JP2004356254A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】エピタキシャル層を含む高速動作に適した高性能なバイポーラトランジスタを搭載する半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体基板上に、エピタキシャル成長によりベース層を形成し、前記ベース層の一部をベース取り出し領域とするバイポーラトランジスタを備えた半導体装置において、前記ベース取り出し領域の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成した。
【選択図】 図1A semiconductor device including a high-performance bipolar transistor suitable for high-speed operation including an epitaxial layer is provided.
In a semiconductor device including a bipolar transistor having a base layer formed on a semiconductor substrate by epitaxial growth and using a part of the base layer as a base extraction region, a silicon layer is formed on the base extraction region. A silicide layer was formed on the silicon layer.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速動作に適したバイポーラトランジスタを搭載した半導体装置、及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年のバイポーラ集積回路では、高速化、高性能化のため、SiGe(シリコンゲルマニウム混晶)を用いたエピタキシャルベース層を含む構造の研究・開発が行われている(例えば、特許文献1を参照。)。
【0003】
上記エピタキシャルベース層を含むバイポーラトランジスタにおいて、さらなる高速性能を実現するために、各取り出し電極(エミッタ、ベース、コレクタ)に自己整合的にシリサイド層が形成されている。
【0004】
これは電極の抵抗、特にベース取り出し抵抗を低減することで、トランジスタ特性の指針となる最大発振周波数(fmax)が飛躍的に向上するためである。
【0005】
ここで、従来の技術の一例を、図11を参照して説明する。
【0006】
図11は、従来のバイポーラトランジスタを搭載した半導体装置の完成断面図であり、以下の工程により製造される。
【0007】
先ず、シリコン基板100上のNPN・トランジスタ形成領域に、N+の埋め込み領域110を形成し、その後、N−エピタキシャル層120、フィールド酸化膜200を形成し、P+素子分離領域(図示せず)、プラグイン層300を形成する。
【0008】
そして、熱酸化により厚さ数nmの酸化膜を形成した後、全面にCVD法により第1のSiO2膜400を形成する。その後、前記第1のSiO2膜400にレジストパターンを用いて、SiGe(シリコンゲルマニウム混晶)からなるエピタキシャルベース層(以下、「SiGeエピ層」と表記する)形成領域を開口する。
【0009】
次いで、前記エピタキシャルベース層形成領域にSiGeエピ層500を形成し、レジストパターンを用いたドライエッチングにより前記SiGeエピ層500を加工する。このSiGeエピ層500は、下層からシリコンのみのバッファ層、SiGe層、シリコンのみのキャップ層からなる3層構造としている。
【0010】
その後、エミッタ、ベース領域分離のために、全面にCVD法にて第2のSiO2膜600を形成し、レジストパターンを用いたドライエッチングにより、エミッタ形成のための領域を開口する。
【0011】
次いで、多結晶半導体層であるポリシリコン(Poly−Si)層700を全面に形成し、ヒ素(As)をイオン注入し、アニールにより、ポリシリコン中のAsを活性化するとともに、ポリシリコン層700からAsを拡散させ、エミッタ層を形成する。
【0012】
その後、レジストパターンにより多結晶シリコン層700のドライエッチングを行い、NPN・トランジスタのエミッタを形成する。
【0013】
さらに、レジストパターンを用いて、ベース領域は第2のSiO2膜600、コレクタ領域は第1、2のSiO2膜400,600を加工し、シリサイド形成のための領域を開口する。その後、金属膜を形成した後、熱処理を行い、シリサイド層800をエミッタ、ベース、コレクタ取り出し電極領域に自己整合的に形成する。その後、メタル電極、多層配線、保護膜などを形成して半導体装置を得る。
【0014】
【特許文献1】
2002−289834号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上述した工程を経て、SiGe(シリコンゲルマニウム混晶)を用いたエピタキシャルベース層を含むバイポーラトランジスタを搭載した半導体装置が製造されるのであるが、かかる従来の製造方法には、未だ下記に示す課題が残されていた。
【0016】
すなわち、トランジスタ特性を示す指針として、最大遮断周波数(fTmax)がある。これは縦方向の不純物プロファイルを浅く、すなわちシャロー(Shallow)化することが非常に重要である。
【0017】
上述してきたように、SiGeエピ層をベースに用いた構造では、エミッタ−ベース接合はSiGeエピ層より表面側に形成される。そのために、エミッタ−ベース接合用にSiGeエピ層を形成した後に続けて前記キャップ層であるシリコンエピタキシャル層(以下「Siエピ層」とする)を形成している。ここで、エミッタ−ベース接合はSiGeエピ/Siエピ界面に形成することが最大遮断周波数(fTmax)を最適化するためには重要になる。したがって、縦方向の不純物プロファイルを浅くすることは、エミッタ、ベース、コレクタ領域を浅くすることなので、エミッタ−ベース接合が形成される前記Siエピ層の膜厚を薄くする必要がある。
【0018】
一方、SiGeエピ層形成と同時に第1のSiO2膜上にはSiGe、及びシリコン多結晶層が形成されており、この領域にベース抵抗低減のためのシリサイド層が形成され、このシリサイドにより、トランジスタの高速性の指針となる前記最大発振周波数(fmax)を向上させている。
【0019】
素子の微細化により、シリサイド形成に用いられる金属は細線効果が回避可能なコバルトが用いられているが、コバルトのシリサイド反応はシリコン中にコバルトが拡散し、シリコンと反応しながらとなる。したがって、シリサイド形成に十分なシリコン多結晶層が必要となる。
【0020】
ここで問題となるのが、前記最大遮断周波数(fTmax)を最適化するためにはSiエピ層を薄くすることが重要ではあるが、前記最大発振周波数(fmax)を向上させるためのシリサイド形成には、Siエピ層(シリコン多結晶層)を厚くする必要がある、という点である。
【0021】
また、シリサイド形成に必要なシリコン多結晶層が十分に無い場合、SiGe層にまで反応が及ぶとゲルマニウム(Ge)により反応が律速され、抵抗の上昇といった問題も顕著となってくる。他方、これを回避するために、コバルトの膜厚を薄くすると、十分なシリサイド層が形成されず、細線効果(抵抗上昇・ばらつき)と言った問題が発生することが知られている。
【0022】
本発明は、このような問題を解決し、高速化、高性能化のためのSiGe(シリコンゲルマニウム混晶)を用いたエピタキシャルベース層を含む構造のバイポーラトランジスタを搭載した半導体装置、及び同半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【0023】
【発明が解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の本発明では、半導体基板上に、エピタキシャル成長によりベース層を形成し、前記ベース層の一部をベース取り出し領域とするバイポーラトランジスタを備えた半導体装置において、前記ベース取り出し領域の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成した。
【0024】
また、請求項2記載の本発明では、前記ベース層は、SiGe(シリコンゲルマニウム混晶)からなることとした。
【0025】
請求項3記載の本発明では、半導体基板上に、エピタキシャル成長によりSiGe(シリコンゲルマニウム混晶)からなるベース層を形成し、前記ベース層の一部をベース取り出し領域とするバイポーラトランジスタを設けた半導体装置の製造方法において、前記ベース取り出し領域の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成することとした。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体基板上に、エピタキシャル成長によりベース層を形成し、前記ベース層の一部をベース取り出し領域とするバイポーラトランジスタを備えた半導体装置において、前記ベース取り出し領域の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成したものである。
【0027】
かかる構成により、最大遮断周波数(fTmax)を最適化するための縦方向の不純物プロファイルのシャロー(Shallow)化、並びに最大発振周波数(fmax)を向上させるために必要な厚みでシリサイドを形成してベース抵抗を低減することが実現可能となり、高品質の半導体装置となすことができる。なお、ここでシリコン層とは、シリコンのみからなる層の他、少なくともシリコンを含有する層も含むものである。
【0028】
このように、前記ベース層の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成するという半導体装置の製造方法は、以下の各工程を有するものとすることができる。
【0029】
すなわち、(a)前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、(b)前記第1の絶縁膜をパターニングしてエピタキシャル層を形成するための領域を開口し、この開口にエピタキシャルベース層となる単結晶半導体層を形成すると同時に、前記第1の絶縁膜上に多結晶半導体層を形成する工程と、(c)前記単結晶半導体層及び前記多結晶半導体層上に、第2の絶縁膜を堆積し、エミッタ形成のためのパターンに加工する工程と、(d)前記単結晶半導体層及び前記多結晶半導体層と前記第1の絶縁膜上に、前記シリコン層となる第1の多結晶半導体層を堆積し、前記第2の絶縁膜が露出するまで前記第1の多結晶半導体層を加工する工程と、(e)前記第2の絶縁膜を除去してエミッタ形成領域を開口する工程と、(f)開口した前記エミッタ領域に第3の絶縁膜を堆積する工程と、(g)前記第3の絶縁膜上に第2の多結晶半導体層を堆積し、エッチング除去することでエミッタ形成領域を開口する工程と、(h)前記エミッタ形成領域に第3の多結晶半導体層を形成し、エミッタ取り出し電極を形成する工程と、(i)ベース取り出し電極となる前記第1の多結晶半導体層を含む半導体基板全面に金属膜を形成する工程と、(j)熱処理によって、前記第1の多結晶半導体層と前記金属膜をシリサイド化反応させ、シリサイド層からなるベース取り出し電極を形成する工程とを有する製造方法である。
【0030】
なお、前記シリコン層となる第1の多結晶半導体層を堆積させるに際しては非選択的なエピタキシャル技術を用いることができる。また、前記シリサイド層はコバルトシリサイドとすることが望ましい。
【0031】
上記方法によって、前記バイポーラトランジスタのベース取り出し領域を、多結晶半導体層からなる前記ベース層と前記シリコン層、すなわち第1の多結晶半導体層とにより形成することができ、ベース取り出し領域を構成する多結晶層(ベース層と第1の多結晶半導体層とからなる)が厚くなって、ベース抵抗のさらなる低減が可能となる。
【0032】
また、前記ベース層は、SiGe(シリコンゲルマニウム混晶)とすることでバイポーラトランジスタを高速作動させることができ、高速、高性能な半導体装置を得ることができる。
【0033】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる半導体装置、及びその製造方法について、その実施形態をより具体的に説明する。
【0034】
図1は本実施の形態に係る半導体装置の完成断面図であり、図2〜図10はその製造工程を示す説明図である。
【0035】
図1に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、P型のシリコン基板10の上面にN型のエピタキシャル層(以下N−エピ層11という)を気相成長させて形成した半導体基板1を用いている。
【0036】
そして、トランジスタ形成領域に、ベースB、エミッタE、コレクタCからなるバイポーラトランジスタを形成しており、前記N−エピ層11の上面に、第1の絶縁膜9であるSiO2酸化膜でベース領域開口部を形成し、このベース領域開口部上にエピタキシャル成長によってシリコン−ゲルマニウム混晶層を形成してエピタキシャルベース層3を設け、さらに、このエピタキシャルベース層3上の所定位置にエミッタ層E1を形成している。
【0037】
そして、このエミッタ層E1を除いて前記エピタキシャルベース層3上に多結晶半導体層であるポリシリコン層4を形成し、これをベース引出電極部40となすとともに、このポリシリコン層4上にシリサイド層5を形成している。6はN+の埋め込み領域、7はプラグイン層であり、このプラグイン層7は前記N+ の埋め込み領域6に達して形成されて、コレクタ電極取り出し領域となる。また、8はフィールド酸化膜である。
【0038】
このように、前記エピタキシャルベース層3の上にシリコン層であるポリシリコン層4を形成し、このポリシリコン層4の上にシリサイド層5を形成した構成としているので、最大遮断周波数(fTmax)を最適化するための縦方向の不純物プロファイルのシャロー(Shallow)化、並びに最大発振周波数(fmax)を向上させるために必要な厚みでシリサイド層5を形成してベース抵抗を低減することが実現可能となり、高品質の半導体装置となる。
【0039】
以下、図2〜図10を参照しながら上記半導体装置の製造方法について詳述する。
【0040】
先ず、第1の工程では、図2に示すように、P型の基板面方位が(100)のシリコン基板10上のトランジスタ形成領域に、1200℃でSb2O3を用いたSbの気相拡散によりN+の埋め込み領域6を形成する。その後、前記シリコン基板10上に、1〜5Ωcm、0.5〜1.5μmのN−エピ層11を成長させて形成し、半導体基板1を形成する。
【0041】
次いで、半導体基板1の全面を厚さ50nmで熱酸化した後、CVD法によりSi3N4膜(図示せず)を100nmの厚みで形成する。そして、このSi3N4膜上にアクティブ領域を開口するパターンを形成し、前記Si3N4膜及び熱酸化膜(SiO2膜)を除去した後、1000〜1050℃のスチーム酸化により厚さ300〜800nmのフィールド酸化膜8を形成する。そして、前記Si3N4膜を除去した後、100〜720keV、1×1012〜5×1013個/cm2の範囲のボロン(B)イオン注入を複数回行い、P+素子分離領域(図示せず)を形成する。また、N型不純物として、150〜720keV、1×1013〜5×1015個/cm2の範囲のリンイオン注入を複数回行い、トランジスタ形成領域にプラグイン層7を形成する。
【0042】
次に、800〜900℃の熱酸化により、厚さ7〜10nmの酸化膜を形成した後、全面にCVD法にて100〜200nmの第1のSiO2膜9を形成する。
【0043】
図3に示すように、第2の工程では、前記第1のSiO2膜9にレジストパターンを用いて、エピタキシャルベース層形成領域30を開口し、このエピタキシャルベース層形成領域30に、ボロンをドープしたSiGe(シリコンゲルマニウム混晶)によりエピタキシャルベース層3を形成する。
【0044】
第3の工程では、図4に示すように、半導体基板1の全面に第2の絶縁膜92としてCVD法によるSiO2膜を形成し、レジストパターンを用いたドライエッチングにより、エミッタEを形成するための補助パターンを形成する。なお、第2の絶縁膜92の厚さは100〜200nm程度とする。
【0045】
次に、第4の工程では、図5に示すように、300〜500nmの厚みで第1のポリシリコン層4を全面に形成し、前記第2の絶縁膜92が露出するまで、CMP法により加工し、その後ドライエッチングにより、第2の絶縁膜92を形成するSiO2膜の表面より後退させる。加工後のポリシリコン層4の膜厚は50〜100nm程度となる。なお、前記第1のポリシリコン層4の成膜時にはボロンやガリウムをドープする。
【0046】
第5の工程では、図6に示すように、100〜200nmの窒化シリコン(Si3N4)膜12を形成し、前述した第4の工程と同様に、第2の絶縁膜92であるSiO2膜の表面が露出するまで、CMP法により加工し、ウェット処理よって前記第2の絶縁膜92をエッチング除去する。なお、加工後の窒化シリコン(Si3N4)膜12は50〜100nm程度の厚みとなる。また、この窒化シリコン膜12は、後にシリサイド層5を形成する時にエミッタ−ベース間ショート防止用の段差形成のための補助膜となる。
【0047】
図7に示すように、第6の工程では、第3の絶縁膜93であるSiO2膜をCVD法により30〜100nm程度の厚みで基板全面に形成する。
【0048】
次いで、図8に示すように、第7の工程では、多結晶半導体層である第2のポリシリコン層を100nm程度の厚みで形成し、ドライエッチング技術によりエッチングしてエミッタ領域を形成する。なお、ここでは全面をエッチバックすることで、第2のポリシリコン層によるサイドウォール膜42が形成され、図示するような上方が広く下方に向けて漸次縮径された断面視で上向きラッパ形状の開口形成が可能となる。
【0049】
図9に示すように、第8の工程では、300〜50nmの多結晶半導体層である第3のポリシリコン層43を基板全面に形成し、前記窒化シリコン(Si3N4)膜12が露出するまで、CMP法により加工する。なお、ここでの第3のポリシリコン層43には、ヒ素(As)やリン(P)をドープしている。
【0050】
そして、図10に示すように、第9の工程において、ウェット処理により前記窒化シリコン(Si3N4)膜12をエッチング除去する。
【0051】
その後、コバルトを基板全面にを形成した後、熱処理を行い、シリサイド層5をエミッタE、ベースB、コレクタCの取り出し電極領域に自己整合的に形成し、LPCVD法により酸化シリコン(SiO2)膜13を形成後、メタルコンタクト14,15,16や多層配線17,18,19、保護膜(図示せず)を形成し、図示する形状のトランジスタが加工された半導体装置が形成される。
【0052】
ところで、前記シリサイド層5は、以下の工程を経て形成される。
【0053】
先ず、前記第1のポリシリコン層4及び第3のポリシリコン層43の表面の自然酸化膜を除去した後、スパッタによりコバルトと窒化チタンを形成し、続いて熱処理を行ってコバルトとシリコンの反応層(CoSi)を形成する。その後、前記第1のポリシリコン層4及び第3のポリシリコン層43以外の酸化シリコン膜上に付着した未反応のコバルトと窒化チタンを除去し、続いてアンモニアと過酸化水素水との混合液を用いてコバルトを除去する。その後、再度熱処理を行うことで、コバルトシリサイド層(シリサイド層5)が形成される。
【0054】
このように、本実施の形態に係る半導体装置、及びその製造方法によれば、高速化、高性能化のためのSiGe(シリコンゲルマニウム混晶)を用いたエピタキシャルベース層を含む構造のバイポーラトランジスタを作成する手段を実現することができ、これらを用いた高性能の半導体装置の提供が可能となる。
【0055】
以上、実施の形態を通して本発明を説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、バイポーラトランジスタ単独で集積回路が成り立っている訳ではなく、容量や抵抗、MOSトランジスタ等が混載された半導体集積回路にも適用可能であり、本発明の思想の範囲内であるならば適宜応用することができる。
【0056】
【発明の効果】
本発明は、以上説明してきたような形態で実施され、以下の効果を奏する。
【0057】
(1)請求項1記載の本発明では、半導体基板上に、エピタキシャル成長によりベース層を形成し、前記ベース層の一部をベース取り出し領域とするバイポーラトランジスタを備えた半導体装置において、前記ベース取り出し領域の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成したことにより、最大遮断周波数(fTmax)を最適化するための縦方向の不純物プロファイルのシャロー(Shallow)化、並びに最大発振周波数(fmax)を向上させるために必要な厚みでシリサイドを形成してベース抵抗を低減することが実現可能となり、優れた性能を有する高品質の半導体装置となる。また、ベース電極形成領域の多結晶層の膜厚が厚くなるので、ベース抵抗の更なる低減が可能となる。
【0058】
(2)請求項2記載の本発明では、前記ベース層は、SiGe(シリコンゲルマニウム混晶)からなることとしたので、高速で作動するトランジスタを備えた半導体装置とすることができる。
【0059】
(3)請求項3記載の本発明では、半導体基板上に、エピタキシャル成長によりSiGe(シリコンゲルマニウム混晶)からなるベース層を形成し、前記ベース層の一部をベース取り出し領域とするバイポーラトランジスタを設けた半導体装置の製造方法において、前記ベース取り出し領域の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成することとした。したがって、最大遮断周波数(fTmax)を最適化するための縦方向の不純物プロファイルのシャロー(Shallow)化、並びに最大発振周波数(fmax)を向上させるために必要な厚みでシリサイドを形成してベース抵抗を低減することが実現可能となり、高速で作動する優れた性能を有する高品質の半導体装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る半導体装置の完成断面図である。
【図2】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図3】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図4】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図5】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図6】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図7】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図8】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図9】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図10】本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図11】従来の半導体装置の完成断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
3 エピタキシャルベース層
4 多結晶シリコン層(シリコン層)
5 シリサイド層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device equipped with a bipolar transistor suitable for high-speed operation, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In bipolar integrated circuits in recent years, research and development of a structure including an epitaxial base layer using SiGe (silicon-germanium mixed crystal) has been performed in order to increase the speed and the performance (for example, see Patent Document 1). ).
[0003]
In the bipolar transistor including the epitaxial base layer, a silicide layer is formed in a self-aligned manner on each of the extraction electrodes (emitter, base, and collector) in order to realize higher speed performance.
[0004]
This is because the maximum oscillation frequency (fmax), which serves as a guide for the transistor characteristics, is dramatically improved by reducing the resistance of the electrode, particularly the base extraction resistance.
[0005]
Here, an example of the related art will be described with reference to FIG.
[0006]
FIG. 11 is a completed cross-sectional view of a semiconductor device on which a conventional bipolar transistor is mounted, and is manufactured by the following steps.
[0007]
First, an N + buried
[0008]
Then, after an oxide film having a thickness of several nm is formed by thermal oxidation, a first SiO 2 film 400 is formed on the entire surface by a CVD method. Thereafter, a region for forming an epitaxial base layer (hereinafter, referred to as “SiGe epilayer”) made of SiGe (silicon-germanium mixed crystal) is formed in the first SiO 2 film 400 by using a resist pattern.
[0009]
Next, a SiGe
[0010]
Thereafter, a second SiO 2 film 600 is formed on the entire surface by CVD to separate the emitter and base regions, and a region for forming the emitter is opened by dry etching using a resist pattern.
[0011]
Next, a polysilicon (Poly-Si)
[0012]
After that, dry etching of the
[0013]
Further, by using the resist pattern, the base region and the second SiO 2 film 600, the collector region is processed SiO 2
[0014]
[Patent Document 1]
JP 2002-289834 A
[Problems to be solved by the invention]
Through the above-described steps, a semiconductor device mounted with a bipolar transistor including an epitaxial base layer using SiGe (silicon-germanium mixed crystal) is manufactured. However, such a conventional manufacturing method still has the following problems. Was left.
[0016]
That is, there is a maximum cutoff frequency (f T max) as a guideline indicating the transistor characteristics. It is very important that the impurity profile in the vertical direction is made shallow, that is, shallow.
[0017]
As described above, in the structure using the SiGe epi layer as the base, the emitter-base junction is formed closer to the surface than the SiGe epi layer. For this purpose, a silicon epitaxial layer (hereinafter referred to as “Si epi layer”) as the cap layer is formed after forming a SiGe epi layer for an emitter-base junction. Here, the emitter - base junction becomes important to optimize the maximum cut-off frequency (f T max) to form the SiGe epitaxial / Si epitaxial interface. Therefore, to make the impurity profile in the vertical direction shallow means to make the emitter, base and collector regions shallow, so that it is necessary to reduce the thickness of the Si epi layer where the emitter-base junction is formed.
[0018]
On the other hand, a SiGe and a polycrystalline silicon layer are formed on the first SiO 2 film simultaneously with the formation of the SiGe epi layer, and a silicide layer for reducing the base resistance is formed in this region. The maximum oscillation frequency (fmax), which serves as a guide for high-speed operation, is improved.
[0019]
With the miniaturization of the element, cobalt that can avoid the thin wire effect is used as the metal used for silicide formation. However, in the silicide reaction of cobalt, cobalt diffuses into silicon and reacts with silicon. Therefore, a silicon polycrystalline layer sufficient for silicide formation is required.
[0020]
The problem here is that it is important to optimize the maximum cutoff frequency (f T max) by reducing the thickness of the Si epi layer, but the silicide for improving the maximum oscillation frequency (fmax) is important. The point is that it is necessary to make the Si epi layer (silicon polycrystalline layer) thicker for the formation.
[0021]
In addition, when there is not enough silicon polycrystalline layer necessary for silicide formation, if the reaction reaches the SiGe layer, the reaction is rate-determined by germanium (Ge), and the problem such as an increase in resistance becomes significant. On the other hand, if the thickness of cobalt is reduced to avoid this, it is known that a sufficient silicide layer is not formed, and a problem such as a fine wire effect (resistance rise / variation) occurs.
[0022]
The present invention solves such a problem, and provides a semiconductor device mounted with a bipolar transistor having a structure including an epitaxial base layer using SiGe (silicon-germanium mixed crystal) for high speed and high performance, and the semiconductor device. The purpose of the present invention is to provide a manufacturing method.
[0023]
Means for Solving the Invention
In order to solve the above problem, according to the present invention, there is provided a semiconductor device including a bipolar transistor in which a base layer is formed on a semiconductor substrate by epitaxial growth and a part of the base layer is used as a base extraction region. A silicon layer was formed on the base extraction region, and a silicide layer was formed on the silicon layer.
[0024]
In the present invention, the base layer is made of SiGe (silicon-germanium mixed crystal).
[0025]
According to the third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which a base layer made of SiGe (silicon-germanium mixed crystal) is formed on a semiconductor substrate by epitaxial growth, and a bipolar transistor having a part of the base layer as a base extraction region is provided. In the manufacturing method, a silicon layer is formed on the base extraction region, and a silicide layer is formed on the silicon layer.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention is directed to a semiconductor device including a bipolar transistor in which a base layer is formed on a semiconductor substrate by epitaxial growth and a part of the base layer is used as a base extraction region, wherein a silicon layer is formed on the base extraction region. And a silicide layer formed on the silicon layer.
[0027]
With this configuration, shallow (Shallow) of longitudinal impurity profile for optimizing the maximum cut-off frequency (f T max), and a silicide is formed in a thickness necessary for improving the maximum oscillation frequency (fmax) As a result, the base resistance can be reduced, and a high-quality semiconductor device can be obtained. Here, the silicon layer includes at least a layer containing silicon in addition to a layer composed of only silicon.
[0028]
As described above, a method for manufacturing a semiconductor device in which a silicon layer is formed on the base layer and a silicide layer is formed on the silicon layer may include the following steps.
[0029]
That is, (a) a step of forming a first insulating film on the semiconductor substrate, and (b) a region for forming an epitaxial layer by patterning the first insulating film is formed. Forming a polycrystalline semiconductor layer on the first insulating film at the same time as forming a single crystal semiconductor layer serving as a base layer; and (c) forming a second polycrystalline semiconductor layer on the single crystal semiconductor layer and the polycrystalline semiconductor layer. Depositing an insulating film and processing it into a pattern for forming an emitter; and (d) forming a first silicon layer on the single-crystal semiconductor layer and the polycrystalline semiconductor layer and the first insulating film to be the silicon layer. Depositing the polycrystalline semiconductor layer and processing the first polycrystalline semiconductor layer until the second insulating film is exposed; and (e) removing the second insulating film to form an emitter formation region. Opening, and (f) opening Depositing a third insulating film in the emitter region, and (g) depositing a second polycrystalline semiconductor layer on the third insulating film and removing the same by etching to open an emitter forming region. (H) forming a third polycrystalline semiconductor layer in the emitter formation region and forming an emitter extraction electrode; and (i) the entire surface of the semiconductor substrate including the first polycrystalline semiconductor layer serving as a base extraction electrode And (j) causing a silicidation reaction between the first polycrystalline semiconductor layer and the metal film by heat treatment to form a base extraction electrode made of a silicide layer. is there.
[0030]
In depositing the first polycrystalline semiconductor layer to be the silicon layer, a non-selective epitaxial technique can be used. Preferably, the silicide layer is made of cobalt silicide.
[0031]
According to the above method, the base extraction region of the bipolar transistor can be formed by the base layer made of a polycrystalline semiconductor layer and the silicon layer, that is, the first polycrystalline semiconductor layer. The crystal layer (consisting of the base layer and the first polycrystalline semiconductor layer) becomes thicker, so that the base resistance can be further reduced.
[0032]
Further, when the base layer is made of SiGe (silicon-germanium mixed crystal), the bipolar transistor can be operated at high speed, and a high-speed, high-performance semiconductor device can be obtained.
[0033]
Hereinafter, embodiments of a semiconductor device according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described more specifically with reference to the drawings.
[0034]
FIG. 1 is a completed cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIGS. 2 to 10 are explanatory views showing the manufacturing steps.
[0035]
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment has a semiconductor substrate in which an N-type epitaxial layer (hereinafter referred to as an N-epi layer 11) is formed on the upper surface of a P-
[0036]
Then, a bipolar transistor including a base B, an emitter E, and a collector C is formed in the transistor formation region, and the base region is formed on the upper surface of the N-
[0037]
Then, a
[0038]
As described above, since the
[0039]
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device will be described in detail with reference to FIGS.
[0040]
First, in the first step, as shown in FIG. 2, a Sb gas phase using Sb 2 O 3 at 1200 ° C. is formed in a transistor formation region on a
[0041]
Next, after the entire surface of the
[0042]
Next, after forming an oxide film having a thickness of 7 to 10 nm by thermal oxidation at 800 to 900 ° C., a first SiO 2 film 9 having a thickness of 100 to 200 nm is formed on the entire surface by a CVD method.
[0043]
As shown in FIG. 3, in the second step, an opening is formed in the epitaxial base
[0044]
In the third step, as shown in FIG. 4, an SiO 2 film is formed as a second insulating
[0045]
Next, in a fourth step, as shown in FIG. 5, a
[0046]
In the fifth step, as shown in FIG. 6, a silicon nitride (Si 3 N 4 )
[0047]
As shown in FIG. 7, in the sixth step, a SiO 2 film serving as the third insulating
[0048]
Next, as shown in FIG. 8, in a seventh step, a second polysilicon layer, which is a polycrystalline semiconductor layer, is formed with a thickness of about 100 nm, and is etched by a dry etching technique to form an emitter region. Here, by etching back the entire surface, a
[0049]
As shown in FIG. 9, in the eighth step, the
[0050]
Then, as shown in FIG. 10, in a ninth step, the silicon nitride (Si 3 N 4 )
[0051]
Thereafter, after forming cobalt on the entire surface of the substrate, heat treatment is performed to form a silicide layer 5 in a self-aligned manner in the extraction electrode regions of the emitter E, base B, and collector C, and a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed by LPCVD. After the formation of 13, the
[0052]
Incidentally, the silicide layer 5 is formed through the following steps.
[0053]
First, after removing the natural oxide film on the surfaces of the
[0054]
As described above, according to the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present embodiment, a bipolar transistor having a structure including an epitaxial base layer using SiGe (silicon-germanium mixed crystal) for high speed and high performance is provided. It is possible to realize means for making, and to provide a high-performance semiconductor device using these.
[0055]
As described above, the present invention has been described through the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. For example, an integrated circuit does not necessarily consist of a bipolar transistor alone, but can be applied to a semiconductor integrated circuit in which a capacitor, a resistor, a MOS transistor, and the like are mixed, and can be appropriately applied if it is within the spirit of the present invention. can do.
[0056]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
[0057]
(1) In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a bipolar transistor in which a base layer is formed on a semiconductor substrate by epitaxial growth and a part of the base layer is used as a base extraction region. Forming a silicon layer on the silicon layer, and forming a silicide layer on the silicon layer, a shallow impurity profile in the vertical direction for optimizing the maximum cutoff frequency (f T max); and It is possible to reduce the base resistance by forming silicide with a thickness necessary to improve the maximum oscillation frequency (fmax), and a high-quality semiconductor device having excellent performance can be obtained. Further, the thickness of the polycrystalline layer in the base electrode formation region is increased, so that the base resistance can be further reduced.
[0058]
(2) According to the second aspect of the present invention, since the base layer is made of SiGe (silicon-germanium mixed crystal), a semiconductor device including a transistor that operates at high speed can be provided.
[0059]
(3) According to the third aspect of the present invention, a bipolar transistor is formed on a semiconductor substrate by forming a base layer made of SiGe (silicon-germanium mixed crystal) by epitaxial growth and using a part of the base layer as a base extraction region. In the method for manufacturing a semiconductor device, a silicon layer is formed on the base extraction region, and a silicide layer is formed on the silicon layer. Accordingly, shallow (Shallow) of longitudinal impurity profile for optimizing the maximum cut-off frequency (f T max), and to form a silicide with a thickness necessary for improving the maximum oscillation frequency (fmax) Base The resistance can be reduced, and a high-quality semiconductor device that operates at high speed and has excellent performance can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a completed sectional view of a semiconductor device according to the present embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment;
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment;
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment;
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment;
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment;
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment;
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment;
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment;
FIG. 11 is a completed sectional view of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
5 Silicide layer
Claims (3)
前記ベース取り出し領域の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成したことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device comprising a bipolar transistor having a base layer formed on a semiconductor substrate by epitaxial growth and having a part of the base layer as a base extraction region.
A semiconductor device, wherein a silicon layer is formed on the base extraction region, and a silicide layer is formed on the silicon layer.
前記ベース取り出し領域の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上にシリサイド層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a base layer made of SiGe (silicon-germanium mixed crystal) on a semiconductor substrate by epitaxial growth; and providing a bipolar transistor having a part of the base layer as a base extraction region.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a silicon layer on the base extraction region; and forming a silicide layer on the silicon layer.
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