JPH0697187A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0697187A
JPH0697187A JP24450592A JP24450592A JPH0697187A JP H0697187 A JPH0697187 A JP H0697187A JP 24450592 A JP24450592 A JP 24450592A JP 24450592 A JP24450592 A JP 24450592A JP H0697187 A JPH0697187 A JP H0697187A
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JP
Japan
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film
polycrystalline
type
base
substrate
Prior art date
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Application number
JP24450592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Kondo
将夫 近藤
Kazuhiro Onishi
和博 大西
Takashi Kobayashi
小林  孝
Yoichi Tamaoki
洋一 玉置
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP24450592A priority Critical patent/JPH0697187A/en
Publication of JPH0697187A publication Critical patent/JPH0697187A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the base or source/drain resistance by using a polycrystalline Ge film or polycrystalline SiGe compound film, instead of a polycrystalline Si film, for the base or source.drain lead-out electrode. CONSTITUTION:The title semiconductor device consists of a p-type Si substrate 1, n-type impurity buried layer 2, low-concentration n-type epitaxial layer 3, p-type impurity diffusion layer 4, n-type impurity diffusion layer 5, element isolation SiO2 film 6, p-type polycrystalline Ge film 7, SiO2 film 8, n-type polycrystalline Si film 9, W silicide Si film 10, and metal electrodes 11, 12, and 13 as base, emitter, and collector, respectively. The n-type impurity diffusion layer 5 and n-type polycrystalline Si film 9 to serve as emitter; the p-type impurity diffusion layer 4 as base; the low-concentration n-type epitaxial layer 3 and n-type impurity buried layer 2 as collector; and the p-type polycrystalline Ge film 7 and W silicide Si film 10 as base lead-out electrode.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に係り、特に高集積で超高速動作に好適なデジタ
ルIC及びアナログICに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a digital IC and an analog IC which are highly integrated and suitable for ultra-high speed operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術によるバイポーラトランジスタ
のベース層取り出し電極に関しては、テクニカル ダイ
ジェスト オブ アイ・イー・ディー・エム 1988
第744頁から第747頁(Technical Digest of IED
M 1988 pp.744-747)に述べられている。すなわち本従来
技術では、図4に示すようにベース層の取り出し電極は
多結晶Si膜22からなっており、またグラフトベース
(外部ベース)層4は、その多結晶Si膜に不純物をイ
オン打ち込みし加熱して基板中に拡散させることにより
形成している。
2. Description of the Related Art Regarding a base layer take-out electrode of a bipolar transistor according to the prior art, Technical Digest of IDM 1988.
Pages 744 to 747 (Technical Digest of IED
M 1988 pp.744-747). That is, in this conventional technique, as shown in FIG. 4, the extraction electrode of the base layer is made of the polycrystalline Si film 22, and the graft base (external base) layer 4 is formed by implanting impurities into the polycrystalline Si film. It is formed by heating and diffusing it in the substrate.

【0003】また、従来技術によるMOSトランジスタ
のソース、ドレインの取り出し電極に関しては、イクス
テンディッド アブストラクツ オブ ザ ナインティ
ーンス コンファレンス オン ソリッド ステート
デバイシズ アンド マテリアルズ 第343頁から第
346頁(Extended Abstracts of the Conference onSo
lid State Devices and Materials, 1987 pp.343-346)
に述べられている。すなわちこの従来技術では、ソー
ス、ドレインの取り出し電極はバイポーラトランジスタ
のベース取り出し電極の場合と同様に多結晶Si膜から
なっており、またソース、ドレイン拡散層は、その多結
晶Si膜に不純物をイオン打ち込みし加熱して基板中に
拡散させることにより形成している。
Regarding the extraction electrodes for the source and drain of the MOS transistor according to the prior art, the Extended Abstracts of the 9th Conference on Solid State is known.
Devices and Materials, pages 343-346 (Extended Abstracts of the Conference onSo
(Lid State Devices and Materials, 1987 pp.343-346)
Are described in. That is, in this conventional technique, the source and drain take-out electrodes are made of a polycrystalline Si film as in the case of the base take-out electrode of a bipolar transistor, and the source and drain diffusion layers are made by ion implantation of impurities into the polycrystalline Si film. It is formed by implanting, heating and diffusing into the substrate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】バイポーラトランジス
タのグラフトベース不純物拡散層やMOSトランジスタ
のソース、ドレイン不純物拡散層は、高濃度で浅くした
方が高速化および寸法微細化に有利となる。従来技術に
おいてはこれらの拡散層を浅くするために、多結晶Si
膜への不純物イオン打ち込み後の加熱の温度を低くし時
間を短くするという手段が取られてきた。ところが、打
ち込まれたイオンは多結晶Si膜中で不均一な分布とな
っておりさらに不純物の拡散速度は多結晶Si膜中と単
結晶Si基板中では高々2桁程度しか違わないので、加
熱温度および時間を低減しすぎると基板中の不純物濃度
が十分高くならず寄生抵抗が増大してしまう。そのため
従来技術ではこれらの拡散層を一定限度以上に浅くする
ことが不可能となり、高速化、寸法微細化に対する障害
となっていた。
When the graft base impurity diffusion layer of the bipolar transistor and the source / drain impurity diffusion layer of the MOS transistor are made high in concentration and shallow, it is advantageous for speeding up and size reduction. In the prior art, in order to make these diffusion layers shallow, polycrystalline Si is used.
Means have been taken to lower the heating temperature and shorten the time after the implantation of impurity ions into the film. However, the implanted ions have a non-uniform distribution in the polycrystalline Si film, and the diffusion rates of impurities differ by at most about two digits in the polycrystalline Si film and the single crystal Si substrate. If the time and time are reduced too much, the impurity concentration in the substrate will not be sufficiently high and the parasitic resistance will increase. Therefore, in the prior art, it is impossible to make these diffusion layers shallower than a certain limit, which is an obstacle to speeding up and miniaturization of dimensions.

【0005】次に、従来技術を用いたCMOSあるいは
NPN型とPNP型の両方のバイポーラトランジスタを
同一基板上に形成するコンプリメンタリーバイポーラの
場合、多結晶Siを用いたベース取り出し電極またはソ
ース、ドレイン取り出し電極にはP型とN型の両方があ
りそれぞれに金属もしくは金属シリサイドの電極との接
合が形成される。ところが同一の電極材料によってP型
とN型の両方のショットキバリア高さを小さくすること
は困難であり、接合面積が微細な場合にはコンタクト抵
抗を小さくするためP型とN型で異なった材料の電極を
用いる必要があり製造工程が複雑になるという問題があ
った。
Next, in the case of complementary bipolar in which CMOS or NPN-type and PNP-type bipolar transistors according to the prior art are formed on the same substrate, a base lead-out electrode or source / drain lead-out using polycrystalline Si is used. There are both P-type and N-type electrodes, and each has a junction with a metal or metal silicide electrode. However, it is difficult to reduce the heights of both P-type and N-type Schottky barriers by the same electrode material, and different P-type and N-type materials are used to reduce the contact resistance when the junction area is fine. However, there is a problem in that the manufacturing process becomes complicated because it is necessary to use the electrode.

【0006】さらに、従来技術におけるバイポーラトラ
ンジスタおよびMOSトランジスタでは、ホトリソグラ
フィおよびドライエッチングによってSi基板上に堆積
した多結晶Si膜を選択的に除去しSi基板表面まで達
するエミッタ用またはゲート用の孔を形成する工程が必
要である。ところが、多結晶Si膜とSi基板は同じ材
料であるためドライエッチングにおいてエッチング速度
に差がなく、また多結晶Si膜のエッチングの終点検出
を行うことも困難である。そのため、この工程において
Si基板がエッチングされてしまいトランジスタ特性に
悪影響を与えるという問題もあった。
Further, in the conventional bipolar transistor and MOS transistor, a polycrystalline Si film deposited on the Si substrate is selectively removed by photolithography and dry etching to form an emitter or gate hole reaching the Si substrate surface. A forming process is required. However, since the polycrystalline Si film and the Si substrate are made of the same material, there is no difference in the etching rate in dry etching, and it is difficult to detect the etching end point of the polycrystalline Si film. Therefore, there is also a problem that the Si substrate is etched in this step and the transistor characteristics are adversely affected.

【0007】従って、本発明の目的とするところは、以
上に述べたグラフトベース不純物拡散層およびソース、
ドレイン不純物拡散層を高濃度で浅くすることが困難で
あるという問題、ベース取り出し電極およびソース、ド
レイン取り出し電極の金属電極とのコンタクト抵抗をP
型N型両方について低減することが困難であるという問
題、ベース取り出し電極またはソース、ドレイン取り出
し電極の多結晶Si膜をSi基板に対して選択的にエッ
チング除去することが困難であるという問題を解決する
ことにある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide the above-mentioned graft base impurity diffusion layer and source,
The problem is that it is difficult to make the drain impurity diffusion layer shallow at a high concentration, and the contact resistance between the base extraction electrode and the source / drain extraction electrode with the metal electrode is P
Solves the problem that it is difficult to reduce both type N type and the problem that it is difficult to selectively remove the polycrystalline Si film of the base extraction electrode or the source / drain extraction electrode with respect to the Si substrate by etching. To do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】ベース取り出し電極ある
いはソース、ドレイン取り出し電極に多結晶Si膜の代
わりに多結晶Ge膜もしくは多結晶SiGe化合物膜を
用いるようにする。
A polycrystalline Ge film or a polycrystalline SiGe compound film is used instead of a polycrystalline Si film for a base extraction electrode or a source / drain extraction electrode.

【0009】グラフトベースおよびソース、ドレインの
不純物拡散層は、この多結晶Ge膜もしくは多結晶Si
Ge化合物膜の中に不純物をイオン打ち込みした後加熱
してそこからSi基板中に拡散させることによって形成
する。
The graft base and the impurity diffusion layers of the source and drain are formed of this polycrystalline Ge film or polycrystalline Si film.
The Ge compound film is formed by ion-implanting impurities into the Ge compound film and then heating it to diffuse it into the Si substrate.

【0010】またベース取り出し電極あるいはソース、
ドレイン取り出し電極に多結晶Si膜と金属膜もしくは
金属シリサイド膜の2層膜を用いている場合には、その
代わり多結晶Ge膜もしくは多結晶SiGe化合物膜
と、金属膜もしくは金属シリサイド膜の2層膜を用いる
ようにする。
Also, a base take-out electrode or a source,
When a two-layer film of a polycrystalline Si film and a metal film or a metal silicide film is used for the drain extraction electrode, a two-layer film of a polycrystalline Ge film or a polycrystalline SiGe compound film and a metal film or a metal silicide film is used instead. Use a membrane.

【0011】多結晶Ge膜あるいは多結晶SiGe化合
物膜の形成方法としては直接多結晶膜を堆積するか、非
晶質膜を堆積し不純物をイオン打ち込みした後加熱する
ことによって多結晶化する方法を用いる。
As a method of forming a polycrystalline Ge film or a polycrystalline SiGe compound film, there is a method of directly depositing a polycrystalline film or a method of depositing an amorphous film and ion-implanting impurities and then heating to polycrystallize. To use.

【0012】[0012]

【作用】図3(a)、(b)に単結晶Geおよび単結晶
Si中の不純物の拡散定数を比較する。この図から、同
一温度においてGe中の方が、PおよびAsでは5桁〜
7桁程度、Bでは3桁程度Si中よりも大きくなってい
ることが理解できる。多結晶Ge膜中では不純物拡散定
数は単結晶Ge中よりさらに大きく、多結晶Geと単結
晶Siとの比較ではこの差はさらに2桁程度拡がる。
The diffusion constants of impurities in single crystal Ge and single crystal Si are compared in FIGS. 3 (a) and 3 (b). From this figure, it is found that in Ge at the same temperature, P and As have 5 digits or more.
It can be understood that it is about 7 digits and B is about 3 digits larger than that in Si. The impurity diffusion constant in the polycrystalline Ge film is larger than that in single crystalline Ge, and the difference between polycrystalline Ge and single crystalline Si is further expanded by about two digits.

【0013】Si基板上に堆積した非晶質Ge膜もしく
は多結晶Ge膜中にイオン打ち込みによりこれらの不純
物原子を添加して700℃程度以下の低温で加熱した場
合、この拡散定数の違いにより不純物原子をSi基板中
にほとんど拡散させることなしに、多結晶化したGe膜
中にほぼ均一に分布するように拡散させることが可能で
ある。この均一に不純物が分布した多結晶Ge膜からさ
らにSi基板中へ不純物を拡散させた場合は、イオン打
ち込みに起因した膜中の不純物分布の影響がなくなるた
め高濃度で非常に浅い不純物拡散層をSi基板中に形成
することが可能となる。多結晶Ge膜の代わりに多結晶
SiGe化合物膜を用いた場合にも作用は定性的には同
じである。
When these impurity atoms are added by ion implantation into an amorphous Ge film or a polycrystalline Ge film deposited on a Si substrate and heated at a low temperature of about 700 ° C. or less, the impurities are different due to the difference in diffusion constant. It is possible to diffuse the atoms so as to be distributed almost uniformly in the polycrystallized Ge film without causing the atoms to be diffused into the Si substrate. When impurities are diffused further into the Si substrate from the polycrystalline Ge film in which the impurities are uniformly distributed, the influence of the impurity distribution in the film due to the ion implantation is eliminated, so that a high-concentration and extremely shallow impurity diffusion layer is formed. It becomes possible to form it in a Si substrate. The action is qualitatively the same when a polycrystalline SiGe compound film is used instead of the polycrystalline Ge film.

【0014】以上の理由により、ベース取り出し電極あ
るいはソース、ドレイン取り出し電極に多結晶Ge膜も
しくは多結晶SiGe化合物膜を用い、その膜中にイオ
ン打ち込みされた不純物を低温で加熱してSi基板中に
拡散させることにより非常に浅いグラフトベースあるい
はソース、ドレインの不純物拡散層を形成することが可
能となる。
For the above reasons, a polycrystalline Ge film or a polycrystalline SiGe compound film is used for the base extraction electrode or the source / drain extraction electrode, and the impurities ion-implanted in the film are heated at a low temperature to be introduced into the Si substrate. By diffusing, it becomes possible to form a very shallow graft base or an impurity diffusion layer of source and drain.

【0015】次に、ある半導体と特定の金属との接合部
分に形成されるショットキバリア高さに関しては、P型
の場合とN型の場合をたしあわせるとその半導体の禁制
帯幅に近い値になるという性質がある。
Next, regarding the height of the Schottky barrier formed at the junction between a semiconductor and a specific metal, when the P-type and N-type are added together, a value close to the forbidden band width of the semiconductor is obtained. There is a property of becoming.

【0016】Siの場合には禁制帯幅が約1.1eVで
あるためP型、N型のどちらかのショットキバリア高さ
が0.55eV以上となりコンタクト抵抗が高くなって
しまう。ところが、Geの場合には禁制帯幅が約0.6
6eVであるため、たいていの金属との接合におけるシ
ョットキバリア高さはP型、N型共に0.5eV以下と
なりコンタクト抵抗を低くすることが可能である。従っ
て、コンプリメンタリーバイポーラやCMOSのベース
取り出し電極あるいはソース、ドレイン取り出し電極に
おいて金属電極との接合が微細な場合でも金属電極をP
型とN型とで異なるものにする必要はなくなる。多結晶
Ge膜の代わりに多結晶SiGe化合物膜を用いた場合
にも作用は定性的には同じである。
In the case of Si, the forbidden band width is about 1.1 eV, so that the Schottky barrier height of either P type or N type becomes 0.55 eV or more, and the contact resistance becomes high. However, in the case of Ge, the forbidden band width is about 0.6.
Since it is 6 eV, the Schottky barrier height at the junction with most metals is 0.5 eV or less for both P-type and N-type, and it is possible to reduce the contact resistance. Therefore, even if the complementary bipolar or CMOS base take-out electrode or the source / drain take-out electrode is finely bonded to the metal electrode, the metal electrode is
There is no need to make the mold and N-type different. The action is qualitatively the same when a polycrystalline SiGe compound film is used instead of the polycrystalline Ge film.

【0017】さらに、Si基板上の多結晶Ge膜をエッ
チングする場合にフッ素系および塩素系ガスを反応ガス
として用いると、多結晶Geと単結晶Siのエッチング
速度の比を5倍以上にすることのが可能である。さらに
GeF、GeClラジカルの発光を検出することにより
エッチングの終点を検出することも可能である。従っ
て、Si基板をほとんど削ることなしに、Si基板上の
ベース取り出し電極またはソース、ドレイン取り出し電
極の多結晶Ge膜を選択的に除去しエミッタもしくはゲ
ートのための孔を形成することが可能となる。多結晶G
e膜の代わりに多結晶SiGe化合物膜を用いた場合に
も作用は定性的には同じである。
Furthermore, when fluorine-based gas and chlorine-based gas are used as reaction gases when etching a polycrystalline Ge film on a Si substrate, the etching rate ratio between polycrystalline Ge and single crystal Si should be 5 times or more. It is possible. Further, the end point of etching can be detected by detecting the emission of GeF and GeCl radicals. Therefore, it is possible to selectively remove the polycrystalline Ge film of the base lead-out electrode or the source / drain lead-out electrode on the Si substrate to form a hole for an emitter or a gate, without substantially cutting the Si substrate. . Polycrystalline G
The action is qualitatively the same when a polycrystalline SiGe compound film is used instead of the e film.

【0018】また、Ge膜もしくはSiGe化合物膜に
不純物をイオン打ち込みした場合、その膜が非晶質であ
る場合不純物は低温での加熱によってほぼ完全に活性化
するが、多結晶である場合には一部しか活性化しない。
従って、多結晶Ge膜あるいは多結晶SiGe化合物膜
の形成方法としては、非晶質で堆積し不純物のイオン打
ち込み後に加熱により多結晶化した方が、ベース抵抗、
ソースドレイン抵抗の低減のためには有利である。
When impurities are ion-implanted into a Ge film or a SiGe compound film, the impurities are almost completely activated by heating at a low temperature when the film is amorphous, but when the film is polycrystalline. Only partial activation.
Therefore, as a method of forming a polycrystalline Ge film or a polycrystalline SiGe compound film, it is preferable to deposit amorphous and polycrystallize by heating after ion implantation of impurities.
This is advantageous for reducing the source / drain resistance.

【0019】[0019]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0020】実施例1 図1に本発明の第1の実施例のバイポーラトランジスタ
の断面図を示す。1はP型Si基板、2はN型不純物埋
込層、3は低濃度N型エピタキシャル層、4はP型不純
物拡散層、5はN型不純物拡散層、6は素子分離用Si
2膜、7はP型多結晶Ge膜、8はSiO2膜、9はN
型多結晶Si膜、10はWシリサイドSi膜、11、1
2、13はそれぞれベース、エミッタ、コレクタとして
の金属電極である。N型不純物拡散層5とN型多結晶S
i膜9とがエミッタ、P型不純物拡散層4がベース、低
濃度N型エピタキシャル層3とN型不純物埋込層2とが
コレクタ、P型多結晶Ge膜7とWシリサイドSi膜1
0とがベース取り出し電極としてはたらく。本実施例は
NPN型バイポーラトランジスタであるが、各部の不純
物のタイプを逆にしてPNP型バイポーラトランジスタ
とすることもできる。また、ベース取り出し電極の多結
晶Ge膜7の代わりに多結晶のSiGe化合物膜を用い
ることも可能である。
Embodiment 1 FIG. 1 shows a sectional view of a bipolar transistor of the first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 is a P-type Si substrate, 2 is an N-type impurity buried layer, 3 is a low concentration N-type epitaxial layer, 4 is a P-type impurity diffusion layer, 5 is an N-type impurity diffusion layer, and 6 is element isolation Si.
O 2 film, 7 P-type polycrystalline Ge film, 8 SiO 2 film, 9 N
Type polycrystalline Si film, 10 is W silicide Si film, 11, 1
Reference numerals 2 and 13 denote metal electrodes serving as a base, an emitter, and a collector, respectively. N-type impurity diffusion layer 5 and N-type polycrystalline S
i film 9 is an emitter, P type impurity diffusion layer 4 is a base, low concentration N type epitaxial layer 3 and N type impurity buried layer 2 are collectors, P type polycrystalline Ge film 7 and W silicide Si film 1
0 acts as a base take-out electrode. Although the present embodiment is an NPN type bipolar transistor, it is also possible to reverse the type of impurities in each part to form a PNP type bipolar transistor. It is also possible to use a polycrystalline SiGe compound film instead of the polycrystalline Ge film 7 of the base extraction electrode.

【0021】次に図5によって本実施例の製造方法を説
明する。図5は本実施例の各主要工程ごとの断面図であ
る。但し本図ではコレクタの引出しの部分は省略してあ
る。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view of each main step of this embodiment. However, the drawing of the collector is omitted in this figure.

【0022】低濃度N型エピタキシャル層3および素子
分離のためのSiO2膜6の形成までの工程は従来技術
と同じ方法によっている(図5(a))。
The steps up to the formation of the low-concentration N type epitaxial layer 3 and the SiO 2 film 6 for element isolation follow the same method as in the prior art (FIG. 5A).

【0023】次に通常の減圧気相成長(減圧CVD)法
によって、厚さ150nmの非晶質Ge膜25を堆積す
る。その後イオン打ち込みの方法によりBを、1×10
16/cm2の密度で非晶質Ge膜25に添加する。さら
に、通常の減圧CVD法により厚さ50nmのWシリサ
イドSi膜10および、厚さ200nmのSiO2膜8
を堆積する(図5(b))。
Next, an amorphous Ge film 25 having a thickness of 150 nm is deposited by a normal low pressure vapor deposition (low pressure CVD) method. After that, 1 × 10 B is added by the ion implantation method.
It is added to the amorphous Ge film 25 at a density of 16 / cm 2 . Further, a W silicide Si film 10 having a thickness of 50 nm and a SiO 2 film 8 having a thickness of 200 nm are formed by a normal low pressure CVD method.
Are deposited (FIG. 5B).

【0024】次に、ホトリソグラフィおよび、プラズマ
エッチングにより、エミッタを形成する領域上のSiO
2膜8、WシリサイドSi膜10および非晶質Ge膜2
5をエッチング除去する。非晶質Ge膜25のプラズマ
エッチングにはCF4もしくはCCl4を反応ガスとし
て用いる。更にその後、窒素雰囲気中で700℃程度の
温度で加熱することにより非晶質Ge膜を結晶化し多結
晶Ge膜7とすると同時にBをSi基板中に拡散してP
型不純物拡散層4を形成する。その後イオン打ち込みも
しくは熱拡散の方法によりBをSi基板中に添加してP
型不純物拡散層23を形成する(図5(c))。
Next, by photolithography and plasma etching, SiO on the region where the emitter is to be formed is formed.
2 film 8, W silicide Si film 10 and amorphous Ge film 2
5 is removed by etching. For plasma etching of the amorphous Ge film 25, CF4 or CCl4 is used as a reaction gas. After that, the amorphous Ge film is crystallized by heating at a temperature of about 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a polycrystalline Ge film 7, and at the same time, B is diffused into the Si substrate to form P.
The type impurity diffusion layer 4 is formed. After that, B is added to the Si substrate by the method of ion implantation or thermal diffusion, and P is added.
The type impurity diffusion layer 23 is formed (FIG. 5C).

【0025】次に熱酸化によってSi基板が露出した部
分に厚さ20nmのSiO2膜を形成する。さらに、減
圧CVD法によって厚さ150nmのSiO2膜を堆積
した後、異方性プラズマエッチングにより平坦部のSi
2膜をエッチング除去し側壁SiO2膜24のみを残す
ようにする(図5(d))。
Next, a 20 nm thick SiO 2 film is formed on the exposed portion of the Si substrate by thermal oxidation. Further, after depositing a SiO 2 film having a thickness of 150 nm by the low pressure CVD method, the Si of the flat portion is formed by anisotropic plasma etching.
The O 2 film is removed by etching to leave only the side wall SiO 2 film 24 (FIG. 5D).

【0026】以下は従来技術と同じ公知の方法により、
多結晶Siエミッタ9、エミッタ不純物拡散層5を形成
し、最後に金属電極11、12を通常の方法により形成
する(図5(e))。
The following is the same known method as in the prior art,
The polycrystalline Si emitter 9 and the emitter impurity diffusion layer 5 are formed, and finally the metal electrodes 11 and 12 are formed by a normal method (FIG. 5E).

【0027】本実施例によれば、グラフトベース不純物
層について、表面不純物濃度を1×1020/cm3以上に
保ったまま、深さを従来の約1/3の50nmに浅くす
ることが可能となる。また、ベース取り出し電極にプラ
ズマエッチングによりエミッタ用の孔を形成する工程に
おいて、Si基板の削れ量を従来の約1/2の10nm
以下に低減することが可能となる。さらに、PNP型ト
ランジスタの場合にはWシリサイドとN型多結晶Ge膜
とのコンタクト抵抗がN型多結晶Si膜を用いた場合と
比較して約1/5に低下するため、ベース抵抗を約2/
3に低減することが可能となる。
According to this embodiment, the depth of the graft base impurity layer can be reduced to 50 nm, which is about 1/3 of the conventional value, while the surface impurity concentration is maintained at 1 × 10 20 / cm 3 or more. Becomes Further, in the step of forming a hole for an emitter in the base take-out electrode by plasma etching, the amount of shaving of the Si substrate is reduced to about half that of the conventional one, 10 nm.
It becomes possible to reduce to the following. Further, in the case of the PNP transistor, the contact resistance between the W silicide and the N-type polycrystalline Ge film is reduced to about 1/5 as compared with the case of using the N-type polycrystalline Si film, so that the base resistance is reduced. 2 /
It becomes possible to reduce to 3.

【0028】実施例2 図2に本発明の第2の実施例のMOSトランジスタの断
面図を示す。6は素子分離用のSiO2膜、9はN型多
結晶Si膜、10はWシリサイドSi膜、14はN型多
結晶Ge膜、15はN型Si基板、16はP型不純物拡
散層、17はN型不純物拡散層、18はゲート絶縁膜と
してのSiO2膜、19、20、21はそれぞれソー
ス、ゲート、ドレインとしての金属電極である。Wシリ
サイドSi膜10、N型多結晶Ge膜14がソース、ド
レイン取り出し電極、N型不純物拡散層17がソース、
ドレイン不純物拡散層、SiO2膜18がゲート酸化
膜、N型多結晶Si膜9がゲート電極としてはたらく。
Embodiment 2 FIG. 2 shows a sectional view of a MOS transistor according to a second embodiment of the present invention. 6 is a SiO 2 film for element isolation, 9 is an N-type polycrystalline Si film, 10 is a W silicide Si film, 14 is an N-type polycrystalline Ge film, 15 is an N-type Si substrate, 16 is a P-type impurity diffusion layer, Reference numeral 17 is an N-type impurity diffusion layer, 18 is a SiO 2 film as a gate insulating film, and 19, 20 and 21 are metal electrodes as a source, a gate and a drain, respectively. The W silicide Si film 10 and the N-type polycrystalline Ge film 14 are sources and drains, the N-type impurity diffusion layer 17 is a source,
The drain impurity diffusion layer, the SiO 2 film 18 functions as a gate oxide film, and the N-type polycrystalline Si film 9 functions as a gate electrode.

【0029】本実施例はNチャネルMOSトランジスタ
であるが、各部の不純物のタイプを逆にしてPチャネル
MOSトランジスタとすることもできる。また、ソー
ス、ドレイン取り出し電極の多結晶Ge膜14の代わり
に多結晶のSiGe膜を用いることも可能である。
Although the present embodiment is an N-channel MOS transistor, it may be a P-channel MOS transistor by reversing the type of impurities in each part. It is also possible to use a polycrystalline SiGe film instead of the polycrystalline Ge film 14 for the source / drain extraction electrodes.

【0030】次に図6によって本実施例の製造方法を説
明する。図6は本実施例の各主要工程ごとの断面図であ
る。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view of each main process of this embodiment.

【0031】P型不純物拡散層16および素子分離のた
めのSiO2膜6の形成までの工程は従来技術と同じ方
法によっている(図6(a))。
The steps up to the formation of the P-type impurity diffusion layer 16 and the SiO 2 film 6 for element isolation follow the same method as in the prior art (FIG. 6A).

【0032】次に通常の減圧気相成長(減圧CVD)法
によって、厚さ150nmの非晶質Ge膜25を堆積す
る。その後イオン打ち込みの方法によりPを、1×10
16/cm2の密度で非晶質Ge膜25に添加する。さら
に、通常の減圧CVD法により厚さ50nmのWシリサ
イドSi膜10および、厚さ200nmのSiO2膜8
を堆積する(図6(b))。
Next, an amorphous Ge film 25 having a thickness of 150 nm is deposited by a normal low pressure vapor deposition (low pressure CVD) method. After that, P is set to 1 × 10 by the ion implantation method.
It is added to the amorphous Ge film 25 at a density of 16 / cm 2 . Further, a W silicide Si film 10 having a thickness of 50 nm and a SiO 2 film 8 having a thickness of 200 nm are formed by a normal low pressure CVD method.
Are deposited (FIG. 6B).

【0033】次に、ホトリソグラフィおよび、プラズマ
エッチングにより、ゲートを形成する領域上のSiO2
膜8、WシリサイドSi膜10および非晶質Ge膜25
をエッチング除去する。非晶質Ge膜25のプラズマエ
ッチングにはCF4もしくはCCl4を反応ガスとして
用いる。更にその後、窒素雰囲気中で700℃程度の温
度で加熱することにより非晶質Ge膜を結晶化し多結晶
Ge膜14とすると同時にPをSi基板中に拡散してN
型不純物拡散層17を形成する(図6(c))。
Next, by photolithography and plasma etching, SiO 2 on the region where the gate is to be formed is formed.
Film 8, W silicide Si film 10, and amorphous Ge film 25
Are removed by etching. For plasma etching of the amorphous Ge film 25, CF4 or CCl4 is used as a reaction gas. After that, the amorphous Ge film is crystallized by heating at a temperature of about 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a polycrystalline Ge film 14, and at the same time, P is diffused into the Si substrate to form N.
The type impurity diffusion layer 17 is formed (FIG. 6C).

【0034】次に熱酸化によってSi基板が露出した部
分に、厚さ20nmのSiO2膜を形成する。さらに減
圧CVD法によって厚さ150nmのSiO2膜を堆積
した後、異方性プラズマエッチングにより平坦部のSi
2膜をエッチング除去し側壁SiO2膜24のみを残す
ようにする。さらに、熱酸化によってSi基板が露出し
た部分に厚さ20nmのSiO2膜18を形成する(図
6(d))。
Next, a SiO 2 film having a thickness of 20 nm is formed on the exposed portion of the Si substrate by thermal oxidation. Further, after depositing a SiO 2 film with a thickness of 150 nm by the low pressure CVD method, the Si of the flat portion is subjected to anisotropic plasma etching.
The O 2 film is removed by etching so that only the side wall SiO 2 film 24 is left. Furthermore, a SiO 2 film 18 having a thickness of 20 nm is formed on the exposed portion of the Si substrate by thermal oxidation (FIG. 6D).

【0035】以下は従来技術と同じ公知の方法により、
多結晶Siゲート電極9を形成し、最後に金属電極1
9、20を通常の方法により形成する(図6(e))。
The following is the same known method as in the prior art,
The polycrystalline Si gate electrode 9 is formed, and finally the metal electrode 1
9 and 20 are formed by a normal method (FIG. 6E).

【0036】本実施例によれば、ソース、ドレイン不純
物層において、表面不純物濃度を1×1020/cm3以上
に保ったまま、深さを従来の約1/3の50nmに浅く
することが可能となる。また、ソース、ドレイン取り出
し電極にプラズマエッチングによりゲート用の孔を形成
する工程において、Si基板の削れ量は従来の約1/2
の10nm以下に低減することが可能となる。さらに、
WシリサイドとN型多結晶Ge膜とのコンタクト抵抗が
N型多結晶Si膜を用いた場合と比較して約1/5に低
下するため、ソースおよびドレインの抵抗を約2/3に
低減することが可能となる。
According to the present embodiment, the depth of the source and drain impurity layers can be reduced to 50 nm, which is about 1/3 of the conventional value, while the surface impurity concentration is maintained at 1 × 10 20 / cm 3 or more. It will be possible. Further, in the step of forming the gate hole in the source / drain extraction electrode by plasma etching, the amount of shaving of the Si substrate is about half that of the conventional one.
Can be reduced to 10 nm or less. further,
Since the contact resistance between the W silicide and the N-type polycrystalline Ge film is reduced to about 1/5 as compared with the case where the N-type polycrystalline Si film is used, the resistance of the source and drain is reduced to about 2/3. It becomes possible.

【0037】[0037]

【発明の効果】本実施例によれば、グラフトベース不純
物層またはソース、ドレイン不純物層において、表面不
純物濃度を1×1020/cm3以上に保ったまま、深さを
従来の約1/3の50nmに浅くすることが可能とな
る。
According to the present embodiment, in the graft base impurity layer or the source / drain impurity layer, the depth is about 1/3 of that of the conventional one while keeping the surface impurity concentration at 1 × 10 20 / cm 3 or more. Can be made as shallow as 50 nm.

【0038】また、多結晶Ge膜にプラズマエッチング
によりエミッタ用もしくはゲート用の孔を形成する工程
において、Si基板の削れ量は従来の約1/2の10n
m以下に低減することが可能となる。さらに、金属もし
くは金属シリサイドと多結晶Ge膜とのコンタクト抵抗
が多結晶Si膜を用いた場合と比較して1/5〜1/2
に低下するため、バイポーラトランジスタのベース抵
抗、またはソースおよびドレインの抵抗をおよそ2/3
〜4/5に低減することが可能となる。
Further, in the step of forming holes for emitters or gates in the polycrystalline Ge film by plasma etching, the amount of abrasion of the Si substrate is about half that of the conventional technique, 10n.
It becomes possible to reduce to m or less. Further, the contact resistance between the metal or metal silicide and the polycrystalline Ge film is 1/5 to 1/2 as compared with the case where the polycrystalline Si film is used.
Therefore, the base resistance of the bipolar transistor or the resistance of the source and drain is about 2/3.
It becomes possible to reduce to ~ 4/5.

【0039】ベース取り出し電極またはソース、ドレイ
ン取り出し電極に多結晶Ge膜7の代わりに多結晶のS
iGe化合物膜を用いた場合、目的に対する効果は定性
的には多結晶Ge膜と同じであるが、定量的には膜中の
Geの比率に比例する。実用上意味のある効果を出すた
めには、膜中のGeの比率を10%以上にする必要があ
る。
Instead of the polycrystalline Ge film 7 for the base extraction electrode or the source / drain extraction electrodes, polycrystalline S film is used.
When the iGe compound film is used, the effect on the purpose is qualitatively the same as that of the polycrystalline Ge film, but quantitatively, it is proportional to the ratio of Ge in the film. The ratio of Ge in the film needs to be 10% or more to obtain a practically meaningful effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例のバイポーラトランジス
タの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a bipolar transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例のMOSトランジスタの
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a MOS transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】GeおよびSi中の不純物の拡散定数の温度依
存性を比較した図である。
FIG. 3 is a diagram comparing the temperature dependence of diffusion constants of impurities in Ge and Si.

【図4】従来技術によるバイポーラトランジスタの断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional bipolar transistor.

【図5】本発明の第一の実施例のバイポーラトランジス
タの製造方法を示す工程ごとの素子の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an element for each step showing the method for manufacturing the bipolar transistor of the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第二の実施例のMOSトランジスタの
製造方法を示す工程ごとの素子の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an element for each step showing a method for manufacturing a MOS transistor according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…P型Si基板、2…N型不純物埋込層、3…低濃度
N型エピタキシャル層、4…P型不純物拡散層、5…N
型不純物拡散層、6…SiO2膜、7…P型多結晶Ge
膜、8…SiO2膜、9…N型多結晶Si膜、10…W
シリサイド膜、11、12、13…金属電極、14…N
型多結晶Ge膜、15…N型Si基板、16…P型不純
物拡散層、17…N型不純物拡散層、18…SiO
2膜、19、20、21…金属電極、22…P型多結晶
Si膜、23…P型不純物拡散層、24…SiO2膜、
25…非晶質Ge膜
1 ... P-type Si substrate, 2 ... N-type impurity buried layer, 3 ... Low-concentration N-type epitaxial layer, 4 ... P-type impurity diffusion layer, 5 ... N
-Type impurity diffusion layer, 6 ... SiO 2 film, 7 ... P-type polycrystalline Ge
Film, 8 ... SiO 2 film, 9 ... N-type polycrystalline Si film, 10 ... W
Silicide film, 11, 12, 13 ... Metal electrode, 14 ... N
-Type polycrystalline Ge film, 15 ... N-type Si substrate, 16 ... P-type impurity diffusion layer, 17 ... N-type impurity diffusion layer, 18 ... SiO
2 film, 19, 20, 21 ... Metal electrode, 22 ... P-type polycrystalline Si film, 23 ... P-type impurity diffusion layer, 24 ... SiO 2 film,
25 ... Amorphous Ge film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784 (72)発明者 玉置 洋一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01L 29/784 (72) Inventor Yoichi Tamaki 1-280, Higashi-Kengikubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi Central Co., Ltd. In the laboratory

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多結晶Ge膜もしくは多結晶SiGe化合
物膜を不純物拡散層の取り出し電極に用いた半導体装
置。
1. A semiconductor device using a polycrystalline Ge film or a polycrystalline SiGe compound film as an extraction electrode of an impurity diffusion layer.
【請求項2】ベース層の取り出し電極の少なくとも一部
分に多結晶Ge膜もしくは多結晶SiGe化合物膜を用
いたバイポーラトランジスタ。
2. A bipolar transistor using a polycrystalline Ge film or a polycrystalline SiGe compound film as at least a part of a takeout electrode of a base layer.
【請求項3】ベース層の取り出し電極の少なくとも一部
分に多結晶Ge膜もしくは多結晶SiGe化合物膜と、
金属膜もしくは金属シリサイド膜の2層膜を用いたバイ
ポーラトランジスタ。
3. A polycrystalline Ge film or a polycrystalline SiGe compound film on at least a part of the extraction electrode of the base layer,
A bipolar transistor using a two-layer film of a metal film or a metal silicide film.
【請求項4】ソースおよびドレインの取り出し電極の少
なくとも一部分に多結晶Ge膜もしくは多結晶SiGe
化合物膜を用いたMOSトランジスタ。
4. A polycrystalline Ge film or polycrystalline SiGe on at least a part of the source and drain take-out electrodes.
A MOS transistor using a compound film.
【請求項5】ソースおよびドレインの取り出し電極の少
なくとも一部分に多結晶Ge膜もしくは多結晶SiGe
化合物膜と、金属膜もしくは金属シリサイド膜の2層膜
を用いたMOSトランジスタ。
5. A polycrystalline Ge film or polycrystalline SiGe on at least a part of the source and drain take-out electrodes.
A MOS transistor using a two-layer film of a compound film and a metal film or a metal silicide film.
【請求項6】本発明の請求項第1項から第5項におい
て、多結晶SiGe化合物膜中のGeの比率が10%以
上であることを特徴とする、バイポーラトランジスタお
よびMOSトランジスタ。
6. The bipolar transistor and the MOS transistor according to any one of claims 1 to 5 of the present invention, wherein the ratio of Ge in the polycrystalline SiGe compound film is 10% or more.
【請求項7】Si基板上に堆積した非晶質のGeもしく
はSiGe化合物の薄膜中に不純物原子をイオン打ち込
みし加熱することにより、膜を結晶化させると共にSi
基板中に不純物原子を拡散させることを特徴とした半導
体装置の製造方法。
7. An amorphous Ge or SiGe compound thin film deposited on a Si substrate is ion-implanted and heated to crystallize the film and Si.
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that impurity atoms are diffused in a substrate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105044860A (en) * 2015-06-24 2015-11-11 湖南晶图科技有限公司 Wafer processing technique for vertically integrating PLC waveguide with infrared receiver

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