JP4947692B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関し、特に、金属膜を必要以上に薄く形成しなくても、LOCOSエッジ付近での金属膜とベース絶縁膜との過度な合金化を防止できるようにした技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device, and in particular, it is possible to prevent excessive alloying between a metal film and a base insulating film in the vicinity of a LOCOS edge without forming a metal film thinner than necessary. Related to the technology.
一般に、同一の半導体基板上に形成されたバイポーラトランジスタとMOSトランジスタとによって構成される回路はBiCMOSと呼ばれ、バイポーラトランジスタの「高パワー、高速性能」特性と、CMOSの「低消費電力、高集積特性」特性の両方を備えるため、その用途は広がりつつある。また、エミッタとベースに異なった半導体材料を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT:heterojunction bipolar transistor)が知られている。例えば非特許文献1には、エミッタにシリコン(Si)を、ベースにシリコンゲルマニウム(SiGe)をそれぞれ使用したHBT(以下、「SiGe−HBT」ともいう。)が開示されている。
In general, a circuit composed of a bipolar transistor and a MOS transistor formed on the same semiconductor substrate is called BiCMOS, and the “high power, high speed performance” characteristics of the bipolar transistor and the “low power consumption, high integration” of the CMOS. Its application is expanding because it has both "characteristics" characteristics. A heterojunction bipolar transistor (HBT) using different semiconductor materials for the emitter and base is also known. For example, Non-Patent
図36は、従来例に係るSiGe−HBTの構成例を示す断面図である。図36において、SiGe−HBTのエミッタ(Emitter)303はN型の不純物を含むポリシリコンで構成されている。また、SiGe−HBTのベース(Base)はP型の不純物を含む単結晶のシリコンゲルマニウム層で構成されており、図示しない配線部とのコンタクトをとるためにLOCOS層307上まで引き出されている。さらに、SiGe−HBTのコレクタ(Collector)は、基板301に設けられた複数のN型不純物層で構成されている。そして、図36に示すように、エミッタ303上と、LOCOS層307上に引き出されたベース(即ち、ベース引き出し電極)上と、コレクタ上にはそれぞれチタンシリサイド(TiSix)309が形成されている。
なお、図35に示すように、エピタキシャル成長法によって形成されるシリコンゲルマニウム層は、通常、3層構造となっている。これら3層のうち、実際にGeがドープされているのは中央の層だけで、上方に形成されているCap Si層と、下方に形成されているBottom Si層はノンドープの層である。Cap Si層はcenter SiGe層の安定化や、ベースに含まれるボロンとエミッタ(Emitter)に含まれるリンの拡散領域となっており、Emitter/Base接合の場を提供する、などの役割を持つ。このような3層構造の層をベース及びベース引き出し電極の材料膜に使用する場合、SiGe層自体はチタンシリサイド化しにくいが、Cap Si層をチタンシリサイド化することでベース引き出し電極の抵抗を下げることができる。
As shown in FIG. 35, the silicon germanium layer formed by the epitaxial growth method usually has a three-layer structure. Of these three layers, only the central layer is actually doped with Ge, and the Cap Si layer formed above and the Bottom Si layer formed below are non-doped layers. The Cap Si layer serves as stabilization of the center SiGe layer, a diffusion region of phosphorus contained in the base and the emitter (Emitter) contained in the base, and provides a field of Emitter / Base junction. When such a three-layer structure is used for the material film of the base and the base lead electrode, the SiGe layer itself is difficult to be titanium silicide, but the Cap Si layer is titanium silicide to reduce the resistance of the base lead electrode. Can do.
ところで、本発明者は、図36に示したような従来のSiGe−HBTでは、エミッタ領域とLOCOS層との境界部分(以下、「LOCOSエッジ」と言う。)310のシリコンゲルマニウム層305が過度にチタンシリサイド化され、チタンシリサイド309によってシリコンゲルマニウム層305が貫かれてしまう場合がある、ということを断面解析で明らかにした。
Incidentally, the present inventor has found that the
チタンシリサイド309によるシリコンゲルマニウム層305の貫通は、以下のようなメカニズムによるものであると本発明者は考えている。即ち、段差の起点となるLOCOSエッジ310付近は平坦部に比べてチタン(Ti)が厚めにスパッタリング成膜されるので、他の領域よりもSi層 のチタンシリサイド化反応が進み易い。そのため、LOCOSエッジ付近では、チタンシリサイド化によってCap Si層が多く消費され、他の領域よりもGeの表面が露出しやすい。また、TiとSiGe層との固層反応では、Geの影響によってTiが凝集してしまう傾向がある。そのため、Cap Si層の消費によってSiGe層が表面に現れてしまうと、SiGe層とTiとが接触して上述した凝集が起こり、SiGe層のチタンシリサイド化反応が過度に進む。そして、この過度に形成されたチタンシリサイドによって、シリコンゲルマニウム層305が貫かれてしまう。
The inventor believes that the penetration of the
図36に示すように、SiGe−HBTでは、LOCOSエッジ310よりもアクティブ側の基板1にはP+層313が形成されているが、LOCOSエッジ310にはP型不純物がさほど含まれていない。そのような部分にシリコンゲルマニウム層305を貫通したチタンシリサイドが接触すると、ベースとコレクタ(Deep NWell)とが電気的にショートしてしまうおそれがあった(問題点1)。
As shown in FIG. 36, in the SiGe-HBT, a P +
このような問題点1を解決する方法として、本発明者は、Tiの膜厚を薄くしてチタンシリサイド化反応を抑制し、これによりシリコンゲルマニウム層305の貫通を防止する、という方法を見出した。そして、実際に、Tiを薄膜化した試作デバイスを作成し、電気的試験を行ってTiの薄膜化がBase−Collectorリークの減少に効果があることを確認した。しかしながら、この方法では、たしかにBase−Collectorリーク減少に効果はあるものの、当然ながらチタンシリサイド309のシート抵抗値が増大してしまった。BiCMOSの製造プロセスでは、バイポーラ領域だけでなくCMOS領域にもチタンシリサイド309を形成するため、チタンシリサイド309の抵抗値の増大はCMOS特性に意図しない変化をもたらしてしまうおそれがあった(問題点2)。
As a method for solving
そこで、この発明はこのような問題点1、2に鑑みてなされたものであって、金属膜を必要以上に薄く形成しなくても、LOCOSエッジ付近での金属膜とベース絶縁膜との過度な合金化を防止できるようにした半導体装置の製造方法及び半導体装置の提供を目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of
〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1の半導体装置の製造方法は、バイポーラトランジスタを基板に形成する半導体装置の製造方法であって、前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域に隣接する領域の前記基板にLOCOS層を形成する工程と、前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけてベース材料膜を連続して形成する工程と、前記エミッタ領域の前記ベース材料膜上にエミッタを形成する工程と、前記エミッタの側面に絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に合金化阻止膜を形成する工程と、前記合金化阻止膜及び前記サイドウォールが形成された前記基板上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜が形成された前記基板に熱処理を施すことによって前記ベース材料膜と前記金属膜とを反応させ合金膜を形成する工程とを含み、前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成された前記ベース材料膜のうちの、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分上に存在する部位の合金化を抑制するようにすることを特徴とするものである。
[Invention 1] In order to achieve the above object, a manufacturing method of a semiconductor device of
ここで、「ベース材料膜」は、例えばシリコンゲルマニウム層(即ち、図に示したような、Cap Si層/center SiGe層/Bottom Si層とからなる3層構造)である。また、「金属膜」とは例えばチタン(Ti)のことであり、「合金膜」とは例えばチタンシリサイド(TiSix)のことである。また、「LOCOS層」とは、LOCOS(local oxidation of silicon)法によって基板に部分的に形成される絶縁層のことである。 Here, the “base material film” is, for example, a silicon germanium layer (that is, a three-layer structure including a Cap Si layer / center SiGe layer / Bottom Si layer as shown in the figure). The “metal film” is, for example, titanium (Ti), and the “alloy film” is, for example, titanium silicide (TiSi x ). The “LOCOS layer” is an insulating layer partially formed on a substrate by a LOCOS (local oxidation of silicon) method.
発明1の半導体装置の製造方法によれば、エミッタ領域の基板上からLOCOS層上にかけて連続して形成されたベース材料膜のうちの、エミッタ領域とLOCOS層との境界部分(以下、「LOCOSエッジ」ともいう。)上に存在する部位の合金化を抑制することができる。
例えば、ベース材料が(Cap Si層/Center SiGe層/Bottom Si層からなる3層構造の)シリコンゲルマニウム層であり、金属膜がTi(チタン)である場合には、LOCOSエッジでのCap Si層の消費を抑えることができ、Center SiGe層とTiとの接触を防止することができる。これにより、LOCOSエッジでのCenter SiGe層のチタンシリサイド化を抑制することができるので、チタンシリサイドによるシリコンゲルマニウム層の貫通を防止することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the first aspect, of the base material film continuously formed from the substrate of the emitter region to the LOCOS layer, the boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer (hereinafter referred to as “LOCOS edge”). It can also be referred to as “).
For example, when the base material is a silicon germanium layer (with a three-layer structure consisting of Cap Si layer / Center SiGe layer / Bottom Si layer) and the metal film is Ti (titanium), the Cap Si layer at the LOCOS edge Consumption can be suppressed, and contact between the Center SiGe layer and Ti can be prevented. Thereby, titanium silicidation of the Center SiGe layer at the LOCOS edge can be suppressed, so that penetration of the silicon germanium layer by titanium silicide can be prevented.
また、例えば、Tiを必要以上に薄く形成しなくても、LOCOSエッジでのシリコンゲルマニウム層の貫通を防止することができる。これにより、バイポーラトランジスタとCMOS等を同一基板に混載した半導体装置(即ち、BiCMOS)を製造する際に、所望のCMOS特性が得られるようにTiの膜厚を任意の値に設定することができるので、BiCMOSの設計自由度を高めることができる。 Further, for example, even if Ti is not formed thinner than necessary, penetration of the silicon germanium layer at the LOCOS edge can be prevented. Thereby, when manufacturing a semiconductor device (ie, BiCMOS) in which a bipolar transistor and a CMOS are mixedly mounted on the same substrate, the film thickness of Ti can be set to an arbitrary value so as to obtain desired CMOS characteristics. Therefore, the design freedom of BiCMOS can be increased.
〔発明2〕 発明2の半導体装置の製造方法は、バイポーラトランジスタを基板に形成する半導体装置の製造方法であって、前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域に隣接する領域の前記基板にLOCOS層を形成する工程と、前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけてベース材料膜を連続して形成する工程と、前記エミッタ領域の前記ベース材料膜上にエミッタを形成する工程と、前記エミッタが形成された前記基板上に絶縁膜を形成し、次に当該絶縁膜をエッチバックすることによって、前記エミッタの側面にサイドウォールを形成する工程と、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に合金化阻止膜を形成する工程と、前記合金化阻止膜及び前記サイドウォールが形成された前記基板上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜が形成された前記基板に熱処理を施すことによって前記ベース材料膜と前記金属膜とを反応させ合金膜を形成する工程とを含み、前記サイドウォールを形成する工程では、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に前記絶縁膜を残存させ、前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成された前記ベース材料膜のうちの、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分上に存在する部位の合金化を抑制するようにすることを特徴とするものである。
[Invention 2] A method of manufacturing a semiconductor device according to
ここで、「ベース材料膜」は例えばシリコンゲルマニウム層であり、「金属膜」は例えばチタン(Ti)であり、「合金膜」とは例えばチタンシリサイド(TiSix)である。シリコンゲルマニウム層のうちの絶縁膜で覆われている部位はチタンと接触していないので、チタンシリサイド化が抑制される。
発明2の半導体装置の製造方法によれば、エミッタ領域の基板上からLOCOS層上にかけて連続して形成されたベース材料膜のうち、LOCOSエッジ上に存在する部位の合金化を抑制することができる。
Here, the “base material film” is, for example, a silicon germanium layer, the “metal film” is, for example, titanium (Ti), and the “alloy film” is, for example, titanium silicide (TiSi x ). Since the portion of the silicon germanium layer covered with the insulating film is not in contact with titanium, titanium silicidation is suppressed.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the second aspect of the present invention, it is possible to suppress alloying of a portion existing on the LOCOS edge in the base material film continuously formed from the substrate in the emitter region to the LOCOS layer. .
例えば、ベース材料が(Cap Si層/Center SiGe層/Bottom Si層からなる3層構造の)シリコンゲルマニウム層であり、金属膜がTi(チタン)である場合には、LOCOSエッジでのCap Si層の消費を抑えることができ、Center SiGe層とTiとの接触を防止することができる。これにより、LOCOSエッジでのCenter SiGe層のチタンシリサイド化を抑制することができるので、チタンシリサイドによるシリコンゲルマニウム層の貫通を防止することができる。 For example, when the base material is a silicon germanium layer (with a three-layer structure consisting of Cap Si layer / Center SiGe layer / Bottom Si layer) and the metal film is Ti (titanium), the Cap Si layer at the LOCOS edge Consumption can be suppressed, and contact between the Center SiGe layer and Ti can be prevented. Thereby, titanium silicidation of the Center SiGe layer at the LOCOS edge can be suppressed, so that penetration of the silicon germanium layer by titanium silicide can be prevented.
また、例えば、Tiを必要以上に薄く形成しなくても、LOCOSエッジでのシリコンゲルマニウム層の貫通を防止することができる。これにより、バイポーラトランジスタとCMOS等を同一基板に混載した半導体装置(即ち、BiCMOS)を製造する際に、所望のCMOS特性が得られるようにTiの膜厚を任意の値に設定することができるので、BiCMOSの設計自由度を高めることができる。 Further, for example, even if Ti is not formed thinner than necessary, penetration of the silicon germanium layer at the LOCOS edge can be prevented. Thereby, when manufacturing a semiconductor device (ie, BiCMOS) in which a bipolar transistor and a CMOS are mixedly mounted on the same substrate, the film thickness of Ti can be set to an arbitrary value so as to obtain desired CMOS characteristics. Therefore, the design freedom of BiCMOS can be increased.
〔発明3〕 発明3の半導体装置の製造方法は、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタとを同一の基板に形成する半導体装置の製造方法であって、前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域に隣接する領域の前記基板にLOCOS層を形成する工程と、前記MOSトランジスタのゲート電極を前記基板上に形成する工程と、前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけてベース材料膜を連続して形成する工程と、前記エミッタ領域の前記ベース材料膜上にエミッタを形成する工程と、前記ゲート電極と前記エミッタとが形成された前記基板上に絶縁膜を形成し、次に当該絶縁膜をエッチバックすることによって、前記ゲート電極の側面と前記エミッタの側面とにそれぞれサイドウォールを形成する工程と、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に合金化阻止膜を形成する工程と、前記合金化阻止膜及び前記サイドウォールが形成された前記基板上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜が形成された前記基板に熱処理を施すことによって前記ベース材料膜と前記金属膜とを反応させ合金膜を形成する工程とを含み、前記サイドウォールを形成する工程では、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に前記絶縁膜を残存させ、前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成された前記ベース材料膜のうちの、 前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分上に存在する部位の合金化を抑制するようにすることを特徴とするものである。 [Invention 3] A manufacturing method of a semiconductor device according to Invention 3 is a manufacturing method of a semiconductor device in which a bipolar transistor and a MOS transistor are formed on the same substrate, and is formed on the substrate in a region adjacent to an emitter region of the bipolar transistor. A step of forming a LOCOS layer; a step of forming a gate electrode of the MOS transistor on the substrate; a step of continuously forming a base material film from the substrate of the emitter region to the LOCOS layer; Forming an emitter on the base material film in an emitter region, forming an insulating film on the substrate on which the gate electrode and the emitter are formed, and then etching back the insulating film, thereby a step of the side surface of the gate electrode to form respective side walls on the side surface of the emitter, the emitter Forming an alloying prevention film on the base material film at a boundary portion between the contact region and the LOCOS layer, and forming a metal film on the substrate on which the alloying prevention film and the sidewalls are formed. includes a step, and forming an alloy film by reacting with the metal film and the base material film by a heat treatment to the substrate on which the metal film is formed, in the step of forming the sidewall, the Of the base material film continuously formed from the substrate of the emitter region to the LOCOS layer, the insulating film remains on the base material film at a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer . Further, alloying of a portion existing on a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer is suppressed .
発明3の半導体装置の製造方法によれば、エミッタ領域の基板上からLOCOS層上にかけて連続して形成されたベース材料膜のうち、LOCOSエッジ上に存在する部位の合金化を抑制することができる。
例えば、ベース材料が(Cap Si層/center SiGe層/Bottom Si層からなる)3層構造のシリコンゲルマニウム層であり、金属膜がTi(チタン)である場合には、LOCOSエッジでのCap Si層の消費を抑えることができ、center SiGe層とTiとの接触を防止することができる。これにより、LOCOSエッジ付近でのcenter SiGe層のチタンシリサイド化を抑制することができるので、チタンシリサイドによるシリコンゲルマニウム層の貫通を防止することができる。
According to the method of manufacturing the semiconductor device of the third aspect, in the base material film continuously formed from the substrate in the emitter region to the LOCOS layer, the alloying of the portion existing on the LOCOS edge can be suppressed. .
For example, when the base material is a silicon germanium layer having a three-layer structure (consisting of Cap Si layer / center SiGe layer / Bottom Si layer) and the metal film is Ti (titanium), the Cap Si layer at the LOCOS edge Consumption can be suppressed, and contact between the center SiGe layer and Ti can be prevented. Thereby, titanium silicidation of the center SiGe layer in the vicinity of the LOCOS edge can be suppressed, so that penetration of the silicon germanium layer by titanium silicide can be prevented.
また、例えば、Tiを必要以上に薄く形成しなくても、LOCOSエッジでのシリコンゲルマニウム層の貫通を防止することができるので、所望のCMOS特性が得られるようにTiを任意の厚さに決定することができる。これにより、例えばBiCMOSの設計自由度を高めることができる。 Further, for example, even if Ti is not formed thinner than necessary, penetration of the silicon germanium layer at the LOCOS edge can be prevented, so that Ti is determined to an arbitrary thickness so that desired CMOS characteristics can be obtained. can do. Thereby, the design freedom of BiCMOS, for example, can be increased.
〔発明4〕 発明4の半導体装置の製造方法は、発明2又は発明3の半導体装置の製造方法において、前記ベース材料膜を形成する前に、前記LOCOS層上に下地膜を形成して前記境界部分の段差を大きくする工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
このような構成であれば、エミッタの側面にサイドウォールを形成する際に、LOCOSエッジに沿って絶縁膜をサイドウォールのように(即ち、セルフアラインで)残すことができるので、LOCOSエッジでのベース材料膜の合金化を抑制することができる。フォトマスクと基板とを高精度に位置合わせしなくても、LOCOSエッジに絶縁膜を残すことができるので、製造コストの抑制に寄与することができる。
[Invention 4] The method for manufacturing a semiconductor device according to
With such a configuration, when the sidewall is formed on the side surface of the emitter, the insulating film can be left like the sidewall (that is, self-aligned) along the LOCOS edge. Alloying of the base material film can be suppressed. Even if the photomask and the substrate are not aligned with high accuracy, the insulating film can be left on the LOCOS edge, which can contribute to the reduction in manufacturing cost.
〔発明5〕 発明5の半導体装置の製造方法は、発明3の半導体装置の製造方法において、前記ベース材料膜を形成する前に、前記LOCOS層と前記ゲート電極とが形成された前記基板上の全面に下地膜を形成する工程と、前記エミッタ領域の前記基板上から前記下地膜を除去して前記境界部分の段差を大きくする工程と、をさらに含み、前記下地膜を形成する工程では、前記サイドウォールを形成する際にセルフアラインで前記絶縁膜が前記境界部分に残存するように当該下地膜の膜厚を予め調整しておく、ことを特徴とするものである。ここで、セルフアライン(self align)とは、「自己整合的に」という意味である。即ち、「上記境界部分とフォトマスクとの位置合わせを行わずに、自動的に」という意味である。
[Invention 5] The method for manufacturing a semiconductor device according to
発明5の半導体装置の製造方法によれば、LOCOSエッジに沿って絶縁膜をサイドウォールのように残すことができるので、LOCOSエッジでのベース材料膜の合金化を抑制することができる。これにより、フォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術を用いて絶縁膜をパターニングする必要がなく、また、フォトマスクをLOCOSエッジに位置合わせする必要もないので、製造コストの抑制に寄与することができる。また、バイポーラトランジスタを形成するための製造処理を基板に施す際に、MOSトランジスタが形成される領域(以下、「MOS領域」という。)を下地膜で保護することができる。例えば、MOSトランジスタのゲート電極やサイドウォールが削れるなどのダメージを防ぐことができ、MOS領域への不要なイオン注入も抑制することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the fifth aspect, since the insulating film can be left like a sidewall along the LOCOS edge, alloying of the base material film at the LOCOS edge can be suppressed. Thereby, it is not necessary to pattern the insulating film by using the photolithography technique and the dry etching technique, and it is not necessary to align the photomask with the LOCOS edge, which can contribute to the reduction of the manufacturing cost. In addition, when a substrate is subjected to a manufacturing process for forming a bipolar transistor, a region where a MOS transistor is formed (hereinafter referred to as “MOS region”) can be protected by a base film. For example, damage such as scraping of the gate electrode or sidewall of the MOS transistor can be prevented, and unnecessary ion implantation into the MOS region can also be suppressed.
〔発明6〕 発明6の半導体装置の製造方法は、発明5の半導体装置の製造方法において、前記下地膜は、下層が保護膜で上層が出ガス防止膜で構成される積層構造の膜であることを特徴とするものである。
ここで、本発明者は、MOS領域をシリコン酸化膜で保護した状態で、基板にバイポーラトランジスタを形成するための熱処理を施すと、最表面のシリコン酸化膜から意図しないガスが出てきて炉内に拡散し、当該ガスがベース材料膜に触れてその膜質が損なわれてしまう、という知見を得た。本発明者の経験によれば、このようなベース材料膜における膜質低下の傾向は、シリコン酸化膜をTEOS(tetra ethyl ortho silicate)を用いて形成し、ベース材料膜をシリコンゲルマニウム(SiGe)としたときに特に顕著となる。
[Invention 6] The semiconductor device manufacturing method of
Here, when the present inventors performed heat treatment for forming a bipolar transistor on the substrate in a state where the MOS region is protected by the silicon oxide film, an unintended gas comes out from the silicon oxide film on the outermost surface, and the inside of the furnace And the gas touches the base material film and the film quality is impaired. According to the experience of the present inventor, the tendency of film quality deterioration in such a base material film is that a silicon oxide film is formed using TEOS (tetraethyl orthosilicate) and the base material film is made of silicon germanium (SiGe). Sometimes it becomes particularly noticeable.
発明6の半導体装置の製造方法によれば、例えば、MOS領域へのダメージを防ぎつつ、バイポーラ領域の基板にバイポーラトランジスタを形成するための製造処理を施すことができる。また、例えば熱処理の工程で、保護膜から意図しないガスが発生した場合でも、当該ガスの炉内への拡散を出ガス防止膜で防ぐことができ、当該ガスによるベース材料膜の膜質低下を防ぐことができる。例えば、保護膜がTEOSで形成されたシリコン酸化膜(即ち、TEOS膜)である場合には、出ガス防止膜として例えばポリシリコン膜を使用することで、TEOS膜からのガスの放出を抑制することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the sixth aspect, for example, a manufacturing process for forming a bipolar transistor on a substrate in the bipolar region can be performed while preventing damage to the MOS region. In addition, even when an unintended gas is generated from the protective film, for example, in the heat treatment step, diffusion of the gas into the furnace can be prevented by the outgas prevention film, and deterioration of the quality of the base material film due to the gas can be prevented. be able to. For example, when the protective film is a silicon oxide film formed of TEOS (that is, a TEOS film), for example, a polysilicon film is used as the outgas prevention film, thereby suppressing the release of gas from the TEOS film. be able to.
〔発明7〕 発明7の半導体装置の製造方法は、発明1から発明6の何れか一の半導体装置の製造方法において、前記ベース材料膜は、シリコンゲルマニウム(SiGe)であることを特徴とするものである。このような構成であれば、シリコンゲルマニウムはシリコン等と同様にエッチングしたり、シリサイド化したりすることが可能であるため、バイポーラトランジスタとCMOSとを混載した半導体装置の製造が比較的容易である。
[Invention 7] The method of manufacturing a semiconductor device according to
〔発明8〕 発明8の半導体装置は、バイポーラトランジスタを基板に有する半導体装置であって、前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域に隣接する領域の前記基板に形成されたLOCOS層と、前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成されたベース材料膜と、前記エミッタ領域の前記ベース材料膜上に形成されたエミッタと、前記エミッタの側面に形成された絶縁膜からなるサイドウォールと、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に形成された合金化阻止膜と、前記合金化阻止膜及び前記サイドウォールが形成された前記基板上に形成する金属膜と、前記ベース材料膜に形成された合金膜とを備え、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に前記絶縁膜が残存しており、前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成された前記ベース材料膜のうちの、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分上に存在する部位の合金化を抑制するようにしたことを特徴とするものである。
このような構成であれば、LOCOSエッジでの合金膜の形成を抑制することができ、合金膜によるベース材料膜の貫通を防止することができる。従って、半導体装置の歩留まりを高めることができると共に、その信頼性を高く維持することができる。
[Invention 8] The semiconductor device according to Invention 8 is a semiconductor device having a bipolar transistor on a substrate, and a LOCOS layer formed on the substrate in a region adjacent to an emitter region of the bipolar transistor, and the substrate in the emitter region A base material film continuously formed from above to the LOCOS layer; an emitter formed on the base material film in the emitter region; and a sidewall made of an insulating film formed on a side surface of the emitter; An alloying prevention film formed on the base material film at a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer; a metal film formed on the substrate on which the alloying prevention film and the sidewalls are formed; a alloy film formed on the base material film, wherein the base of the boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer The insulating film remains on the source material film, and the emitter region and the LOCOS layer of the base material film formed continuously from the substrate of the emitter region to the LOCOS layer, This is characterized in that the alloying of the portion existing on the boundary portion of the metal is suppressed .
With such a configuration, formation of the alloy film at the LOCOS edge can be suppressed, and penetration of the base material film by the alloy film can be prevented. Therefore, the yield of the semiconductor device can be increased and the reliability thereof can be maintained high.
〔発明9〕 発明9の半導体装置は、発明8の半導体装置において、前記ベース材料膜と前記LOCOS層との間に形成された下地膜、をさらに備え、前記下地膜が存在することによって、前記境界部分に沿って段差が大きく確保されていることを特徴とするものである。ここで、下地膜としては、例えば、単層のポリシリコン膜、又はポリシリコン膜を含んで構成される積層構造の膜が挙げられる。
[Invention 9] The semiconductor device of
このような構成であれば、エミッタの側面にサイドウォールを形成する際に、LOCOSエッジに沿って絶縁膜をサイドウォールのように(即ち、セルフアラインで)残すことができる。フォトマスクと基板とを高精度に位置合わせしなくても、LOCOSエッジに絶縁膜を残すことができるので、製造コストの抑制に寄与することができる。 With such a configuration, when the sidewall is formed on the side surface of the emitter, the insulating film can be left like the sidewall (that is, self-aligned) along the LOCOS edge. Even if the photomask and the substrate are not aligned with high accuracy, the insulating film can be left on the LOCOS edge, which can contribute to the reduction in manufacturing cost.
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す断面図である。
図1に示すように、この半導体装置は、ベース51がシリコンゲルマニウム(SiGe)層からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下、「SiGe−HBT」という。)50と、PMOSトランジスタ60と、上部電極及び下部電極が例えばポリシリコンからなるキャパシタ70と、NMOSトランジスタ80と、を含んだ構成となっている。
SiGe−HBT50は、バイポーラトランジスタが形成される領域(以下、「バイポーラ領域」という。)の基板1上に形成されており、PMOSトランジスタ60と、キャパシタ70及びNMOSトランジスタ80は、CMOSトランジスタ等が形成される領域(以下、「CMOS領域という。)の基板1上に形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the semiconductor device includes a heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as “SiGe-HBT”) 50 having a base 51 made of a silicon germanium (SiGe) layer, a
The SiGe-
また、図1に示すように、バイポーラ領域とCMOS領域との間の基板1には、DTI(deep trench isolation)層13が形成されており、さらにDTI層13上にLOCOS(local oxidation of silicon)層15Aが形成されている。パイポーラ領域とCMOS領域は、このDTI層13及びLOCOS層15Aからなる素子分離層によって電気的に分離されている。
Further, as shown in FIG. 1, a DTI (deep trench isolation)
図1において、SiGe−HBT50のエミッタ59はN型の不純物を含むポリシリコンで構成されており、ベース51はP型の不純物を含む単結晶のシリコンゲルマニウム層で構成されている。また、SiGe−HBT50のコレクタは、N型の不純物拡散層(SIC−2層57、SIC−1層43、Deep Nwell層6、Buried N+層4、N−Sink(N−)層7及びN+層45)で構成されている。N−Sink層7はN+層45よりもN型不純物の濃度が低く、N+層45からBuried N+層4に至る電流経路の抵抗を低減させる役割を持つ。
In FIG. 1, the
図2(a)及び(b)は、SiGe−HBT50の要部構成例を示す断面図である。図2(a)に示すように、ベース51はコンタクトをとるLOCOS層15B上まで引き出されており、この引き出し部全体がベース抵抗(RB)に寄与する。さらに、ベース51は、比較的抵抗の低いExtrinsicベース部と、P型の不純物としてSiGe成長中にin−situドープされるベースのボロンだけしか存在しないIntrinsicベース部とに分類される。Intrinsicベース部は、ベース51のうちのエミッタ59で覆われている部分である。この半導体装置の製造方法では、Intrinsicベース部がRBに対して支配的になるように、Extrinsicベース部にp型不純物をイオン注入したり、その最表層をチタンシリサイド化したりして、その抵抗を下げている。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing a configuration example of main parts of the SiGe-
また、図2(a)に示すように、このSiGe−HBT50では、LOCOS層15Bのバーズビーク以外の部分(以下、「フラット面」ともいう。)上にTEOS膜41とポリシリコン膜47とが設けられている。LOCOS層15Bのバーズビーク上には、TEOS膜41とポリシリコン膜47の両方とも形成されていない。このようなTEOS膜41とポリシリコン膜47の部分的な形成によって、図2(b)に示すように、LOCOSエッジ90に沿って段差91が大きく確保されている。
Further, as shown in FIG. 2A, in this SiGe-
ここで、LOCOSエッジ90とは、エミッタ領域とLOCOS層15Bとの境界部分のことである。また、TEOS膜とは、例えばTEOS(tetra ethyl ortho silicate)を用いたAP−CVD(atmospheric pressure−chemical vapor deposition)、LP−CVD(low pressure CVD)またはP−CVD(plasma−CVD)で形成されたシリコン酸化膜のことである。
Here, the
また、図2(b)に示すように、LOCOSエッジ90に沿って段差91が大きく確保されていることによって、エミッタ59の側面にサイドウォール61Aを形成する際に、LOCOSエッジ90に沿ってサイドウォール61Bが付随的に形成される。SiGe−HBT50では、このサイドウォール61Bによって、LOCOSエッジ90付近のシリコンゲルマニウム層51(即ち、ベース電極51A及びベース引き出し電極51B)が覆われており、そのチタンシリサイド化が阻止されている。
Further, as shown in FIG. 2B, since the
このように、ベース電極51A及びベース引き出し電極51Bの一部を非チタンシリサイドとすることは、RBの点からは不利に見える。ところが、RBに関しては上記したようにIntrinsicベース部の抵抗が支配的であり、Intrinsicベース部は従来の技術と同様、エミッタ59で覆われている。このため、従来の技術と本発明との間でIntrinsicベース部の抵抗に違いはなく、それゆえ、RBもそれほど大きくはならない。
Thus, to a portion of the
なお、図2(a)に示すように、このSiGe−HBT50では、コレクタの外側にDTI 13が形成されており、CCSの低減が図られている。ここで、CCSとは、コレクタ・基板間の寄生容量のことで、バイポーラトランジスタの高速動作のためには出来るだけ小さいことが望ましい。
次に、上述した半導体装置の製造方法について説明する。
Incidentally, as shown in FIG. 2 (a), this in the SiGe-HBT50, are
Next, a method for manufacturing the semiconductor device described above will be described.
図3〜図32は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。図3に示すように、まず始めに例えばP型のシリコン(Si)基板1Aを用意する。このシリコン基板1Aは単結晶のシリコンウエーハであり、その抵抗率は例えば9〜12Ω・cmである。次に、シリコン基板1A上にシリコン酸化(SiO2)膜2を形成する。このシリコン酸化膜2の膜厚は例えば4500Å程度である。そして、シリコン酸化膜上にバイポーラ領域の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンR1を形成する。次に、このレジストパターンR1をマスクにシリコン酸化膜2をエッチングして除去する。バイポーラ領域からシリコン酸化膜2を除去した後は、図4に示すように、例えばアッシング処理によってレジストパターンR1を除去する。
3 to 32 are process diagrams showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, first, for example, a P-type silicon (Si)
次に、図5に示すように、シリコン基板1Aに熱酸化処理を施して、バイポーラ領域のシリコン基板1A上にパッド酸化膜3を形成する。パッド酸化膜3はSiO2であり、その膜厚は例えば180Å程度である。次に、シリコン基板1A上に形成されたシリコン酸化膜2をマスクに、シリコン基板1AにN型不純物をイオン注入する。ここでイオン注入するN型不純物は例えばヒ素(As)であり、その注入量は例えば1.0×1015cm−2、注入エネルギーは例えば100keVである。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、図5において、パッド酸化膜3を、例えばフッ酸(HF)系の溶液でウェットエッチングして除去した後、シリコン基板1Aに熱酸化処理を施してシリコン酸化膜(図示せず)を形成し、さらにシリコン基板1Aに熱処理(アニール)を施してヒ素を拡散させて、Buried N+層4を形成する。そして、シリコン酸化膜を例えばフッ酸(HF)系の溶液でウェットエッチングして除去する。
Next, in FIG. 5, after the pad oxide film 3 is removed by wet etching with, for example, a hydrofluoric acid (HF) solution, the
次に、図6に示すように、P型の不純物を含む単結晶のシリコン層1Bをエピタキシャル成長法によってシリコン基板1A上に形成する。このエピタキシャル成長法によって形成されるシリコン層1Bの厚さは例えば1.2μm程度であり、その抵抗率は例えば9〜12Ω・cmである。図6に示すように、このエピタキシャル成長の過程で、シリコン基板1Aに形成されたBuried N+層4はシリコン層1B側に拡散する。ここでは説明の便宜上から、シリコン基板1Aとシリコン層1Bとを合わせて基板1と呼ぶ。
Next, as shown in FIG. 6, a single
次に、図7に示すように、シリコン層1B上にパッド酸化膜5を形成する。このパッド酸化膜5はSiO2であり、例えばシリコン層の熱酸化処理によって180Å程度の厚さに形成する。次に、バイポーラ領域の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンR2をパッド酸化膜上に形成する。そして、このレジストパターンR2をマスクにして、シリコン層1BにN型不純物をイオン注入する。図7の工程でイオン注入するN型不純物は例えばリン(P)であり、その注入量は例えば6.0×1012cm−2、注入エネルギーは例えば320keVである。これにより、シリコン層1BにDeep Nwell層6を形成する。Deep Nwell層6を形成した後は、例えばアッシング処理によって、パッド酸化膜5上からレジストパターンR2を除去する。
Next, as shown in FIG. 7, a
次に、図8に示すように、バイポーラ領域のうちのコレクタ領域(即ち、コレクタが基板上に引き出される領域)の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンR3をパッド酸化膜5上に形成する。そして、このレジストパターンR3をマスクにして、シリコン層1BにN型不純物をイオン注入する。ここでイオン注入するN型不純物は例えばリン(P)であり、その注入量は例えば6.0×1012cm−2、注入エネルギーは例えば320keVである。これにより、コレクタ領域のシリコン層1BにN型のN−Sink層7を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a resist pattern R3 is formed on the
次に、例えばアッシング処理によって、パッド酸化膜5上からレジストパターンR3を除去する。そして、基板1に熱処理(アニール)を施してDeep Nwell層6およびN−Sink層7に含まれるリンを拡散させ、図8に示すように、Deep Nwell層6をBuried N+層4に接合させると共に、N−Sink層7をBuried N+層4に接合させる。次に、パッド酸化膜5を例えばフッ酸(HF)系の溶液でウェットエッチングして除去する。
Next, the resist pattern R3 is removed from the
次に、図9に示すように、シリコン層1B上にシリコン酸化膜8を形成する。このシリコン酸化膜8は、例えば熱酸化法によって4000Å程度の厚さに形成する。次に、バイポーラ領域の周りを囲む領域(即ち、素子分離領域)の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンR4をシリコン酸化膜8上に形成する。そして、このレジストパターンR4をマスクにして、シリコン酸化膜8をエッチングし、更に例えばアッシング処理によってシリコン酸化膜8上からレジストパターンR4を除去する。次に、パターニングされたシリコン酸化膜8をマスクにして、シリコン層1B及びシリコン基板1Aをエッチングする。これにより、シリコン基板1Aの内部に底面が到達する深い溝(即ち、deep trench)9を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, a silicon oxide film 8 is formed on the
次に、シリコン酸化膜8の表面を例えばフッ酸(HF)系の溶液でウェットエッチングしてシリコン酸化膜8を除去する。そして、図10に示すようにdeep trenchの内壁及び底面にシリコン酸化膜11を薄く形成する。このシリコン酸化膜11は、例えば熱酸化処理によって400Å程度の厚さに形成する。
Next, the silicon oxide film 8 is removed by wet etching the surface of the silicon oxide film 8 with, for example, a hydrofluoric acid (HF) solution. Then, as shown in FIG. 10, the
次に、シリコン酸化膜11が薄く形成されたdeep trenchの内部に例えばポリシリコン膜を埋め込んで、DTI層13を完成させる。即ち、ポリシリコン膜を例えばLP−CVD法によって基板1上に形成し、次に、このポリシリコン膜をエッチバックあるいはCMP(chemical mechanical polish)法で研磨することによって、deep trench内にポリシリコン膜を残し、それ以外の領域上からポリシリコン膜を取り除く。
Next, for example, a polysilicon film is embedded in the deep trench where the
次に、図11に示すように、シリコン層1BにLOCOS層15Aを形成して、DTI層13とLOCOS層15Aとからなる素子分離層14を完成させる。また、エミッタ領域とコレクタ領域との間には、DTI層13を形成しないでLOCOS層15Bを形成する。さらに、CMOS領域内のPMOSトランジスタ60が形成される領域とのNMOSトランジスタ80が形成される領域との間には、DTI層13を形成しないでLOCOS層15Cを形成する。この例では、LOCOS層15A〜15Cを、LOCOS法(即ち、シリコン窒化膜をシリコン層表面に部分的に形成した状態で、基板に熱酸化処理を施して、シリコン窒化膜で覆われていないシリコン層表面だけを酸化する方法)で同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 11, the
また、このようなLOCOS層15A〜15Cの形成と前後して、CMOS領域のシリコン層1BにPウェル層16及びNウェル層17を形成する。LOCOS層15A〜15Cと、Pウェル層16及びNウェル層17を形成した後は、CMOS領域の基板1に、PMOSトランジスタ60と、キャパシタ70及びNMOSトランジスタ80をそれぞれ形成する。
Further, before and after the formation of the LOCOS layers 15A to 15C, the
即ち、図11では、まず始めに、基板1に熱酸化処理を施すことにより、CMOS領域のシリコン層1B上にゲート酸化膜18を形成する。次に、CVDなどの方法により、基板1の上方全面に例えばポリシリコン膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてポリシリコン膜をパターニングすることによって、ゲート酸化膜18上にゲート電極19を形成すると共に、LOCOS層15C上にキャパシタ70の下部電極21を形成する。このとき、図11に示すように、バイポーラ領域の基板1上にはポリシリコン膜22を残存させる。
That is, in FIG. 11, first, the
つまり、このポリシリコン膜のパターニング工程では、CMOS領域の基板1に、PMOSトランジスタ60と、キャパシタ70及びNMOSトランジスタ80をそれぞれ形成している間、バイポーラ領域のシリコン層1Bがエッチングされるのを防ぐために、当該領域をゲート電極19の材料膜でカバー(即ち、保護)しておく。この例では、図33に示すようにバイポーラ領域上からその周辺領域上までを全て覆い、且つ、図11に示すようにバイポーラ領域上を覆うポリシリコン膜22の側面がDTI層の真上に位置するように、ポリシリコン膜をパターニングする。
That is, in this polysilicon film patterning process, the
このようにバイポーラ領域にポリシリコン膜22を残存させることによって、PMOSトランジスタ60と、キャパシタ70及びNMOSトランジスタ80を形成している間、バイポーラ領域のシリコン層1Bはエッチング雰囲気に晒されずに済み、その被エッチングを防止することができる。これにより、SiGe−HBT60のベース真下に位置するシリコン層(即ち、コレクタ)における縦方向の濃度プロファイルの変動を防止することができる。また、バイポーラ領域のシリコン層1Bにエッチングによるダメージを与えずに済むので、後工程で形成されるベース材料膜(即ち、シリコンゲルマニウム)に結晶欠陥を生じさせないようにすることができる。
By leaving the
次に、基板1の上方全面にキャパシタ70の誘電体となる絶縁膜を形成し、さらに、キャパシタ70の上部電極となるポリシリコン膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、これらポリシリコン膜及び絶縁膜をパターニングして、キャパシタ70の誘電体25と上部電極27とを完成させる。誘電体25は例えばシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であり、上部電極27は例えばポリシリコン膜である。また、このような誘電体25及び上部電極27の形成と前後して、フォトリソグラフィー技術及びイオン注入技術を用いてAs、P、Bなどの不純物をシリコン層1B内にイオン注入することによって、ゲート電極19両側のシリコン層にN型またはP型のLDD層をそれぞれ形成する。
Next, an insulating film serving as a dielectric of the
このように、誘電体25及び上部電極27、LDD層などを形成した後で、CVDなどの方法によって基板1の上方全面に例えばシリコン窒化膜を形成する。そして、RIEなどの異方性エッチングを用いてシリコン窒化膜をエッチバックすることによって、ゲート電極19の側面にサイドウォール29を形成すると共に、上部電極27と下部電極21の側面にそれぞれサイドウォール31を形成する。また、このサイドウォールの形成工程では、バイポーラ領域に残されているポリシリコン膜22の側面にもサイドウォール32が形成される。
Thus, after forming the dielectric 25, the
サイドウォール29、31、32を形成した後は、図12に示すように、バイポーラ領域上を全て開口し、且つポリシリコン膜の端部22Aについてはこれを全て覆う形状のレジストパターンR5を基板1上に形成する。そして、このレジストパターンR5をマスクに用いて、ポリシリコン膜をエッチングする。このようにして、LOCOS層15Bを含むバイポーラ領域からポリシリコン膜を除去する。図12に示すように、この例では、サイドウォール32はレジストパターンR5で覆われているので、その外側でのサブトレンチの形成を防止することができる。その後、図13に示すように、例えばアッシング処理によってレジストパターンを基板1上から除去する。
After the formation of the
次に、フォトリソグラフィー技術及びイオン注入技術を用いてB、As、Pなどの不純物をCMOS領域のシリコン層1B内にイオン注入することにより、図13に示すように、サイドウォール29両側のシリコン層1Bに高濃度不純物導入層からなるソース又はドレイン層(以下、「S/D」という。)34、35を形成する。また、N型の高濃度不純物導入層であるNMOSのS/D35を形成する際には、同時にバイポーラ領域のN+層45にもイオン注入する。なお、S/D34を形成するP型不純物のイオン注入工程では、例えば、バイポーラ領域を図示しないレジストパターンで覆っておく。これにより、バイポーラ領域への不要な高濃度不純物の導入が防がれる。
Next, by using the photolithography technique and the ion implantation technique, impurities such as B, As, and P are ion-implanted into the
次に、CMOS領域の基板1上にシリコン酸化膜を形成する。これは、SiGe−HBT50を作り込む間、CMOS領域のシリコン層1Bがエッチングされるのを防ぐためである。例えば、図14に示すように、基板1の上方全面に例えばシリコン酸化膜41を形成する。このシリコン酸化膜41は、例えばTEOSを用いたAP−CVD、LP−CVDまたはP−CVDで形成する。ここでは説明の便宜上から、TEOS法で形成されたシリコン酸化膜をTEOS膜と呼ぶ。図14に示すTEOS膜41の厚さは、例えば500Å程度である。
Next, a silicon oxide film is formed on the
次に、図15に示すように、エミッタ領域の中心部の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンR6をTEOS41膜上に形成する。そして、このレジストパターンR6をマスクにして、シリコン層1BにN型不純物をイオン注入する。ここでイオン注入するN型不純物は例えばリン(P)であり、その注入量は例えば6.0×1012cm−2、注入エネルギーは例えば270keVである。これにより、図16に示すように、EB接合領域のシリコン層1BにN型のSIC−1層43を形成する。その後、例えばアッシング処理によってレジストパターンR6を除去する。
Next, as shown in FIG. 15, a resist pattern R6 is formed on the
続いて、図16に示すように、コレクタ領域とその周辺の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンR7をTEOS膜41上に形成する。そして、このレジストパターンR7をマスクにして、シリコン層1BにN型不純物をイオン注入する。ここでイオン注入するN型不純物は例えばリン(P)であり、その注入量は例えば1.0×1015cm−2、注入エネルギーは例えば270keVである。これによりN−Sink層7は更に不純物濃度が高められ、コレクタ抵抗を低減させる効果をもつ。その後、例えばアッシング処理によってレジストパターンR7を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 16, a resist pattern R <b> 7 is formed on the
次に、図17に示すように、基板1の上方全面にポリシリコン膜47を形成する。このポリシリコン膜47は、TEOS膜41から放出されるガスを封じこめる機能を有する膜である。上述したように、本発明者は、TEOS膜41を形成した基板1に熱処理を施すと、TEOS膜41から意図しないガスが出てきて炉内に拡散し、当該ガスがベース材料膜(例えば、SiGe)に触れてその膜質が損なわれてしまう、ということに気がついた。そこで、この例では、ベース材料膜を形成する前に、TEOS膜41上にポリシリコン膜47を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, a
また、このポリシリコン膜47は、LOCOSエッジ90の段差を大きく確保する(即ち、強調する)機能も併せ持っている。そのため、後述するサイドウォール61Aの形成工程でLOCOSエッジ90にセルフアラインで絶縁膜が残存するように(即ち、サイドウォール61Bが形成されるように)、ポリシリコン膜47の膜厚を予め調整しておく。この例では、ポリシリコン膜47を例えばLP−CVDで1000Å程度の厚さに形成する。
The
次に、図18に示すように、エミッタ領域の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンR8をポリシリコン膜47上に形成する。ここでは、図34に示すように、レジストパターンR8の開口部の周縁がLOCOSエッジ90と平面視で重なるように、基板とフォトマスクとの位置合わせを行う。次に、図18に戻って、このレジストパターンR8をマスクにして、ポリシリコン膜47をドライエッチングして取り除き、エミッタ領域のTEOS膜41を露出させる。その後、例えばアッシング処理によってレジストパターンR8を除去する。
Next, as shown in FIG. 18, a resist pattern R8 is formed on the
次に、図19において、ポリシリコン膜47下から露出したエミッタ領域のTEOS膜41を例えばフッ酸(HF)系の溶液でウェットエッチングして除去する。フッ酸系の溶液ではポリシリコン膜47はほとんどエッチングされないので、TEOS膜41を選択性高く除去することができる。図20に示すように、このウェットエッチングによって、エミッタ領域のDeep Nwell層6が露出することとなる。
Next, in FIG. 19, the
次に、図21に示すように、基板1の上方全面に、ベース材料膜として例えばシリコンゲルマニウム(SiGe)層51を形成する。このシリコンゲルマニウム層51は、例えばエピタキシャル成長法によって1300Å程度の厚さに形成する。シリコンゲルマニウム層51のうちの、単結晶のシリコン層上に直接形成される部位(即ち、エミッタ領域に形成される部位)は単結晶構造に形成され、ポリシリコン膜47上に形成される部位は多結晶構造に形成される。
Next, as shown in FIG. 21, for example, a silicon germanium (SiGe)
次に、図21に示すように、シリコンゲルマニウム層51上にTEOS膜53を形成する。TEOS膜53の厚さは例えば350Å程度である。そして、TEOS膜53上にポリシリコン膜55を形成する。このポリシリコン膜55は、例えばLP−CVDによって500Å程度の厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 21, a
次に、図22に示すように、エミッタ(E)とベース(B)とが接合される領域(以下、「EB接合領域」ともいう。)の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンR9をポリシリコン膜55上に形成する。そして、このレジストパターンR9をマスクに、ポリシリコン膜55をドライエッチングして除去する。さらに、図22に示すように、このレジストパターンR9をマスクにして、シリコン層1BにN型不純物をイオン注入する。このイオン注入工程は上述したSIC−2層57を形成するための工程である。この工程でイオン注入するN型不純物は例えばリン(P)であり、その注入量は例えば5.0×1011cm−2、注入エネルギーは例えば100keVである。
Next, as shown in FIG. 22, a resist is opened above the region where the emitter (E) and the base (B) are bonded (hereinafter also referred to as “EB bonding region”) and covers the other regions. A pattern R9 is formed on the
次に、例えばアッシング処理によってレジストパターンR9を除去し、その後、ポリシリコン膜55下から露出しているEB接合領域のTEOS膜53を例えばフッ酸(HF)系の溶液でウェットエッチングして除去する。
次に、図23に示すように、ポリシリコン膜59を基板1上の全面に形成する。このポリシリコン膜59は例えばリン(P)を多量に含んだ膜であり、例えばP−CVD法によって2500Å程度の厚さに形成する。また、このポリシリコン膜59へのリンの添加はin−situ(即ち、成膜中にドーピングすること)で行う。図23において、リンを含むポリシリコン膜59と、ベース電極51Aとが直接接触している部分がEB接合領域である。なお、上記EB接合領域における固層エピ化対策のため、ポリシリコン膜59を形成する前に基板にRTA(rapid thermal oxidation)処理を施しておくことが好ましい。ここで、固層エピ化とは、ポリシリコン膜59が、下層のシリコンゲルマニウム層51Aの結晶状態を反映してエピタキシャル成長することである。こうしてできたポリシリコン膜59は単結晶であるため、後工程の熱処理(アニール)によって膜中に含有するリンがシリコンゲルマニウム層51A中に拡散しにくくなる。そのために所望のEB接合を得ることができなくなるので、固層エピ化は避けるほうが望ましい。
Next, the resist pattern R9 is removed by, for example, ashing, and then the
Next, as shown in FIG. 23, a
次に、図24に示すように、EB接合領域とその周辺だけを覆い、それ以外の領域を覆わない(即ち、露出させる)レジストパターンR10をポリシリコン膜59上に形成する。そして、このレジストパターンR10をマスクにして、ポリシリコン膜59、55をドライエッチングして取り除く。これにより、図24に示すようにエミッタ59を形成する。
Next, as shown in FIG. 24, a resist pattern R10 that covers only the EB junction region and its periphery and does not cover (i.e., expose) other regions is formed on the
次に、図25に示すように、レジストパターンR10をマスクに、シリコンゲルマニウム層51に向けてP型不純物をイオン注入する。このイオン注入は、シリコンゲルマニウム層からなるベース引き出し電極の抵抗を下げるためと、LOCOS15Bの端部付近におけるシリコンゲルマニウム層51Aの欠陥に起因するベース・コレクタ間リークを防止するための2つの目的をもつ。当該工程では例えばボロン(B)などのP型不純物を2段階にてイオン注入する。例えば、浅く注入する条件としてBF2+をイオン注入する場合は、注入量が例えば2.0×1015cm−2、注入エネルギーが例えば40keVである。また、深く注入する条件としてB+をイオン注入する場合は、注入量が例えば5.0×1013cm−2、注入エネルギーが例えば30keVである。この深いイオン注入により、エミッタ59の両脇にP+層63が形成される。このようなイオン注入を行った後は、図26に示すように、例えばアッシング処理によってレジストパターンR10を除去する。
Next, as shown in FIG. 25, P-type impurities are ion-implanted toward the
次に、図27に示すように、エミッタ領域と、ベース引き出し電極を形成する領域とを覆い、それ以外の領域を覆わない(即ち、露出させる)レジストパターンR11をTEOS膜53上に形成する。そして、このレジストパターンR11をマスクに、TEOS膜53をエッチングして取り除く。続いて、図27に示すように、レジストパターンR11をマスクにシリコンゲルマニウム層51及びポリシリコン膜47をエッチングして除去する。このエッチング工程では、下地のTEOS膜41がエッチングストッパーとして機能する。その後、例えばアッシング処理によってレジストパターンR11を除去する。
Next, as shown in FIG. 27, a resist pattern R11 is formed on the
次に、図28に示すように、ポリシリコン膜47下から露出しているTEOS膜41を例えばフッ酸(HF)系の溶液でウェットエッチングして除去する。そして、図29に示すように、再度、基板1上にTEOS膜61を形成する。このTEOS膜61は、上述したサイドウォール61A及び61Bを形成するための膜である。この例では、TEOS膜61を1400Å程度に形成する。次に、基板1に熱処理(アニール)を施して、ポリシリコン膜59に含まれるリン(P)をシリコンゲルマニウム層51側に拡散させてEB接合を形成する。
Next, as shown in FIG. 28, the
次に、図30に示すように、TEOS膜61をエッチバックして、エミッタ59の側面にサイドウォール61Aを形成する。なお、この例では、図2(a)及び(b)でも示したように、LOCOS層15B上にTEOS膜41とポリシリコン膜47とが残され、その上にベース引き出し電極51Bが形成されているので、LOCOSエッジ90付近の段差91が大きく確保されている。そのため、図30に示すように、TEOS膜61をエッチバックしてサイドウォール61Aを形成する際に、LOCOSエッジ90に沿ってサイドウォール61Bが付随的に形成される。
Next, as shown in FIG. 30, the
次に、基板1上の全面に金属膜として例えばチタン(Ti)を形成する。そして、このTiが形成された基板1に熱処理を施して、Tiと直に接触しているシリコン層またはシリコンゲルマニウム層上にチタンシリサイド膜(TiSix)を形成する。即ち、図31に示すように、サリサイドプロセスによって、サイドウォール61から露出しているエミッタ59上、ベース引き出し電極51上及びコレクタN+層45上にチタンシリサイド67を自己整合的に形成する。また、このサリサイドプロセスでは、CMOS領域のS/D34、35およびCMOSのゲート電極19、キャパシタの上部電極27の上にもシリサイド67が形成される。
Next, for example, titanium (Ti) is formed as a metal film on the entire surface of the
ここで、LOCOSエッジ90付近のシリコンゲルマニウム層51は、サイドウォール61Bによって覆われているので、そのチタンシリサイド化が抑制される。つまり、サイドウォール61Bがサリサイド化阻止膜(サリサイドブロック)として機能する。従って、図2(a)及び(b)に示したように、シリコンゲルマニウム層61のうちの、サイドウォール61Aまたは61B下から露出している部位だけにチタンシリサイド67が形成される。
Here, since the
次に、図31において、基板1上の全面に層間絶縁膜としてTEOS膜を形成し、さらにSOG膜を形成する。ここで、SOG膜とは、SOG(spin on glass)法によって形成されるシリコン酸化膜のことである。そして、図32に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、シリサイド67上の層間絶縁膜69をエッチングして除去し、コンタクトホール71を形成する。その後、基板1の上方全面に例えばアルミニウム合金膜をスパッタリングで形成し、このアルミニウム合金膜をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてエッチングすることによって、図1に示したような配線部73を形成する。その後、基板1にシンター処理を施して半導体装置を完成させる。
Next, in FIG. 31, a TEOS film is formed as an interlayer insulating film on the entire surface of the
以上説明したように、本発明の実施の形態では、エミッタ領域の基板1上からLOCOS層15B上にかけて連続して形成されたシリコンゲルマニウム層51のうちの、LOCOSエッジ90上に存在する部位の合金化を抑制することができる。即ち、LOCOSエッジ90付近でのCap Si層の消費を抑えることができ、Center SiGe層とTiとの接触を防止することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the alloy of the portion existing on the
これにより、LOCOSエッジ90付近でのCenter SiGe層のチタンシリサイド化を抑制することができるので、チタンシリサイドによるシリコンゲルマニウム層51の貫通を防止することができる。また、例えば、シリサイド形成用のTiを必要以上に薄く形成しなくても、LOCOSエッジ90でのシリコンゲルマニウム層51の貫通を防止することができる。これにより、バイポーラトランジスタとCMOS等を同一基板1に混載した半導体装置(即ち、BiCMOS)を製造する際に、所望のCMOS特性が得られるようにTiの膜厚を任意の値に設定することができるので、BiCMOSの設計自由度を高めることができる。
Thereby, titanium silicidation of the Center SiGe layer in the vicinity of the
この実施の形態では、SiGe−HBT50が本発明の「バイポーラトランジスタ」に対応し、PMOSトランジスタ60及びNMOSトランジスタ80が本発明の「MOSトランジスタ」に対応している。また、LOCOS層15Bが本発明の「LOCOS層」に対応し、シリコンゲルマニウム層51が本発明の「ベース材料膜」に対応している。さらに、Tiが本発明の「金属膜」に対応し、チタンシリサイド67が本発明の「合金膜」に対応している。また、TEOS膜41が本発明の「保護膜」に対応し、ポリシリコン膜47が本発明の「出ガス防止膜」に対応している。
In this embodiment, the SiGe-
1 基板
1A シリコン基板
1B シリコン層
2、8、11、41 シリコン酸化膜
3、5 パッド酸化膜
4 Buried N+層
6 Deep Nwell層
7 N−Sink(N−)層
13 DTI層
14 素子分離層
15A〜15C LOCOS層
16 Pウェル層
17 Nウェル層
18 ゲート酸化膜
19 ゲート電極
21 下部電極
22 ポリシリコン膜
22A 端部
25 誘電体
27 上部電極
29、31、32 サイドウォール
41、53 シリコン酸化膜(TEOS膜)
43 SIC−1層
45 コレクタN+層
47、55 ポリシリコン膜
50 SiGe−HBT
51 シリコンゲルマニウム層(ベース)
51A ベース電極
51B ベース引き出し電極
57 SIC−2層
59 ポリシリコン膜(エミッタ)
60 PMOSトランジスタ
61A、61B サイドウォール(TEOS膜)
63 P+層
67 シリサイド
69 層間絶縁膜
70 キャパシタ
71 コンタクトホール
73 配線部
80 NMOSトランジスタ
90 LOCOSエッジ
91 段差
R1〜R11 レジストパターン
1
43 SIC-1
51 Silicon germanium layer (base)
60
63 P + layer 67
Claims (9)
前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域に隣接する領域の前記基板にLOCOS層を形成する工程と、
前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけてベース材料膜を連続して形成する工程と、
前記エミッタ領域の前記ベース材料膜上にエミッタを形成する工程と、
前記エミッタの側面に絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に合金化阻止膜を形成する工程と、
前記合金化阻止膜及び前記サイドウォールが形成された前記基板上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜が形成された前記基板に熱処理を施すことによって前記ベース材料膜と前記金属膜とを反応させ合金膜を形成する工程とを含み、
前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成された前記ベース材料膜のうちの、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分上に存在する部位の合金化を抑制するようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device for forming a bipolar transistor on a substrate,
Forming a LOCOS layer on the substrate in a region adjacent to the emitter region of the bipolar transistor;
Continuously forming a base material film from the substrate in the emitter region to the LOCOS layer;
Forming an emitter on the base material film in the emitter region;
Forming a sidewall made of an insulating film on a side surface of the emitter;
Forming an alloying blocking film on the base material film at the boundary between the emitter region and the LOCOS layer;
Forming a metal film on the substrate on which the alloying prevention film and the sidewall are formed;
Look including a step of forming an alloy film by reacting with the metal film and the base material film by a heat treatment to the substrate on which the metal film is formed,
In the base material film formed continuously from the substrate to the LOCOS layer in the emitter region, alloying of a portion existing on a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer is suppressed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域に隣接する領域の前記基板にLOCOS層を形成する工程と、
前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけてベース材料膜を連続して形成する工程と、
前記エミッタ領域の前記ベース材料膜上にエミッタを形成する工程と、
前記エミッタが形成された前記基板上に絶縁膜を形成し、次に当該絶縁膜をエッチバックすることによって、前記エミッタの側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に合金化阻止膜を形成する工程と、
前記合金化阻止膜及び前記サイドウォールが形成された前記基板上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜が形成された前記基板に熱処理を施すことによって前記ベース材料膜と前記金属膜とを反応させ合金膜を形成する工程とを含み、
前記サイドウォールを形成する工程では、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に前記絶縁膜を残存させ、
前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成された前記ベース材料膜のうちの、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分上に存在する部位の合金化を抑制するようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device for forming a bipolar transistor on a substrate,
Forming a LOCOS layer on the substrate in a region adjacent to the emitter region of the bipolar transistor;
Continuously forming a base material film from the substrate in the emitter region to the LOCOS layer;
Forming an emitter on the base material film in the emitter region;
Forming a sidewall on the side surface of the emitter by forming an insulating film on the substrate on which the emitter is formed, and then etching back the insulating film;
Forming an alloying blocking film on the base material film at the boundary between the emitter region and the LOCOS layer;
Forming a metal film on the substrate on which the alloying prevention film and the sidewall are formed;
And forming an alloy film by reacting with the metal film and the base material film by a heat treatment to the substrate on which the metal film is formed,
In the step of forming the sidewall, the insulating film is left on the base material film at a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer ,
In the base material film formed continuously from the substrate to the LOCOS layer in the emitter region, alloying of a portion existing on a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer is suppressed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域に隣接する領域の前記基板にLOCOS層を形成する工程と、
前記MOSトランジスタのゲート電極を前記基板上に形成する工程と、
前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけてベース材料膜を連続して形成する工程と、
前記エミッタ領域の前記ベース材料膜上にエミッタを形成する工程と、
前記ゲート電極と前記エミッタとが形成された前記基板上に絶縁膜を形成し、次に当該絶縁膜をエッチバックすることによって、前記ゲート電極の側面と前記エミッタの側面とにそれぞれサイドウォールを形成する工程と、
前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に合金化阻止膜を形成する工程と、
前記合金化阻止膜及び前記サイドウォールが形成された前記基板上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜が形成された前記基板に熱処理を施すことによって前記ベース材料膜と前記金属膜とを反応させ合金膜を形成する工程とを含み、
前記サイドウォールを形成する工程では、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に前記絶縁膜を残存させ、
前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成された前記ベース材料膜のうちの、 前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分上に存在する部位の合金化を抑制するようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device in which a bipolar transistor and a MOS transistor are formed on the same substrate,
Forming a LOCOS layer on the substrate in a region adjacent to the emitter region of the bipolar transistor;
Forming a gate electrode of the MOS transistor on the substrate;
Continuously forming a base material film from the substrate in the emitter region to the LOCOS layer;
Forming an emitter on the base material film in the emitter region;
Forming an insulating film on the substrate on which the gate electrode and the emitter are formed, and then etching back the insulating film, thereby forming sidewalls on the side surface of the gate electrode and the side surface of the emitter, respectively. And a process of
Forming an alloying blocking film on the base material film at the boundary between the emitter region and the LOCOS layer;
Forming a metal film on the substrate on which the alloying prevention film and the sidewall are formed;
And forming an alloy film by reacting with the metal film and the base material film by a heat treatment to the substrate on which the metal film is formed,
In the step of forming the sidewall, the insulating film is left on the base material film at a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer ,
In the base material film continuously formed from the substrate of the emitter region to the LOCOS layer, the alloying of the portion existing on the boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer is suppressed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記エミッタ領域の前記基板上から前記下地膜を除去して前記境界部分の段差を大きくする工程とをさらに含み、
前記下地膜を形成する工程では、前記サイドウォールを形成する際にセルフアラインで前記絶縁膜が前記境界部分に残存するように当該下地膜の膜厚を予め調整しておくことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a base film on the entire surface of the substrate on which the LOCOS layer and the gate electrode are formed before forming the base material film;
Further comprising the step of increasing the difference in level of said from the substrate base film the boundary portion by removing the emitter region,
Wherein in the step of forming the base film, and wherein the pre-adjusting the thickness of the base film Contact wolfberry as the insulating film by self-alignment remains in the boundary portion when forming the side wall A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3.
前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域に隣接する領域の前記基板に形成されたLOCOS層と、
前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成されたベース材料膜と、
前記エミッタ領域の前記ベース材料膜上に形成されたエミッタと、
前記エミッタの側面に形成された絶縁膜からなるサイドウォールと、
前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に形成された合金化阻止膜と、
前記合金化阻止膜及び前記サイドウォールが形成された前記基板上に形成する金属膜と、
前記ベース材料膜に形成された合金膜とを備え、
前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分の前記ベース材料膜上に前記絶縁膜が残存しており、
前記エミッタ領域の前記基板上から前記LOCOS層上にかけて連続して形成された前記ベース材料膜のうちの、前記エミッタ領域と前記LOCOS層との境界部分上に存在する部位の合金化を抑制するようにしたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a bipolar transistor on a substrate,
A LOCOS layer formed on the substrate in a region adjacent to the emitter region of the bipolar transistor;
A base material film formed continuously from the substrate of the emitter region to the LOCOS layer;
An emitter formed on the base material film in the emitter region;
A sidewall made of an insulating film formed on a side surface of the emitter;
An alloying prevention film formed on the base material film at a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer;
A metal film formed on the substrate on which the alloying prevention film and the sidewall are formed;
A alloy film formed on the base material film,
The insulating film remains on the base material film at a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer ;
In the base material film formed continuously from the substrate to the LOCOS layer in the emitter region, alloying of a portion existing on a boundary portion between the emitter region and the LOCOS layer is suppressed. A semiconductor device characterized by that.
前記下地膜が存在することによって、前記境界部分に沿って段差が大きく確保されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 A base film formed between the base material film and the LOCOS layer;
The semiconductor device according to claim 8, wherein a large step is secured along the boundary portion due to the presence of the base film.
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