KR20020012077A - A method for fabricating heterojunction bipolar transistor - Google Patents

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KR20020012077A
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a hetero-junction bipolar transistor(HBT) is provided to reduce a modulation degree of a base, by uniformly controlling the flow of current injected to an emitter while precisely controlling the density in a very thin region. CONSTITUTION: A lower collector(2) and a collector Si epitaxial layer(3) are formed on a silicon substrate(1). An isolation layer is formed on the silicon substrate. A collector plug(6) and a selective implanted collector(SIC) region are formed in the active region of the silicon substrate. A mask insulation layer pattern wherein the SIC region is opened is formed on the resultant structure. A Si epitaxial layer is selectively grown by using the mask insulation layer pattern such that the Si epitaxial layer is partially and laterally over-grown on the mask insulation layer pattern. A SiGe base epitaxial layer(10) is grown on the resultant structure, and a plurality of second-dimensional doping layers are formed in the SiGe base epitaxial layer. The SiGe base epitaxial layer is patterned to define a base region. The emitter in contact with the SiGe base epitaxial layer is formed.

Description

이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법{A method for fabricating heterojunction bipolar transistor}A method for fabricating heterojunction bipolar transistor

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 이종접합 쌍극자 트랜지스터(heterojunction bipolar transistor, HBT) 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly to a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor (HBT).

SiGe 반도체는 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)으로 구성된 반도체 재료로서, 에너지 밴드와 운반자(career)의 이동도 등의 물리적 특성을 원하는 대로 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다. SiGe 헤테로 소자 관련 기술은 최근에 들어 급속히 발전하였으며 그 중에서도 HBT는 무선통신 및 광통신에 요구되는 RF 회로 등 광범위한 용도 및 주파수 영역에서 상용화하는 단계에 이르고 있다. 이 밖에도 고속동작과 고집적화에 부응하기 위하여 HFET(heterostructure field effect transistor),HCMOS(heterostructure complementary metal-oxide-semiconductor) 등의 SiGe 헤테로 소자들이 개발되고 있다.SiGe semiconductor is a semiconductor material composed of silicon (Si) and germanium (Ge), and has the advantage of controlling physical properties such as energy band and carrier mobility as desired. The technology related to SiGe hetero devices has been rapidly developed in recent years, and among them, HBT has been commercialized in a wide range of applications and frequency domains such as RF circuits required for wireless communication and optical communication. In addition, SiGe hetero devices such as heterostructure field effect transistor (HFET) and heterostructure complementary metal-oxide-semiconductor (HCMOS) have been developed to meet high-speed operation and high integration.

SiGe HBT는 실리콘 헤테로 소자 중에서 처음으로 상용화에 성공하였으며, 제조 기술면에서도 충분히 성숙하여 수율, 신뢰성, 집적화도, 생산단가 등에서 III-V족 화합물반도체와 경쟁적인 위치에 서게 되었다. 따라서 디지탈, 아나로그, RF, 마이크로웨이브, 그리고 광전소자에 이르기까지 다양한 SiGe 헤테로 소자가 이미 상용화에 부합하는 성능을 갖추었으며, 무엇보다 1 기가비트(Gbit) 급의 집적도에 해당하는 CMOS 기술과 1∼12 GHz에 해당되는 HBT 기술을 결합하여 제작하는 SiGe BiCMOS는 시스템-온-칩(system-on-a-chip)을 구현하고 있다.SiGe HBT has succeeded in commercializing for the first time among silicon hetero devices, and has matured enough in manufacturing technology to compete with group III-V compound semiconductors in yield, reliability, integration, and production cost. Therefore, various SiGe hetero devices, such as digital, analog, RF, microwave, and optoelectronic devices, are already commercially available, and above all, 1Gbit-level CMOS technology and 1 ~ The SiGe BiCMOS, which combines 12 GHz HBT technology, implements a system-on-a-chip.

SiGe이 일반적인 Si 반도체에 비하여 최대허용주파수 fmax에 대한 임계주파수 ft의 비 즉, ft/fmax가 크고, 어얼리 전압(Early voltage)가 높으며, 베이스-에미터 접합의 정확한 조절과 베이스에 존재하는 높은 전계에 의해 전자의 이동을 가속시키는 장점이 있다. III-V족 반도체인 GaAs와 비교하더라도 단일 전원공급과 낮은 턴-온(turn-on) 전압에 의한 저전력 사용, 낮은 1/f 잡음, 낮은 기생특성과 경제성 등의 장점이 있다. 한편, SiGe 소자는 3V 동작이 가능하여 단일 셀의 리튬-이온(Lithium-Ion) 또는 세 개 셀의 니켈금속하이브리드(Nikel Metal Hydride, NiMH) 배터리로 구동 가능함에 따라 무게/크기와 함께 소비전력을 줄일 수 있어 이동통신용 단말기의 부품으로 적용하기에 매우 적합하다.SiGe is a ratio of the critical frequency f t to the maximum allowable frequency f max , i.e., f t / f max is large, the early voltage is high, and the base-emitter junction is precisely controlled and the base is larger than the conventional Si semiconductor. There is an advantage of accelerating the movement of electrons by the high electric field present in the. Compared with GaAs, which is a III-V semiconductor, it has advantages such as single power supply, low power use by low turn-on voltage, low 1 / f noise, low parasitics and economic efficiency. SiGe devices, on the other hand, are capable of 3V operation and can be powered by either a single-cell Lithium-Ion or three-cell Nickel Metal Hydride (NiMH) battery, reducing power consumption with weight / size. As it can be reduced, it is very suitable to be applied as a part of mobile communication terminal.

SiGe HBT는 일반적인 BJT에서 사용하는 이온주입에 의한 베이스층을 SiGe 에피로 대체하는 점이 다르다. HBT에서 높은 이득은 베이스-에미터의 계면에서 밸런스밴드의 오프-셋(off-set)이 커서 정공의 주입을 저지함으로써 얻어지고, 전도대의 오프-셋은 작게 하여 턴-온 전압을 낮추어 전력소모를 줄인다. 또한 고농도로 도핑된 5∼10 nm 두께의 베이스는 베이스의 변조를 감소시켜 선형특성을 높이고, 임계주파수 ft를 높이고, 동시에 베이스의 저항을 낮추어 최대허용주파수 fmax도 크게 증대시킨다.SiGe HBT differs in that the base layer by ion implantation used in general BJT is replaced with SiGe epi. High gain in HBT is achieved by blocking the injection of holes due to the large off-set of the balance band at the base-emitter interface, and reducing the turn-on voltage by reducing the off-set of the conduction band. Reduce In addition, the highly doped 5-10 nm thick base reduces the modulation of the base to increase linearity, increase the critical frequency f t , and at the same time lower the resistance of the base, greatly increasing the maximum allowable frequency f max .

가장 높은 임계주파수 ft(=116 GHz)와 최대허용주파수 fmax(=160 GHz)는 다임러-클라이슬러(Daimler-Chrysler) 연구그룹에 의하여 발표되었으여, 현재 ft/fmax는 대개 70∼80 GHz 에서 소자를 설계하여 사용한다. SiGe HBT의 잡음지수는 2∼12 GHz에서 0.5∼1 dB를 유지하여 매우 우수하다. 저주파잡음의 특성을 보면 1/f 잡음에서 샷(shot)잡음으로 넘어가는 코너주파수 fc는 10∼100 GHz 동작의 경우 fc=0.1∼10 kHz로 가장 낮은 값을 얻을 수 있어, 오실레이터(oscillator)의 제작에 최적의 특성을 보인다.The highest critical frequency f t (= 116 GHz) and the maximum allowable frequency f max (= 160 GHz) have been published by the Daimler-Chrysler research group, and currently f t / f max is usually 70- The device is designed and used at 80 GHz. The noise figure of SiGe HBT is very good, keeping 0.5 to 1 dB at 2 to 12 GHz. In the characteristics of low frequency noise, the corner frequency f c from 1 / f noise to shot noise can be obtained at the lowest value of f c = 0.1 to 10 kHz for 10 to 100 GHz operation. ) Shows the best characteristics for the fabrication.

SiGe의 가능성은 1957년에 최초로 제시되었으나 SiGe 반도체의 물리적 특성, 에피성장에 의한 헤테로 구조의 제작, 쌍극자 소자특성에 관한 이해 등이 부족하여 오랜 기간이 개발과정에 소요되었으며, 1981년이 되어서야 소자에 응용이 가능한 SiGe 저온성장이 발표되기 시작하였고, 1987년에 UHV-CVD를 개발한 메이어슨(Meyerson)에 의해 동작하는 SiGe HBT가 발표되었다. 그리하여 1990년에는임계주파수 ft가 75 GHz 를 돌파하였고, 1995년도에 이르러서는 다임러-벤쯔(Daimler-Benz)에 의해 ft/ fmax=130/160 GHz 인 고주파 특성이 발표되어 밀리미터 소자급에의 응용 가능성을 보였다. 이러한 단위소자의 개발에 힘입어 1992년도에 SiGe BiCMOS가 개발되기 시작하였고, 1994 년에 IBM은 8인치 실리콘기판에 SiGe HBT를 생산할 것임을 발표하였다. 실질적으로는 1998년과 1999년에 걸쳐 아이비엠(IBM), 테믹(Temic), 맥심(Maxim), 에스지에스 톰슨(SGS Thomson) 등이 LNA, 믹서(Mixer), 전력증폭기(Power Amplifier), 전압제어발진기(VCO) 등을 출하하면서 SiGe 집적소자의 상용화가 본격화되었다.The possibility of SiGe was first presented in 1957. However, due to the lack of understanding of the physical properties of SiGe semiconductors, the fabrication of heterostructures by epitaxial growth, and the understanding of the characteristics of dipole devices, a long period of development was required. Applicable SiGe cold growth began to be announced, and in 1987, SiGe HBT, which was operated by Meyerson, who developed UHV-CVD, was announced. Thus, in 1990, the critical frequency f t exceeded 75 GHz, and by 1995 Daimler-Benz announced the high frequency characteristic of f t / f max = 130/160 GHz, Showed its applicability. With the development of these unit devices, SiGe BiCMOS began to be developed in 1992, and in 1994 IBM announced that it would produce SiGe HBT on 8-inch silicon substrates. Practically speaking, IBM, Temic, Maxim, and SGS Thomson have been using LNAs, mixers, power amplifiers, and voltage controls throughout 1998 and 1999. With the launch of oscillators (VCOs), commercialization of SiGe integrated devices is in full swing.

그러나, 아직도 CMOS의 공정기술과 공통으로 사용할 수 있는 기술을 개발하여 공정의 단계를 감소시키는 동시에 성능을 높게 하기 위해서 에피기술과 소자의 구조에 개선의 여지가 많이 남아있다.However, there is still a lot of room for improvement in epi technology and device structure in order to develop a technology that can be used in common with the process technology of CMOS to reduce the steps of the process and to improve the performance.

첨부된 도면 도 1은 종래기술에 따라 제조된 SiGe HBT의 단면도로서, 그 제조 공정은 다음과 같다.1 is a cross-sectional view of a SiGe HBT manufactured according to the prior art, the manufacturing process of which is as follows.

우선, 실리콘 기판(1)에 선택적인 이온주입을 통해 하부 콜렉터(2)를 형성하고, 실리콘 기판(1) 표면에 Si 에피층을 성장시키고 이온주입을 실시하여 콜렉터 에피층(3)을 형성한다. 이어서, 콜렉터 에피층(3)이 형성된 기판 상에 SiN 박막(도시되지 않음)으로 만든 패턴을 마스크로 이용하여 소자의 격리를 위한 LOCOS 산화막(4)을 성장시킨다.First, the lower collector 2 is formed through selective ion implantation on the silicon substrate 1, the Si epilayer is grown on the surface of the silicon substrate 1, and ion implantation is performed to form the collector epilayer 3. . Subsequently, a LOCOS oxide film 4 for isolation of the device is grown using a pattern made of a SiN thin film (not shown) as a mask on a substrate on which the collector epilayer 3 is formed.

이어서, SiN 박막을 제거하고 이온주입 마스크 공정 및 이온주입 공정을 통해 콜렉터 플러그(6) 및 콜렉터 선택이온주입된 콜렉터(Selective Implanted Collector, 이하 SIC라 함)(7)를 차례로 형성하고, 전체 구조 상부에 SiGe 베이스 에피층(10)을 성장시킨다.Subsequently, the SiN thin film was removed, and the collector plug 6 and the collector selective ion implanted collector (hereinafter referred to as SIC) 7 were sequentially formed through an ion implantation mask process and an ion implantation process, and the upper part of the entire structure. The SiGe base epitaxial layer 10 is grown.

다음으로, SiGe 베이스 에피층(10) 상에 폴리실리콘막을 증착하고 이를 패터닝하여 에미터(11) 및 콜렉터를 형성하고, 이온주입을 실시하여 외부베이스를 형성한다. 미설명 도면 부호 '12'는 측벽 스페이서, '17'은 외부베이스 이온주입에 의한 불순물 영역을 각각 나타낸 것이다.Next, a polysilicon film is deposited on the SiGe base epi layer 10 and patterned to form the emitter 11 and the collector, and ion implantation is performed to form an external base. Reference numeral '12' denotes a sidewall spacer, and '17' denotes an impurity region by external base ion implantation, respectively.

그러나, 상기와 같은 공정을 통해 제조된 종래의 SiGe HBT는 메가비트(Mbit)급의 BiCMOS와 같은 고집적회로로 활용하기에는 베이스-콜렉터 사이의 누설전류가 매우 크고 접합 캐패시턴스(capacitance)가 커서 최대허용주파수 낮은 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 매우 얇은 베이스 내부에서 도핑농도를 정확하게 조절하기 힘들어 신뢰성과 선형특성이 열화되는 문제점이 있었다.However, the conventional SiGe HBT manufactured through the above process has a high leakage current between the base and the collector and a large junction capacitance, so that the maximum permissible frequency is used for a high-integrated circuit such as BiCMOS of Mbit class. There was a low issue. In addition, there is a problem in that the reliability and linear characteristics deteriorate because it is difficult to precisely control the doping concentration inside the very thin base.

본 발명은 베이스-콜렉터 사이의 누설전류와 접합 캐패시턴스를 줄일 수 있으며, 베이스 내부의 도핑농도를 정확하게 조절할 수 있는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a heterojunction dipole transistor capable of reducing leakage current and junction capacitance between a base and a collector, and precisely adjusting a doping concentration in a base.

도 1은 종래기술에 따라 제조된 SiGe HBT의 단면도1 is a cross-sectional view of a SiGe HBT prepared according to the prior art.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 SiGe HBT 제조 공정도.2A to 2G are SiGe HBT manufacturing process diagram according to an embodiment of the present invention.

도 3a는 세 차례의 2차원 도핑을 수행하여 베이스 에피를 성장한 경우의 불순물분포와 불순물 재분포를 위한 열처리를 행한 경우의 대표적인 불순물 분포도.3A is a representative impurity distribution diagram when impurity distribution and heat treatment for impurity redistribution are performed when three-dimensional doping is performed to grow the base epi.

도 3b는 네 차례의 2차원 도핑을 실시하되, 리트로그래이드(retrograde) 도핑을 실시한 경우의 불순물 분포도.FIG. 3B is an impurity distribution diagram when four two-dimensional doping is performed and retrograde doping is performed. FIG.

도 4a는 종래의 연속도핑에 의하여 제작한 바이폴라 트랜지스터의 전계 분포도.4A is an electric field distribution diagram of a bipolar transistor manufactured by conventional continuous doping.

도 4b는 본 발명에 따라 다수의 고농도 2차원 도핑층을 균일한 농도로 배치한 경우의 전계 분포도.4B is an electric field distribution diagram when a plurality of high concentration two-dimensional doped layers are disposed at a uniform concentration in accordance with the present invention.

도 4c는 본 발명에 따라 다수의 고농도 2차원 도핑층을 농도의 구배를 주어 배치한 경우의 전계 분포도.4C is an electric field distribution diagram when a plurality of high concentration two-dimensional doped layers are disposed with a gradient of concentration according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 실리콘 기판 2 : 하부 콜렉터1: silicon substrate 2: lower collector

3 : 콜렉터 에피층 4 : LOCOS 산화막3: collector epi layer 4: LOCOS oxide film

5 : 산화막 6 : 콜렉터 플러그5: oxide film 6: collector plug

7 : 선택이온주입된 콜렉터 8 : 포토레지스트 패턴7: Selective ion implanted collector 8: Photoresist pattern

9 : Si SEG층 10 : 베이스 에피층9: Si SEG layer 10: base epi layer

11 : 에미터 12 : 산화막 측벽 스페이서11: emitter 12: oxide film sidewall spacer

13 : SiGe 에피층 14 : Ti/TiN막13: SiGe epi layer 14: Ti / TiN film

15 : Ti 실리사이드 16 : 금속배선15 Ti silicide 16 Metal wiring

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, SiGe 베이스 에피층을 구비하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법에 있어서, 상기 SiGe 베이스 에피층의 성장 과정에서 다수 번의 2차원 도핑을 실시하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is characterized in that in the method of manufacturing a heterojunction dipole transistor having a SiGe base epi layer, a plurality of two-dimensional doping is performed during the growth of the SiGe base epi layer.

또한 본 발명은, 실리콘 기판에 하부 콜렉터 및 콜렉터 Si 에피층을 형성하는 제1 단계; 상기 실리콘 기판에 소자분리막을 형성하는 제2 단계; 상기 실리콘 기판의 활성영역에 콜렉터 플러그 및 선택이온주입된 콜렉터(SIC)를 형성하는 제3 단계; 상기 제3 단계를 마친 전체 구조 상부에 상기 선택이온주입된 콜렉터(SIC) 영역이 오픈된 마스크 절연막 패턴을 형성하는 제4 단계; 상기 마스크 절연막 패턴을 이용하여 선택적으로 Si 에피층을 성장시키되, 상기 Si 에피층이 상기 마스크 절연막 패턴의 상부에 일정 정도 측면과도성장되도록 하는 제5 단계; 상기 제5 단계를 마친 전체 구조 상부에 SiGe 베이스 에피층을 성장시키되, 상기 SiGe 베이스 에피층 내에 다수의 2차원 도핑층을 형성하는 제6 단계; 상기 SiGe 베이스 에피층을 패터닝하여 베이스 영역을 정의하는 제7 단계; 및 상기 SiGe 베이스 에피층에 콘택되는 에미터를 형성하는 제8 단계를 포함하여 이루어진다.In another aspect, the present invention, the first step of forming a lower collector and a collector Si epi layer on the silicon substrate; Forming a device isolation film on the silicon substrate; A third step of forming a collector plug and a select ion implanted collector (SIC) in an active region of the silicon substrate; A fourth step of forming a mask insulating layer pattern on which the collector (SIC) region in which the selection ion implantation is opened is formed on the entire structure after the third step; A fifth step of selectively growing a Si epitaxial layer using the mask insulating layer pattern, wherein the Si epitaxial layer is also grown on the mask insulating layer pattern on the side surface to a certain degree; Growing a SiGe base epitaxial layer on the entire structure after the fifth step, and forming a plurality of two-dimensional doped layers in the SiGe base epitaxial layer; A seventh step of patterning the SiGe base epi layer to define a base region; And an eighth step of forming an emitter contacting the SiGe base epi layer.

바람직하게, 상기 제8 단계는, 도핑된 폴리실리콘막을 사용하여 상기 에미터를 형성하는 제9 단계; 상기 외부베이스 이온주입을 실시하는 제10 단계; 및 상기 에미터 측벽에 측벽 스페이서 절연막을 형성하는 제11 단계를 포함하여 이루어진다.Preferably, the eighth step may include: a ninth step of forming the emitter using a doped polysilicon film; A tenth step of performing the external base ion implantation; And an eleventh step of forming a sidewall spacer insulating layer on the emitter sidewall.

바람직하게, 상기 제11 단계 수행 후, 노출된 상기 도핑된 폴리실리콘막 및 노출된 상기 SiGe 베이스 에피층 표면에 선택적으로 SiGe 또는 Si 에피층을 성장시키는 제12 단계; 상기 제12 단계를 마친 전체 구조 표면을 따라 고융점 금속 베리어층을 형성하는 제13 단계; 열처리를 실시하여 상기 도핑된 폴리실리콘막 및 상기 SiGe 베이스 에피층 표면에 실리사이드층을 형성하는 제14 단계; 및 상기 미반응 고융점 금속 베리어층을 제거하는 제15 단계를 더 포함하여 이루어진다.Preferably, after performing the eleventh step, a twelfth step of selectively growing a SiGe or Si epilayer on the exposed doped polysilicon film and the exposed SiGe base epilayer surface; Forming a high melting point metal barrier layer along the entire structure surface of the twelfth step; Performing a heat treatment to form a silicide layer on surfaces of the doped polysilicon layer and the SiGe base epitaxial layer; And a fifteenth step of removing the unreacted high melting point metal barrier layer.

바람직하게, 상기 마스크 절연막 패턴은 저온산화막으로 형성한다.Preferably, the mask insulating film pattern is formed of a low temperature oxide film.

바람직하게, 상기 SiGe 베이스 에피층은 Si 시드층/SiGe 에피층/Si 캡층의 적층 구조로 이루어진다.Preferably, the SiGe base epi layer has a stacked structure of a Si seed layer / SiGe epi layer / Si cap layer.

바람직하게, 상기 다수의 2차원 도핑층은 상기 SiGe 에피층 내에 일정 농도로 일정 간격을 두고 형성되거나, 상기 SiGe 에피층 내에 농도 구배를 가지며 일정 간격을 두고 형성된다.Preferably, the plurality of two-dimensional doped layers are formed at regular intervals in the SiGe epi layer, or are formed at regular intervals with a concentration gradient in the SiGe epi layer.

즉, 본 발명에서 제공하는 SiGe HBT의 제조방법은 산화막 측벽을 이용하여 자기정렬한 베이스-에미터 접합과 선택적 성장을 이용하여 자기정렬한 베이스-콜렉터 접합을 형성함으로써 누설전류를 줄이고 고주파의 동작특성과 소자의 균일성을 개선하며, 베이스 에피층을 다수의 2차원 도핑층으로 형성하여 원하는 형태로 베이스의 도핑농도를 매우 얇은 영역에 국부적으로 조절할 수 있고, 성장하는 동안과 성장 후의 공정과정에 있어서 불순물의 확산을 최소화하여, 매우 얇은 베이스 내부에서 도핑농도를 정확하게 조절할 수 있는 장점을 제공함으로써, 고속동작에서 선형특성이 우수하며 누설전류도 낮은 소자를 제작할 수 있도록 한다. 이러한 본 발명은 저온 공정이 요구되는 차세대 극미세 실리콘 반도체나 양자 소자 제작 공정에 유용하게 사용될 수 있다.That is, the method of manufacturing SiGe HBT according to the present invention forms a self-aligned base-collector junction by using self-aligned base-emitter junction and selective growth using oxide sidewalls to reduce leakage current and operate at high frequency. It improves the uniformity of the device and the base epi layer by forming a plurality of two-dimensional doping layers so that the doping concentration of the base can be locally controlled in a very thin area in a desired shape, and during and after the growth process. By minimizing the diffusion of impurities, it provides the advantage of precisely controlling the doping concentration in a very thin base, making it possible to manufacture devices with excellent linear characteristics and low leakage current in high speed operation. The present invention can be usefully used for the next generation ultra-fine silicon semiconductor or quantum device fabrication process requiring low temperature process.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention.

첨부된 도면 도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 SiGe HBT 제조 공정을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 설명한다.2A to 2G illustrate a SiGe HBT manufacturing process according to an embodiment of the present invention, which will be described below with reference to the drawings.

본 실시예에 따른 SiGe HBT 제조 공정은 우선, 도 2a에 도시된 바와 같이 비저항이 5∼8 ohm·cm인 실리콘 기판(1)에 As이온을 80 keV의 에너지로 주입하여 하부 콜렉터(2)를 형성한 뒤에 상압화학기상증착(APCVD) 모드에서 디클로로실란(DCS) 가스를 사용하여 Si 에피층을 성장시키고 P이온을 이온주입하여 콜렉터 에피층(3)을 형성한다. 이어서, 콜렉터 에피층(3)이 형성된 기판 상에 SiN 박막(도시되지 않음)을 160 nm 두께로 증착하여 만든 패턴을 마스크로 이용하여 소자의 격리를 위한 LOCOS 산화막(4)을 성장시킨다.In the SiGe HBT manufacturing process according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 2A, as ion is injected into the silicon substrate 1 having a resistivity of 5 to 8 ohm · cm at 80 keV, the lower collector 2 is injected. After the formation, the Si epilayer is grown using dichlorosilane (DCS) gas in atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) mode, and P ion is implanted to form the collector epilayer 3. Subsequently, a LOCOS oxide film 4 for isolation of the device is grown using a pattern formed by depositing a SiN thin film (not shown) in a thickness of 160 nm on a substrate on which the collector epi layer 3 is formed.

계속하여, SiN 박막을 제거하고 전체 구조 상부에 산화막(5)을 증착한 다음, 이온주입 마스크 공정 및 이온주입 공정(n형 불순물)을 통해 콜렉터 플러그(6)를 형성하고, 에미터와 베이스를 자기정렬시키기 위하여 에미터 영역을 오픈시키는 포토레지스트 패턴(8)을 산화막(5) 상에 형성하고, n형 불순물을 이온주입하여 선택이온주입된 콜렉터(SIC)(7)를 형성한다. 여기서, 산화막(5)은 저온산화막(LTO)을 사용하는 것이 바람직하며, 이온주입 공정시 기판을 보호하는 역할을 한다.Subsequently, the SiN thin film is removed and the oxide film 5 is deposited on the entire structure, and then the collector plug 6 is formed through an ion implantation mask process and an ion implantation process (n-type impurities), and the emitter and the base are formed. A photoresist pattern 8 for opening the emitter region for self alignment is formed on the oxide film 5, and n-type impurities are ion implanted to form a selective ion implanted collector (SIC) 7. Here, the oxide film 5 preferably uses a low temperature oxide film (LTO), and serves to protect the substrate during the ion implantation process.

위에서 웨이퍼를 성장챔버에 장입하기에 앞서 4:1 H2SO4/H2O2용액 및 100:1H2O/HF 용액에서 연속적으로 세척하여 기판 표면의 자연산화막과 불순물을 제거한다. 그 후에 매우 얇게 짧은 시간에 표면으로 흡착되는 자연산화막은 성장장치의 챔버에서 수소분위기로 열처리하여 제거한다. APCVD 성장장치는 석영챔버의 위와 아래에서 텡스텐-할로겐 램프로 가열하여 급속열처리의 기능을 지닌다. 성장챔버는 한쪽 측면에서 가스가 주입되어 기판위를 통과하여 반대편으로 펌핑(pumping)되는 직육면체의 구조이고, 웨이퍼를 0∼50 rpm으로 회전시켜 박막두께의 편차가 1% 이내로 매우 균일한 에피를 성장시킨다. 웨이퍼를 올려 놓는 열판은 SiC가 코팅된 흑연판을 사용하여 불순물 가스의 탈기(out-gassing)를 방지한다. 반응 가스인 SiH4, GeH4(1.5% in H2), PH3(5% in H2), B2H6(1000 ppm in H2)는 99.990% 이상의 고 순도이고, 운송 가스인 H2는 인-라인(In-line) 정제기를 통과시켜 공급한다.Prior to loading the wafer into the growth chamber from above, the wafer is washed successively in a 4: 1 H 2 SO 4 / H 2 O 2 solution and a 100: 1H 2 O / HF solution to remove the native oxide film and impurities from the substrate surface. After that, the natural oxide film adsorbed to the surface in a very short time is removed by heat treatment with a hydrogen atmosphere in the chamber of the growth apparatus. The APCVD growth apparatus is heated by a tungsten-halogen lamp at the top and bottom of the quartz chamber to provide rapid heat treatment. The growth chamber is a rectangular parallelepiped structure in which gas is injected from one side to be pumped to the opposite side through the substrate, and the wafer is rotated at 0 to 50 rpm to grow a very uniform epi with less than 1% of thin film thickness variation. Let's do it. The hot plate on which the wafer is placed uses a SiC coated graphite plate to prevent out-gassing of the impurity gas. The reaction gases SiH 4 , GeH 4 (1.5% in H 2 ), PH 3 (5% in H 2 ), B 2 H 6 (1000 ppm in H 2 ) are high purity of 99.990% or higher and H 2 Is fed through an in-line purifier.

콜렉터는 Si 에피를 사용하므로 1100oC의 고온에서 DCS 가스를 사용하여 APCVD 모드로 증착한다. DCS는 대략 1080oC 이상의 온도에서 열분해 되며, 그 이상의 고온에서 실리콘 에피의 성장속도는 온도변화에 독립적이고 DCS 소스의 주입량에 전적으로 의존하는 확산제어(diffusion control) 모드에서 성장된다. 즉, 대략 1000oC 이하에서 DCS가 실리콘 기판(1)에서 성장되는 전구체중재탈착(Precursor mediated desorption) 모델에 의해 설명될 수 있으며, 주요 카이네틱(Kinetic) 반응기구는 다음의 반응식 1로 나타낼 수 있다.Since the collector uses Si epi, it is deposited in APCVD mode using DCS gas at a high temperature of 1100 o C. DCS is pyrolyzed at temperatures above approximately 1080 o C, and at higher temperatures, the growth rate of the silicon epi is grown in diffusion control mode, which is independent of temperature changes and depends entirely on the dosage of the DCS source. That is, the DCS can be described by the Precursor mediated desorption model in which the DCS is grown on the silicon substrate 1 at about 1000 o C or less, and the main Kinetic reactor is represented by the following scheme 1. Can be.

SiH2Cl2+Si(s) →2HSi *+2ClSi *+Si(b)SiH 2 Cl 2 + Si (s) → 2H Si * + 2Cl Si * + Si (b)

여기서, '*'는 화학적으로 흡착된 상태를 의미하며, 괄호속의 's'와 'b'는 각각 기판(substrate)과 벌크(bulk)를 의미한다. 위의 반응기구의 활성화에너지는 대략 3.8 kcal/mole로 알려져 있다.Here, '*' means a chemically adsorbed state, and 's' and 'b' in parentheses mean a substrate and a bulk, respectively. The activation energy of the reactor is known to be approximately 3.8 kcal / mole.

다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 포토레지스트 패턴(8)과 산화막(5)을 제거하고, 다시 SIC(7) 영역이 오픈된 산화막 패턴(18)을 형성한다. 이때, 산화막 패턴(18)은 산화막(5)를 제거하지 않고 패터닝하여 사용할 수 있으나, 정밀한 공정 조건 제어를 위해서 다시 증착(저온 산화막이 바람직)하여 패터닝하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 2B, the photoresist pattern 8 and the oxide film 5 are removed, and the oxide film pattern 18 in which the SIC 7 region is opened is formed again. In this case, the oxide film pattern 18 may be patterned without removing the oxide film 5, but it is preferable to deposit and pattern the oxide film pattern again (preferably low temperature oxide film) for precise process condition control.

계속하여, 도 2c는 LOCOS 산화막(4)과 산화막 패턴(18)을 마스크로 사용한 Si SEG(selective epytaxial growth)층(9)의 선택성장 후의 상태를 나타낸 것이다. 이때, 증착과 에칭을 반복하는 성장법을 이용하여 700oC 이하의 저온에서 Si SEG층(9)을 선택성장시킬 수 있다. SiH4가스를 이용한 성장의 경우 잠입 시간이 60∼90 초로 짧고, 산화막(18) 위에 결정핵들이 형성되어 작은 결정입자들이 존재하기 시작하면 빠른 속도로 성장을 해나간다. 따라서, 잠입시간 보다 짧은 증착시간을 유지하고 그 후 산화막(18) 위에 형성될 수 있는 입자들을 에칭하는 방법으로 산화막(5)과 실리콘(Si)에서의 선택비(selectivity)를 높일 수 있다. 한편, 잠입시간을 길게 하기 위하여 SiH4와 HCl을 함께 흘려주면서 증착을 하고, 바로 다음 HCl만 넣어서 에칭을 함으로써 증착과 에칭을 반복하여 성장할 수도 있다.Subsequently, FIG. 2C shows a state after the selective growth of the selective epytaxial growth (Si SEG) layer 9 using the LOCOS oxide film 4 and the oxide film pattern 18 as a mask. At this time, the Si SEG layer 9 may be selectively grown at a low temperature of 700 ° C. or lower using a growth method of repeating deposition and etching. In the case of growth using SiH 4 gas, the immersion time is short as 60 to 90 seconds, and when the crystal nuclei are formed on the oxide film 18 and small crystal grains start to exist, they grow rapidly. Therefore, the selectivity between the oxide film 5 and the silicon Si may be increased by maintaining the deposition time shorter than the immersion time and then etching the particles that may be formed on the oxide film 18. Meanwhile, in order to increase the immersion time, deposition may be performed while flowing SiH 4 and HCl together, followed by etching with only the next HCl, followed by repeated deposition and etching.

한편, 실리콘 SEG층(9)는 800oC 이상의 고온에서는 쉽게 형성이 되지만 산화막 측벽 근처에서 발생되는 결함과 성장시 형성되는 깍은면(facet)을 조절하는 것이 중요한 이슈가 된다. 또한, 열적 부담을 줄이면서 양질의 에피박막을 아주 저온인 600∼700oC 근처에서 얻고자 하는 SEG 기술이 중요하다. 따라서 주로 고 진공과 저온성장에 집중하는데, 저온으로 내려갈수록 산소 분압이나 습기 등이 SEG에 많은 영향을 끼친다. 600oC에서 SEG가 가능하려면 그 분압이 30∼100 ppb 이하가 되어야 한다. 심한 경우는 750oC에서 H2O와 O2의 양이 50 ppb와 20 ppb만 되어도 단결정과 다결정의 전이가 일어날 수 있다.On the other hand, although the silicon SEG layer 9 is easily formed at a high temperature of 800 ° C. or higher, it is an important issue to control defects generated near the oxide sidewalls and facets formed during growth. In addition, SEG technology is important in order to reduce the thermal burden and obtain a good quality epitaxial film at a very low temperature near 600 to 700 ° C. Therefore, it concentrates mainly on high vacuum and low temperature growth, and as the temperature goes down to low temperature, the partial pressure of oxygen and moisture affect the SEG. For SEG to be possible at 600 o C, the partial pressure must be below 30 to 100 ppb. In severe cases, single and polycrystalline transitions can occur even at 50 and 20 ppb of H 2 O and O 2 at 750 o C.

기본적으로, SEG법을 통해 양질의 에피탁시 박막을 얻기 위해서는 전체적인 소스 가스 및 캐리어 가스, 기판 표면 그리고 산소나 습기가 없는 챔버 분위기를 유지해야 한다. 그리고, SEG 성장에 사용되는 마스크의 물질은 산화막과 질화막이 많이 사용되는데 산화막도 증착법(예컨대, 습식, 건식, 저온 증착)에 따라 조금씩 차이가 나며, 질화막을 사용할 경우 선택비가 떨어지는 단점이 있다. 또한 마스크층 측면의 상태가 결함(예컨대, 트윈(twin), 스택킹 결함(stacking fault)) 및 깍은면({113}, {111})) 등의 형성에 영향을 미치므로 적절한 처리를 필요로 하게 된다.Basically, in order to obtain high quality epitaxy thin film through SEG method, it is necessary to maintain the entire source gas and carrier gas, the substrate surface and the chamber atmosphere free of oxygen or moisture. In addition, as the material of the mask used for the growth of SEG, oxide film and nitride film are used a lot, and the oxide film also differs little by little depending on the deposition method (for example, wet, dry, low temperature deposition). In addition, the state of the side of the mask layer affects the formation of defects (e.g., twins, stacking faults, and cutting faces {{}}, {111}), so appropriate treatment is required. Done.

상기와 같은 SEG 공정에 이어서 측면과도성장(Lateral Over Growth, LOG)를 연속적으로 실행하여 산화막(18)의 위에서 에미터 영역의 가장자리 옆으로 0.5 mm 이상 결함이 없이 결정성장이 일어나도록 한다. 이때, 실리콘의 핵생성이 산화막(18) 위에서 유발되지 않도록 하는 것이 중요하며 발생되더라도 염소(Cl)와의 반응에 의하여 분해하여 탈착(desorption)되도록 반응가스의 증기압을 1 mTorr 이하로 낮게 유지한다.Subsequent to the above-described SEG process, Lateral Over Growth (LOG) is continuously performed to allow crystal growth to occur without defects of 0.5 mm or more above the edge of the emitter region on the oxide film 18. At this time, it is important that the nucleation of silicon is not induced on the oxide film 18, and even if it is generated, the vapor pressure of the reaction gas is maintained at 1 mTorr or lower so as to decompose and desorb by the reaction with chlorine (Cl).

다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이 SiGe 베이스 에피층(10)을 형성한다. SiGe 베이스 에피층(10)은 Si 시드(seed)층, SiGe 에피층 및 그 상부의 Si 캡(cap)층의 적층 구조로 형성하며, 이 중 SiGe 에피층을 성장시킬 때 인-시츄(In-situ)로 2차원 도핑을 다수 번 실시한다. 2차원 도핑은 Si 소오스 및 Ge 소오스를 공급하여 에피층을 성장시키다가 일정 시간동안 그 공급을 중단하고 도핑 소오스(예컨대, B2H6)를 공급한다.Next, as shown in FIG. 2D, the SiGe base epitaxial layer 10 is formed. The SiGe base epi layer 10 is formed of a stacked structure of a Si seed layer, a SiGe epi layer, and an Si cap layer thereon, and in-situ of the SiGe epi layer is grown. situ) two-dimensional doping several times. Two-dimensional doping supplies an Si source and a Ge source to grow an epitaxial layer, stops the supply for a predetermined time, and supplies a doping source (eg, B 2 H 6 ).

이를 자세히 설명한다. 콜렉터의 형성이 완료된 기판은 베이스 성장을 위한 온도로 조절한 다음, 곧 이어서 베이스 에피층 성장으로 연결된다. 따라서, 콜렉터와 베이스의 접합이 형성될 때 웨이퍼가 성장챔버 밖으로 노출되는 않도록 하는 것이 고 품위의 베이스-에미터 접합을 만드는데 유리하다. 특히 베이스의 성장조건은 여러 층으로 구성되는 이종접합 구조의 에피를 사용하여, 저온에서 SiGe 에피를 성장하여 붕소(B)의 확산을 억제하고, 에피성장시 불순물로 주입되는 산소의 양을 최소화 한다. 일반적으로 산소원자가 에피에 주입되는 농도는 700oC 이하에서 가시적으로 증가하여 1019cm-3이상의 수준으로 높아질 수 있다. 실리콘의 기판 표면에서의 카이네틱 반응이 대부분인 600∼900oC 영역에서 연속적으로 성장한다고 할 때, SiH4가 반응하는 주된 반응기구는 다음의 반응식 2 및 반응식 3으로 나타낼 수 있다.This is explained in detail. The substrate on which the collector is formed is adjusted to a temperature for base growth, and then directly connected to base epilayer growth. Therefore, it is advantageous to make the base-emitter junction of high quality so that the wafer is not exposed out of the growth chamber when the collector-base junction is formed. In particular, the growth condition of the base is to use a heterojunction structure composed of multiple layers to grow SiGe epi at low temperature to suppress the diffusion of boron (B) and to minimize the amount of oxygen injected into the impurities during epi growth. . In general, the concentration of oxygen atoms injected into the epi can be increased to a level of 10 19 cm -3 or more visible increase below 700 ° C. Assuming that the kinetic reaction at the substrate surface of silicon is continuously grown in the region of 600 to 900 ° C., the main reactors to which SiH 4 is reacted can be represented by the following schemes (2) and (3).

SiH4+2Si(s) →2SiH+Si(b)+H2 SiH 4 + 2Si (s) → 2SiH + Si (b) + H 2

SiH →Si(s)+1/2H2 SiH → Si (s) + 1/2 H 2

상기의 반응식 2 및 반응식 3은 각각 고온과 저온의 성장에서 속도를 제어하는 반응으로 알려져 있다. 한편, SiH4소스와 마찬가지로 GeH4도 동일한 반응과정을 보이는데 에피성장을 위한 활성화에너지는 SiH4와 GeH4의 경우 각각 1.6 eV와 1.0 eV로 알려져 있다. 따라서 GeH4를 주입하여 SiGe를 성장하는 경우 성장속도가 급격히 증가하며, 압력을 10∼50 Torr로, 온도를 550∼700oC로 하여 10 nm/분 이하의 성장률로 SiGe 에피층을 성장시킨다.Schemes 2 and 3 are known to control the rate of growth at high and low temperatures, respectively. Meanwhile, like SiH 4 sources, GeH 4 exhibits the same reaction process. The activation energy for epi growth is known to be 1.6 eV and 1.0 eV for SiH 4 and GeH 4 , respectively. Therefore, when SiGe is grown by injecting GeH 4 , the growth rate is rapidly increased, and the SiGe epilayer is grown at a growth rate of 10 nm / min or less with a pressure of 10 to 50 Torr and a temperature of 550 to 700 ° C.

SiGe 에피층은 Ge의 조성이 5% 이내로 균일하여야 하고, 계면에서 탄소(C),산소(O)의 양이 적어야 하며, 날카로운 도핑농도의 조절, 생산성(throughput)이 높은 성장공정, 높은 열안정성(600oC 부근에서 박막의 응력이완이나 결함발생 문제), 저 결함(고수율, 저비용), 그리고 800∼1000oC 열처리가 가능해야 한다. 저온성장은 SiGe/Si의 계면확산과 붕소(B)의 확산은 650oC 이하로 온도를 유지하여 저지하고, 준안정한 SiGe층의 응력이완에 따른 결함생성을 방지한다, 그러나, Si의 표면확산이 충분하지 못해 결정결함을 내포하게 되거나, 자연산화막의 인-시츄 세척이 어렵고, 성장속도가 낮고, 고농도의 n형, p형 불순물을 인-시츄 도핑하기 때문에 장기간의 안정성과 신뢰성 확보가 어렵다. 이러한 저온성장의 문제점들을 고진공이 다소 해결할 수 있는데, 고진공에서 분자 플로우(molecular flow)로 균일도를 높이고, 기상반응을 줄이고 표면반응에 의하여 에피성장을 통제하도록 한다. 저온에서 고품질의 에피성장이 가능하여 로딩 효과(loading effect)가 작고, 결함이나 불순물의 농도를 최소화 하며, SEG 성장에 유리하다.The SiGe epilayer should be uniform in Ge composition within 5%, low in carbon (C) and oxygen (O) at the interface, sharp doping concentration control, high productivity growth process, high thermal stability (Problem of stress relaxation or defect occurrence of thin film near 600 o C), low defects (high yield, low cost), and 800 to 1000 o C heat treatment should be possible. Low temperature growth prevents interfacial diffusion of SiGe / Si and diffusion of boron (B) by keeping the temperature below 650 o C, and prevents defects due to stress relaxation of metastable SiGe layer. However, surface diffusion of Si Insufficient crystallization may result in crystal defects, difficult in-situ cleaning of the natural oxide film, low growth rate, and in-situ doping of high concentrations of n-type and p-type impurities, making it difficult to secure long-term stability and reliability. The problem of low temperature growth can be solved somewhat by high vacuum, which increases the uniformity from the high vacuum to the molecular flow, reduces the gas phase reaction, and controls the epi growth by the surface reaction. High-quality epitaxial growth is possible at low temperature, so the loading effect is small, the concentration of defects or impurities is minimized, and it is advantageous for SEG growth.

실리콘의 위에 성장되는 베이스가 Si1-xGex인 경우 임계두께(hc)는 에피의 성장조건에 의존하는데, 성장온도를 저온으로 할수록 임계두께는 증가한다. 임계두께에 관한 이론은 매우 잘 정립되어 있으며, 임계두께의 일반식은 다음의 수학식 1로 나타낼 수 있다.When the base grown on silicon is Si 1-x Ge x , the critical thickness h c depends on the growth conditions of the epi, and the lower the growth temperature, the critical thickness increases. The theory of the critical thickness is very well established, the general formula of the critical thickness can be represented by the following equation (1).

여기서, n, a, b는 상수, x는 Ge의 몰분률이다. 고온성장(700∼800oC)에 있어서 'Van der Merwe'의 이론(n=1, a=0.55, b=0.1)에 매우 잘 일치하여, 실험결과는 1.7793x-1.2371(nm)의 값을 따른다. 성장온도를 낮추면 임계두께가 증가하기 시작하여 'People & Bean'의 에너지밸런스의 이론을 따르며, 550oC 이하의 저온에서는 임계두께가 10배 정도로 증가하여 n=2, a=1, b=0.38을 실험결과로부터 얻을 수 있다.Where n, a, b are constants, and x is the mole fraction of Ge. The high temperature growth (700 ~ 800 o C) is very consistent with Van der Merwe's theory (n = 1, a = 0.55, b = 0.1), and the experimental result is 1.7793x -1.2371 (nm). Follow. When the growth temperature is lowered, the critical thickness starts to increase and follows the theory of energy balance of 'People &Bean'.In low temperature below 550 o C, the critical thickness increases by about 10 times and n = 2, a = 1, b = 0.38 Can be obtained from the experimental results.

베이스에서의 Ge의 몰분률을 삼각형이나 사각형으로 사용하는데 삼각형의 경우는 임계두께가 증가하고 전계에 의한 전자의 가속효과가 장점이며, 사각형의 모양은 매우 얇은 베이스층으로 동작주파수를 높이는데 유리하다.The mole fraction of Ge in the base is used as a triangle or a square. In the case of a triangle, the critical thickness is increased and the acceleration effect of electrons by the electric field is advantageous. The shape of the rectangle is very thin in the base layer, which is advantageous for increasing the operating frequency. .

한편, 임계두께 이하에서 에피층을 성장하여 에너지갭을 조절해야 원하는 헤테로 소자를 제작할 수 있다. Si1-xGex의 에너지갭은 x<0.85에서 Eg=1.155-0.43x+0.0206x2(eV), x>0.85에서 Eg=2.01-1.27x (eV)로 각각 조절된다. 단, 이완된 Si1-yGey위에 응력이 걸린 Si1-xGex가 성장되는 경우 (Si1-yGey/Si1-xGex), x>y이면 압축응력에 의해 밸런스밴드에 오프셋이 대부분 걸려서Ev=(0.74-0.06y)(x-y) eV가 되고, x<0.6이면 인장응력이 인가되어 컨덕션밴드에 오프셋이 대부분 발생되어Ec=0.6y (eV)가 된다. 따라서, 이완된 SiGe층의 사이에서 압축응력을 받는 SiGe베이스층은 밸런스밴드의 오프셋을 크게 하여 전도도가 증가된 전도층을 형성시키게 된다. 이때, 계면에서의 상호혼합은 매우 중요하다. HBT의 베이스의 밸런스밴드에 70∼110 meV 의 오프셋이 발생되어 정공에 대한 배리어를 높이게 되어 전류이득을 증가시킨다.On the other hand, it is necessary to grow the epi layer below the critical thickness to control the energy gap to produce the desired hetero device. The energy gap of Si 1-x Ge x is controlled in each of x <in 0.85 E g = 1.155-0.43x + 0.0206x 2 (eV), x> 0.85 as E g = 2.01-1.27x (eV). However, when stressed Si 1-x Ge x is grown on the relaxed Si 1-y Ge y (Si 1-y Ge y / Si 1-x Ge x ), if x> y, the balance band is caused by the compressive stress. Most of the offset E v = (0.74-0.06y) (xy) eV, and when x <0.6, tensile stress is applied and most of offset is generated in the conduction band. E c = 0.6y (eV). Accordingly, the SiGe base layer subjected to the compressive stress between the relaxed SiGe layers increases the offset of the balance band to form a conductive layer having increased conductivity. At this time, intermixing at the interface is very important. An offset of 70-110 meV is generated in the balance band of the base of the HBT to increase the barrier to holes, thereby increasing the current gain.

전술한 바와 같이 베이스 에피층은 Ge의 몰분률이 사각형 또는 삼각형을 이루는 구조를 사용한다. 이때, 실리콘이 노출된 활성영역에는 단결정의 에피가 성장되고, 산화막(18) 위에는 다결정의 상태로 성장된다.As described above, the base epi layer has a structure in which the mole fraction of Ge forms a rectangle or a triangle. At this time, epitaxial single crystals are grown in the active region where silicon is exposed, and polycrystalline crystals are grown on the oxide film 18.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이 광묘사패턴(lithography) 작업을 통해 SiGe 베이스 에피층(10)을 패터닝하여 베이스로 사용될 영역만을 남긴다. 다음으로, 기판에 다시 저온산화막(도시되지 않음)을 증착한 후에 건식식각과 습식식각을 반복하는 방식으로 에미터 접합을 위한 영역을 형성하고, 기판을 RPCVD 장비에 장입하여 인-시츄 도핑된 P형의 다결정실리콘 박막(11)을 증착한 다음, 다결정실리콘 박막(11) 및 저온산화막을 차례로 건식 식각하여 에미터 접합 및 콜렉터 접합을 형성한다. 콜렉터 접합의 경우 콜렉터 플러그(6)에 연결되도록 미리 콘택 부분을 확보해야 한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2E, the SiGe base epitaxial layer 10 is patterned through a lithography operation to leave only the region to be used as the base. Next, after depositing a low temperature oxide film (not shown) on the substrate again, a region for emitter bonding is formed by repeating dry etching and wet etching, and loading the substrate into an RPCVD apparatus to insert in-situ doped P. After depositing the polysilicon thin film 11 of the type, the polysilicon thin film 11 and the low temperature oxide film are sequentially dry-etched to form an emitter junction and a collector junction. In the case of a collector joint, a contact portion must be secured in advance so as to be connected to the collector plug 6.

통상적으로, BJT에서는 에미터 형성을 위하여 수소분위기 열처리에 의한 표면산화막의 제거가 많이 사용된다. 그러나, HBT에서는 SiGe 베이스 에피층(10)이 파괴되지 않고 유지되야 하는 열적 부담(thermal budget) 문제로 인하여 고온에서 H2환원에 의하여 표면의 자연산화막을 제거할 수 없다. 따라서 인-시츄로 자연산화막을 제거하기 어려우므로 기판의 표면에 잔류하는 미량의 자연산화막을 완벽하게 제거하기 어렵다. 이러한 자연산화막이 적절히 통제되지 않아 수 nm 두께로 에미터와 베이스의 계면에 잔류하면, 전류이득(gain)을 비정상적으로 높이는 동시에 에미터 저항을 증가 시키게 된다. 따라서, 1021cm-3이상의 고농도로 주입된 에미터의 불순물을 열처리과정에서 적절히 드라이브-인(Drive-in)하여 문제를 해결한다. 이와 동시에 드라이브-인에 의한 열처리는 에미터 접합창을 만들기 위한 산화막의 건식식각에서 발생시킨 표면부위의 결함을 어닐링(annealing)하는 동시에 고농도 에미터접합의 내부로 들어가게 되어 공핍층을 통한 누설전류를 최소화 한다. 한편, 고진공의 로드-록(Load-Lock)이 있는 LPCVD 장비나 UHVCVD 장비는 HF 처리에서 H-Si의 결합으로 실리콘의 표면을 보호하고 성장전에 저온에서 표면처리하는 방법을 사용한다.Typically, in BJT, the removal of the surface oxide film by hydrogen atmosphere heat treatment is frequently used to form the emitter. However, in HBT, the natural oxide film on the surface cannot be removed by H 2 reduction at high temperature due to a thermal budget problem in which the SiGe base epi layer 10 must be maintained without being destroyed. Therefore, since it is difficult to remove the native oxide film in-situ, it is difficult to completely remove the trace amount of the natural oxide film remaining on the surface of the substrate. If the natural oxide film is not properly controlled and remains at the interface between the emitter and the base in a few nm thickness, the current gain is abnormally increased and the emitter resistance is increased. Therefore, the problem is solved by appropriately driving-in the impurity of the emitter injected at a high concentration of 10 21 cm −3 or more during the heat treatment process. At the same time, heat-treatment by drive-in annealed the defects of the surface area caused by dry etching of the oxide film to make the emitter junction window, and enters the high concentration emitter junction, thereby preventing leakage current through the depletion layer. Minimize. On the other hand, LPCVD equipment or UHVCVD equipment with high vacuum load-lock uses a method of protecting the surface of silicon by H-Si bonding in HF treatment and surface treatment at low temperature before growth.

계속하여, 전체 구조 상부에 BF2를 이온주입하여 자기정렬을 위한 외부베이스(Extrinsic Base)를 형성하고, 저온산화막을 사용하여 에미터 전극 측벽에 산화막 측벽 스페이서(12)를 형성한 다음, SiGe 베이스 에피층(12) 및 다결정실리콘 박막(11) 상에 SiGe 에피층(또는 Si 에피층)(13)을 선택적으로 성장시킨다. 이때, SiGe 에피층(13)은 저온 SEG 기술을 이용하여 40∼200 nm 두께로 성장시킨다.Subsequently, BF 2 is ion-implanted on the entire structure to form an extrinsic base for self-alignment, and an oxide sidewall spacer 12 is formed on the sidewall of the emitter electrode using a low temperature oxide film, followed by SiGe base. The SiGe epi layer (or Si epi layer) 13 is selectively grown on the epi layer 12 and the polysilicon thin film 11. At this time, the SiGe epilayer 13 is grown to a thickness of 40 to 200 nm using a low temperature SEG technique.

이처럼 외부베이스 상에 SiGe 에피층(13)을 증착하는 기술은 후속 Ti 실리사이드(15)의 안정된 형성을 돕고 베이스의 저항을 줄이는데 매우 중요한 역할을 하며, 에미터와 외부베이스가 자기정렬되도록 한다. 그 성장을 위해 앞서 설명한 성장과 식각을 반복하는 방식을 이용하고, 성장온도는 700oC 이하, 사용가스는 성장시 SiH4+ GeH4+ HCl(SiGe 에피성장의 경우)를, 식각시 HCl을 각각 사용한다. 성장률은 온도가 650oC 이상에서 3 nm/분 이상, 도핑은 PH3과 B2H6가스를 이용하여 1021cm-3까지 가능하다.This technique of depositing the SiGe epilayer 13 on the outer base plays a very important role in helping to stabilize the formation of subsequent Ti silicide 15 and reducing the resistance of the base, allowing the emitter and outer base to self-align. For the growth, the growth and etching method described above is repeated. The growth temperature is 700 o C or less, and the used gas is SiH 4 + GeH 4 + HCl (in case of SiGe epitaxial growth), and HCl is used for etching. Use each. The growth rate is above 3 nm / min at temperatures above 650 o C and doping is possible up to 10 21 cm -3 using PH 3 and B 2 H 6 gases.

다음으로, 도 2f에 도시된 바와 같이 전체 구조 상에 베리어인 Ti/TiN막(14)을 스퍼터링법을 통해 각각 20∼40 nm 두께로 증착한다.Next, as shown in FIG. 2F, Ti / TiN films 14, which are barriers, are deposited on the entire structure to a thickness of 20 to 40 nm, respectively, by sputtering.

이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이 일차의 실리사이드화 급속열처리에서 C49상을 형성하고, NH4OH를 베이스로 하는 화학용액으로 습식식각하여 산화막(18) 및 산화막 측벽 스페이서(12) 상의 미반응 Ti/TiN(14)막을 제거하고, 이차의 급속열처리에서 C54상의 Ti 실리사이드(15)를 형성함으로써 5 ohm/이하의 낮은 면저항을 갖는 접합을 형성한 다음, 후속 층간절연막(19) 및 금속배선(16) 공정을 진행한다.Subsequently, as shown in FIG. 2G, in the first silicide-ized rapid heat treatment, a C49 phase is formed and wet-etched with a chemical solution based on NH 4 OH to react with unreacted Ti on the oxide film 18 and the oxide sidewall spacer 12. 5 ohm / by removing the TiN (14) film and forming Ti silicide 15 on C54 in the second rapid thermal treatment. After forming a junction having the following low sheet resistance, a subsequent interlayer insulating film 19 and metallization 16 process is performed.

이때, SiGe HBT의 단면모양은 에미터, 베이스, 콜렉터 전극, 에미터의 단면구조, 산화막 측벽 스페이서 등이 자기정렬되어 BiCMOS를 구현하는데 매우 적합한 구조를 갖는다.At this time, the cross-sectional shape of the SiGe HBT has a structure that is very suitable for implementing BiCMOS by self-aligning the emitter, the base, the collector electrode, the cross-sectional structure of the emitter, the oxide sidewall spacer, and the like.

한편, 상기 도 2d에서 SiGe 베이스 에피층(10)을 성장시킬 때, 중요한 점은 원자층 에피성장 제어기술을 응용하여 베이스층에 다수의 2차원 도핑층을 형성하는 것이다.Meanwhile, when growing the SiGe base epitaxial layer 10 in FIG. 2D, an important point is to form a plurality of two-dimensional doped layers in the base layer by applying atomic layer epitaxial growth control technology.

우선, 도 3a는 세 차례의 2차원 도핑을 수행하여 베이스 에피를 성장한 경우의 불순물분포와 불순물 재분포를 위한 열처리를 행한 경우의 대표적인 불순물 분포를 나타낸 것으로, 비교를 위하여 종래의 연속도핑(continuous doping)의 경우를 함께 나타내었다.First, FIG. 3A shows a representative impurity distribution when the impurity distribution when the base epi is grown by three-dimensional doping and the heat treatment for impurity redistribution. FIG. 3A shows a conventional continuous doping for comparison. ) Is shown together.

2차원 도핑의 장점으로는 Si와 SiGe 사이의 이종접합 구조를 이용하여 에너지밴드가 조절되는 베이스를 사용하는데 있어서, 베이스를 고농도 도핑하는 동시에 베이스 폭을 축소하여 동작속도를 높일 수 있다는 것이다. 즉, 베이스 폭을 축소하여 이득을 높이고, 턴-온 전압을 낮추어 고주파 전력소모를 최소화한다. 그리고, 베이스를 고농도로 하여 베이스 폭의 변조율이 작게 하여 선형성을 높인다. 이때, 에미터로부터 주입되는 전자가 콜렉터로 도달하는 시간 (τec)는 임계주파수 ft(=1/2πτec)를 결정하게 된다. 우선, SiGe의 가장 큰 장점은 고속동작특성이 우수하다는 점이다. 아래의 수식에서 베이스의 폭을 줄여서 전자가 이동하는 시간을 줄임으로써 임계주파수 ft를 높이고, 또한 베이스 저항 Rb와 베이스-콜렉터 캐패시턴스 Cbc가 작게 설계할 수 있어 최대허용주파수 fmax를 높인다.The advantage of two-dimensional doping is that in the use of a base where the energy band is controlled by using a heterojunction structure between Si and SiGe, the operation speed can be increased by doping the base at a high concentration and reducing the base width. That is, the base width is reduced to increase the gain, and the turn-on voltage is reduced to minimize the high frequency power consumption. And the base is made high, and the modulation rate of a base width is made small and linearity is improved. In this case, the time τ ec at which the electrons injected from the emitter arrive at the collector determines the critical frequency f t (= 1 / 2πτ ec ). First, the biggest advantage of SiGe is that it is excellent in high speed operation characteristics. In the formula below, by reducing the width of the base, by reducing the amount of time that electrons move to increase the critical frequency f t, In addition, the base resistance R b the base - it is possible to design small collector capacitance C bc increase the maximum allowable frequency f max.

즉, 임계주파수 ft는 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있으며, 최대허용주파수 fmax는 수학식 3으로 나타낼 수 있다.That is, the threshold frequency f t may be represented by Equation 2 below, and the maximum allowable frequency f max may be represented by Equation 3 below.

여기서, Rb는 외부베이스의 저항(Rbe)과 내부베이스의 저항(Rbi)의 합이며, Rbe<<Rbi이므로 내부베이스의 저항(1∼10 ㏀)이 대부분을 차지한다. 즉 베이스층에서 도핑된 모양은 전자의 이동에 따른 시간소모에 직접적인 영향을 미치게 되어 임계주파수 ft와 최대허용주파수 fmax를 결정하게 된다. 따라서, 상기 도 3a에 도시된 바와 같이 매우 얇은 베이스영역에 균일한 분포의 고농도의 불순물을 도핑하는 기술은 소자의 성능을 크게 개선시킬 수 있다.Wherein, R b is the sum of resistance (R be) and internal resistance (R bi) of the base of the outer base, R << be because bi R accounts for most of the resistance (1~10 ㏀) inside the base. That is, the doped shape in the base layer directly affects the time consumption due to the movement of electrons to determine the critical frequency f t and the maximum allowable frequency f max . Accordingly, as shown in FIG. 3A, a technique of doping a highly distributed impurity with a uniform distribution in a very thin base region can greatly improve the performance of the device.

연속도핑에 의한 불순물은 최대치를 보이는 피크를 중심으로 완만한 기울기의 분포를 보이는 반면, 다수의 2차원 도핑을 이용하는 경우 후속 열처리에 따라 불순물 농도의 분포가 제어되어 매우 얇은 두께에 고농도로 평탄하게 분포를 하는 조건을 얻을 수 있다.Impurities due to continuous doping show a moderate distribution of slopes around peaks showing maximum values, while in the case of using multiple two-dimensional doping, the distribution of impurity concentration is controlled by subsequent heat treatment, so that it is evenly distributed in a very thin thickness with high concentration. Can be obtained.

한편, 첨부된 도면 도 3b는 네 차례의 2차원 도핑을 실시하되, 리트로그래이드(retrograde) 도핑을 실시한 경우의 불순물 분포를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 2차원 도핑의 농도와 위치를 조절하여 리트로그래이드 모양의 일정한 기울기를 갖는 분포를 얻을 수 있다.On the other hand, Figure 3b is a four-dimensional two-dimensional doping is performed, but shows the distribution of impurities when the retrograde (retrograde) doping, as shown, by adjusting the concentration and position of the two-dimensional doping It is possible to obtain a distribution having a constant slope of a log raid shape.

한편, SiGe HBT의 또 다른 큰 장점으로 실리콘 BJT에 비교하여 수학식 4와 같이 큰 이득특성을 얻을 수 있다.On the other hand, as another big advantage of SiGe HBT can be obtained a large gain characteristics as shown in Equation 4 compared to silicon BJT.

즉, BJT의 전류이득은 수학식 5와 같이 베이스와 에미터의 도핑농도와 베이스의 폭에 의하여 결정된다.That is, the current gain of the BJT is determined by the doping concentration of the base and the emitter and the width of the base as shown in Equation 5.

상기와 같이 SiGe HBT의 경우는 부가적으로 Si 에미터와 SiGe 베이스 사이의 밴드갭 차이, 즉 ΔEg(eV)=0.74XGe에 따라 200∼3000의 이득을 어렵지 않게 얻을 수 있다. 특히 아나로그 소자의 중요한 특장점인 전류이득과 어얼리 전압의 곱(ßxVA)을 25,000 이상으로 얻을 수 있는 점은 RF 소자로 응용하는데 매우 중요한 장점으로 작용한다.As described above, in the case of SiGe HBT, a gain of 200 to 3000 can be easily obtained according to the band gap difference between the Si emitter and the SiGe base, that is, ΔE g (eV) = 0.74X Ge . In particular, the ability to obtain the product of current gain and early voltage (ßxV A ) of more than 25,000, which is an important feature of analog devices, is a very important advantage for applications as RF devices.

상기 도 3b에서 베이스에 도핑되는 불순물의 분포를 매우 얇은 영역에서 정확하게 제어할 수 있음으로써 ΔEg도 정확하고 재현성 있게 제어되고 전류의 이득특성도 정확하게 제어될 수 있다. 따라서, 베이스의 도핑되는 불순물의 농도를 2차원 도핑을 이용하여 정확하게 제어하는 기술은 소자의 선형성과 신뢰성을 높이는데 크게 기여한다. 또한, 상기 도 3b에서 또 다른 형태로 에미터 접합방향으로 베이스의 농도를 높이거나, 또는 베이스의 콜렉터와 에미터의 접합부위만을 고농도로 도핑하고 나머지 베이스는 전체적으로 균일하게 유지하는 농도의 조절이 가능하여 각 접합들의 특성을 조절하고 베이스의 변조를 조절할 수 있다.In FIG. 3B, the distribution of impurities doped in the base can be precisely controlled in a very thin region, whereby ΔE g can be accurately and reproducibly controlled and the gain characteristic of the current can be precisely controlled. Therefore, the technique of accurately controlling the concentration of the doped impurities in the base by using two-dimensional doping greatly contributes to increasing the linearity and reliability of the device. In addition, in FIG. 3B, the concentration of the base may be increased in the emitter bonding direction, or the concentration of the base may be doped at a high concentration and the remaining base may be uniformly maintained. By controlling the characteristics of each junction and the modulation of the base.

첨부된 도면 도 4a 내지 도 4c는 다수의 2차원 도핑을 사용하여 얻을 수 있는 전계분포의 조절능력을 각각의 경우를 비교하여 나타낸 것으로, Si 시드층, SiGe 에피층, Si 캡층으로 이루어진 SiGe 베이스 에피층(10)과 그 상부의 에미터 다결정실리콘막(11) 만을 도시하였다.4A through 4C illustrate the controllability of the electric field distribution obtained by using a plurality of two-dimensional doping, comparing the respective cases. The SiGe base epitaxial layer consisting of a Si seed layer, a SiGe epitaxial layer, and a Si cap layer is shown. Only the layer 10 and the emitter polycrystalline silicon film 11 thereon are shown.

우선, 도 4a는 종래의 연속도핑에 의하여 제작한 바이폴라 트랜지스터의 경우이며, 전계의 분포가 에미터의 가장자리와 베이스의 사이에 집중되는 현상을 보여준다.First, FIG. 4A illustrates a conventional bipolar transistor manufactured by continuous doping, in which a distribution of an electric field is concentrated between an edge of an emitter and a base.

한편, 도 4b는 여러 개의 고농도 2차원 도핑층이 남아 있어서 전계의 분포를 조절하는 형태(도 3a 참조)이고, 도 4c는 농도의 차이를 조절하여 제작한 4개의 2차원의 도핑층을 적정한 시간 열처리하여 일정한 기울기를 갖는 사다리꼴 모양으로 조절한 경우(도 3b 참조)를 나타내며, 두 경우 모두 전계의 분포가 넓고 고르게 형성됨을 보여주고 있다.On the other hand, Figure 4b is a form of controlling the distribution of the electric field (refer to Figure 3a) with a number of high concentration two-dimensional doping layer remains, Figure 4c is a suitable time for the four two-dimensional doping layer produced by adjusting the difference in concentration The heat treatment is shown in the case of adjusting to a trapezoidal shape having a constant slope (see Fig. 3b), in both cases it shows that the distribution of the electric field is wide and evenly formed.

확산거리()를 고려하여 베이스층의 내부에 2차원 도핑을 하는 숫자와 농도를 결정하여야 하며, 이때 SiGe/Si 계면에서의 인터믹싱(Intermixing)이나 응력의 차이에 의한 결함의 생성을 방지하기 위한 저온의 짧은 열처리 시간을 실시하는 것이 바람직하다.Diffusion distance ) And the number and concentration of two-dimensional doping inside the base layer should be determined.In this case, the low temperature low temperature to prevent the generation of defects due to intermixing or stress difference at the SiGe / Si interface It is preferable to perform a heat treatment time.

불순물의 분포는 베이스 변조의 폭을 감소시켜서 어얼리 전압을 높게 유지함으로써 소자 동자의 선형성을 증대시킨다. 즉, 2차원으로 형성시킨 여러 개의 도핑층을 이용함으로써 균일하고 날카로운 분포나 일정한 기울기를 갖는 분포로 매우 얇은 두께의 베이스층을 형성할 수 있어 소자가 동작할 때 베이스층에 인가되는 전계의 형태를 조절할 수 있도록 한다. 에미터와 베이스의 접합에 있어서 가장자리에 전계가 집중되어 콜렉터 전류가 의존하는 특성을 감소시키고, 에미터-베이스의 접합면적에 선형적으로 콜렉터 전류가 제어될 수 있도록 하여 소자의 설계가 더욱 용이해 진다. 즉, 에미터의 둘레길이 보다는 에미터의 면적에 비례하는 콜렉터 전류의 특성을 얻을 수 있으므로 다수의 에미터로 제작하는 고전력 소자의 전력이득의 효율을 높게 할 수 있고, 전력특성이 에미터의 면적에 비례하며, 콜렉터 전류와 전계가 가장자리로 집중되지 않도록 하여 소자의 신뢰성과 수명을 높인다.Impurity distribution increases the linearity of the device pupil by reducing the width of the base modulation to keep the early voltage high. That is, by using a plurality of doping layers formed in two dimensions, it is possible to form a base layer with a very thin thickness with a uniform and sharp distribution or a distribution having a constant inclination. Make it adjustable. In the junction of emitter and base, the electric field is concentrated at the edges, which reduces the collector current dependence, and the collector current can be controlled linearly in the junction area of the emitter-base. Lose. That is, since the collector current characteristic is proportional to the area of the emitter rather than the circumferential length of the emitter, the efficiency of the power gain of the high power device manufactured by the plurality of emitters can be increased, and the power characteristic is the area of the emitter. It is proportional to, increasing the reliability and lifetime of the device by ensuring that collector current and electric fields are not concentrated at the edges.

특히, SiGe 베이스 에피층에서 Ge의 몰분률을 선형적으로 조절하기 위하여 여러 개의 작은 스텝으로 분리하여 SiGe 베이스 에피층을 성장할 수 있는데, 도 3b와 같이 리트로그래이드 도핑을 실시하는 경우, 각각의 스텝 사이에 2차원의 도피층을 삽입시킬 수 있으므로 재현성이 높은 베이스 에피층의 성장에 매우 유용하다. 또한, 이 경우 에미터-베이스 접합을 일정한 농도와 위치에 형성시키는 재현성을 높이는데 유리하다. 고농도로 도핑된 2차원층은 에너지갭을 감소시키고 불순물의 산란을 높일 수 있으나, 전계기울기에 의한 가속효과가 불순물산란에 의한 이동도의 감소를 충분히 상쇄하여 동작속도에 미치는 영향은 무시할 정도이다.In particular, in order to linearly control the mole fraction of Ge in the SiGe base epi layer, the SiGe base epi layer may be grown by separating into several small steps. In the case of performing retrograde doping as shown in FIG. Since a two-dimensional coating layer can be inserted in between, it is very useful for the growth of a highly reproducible base epi layer. It is also advantageous in this case to increase the reproducibility of forming the emitter-base junction at a constant concentration and location. The highly doped two-dimensional layer can reduce the energy gap and increase the scattering of impurities, but the effect of the acceleration of the electric field gradient sufficiently offsets the decrease of mobility due to the scattering of impurities is negligible.

이러한 기술을 이용하여 SiGe HBT를 제작할 경우에 턴-온 전압은 0.05 V이하로 매우 낮고, 이득은 약 100∼1500로 높으며, 항복전압은 2.5∼9.0 V 사이의 값을 얻을 수 있다. 검멜(Gummel) 특성은 베이스 전압이 0.82 V, 포화전류가 2 mA/mm2이상인 특성과 넓은 전압과 전류의 영역에서 균일한 전류이득 특성의 I-V 곡선 및 검멜 곡선을 얻을 수 있다. 콜렉터 전류에 대한 이득의 분포의 특성에서는 에미터와 콜렉터 사이의 전압이 1 V와 2 V에 대해, 콜렉터의 전류를 10-10A 에서 약 8 mA까지 전체적으로 동일한 이득이 넓은 콜렉터전류의 영역에 걸쳐서 분포하는 이상적인 특성이 가능하다. 이렇게 안정되고 넓은 콜렉터 전류에서 균일한 이득을 얻을 수 있는 것은 이종접합 구조에 불순물 농도가 매우 얇은 층에 정확한 분포특성을 조절을 하여 형성함으로써 가능하다. 위에서 설명된 소자의 제작공정 기술과 특성은 1∼100 GHz 대에 응용을 목표로 하는 소자 구조 및 소자 파라미터의 최적화, 동작특성의 신뢰성확보, 소형/고성능 수동소자의 개발, 단위기능의 RF셀 설계를 통한 고주파 집적회로 기술개발에 응용될 수 있다.When the SiGe HBT is fabricated using this technique, the turn-on voltage is very low, below 0.05 V, the gain is about 100-1500, and the breakdown voltage is 2.5-9.0 V. Gummel characteristics can be obtained IV curves and gummel curves of the base voltage of 0.82 V, the saturation current of 2 mA / mm 2 or more, and the uniform current gain characteristics in a wide range of voltage and current. The characteristic of the distribution of gain over the collector current is that the voltage between the emitter and the collector is between 1 V and 2 V, with the collector current ranging from 10 -10 A to about 8 mA as a whole over a wide range of collector currents. Ideal characteristics of distribution are possible. The uniform gain can be obtained at such a stable and wide collector current by forming accurate distribution characteristics in a very thin layer of impurity concentration in the heterojunction structure. The fabrication process technology and characteristics of the device described above are optimized for device structure and device parameters, secured reliability of operation characteristics, development of small / high-performance passive device, unit cell function RF cell design for application in the range of 1 to 100 GHz. It can be applied to the development of high frequency integrated circuit technology.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

예컨대, 전술한 실시예에서는 SiGe 베이스 에피층을 선택적으로 성장시키기 위한 마스크층으로 저온산화막을 사용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본발명은 이를 선택적 성장이 가능한 다른 절연막으로 대체하는 경우에도 적용된다.For example, in the above-described embodiment, a case where a low-temperature oxide film is used as a mask layer for selectively growing a SiGe base epitaxial layer has been described as an example, but the present invention is also applied to a case where it is replaced by another insulating film capable of selective growth. .

또한, 전술한 실시예에서는 n형 콜렉터를 형성하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 콜렉터, 에미터, 베이스 각각의 불순물 극성을 바꾸어 제조하는 경우에도 적용된다.In addition, in the above-described embodiment, the case of forming an n-type collector has been described as an example, but the present invention is also applicable to the case where the impurity polarities of the collector, the emitter, and the base are changed.

전술한 본 발명의 SiGe HBT의 제작기술은 기존의 소자 구조를 유지하면서 누설전류의 흐름을 차단하고, 베이스와 콜렉터를 자기정렬시켜 외부베이스의 저항성분을 최소로 하며, 에피성장이나 제작공정을 수행할 때 고온에서의 확산방지와 같은 장점을 제공한다. 특히, 여러 개의 2차원 도핑층으로 제작되는 베이스를 사용하여 에미터로 주입되는 전류의 흐름을 균일하게 통제하는 동시에 매우 얇은 영역에서 농도를 정확하게 조절하여 베이스의 변조가 일어나는 정도를 감소시켜 고전력에서 신뢰성과 수명을 동시에 증가시키고, 고속동작에서 선형특성이 우수하도록 개량한다.The above-described manufacturing technology of the SiGe HBT of the present invention interrupts the flow of leakage current while maintaining the existing device structure, and aligns the base and the collector to minimize the resistance component of the external base, and performs epitaxial growth or manufacturing process. It offers advantages such as diffusion prevention at high temperatures. In particular, the base made of several two-dimensional doping layers is used to uniformly control the flow of current injected into the emitter, while precisely adjusting the concentration in a very thin area, thereby reducing the degree of modulation of the base, thereby increasing reliability at high power. It increases the service life at the same time and improves the linear characteristics at high speed operation.

Claims (8)

SiGe 베이스 에피층을 구비하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing a heterojunction dipole transistor having a SiGe base epi layer, 상기 SiGe 베이스 에피층의 성장 과정에서 다수 번의 2차원 도핑을 실시하는 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법.A method of manufacturing a heterojunction dipole transistor, characterized in that a plurality of two-dimensional doping is performed during the growth of the SiGe base epitaxial layer. 실리콘 기판에 하부 콜렉터 및 콜렉터 Si 에피층을 형성하는 제1 단계;Forming a lower collector and a collector Si epitaxial layer on a silicon substrate; 상기 실리콘 기판에 소자분리막을 형성하는 제2 단계;Forming a device isolation film on the silicon substrate; 상기 실리콘 기판의 활성영역에 콜렉터 플러그 및 선택이온주입된 콜렉터(SIC)를 형성하는 제3 단계;A third step of forming a collector plug and a select ion implanted collector (SIC) in an active region of the silicon substrate; 상기 제3 단계를 마친 전체 구조 상부에 상기 선택이온주입된 콜렉터(SIC) 영역이 오픈된 마스크 절연막 패턴을 형성하는 제4 단계;A fourth step of forming a mask insulating layer pattern on which the collector (SIC) region in which the selection ion implantation is opened is formed on the entire structure after the third step; 상기 마스크 절연막 패턴을 이용하여 선택적으로 Si 에피층을 성장시키되, 상기 Si 에피층이 상기 마스크 절연막 패턴의 상부에 일정 정도 측면과도성장되도록 하는 제5 단계;A fifth step of selectively growing a Si epitaxial layer using the mask insulating layer pattern, wherein the Si epitaxial layer is also grown on the mask insulating layer pattern on the side surface to a certain degree; 상기 제5 단계를 마친 전체 구조 상부에 SiGe 베이스 에피층을 성장시키되, 상기 SiGe 베이스 에피층 내에 다수의 2차원 도핑층을 형성하는 제6 단계;Growing a SiGe base epitaxial layer on the entire structure after the fifth step, and forming a plurality of two-dimensional doped layers in the SiGe base epitaxial layer; 상기 SiGe 베이스 에피층을 패터닝하여 베이스 영역을 정의하는 제7 단계;및A seventh step of patterning the SiGe base epi layer to define a base region; and 상기 SiGe 베이스 에피층에 콘택되는 에미터를 형성하는 제8 단계An eighth step of forming an emitter contacting the SiGe base epi layer 를 포함하여 이루어진 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법.Heterojunction dipole transistor manufacturing method comprising a. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제8 단계는,The eighth step, 도핑된 폴리실리콘막을 사용하여 상기 에미터를 형성하는 제9 단계;A ninth step of forming the emitter using a doped polysilicon film; 상기 외부베이스 이온주입을 실시하는 제10 단계; 및A tenth step of performing the external base ion implantation; And 상기 에미터 측벽에 측벽 스페이서 절연막을 형성하는 제11 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법.And an eleventh step of forming a sidewall spacer insulating film on the emitter sidewalls. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제11 단계 수행 후,After performing the eleventh step, 노출된 상기 도핑된 폴리실리콘막 및 노출된 상기 SiGe 베이스 에피층 표면에 선택적으로 SiGe 또는 Si 에피층을 성장시키는 제12 단계;Selectively growing a SiGe or Si epi layer on the exposed doped polysilicon film and the exposed SiGe base epi layer surface; 상기 제12 단계를 마친 전체 구조 표면을 따라 고융점 금속 베리어층을 형성하는 제13 단계;Forming a high melting point metal barrier layer along the entire structure surface of the twelfth step; 열처리를 실시하여 상기 도핑된 폴리실리콘막 및 상기 SiGe 베이스 에피층표면에 실리사이드층을 형성하는 제14 단계; 및Performing a heat treatment to form a silicide layer on surfaces of the doped polysilicon layer and the SiGe base epitaxial layer; And 상기 미반응 고융점 금속 베리어층을 제거하는 제15 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법.And a fifteenth step of removing the unreacted high melting point metal barrier layer. 제2항 또는 제3항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 마스크 절연막 패턴은 저온산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법.The mask insulating film pattern is a low-junction oxide film, characterized in that the bipolar transistor manufacturing method. 제2항 또는 제3항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 SiGe 베이스 에피층은 Si 시드층/SiGe 에피층/Si 캡층의 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법.The SiGe base epitaxial layer is a heterojunction dipole transistor manufacturing method characterized in that the laminated structure of the Si seed layer / SiGe epi layer / Si cap layer. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 다수의 2차원 도핑층은 상기 SiGe 에피층 내에 일정 농도로 일정 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법.The plurality of two-dimensional doped layer is a heterojunction bipolar transistor manufacturing method characterized in that formed in the SiGe epi layer at a predetermined concentration at a predetermined interval. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 다수의 2차원 도핑층은 상기 SiGe 에피층 내에 농도 구배를 가지며 일정 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터 제조방법.The plurality of two-dimensional doped layer is a heterojunction dipole transistor manufacturing method characterized in that formed in the SiGe epi-layer having a concentration gradient and a predetermined interval.
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