolar transistor formation region) A2 and the desired pattern A4 is exposed when the silicon film 7a1 is exposed. 4 will be exposed. Etching control between the same materials (between the polycrystalline silicon film 8 and the silicon film 7a1 in this embodiment) is usually difficult, but the exposure time of the silicon oxide film 4 is an end point used in normal dry etching. By considering this as the exposure time of the silicon film 7a1, the etching process to the silicon film 7a1 can be performed with good control, and the silicon film 7a1 is reproducibly formed into a convex shape 70 with high accuracy. Can be finished.

(工程8A:図26参照) CVD法を用いて絶縁膜であるシリコン酸化膜を形成し、続いてドライエッチングを用いて全面エッチバックすることにより、シリコン窒化膜9a、多結晶シリコン膜8a1、及びシリコン膜7a1の凸部の周囲に、サイドウォールと呼ばれるシリコン酸化膜からなる側壁膜11を形成する。このドライエッチングにより、シリコン膜7a1の表面80b1にさらにエッチングダメージが加わり、ダメージ層が形成される。なお、シリコン酸化膜は、例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)/酸素(O)混合ガスを720℃程度で加熱処理することによって成膜され、膜厚は200nm程度である。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力33Pa、ガス流量:CHF/CF/Ar=20/20/400ml/分、RFパワー395Wである。 (Step 8A: see FIG. 26) A silicon oxide film, which is an insulating film, is formed using a CVD method, and subsequently etched back using dry etching, whereby a silicon nitride film 9a, a polycrystalline silicon film 8a1, and A sidewall film 11 made of a silicon oxide film called a sidewall is formed around the convex portion of the silicon film 7a1. By this dry etching, etching damage is further applied to the surface 80b1 of the silicon film 7a1, and a damaged layer is formed. The silicon oxide film is formed by, for example, heat-treating a tetraethoxysilane (TEOS) / oxygen (O 2 ) mixed gas at about 720 ° C., and has a thickness of about 200 nm. As dry etching conditions, for example, the pressure is 33 Pa, the gas flow rate is CHF 3 / CF 4 / Ar = 20/20/400 ml / min, and the RF power is 395 W.

(工程9A:図27参照) イオン注入法を用いてホウ素(B)をイオン注入した後、熱処理による活性化を行い、外部ベース層として機能するp拡散層12a1を形成する。この際、シリコン酸化膜4の側壁部(開口部境界)の側壁膜8c1は、p拡散層12b1となる。イオン注入条件は、例えばBFを1keVから40keVの加速エネルギーで、1×1014cm−2から5×1015cm−2の注入量とする。この注入条件では、多結晶シリコン膜8a1上に存在する約50nmの膜厚のシリコン窒化膜9aをイオンが通過しないため、多結晶シリコン膜8a1にホウ素が注入されることはない。 (Step 9A: see FIG. 27) After ion implantation of boron (B) using an ion implantation method, activation by heat treatment is performed to form a p + diffusion layer 12a1 that functions as an external base layer. At this time, the sidewall film 8c1 at the sidewall (opening boundary) of the silicon oxide film 4 becomes the p + diffusion layer 12b1. As the ion implantation conditions, for example, BF 2 is implanted at an acceleration energy of 1 keV to 40 keV and an implantation amount of 1 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 15 cm −2 . Under this implantation condition, since ions do not pass through the silicon nitride film 9a having a thickness of about 50 nm existing on the polycrystalline silicon film 8a1, boron is not implanted into the polycrystalline silicon film 8a1.

(工程10A:図28参照) 熱処理を行って、多結晶シリコン膜8a1のn型不純物をシリコン膜7a1の中に拡散させ、n型拡散層13を形成する。この結果、エミッタ−ベース接合がシリコン膜7a1内に形成される。熱処理は、RTA装置を用いて、1050℃程度の熱処理を5秒〜30秒間程度行う。   (Step 10A: See FIG. 28) Heat treatment is performed to diffuse the n-type impurity of the polycrystalline silicon film 8a1 into the silicon film 7a1, thereby forming the n-type diffusion layer 13. As a result, an emitter-base junction is formed in the silicon film 7a1. The heat treatment is performed at about 1050 ° C. for about 5 seconds to 30 seconds using an RTA apparatus.

ここで、シリコン膜7a1内に形成されるエミッタ層(n型拡散層)13は、多結晶シリコン膜8a1からのn型不純物の拡散によって形成されるが、拡散は深さ方向だけでなく横方向へも進むため、有効なエミッタ幅は多結晶シリコン膜8a1の幅よりも広くなることがある。しかしながら、本実施形態では、エミッタ層(n型拡散層)13とエミッタ電極(多結晶シリコン膜)8a1との接触面50が側壁膜11の下面60より上方に位置しているため、側壁膜11が拡散障壁となりn型拡散層13の横方向への拡散が抑えられる。このため、エミッタ層の寸法幅が微細化されることになる。   Here, the emitter layer (n-type diffusion layer) 13 formed in the silicon film 7a1 is formed by diffusion of n-type impurities from the polycrystalline silicon film 8a1, but the diffusion is not only in the depth direction but also in the lateral direction. Therefore, the effective emitter width may be wider than the width of the polycrystalline silicon film 8a1. However, in the present embodiment, since the contact surface 50 between the emitter layer (n-type diffusion layer) 13 and the emitter electrode (polycrystalline silicon film) 8a1 is located above the lower surface 60 of the sidewall film 11, the sidewall film 11 Serves as a diffusion barrier and the lateral diffusion of the n-type diffusion layer 13 is suppressed. For this reason, the dimension width of the emitter layer is miniaturized.

(工程11A:図29参照) 熱処理後、希フッ酸および燐酸を用いて、ベース電極上(図示せず)、エミッタ電極上、及びコレクタ電極上(図示せず)のシリコン窒化膜9aを除去する。   (Step 11A: see FIG. 29) After the heat treatment, the silicon nitride film 9a on the base electrode (not shown), the emitter electrode, and the collector electrode (not shown) is removed using dilute hydrofluoric acid and phosphoric acid. .

(工程12A:図30参照) CVD法を用いて絶縁膜からなるシリコン酸化膜を形成した後、リソグラフィ法によりレジストパターン(図示せず)を設け、ドライエッチングによりシリコン酸化膜の不要な部分を除去する。これにより、所定の領域に開口部を有し、サリサイドブロックとして用いるシリコン酸化膜14a1が設けられる。このドライエッチングにより、シリコン膜7a1の表面80c1にさらにエッチングダメージが加わり、ダメージ層が形成される。なお、シリコン酸化膜は、例えば、TEOS/O混合ガスを720℃程度で加熱処理することによって成膜され、膜厚は50nm程度である。ドライエッチング条件としては、例えば、圧力33Pa、ガス流量:CHF/CF/Ar=20/20/400ml/分、RFパワー395Wである。 (Step 12A: See FIG. 30) After forming a silicon oxide film made of an insulating film by using the CVD method, a resist pattern (not shown) is provided by the lithography method, and unnecessary portions of the silicon oxide film are removed by dry etching. To do. Thus, a silicon oxide film 14a1 having an opening in a predetermined region and used as a salicide block is provided. By this dry etching, etching damage is further applied to the surface 80c1 of the silicon film 7a1, and a damaged layer is formed. The silicon oxide film is formed by, for example, heat-treating a TEOS / O 2 mixed gas at about 720 ° C., and has a film thickness of about 50 nm. As dry etching conditions, for example, the pressure is 33 Pa, the gas flow rate is CHF 3 / CF 4 / Ar = 20/20/400 ml / min, and the RF power is 395 W.

(工程13A:図31参照) 先に述べた工程7A、工程8A、及び工程12Aにおいてシリコン膜7a1の表面80a1、80b1、80c1に加わったエッチングダメージ(ダメージ層)を除去するために、ドライエッチングによってp拡散層12a1(シリコン膜7a1)の表面側の一部を除去する。ここで、ドライエッチング条件は、例えば、圧力166Pa、ガス流量:O/CF=200/100ml/分、RFパワー450Wであり、工程7A、工程8A、及び工程12Aにおけるドライエッチング条件とは異なり、p拡散層12a1(シリコン膜7a1)に対してダメージの少ない条件で行っている。このドライエッチングにより除去されるp拡散層12a1(シリコン膜7a1)の膜厚は、例えば、10nm程度である。なお、エッチングダメージ(ダメージ層)の除去のタイミングに関しては第1実施形態と同様である。 (Step 13A: see FIG. 31) In order to remove the etching damage (damage layer) applied to the surfaces 80a1, 80b1, and 80c1 of the silicon film 7a1 in the steps 7A, 8A, and 12A described above, dry etching is performed. A part of the surface side of the p + diffusion layer 12a1 (silicon film 7a1) is removed. Here, the dry etching conditions are, for example, a pressure of 166 Pa, a gas flow rate: O 2 / CF 4 = 200/100 ml / min, and an RF power of 450 W, which are different from the dry etching conditions in the steps 7A, 8A, and 12A. P + diffusion layer 12a1 (silicon film 7a1) is performed under a condition that causes little damage. The film thickness of the p + diffusion layer 12a1 (silicon film 7a1) removed by this dry etching is, for example, about 10 nm. The timing for removing etching damage (damage layer) is the same as in the first embodiment.

(工程14A:図20参照) 多結晶シリコン8a1の表面およびp拡散層12a1の表面に、コバルト(Co)を形成し、熱処理を行ってコバルトシリサイド膜(シリサイド膜)15a1、15b1を形成する。このシリサイド膜15a1、15b1のシート抵抗値は、7Ω/□程度であり、従来のp型SiGe層(p拡散層12a1)のシート抵抗値100Ω/□程度と比べ、極めて低い抵抗値である。このため、内部ベース層と、外部ベース層につながるベース電極(図示せず)との間に発生する寄生抵抗を下げることができる。なお、シリサイド処理では、コバルトに代えて、チタン(Ti)を形成してチタンシリサイド膜を形成しても同様の効果が得られる。 (Step 14A: see FIG. 20) Cobalt (Co) is formed on the surface of the polycrystalline silicon 8a1 and the surface of the p + diffusion layer 12a1, and heat treatment is performed to form cobalt silicide films (silicide films) 15a1 and 15b1. The sheet resistance value of the silicide films 15a1 and 15b1 is about 7Ω / □, which is extremely low compared to the sheet resistance value of about 100Ω / □ of the conventional p + type SiGe layer (p + diffusion layer 12a1). . For this reason, the parasitic resistance which generate | occur | produces between an internal base layer and the base electrode (not shown) connected to an external base layer can be lowered | hung. In the silicidation process, the same effect can be obtained by forming titanium (Ti) instead of cobalt to form a titanium silicide film.

次に、特に図示しないが、プラズマTEOS膜等の層間絶縁膜を半導体基板の表面に堆積させ、NPNトランジスタのコレクタ電極部、ベース電極部、及びエミッタ電極部のコンタクト開口を行い、チタニウム等からなるバリアメタル層、及びアルミニウム又はアルミニウム合金からなる導電層を形成し、NPNトランジスタを有するバイポーラトランジスタを製造することができる。   Next, although not particularly shown, an interlayer insulating film such as a plasma TEOS film is deposited on the surface of the semiconductor substrate, and contact openings of the collector electrode part, the base electrode part, and the emitter electrode part of the NPN transistor are made and made of titanium or the like. A bipolar transistor having an NPN transistor can be manufactured by forming a barrier metal layer and a conductive layer made of aluminum or an aluminum alloy.

この第3実施形態の半導体装置の製造方法によれば、第1実施形態の上記(1)〜(3)、(6)の効果に加え、以下のような効果を得ることができるようになる。
(9)外部ベース層として機能するp拡散層12a1およびシリサイド膜15b1の一部が開口部A2内からシリコン酸化膜(保護膜)4の上にまでまたがって形成したことで、ベース電極部のコンタクト配置に関する設計自由度が向上する。
(10)p拡散層12a1の一部が開口部A2内からシリコン酸化膜4の上にまでまたがって形成したことで、シリコン酸化膜4上ではp拡散層12a1の厚さが開口部A2内に比べてシリコン膜5a1の分だけ厚く形成される。このため、シリコン酸化膜4上にベース電極部のコンタクトを形成する場合には、コンタクト開口する際のエッチングバラツキ(過剰なオーバーエッチング)によるコンタクトのp拡散層12a1の突き抜け等が抑制される。この結果、製造歩留まりが向上し、バイポーラトランジスタ(半導体装置)を低コストで提供することができる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the third embodiment, in addition to the effects (1) to (3) and (6) of the first embodiment, the following effects can be obtained. .
(9) A part of the p + diffusion layer 12a1 and the silicide film 15b1 functioning as the external base layer is formed so as to extend from the inside of the opening A2 to the silicon oxide film (protective film) 4, so that the base electrode portion Design flexibility related to contact placement is improved.
(10) Since a part of the p + diffusion layer 12a1 extends over the silicon oxide film 4 from the inside of the opening A2, the thickness of the p + diffusion layer 12a1 on the silicon oxide film 4 is the opening A2. The silicon film 5a1 is formed thicker than the inner film. For this reason, when the contact of the base electrode portion is formed on the silicon oxide film 4, the penetration of the p + diffusion layer 12a1 of the contact due to the etching variation (excessive overetching) when opening the contact is suppressed. As a result, the manufacturing yield is improved and a bipolar transistor (semiconductor device) can be provided at low cost.

以上、実施の形態により本発明を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々のバイポーラトランジスタに適用することができる。   Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, the present invention is not limited to this, and can be applied to various bipolar transistors without departing from the spirit of the present invention.

なお、第3実施形態では、片側のシリコン酸化膜4上にまたがるp拡散層12a1およびシリサイド膜15b1の例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、工程4Aにおいてシリコン膜7a1とSiGe合金層6a1を直線状に加工し、その両端がシリコン酸化膜(保護膜)4上に形成するようにしてもよい。この場合にも第3実施形態と同様の効果を享受することができる。 In the third embodiment, an example of the p + diffusion layer 12a1 and the silicide film 15b1 extending over the silicon oxide film 4 on one side is shown. However, the present invention is not limited to this example. For example, in the step 4A, the silicon film 7a1 The SiGe alloy layer 6a1 may be processed into a straight line and both ends thereof may be formed on the silicon oxide film (protective film) 4. In this case, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

また、上記第3実施形態において、n型拡散層13の下面がSiGe合金層6a1の中に設けるようにしてもよい。この場合には、第2実施形態の上記(7)および(8)の効果をさらに享受することができる。   In the third embodiment, the lower surface of the n-type diffusion layer 13 may be provided in the SiGe alloy layer 6a1. In this case, the effects (7) and (8) of the second embodiment can be further enjoyed.

本発明の第1実施形態に係る半導体装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置を説明するための部分拡大図である。It is the elements on larger scale for explaining the semiconductor device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る半導体装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 従来のSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタ構造を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the conventional SiGe base heterojunction bipolar transistor structure. 従来のSiGeベースへテロ接合バイポーラトランジスタ構造を説明するための部分拡大図である。It is the elements on larger scale for demonstrating the conventional SiGe base heterojunction bipolar transistor structure. 図8に対応する従来の半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a conventional semiconductor device corresponding to FIG. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図21対応する製造工程の半導体装置の上面図である。FIG. 22 is a top view of the semiconductor device in the manufacturing process corresponding to FIG. 21; 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 p型シリコン基板
2 コレクタ層(エピタキシャル層)
A1 活性領域
A2 バイポーラトランジスタ形成領域
3 素子分離膜(STI)
4 保護膜(シリコン酸化膜)
6a シリコンゲルマニウム(SiGe)合金層
7 シリコン膜(第2の領域)
8a 多結晶シリコン膜(エミッタ電極)
11 シリコン酸化膜からなる側壁膜(サイドウォール)
12a,12b p拡散層
13 n型拡散層(エミッタ層)
14 保護膜(シリコン酸化膜)
15a、15b シリサイド膜
50 n型拡散層と多結晶シリコン膜の界面
60 側壁膜の下面
1 p-type silicon substrate 2 collector layer (epitaxial layer)
A1 Active region A2 Bipolar transistor formation region 3 Element isolation film (STI)
4 Protective film (silicon oxide film)
6a Silicon germanium (SiGe) alloy layer 7 Silicon film (second region)
8a Polycrystalline silicon film (emitter electrode)
11 Side wall film (side wall) made of silicon oxide film
12a, 12b p + diffusion layer 13 n-type diffusion layer (emitter layer)
14 Protective film (silicon oxide film)
15a, 15b Silicide film 50 Interface between n-type diffusion layer and polycrystalline silicon film 60 Bottom surface of sidewall film

Claims (3)

素子分離膜に囲まれた活性領域が形成された半導体基板の上に、この活性領域を含む側の所定の領域に開口部を有する保護膜を形成する第1の工程と、
前記保護膜の開口部内に、ベース層として機能する導電層およびn型第1不純物を含まないシリコン膜を形成する第2の工程と、
前記活性領域の上方における前記シリコン膜の上に、前記n型第1不純物を含むエミッタ電極を形成する第3の工程と、
前記エミッタ電極をマスクとして前記シリコン膜をエッチングする第4の工程と、
前記エミッタ電極の側壁を覆う側壁膜を形成する第5の工程と、
前記活性領域の表面に達するようにp型第2不純物を導入し、前記導電層およびシリコン膜に不純物領域を形成する第6の工程と、
前記エミッタ電極に含まれる前記n型第1不純物を前記シリコン膜の表面に拡散させ、前記シリコン膜内に、前記n型第1不純物を含む第1の領域と前記n型第1不純物を含まない第2の領域を形成する第7の工程と、
を備え、
前記第4の工程において、前記シリコン膜は、前記エミッタ電極と接する部分の上面が、前記エミッタ電極と接しない部分の上面より上方に位置するような凸形状に加工され、
前記第5の工程において、前記側壁膜は、前記エミッタ電極の側壁及び前記シリコン膜のエミッタ電極と接する部分の側壁を覆うように形成され、
前記第7の工程において、前記シリコン膜の第2の領域の少なくとも一部が、前記導電層と側壁膜との間に位置し、且つ、前記導電層および側壁膜と接するように形成されていることを特徴とした半導体装置の製造方法。
A first step of forming a protective film having an opening in a predetermined region including the active region on a semiconductor substrate on which an active region surrounded by an element isolation film is formed;
A second step of forming a conductive layer functioning as a base layer and a silicon film not including the n-type first impurity in the opening of the protective film;
A third step of forming an emitter electrode containing the n-type first impurity on the silicon film above the active region;
A fourth step of etching the silicon film using the emitter electrode as a mask;
A fifth step of forming a sidewall film covering the sidewall of the emitter electrode;
A sixth step of introducing a p-type second impurity so as to reach the surface of the active region, and forming an impurity region in the conductive layer and the silicon film;
Wherein said n-type first impurity is diffused into the surface of the silicon film included in the emitter electrode, in the silicon film, not including the n-type first impurity and the first region including the n-type first impurity A seventh step of forming a second region;
With
In the fourth step, the silicon film, the upper surface of the portion in contact with the front disappeared emitter electrode is processed into a convex shape as to be positioned above the upper surface of the portion not in contact with the emitter electrode,
In the fifth step, the side wall film is formed so as to cover the side wall of the emitter electrode and the side wall of the silicon film in contact with the emitter electrode.
In the seventh step, at least a part of the second region of the silicon film is located between the conductive layer and the sidewall film and is in contact with the conductive layer and the sidewall film. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記導電層は、シリコンゲルマニウム(SiGe)合金層であり、前記第1の領域の下面が、前記導電層の中に達していることを特徴とした請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive layer is a silicon germanium (SiGe) alloy layer, and a lower surface of the first region reaches the conductive layer. 前記保護膜の上面は、前記第1の領域とエミッタ電極との接触面よりも下面にあることを特徴とした請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface of the protective film is located on a lower surface than a contact surface between the first region and the emitter electrode.
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