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JP2015103551A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2015103551A
JP2015103551A JP2013240882A JP2013240882A JP2015103551A JP 2015103551 A JP2015103551 A JP 2015103551A JP 2013240882 A JP2013240882 A JP 2013240882A JP 2013240882 A JP2013240882 A JP 2013240882A JP 2015103551 A JP2015103551 A JP 2015103551A
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JP
Japan
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oxide film
base layer
region
silicon oxide
semiconductor device
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Application number
JP2013240882A
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Japanese (ja)
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孝至 青戸
Takashi Aoto
孝至 青戸
敏郎 坂本
Toshiro Sakamoto
敏郎 坂本
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Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Original Assignee
Asahi Kasei Electronics Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of further reducing β variation of a bipolar transistor, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: Provided is a semiconductor device comprising a bipolar transistor using a polysilicon film as an emitter electrode. The bipolar transistor 100 comprises: a collector region 10 formed on an Si substrate 1; a base layer 30 formed on the collector region 10; an emitter region 39 formed at an upper portion away from the collector region 10, of the base layer 30; and an insulating film 40 formed on the base layer 30, and covering a junction part between the base layer 30 and the emitter region 39. The insulating film 40 at least includes a silicon thermal oxide film 41 formed on the base layer 30.

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、バイポーラトランジスタの電流増幅率βのばらつきをさらに低減できるようにした半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can further reduce variations in the current amplification factor β of bipolar transistors.

近年では、エミッタ電極にポリシリコン膜を使用したバイポーラトランジスタは、高速・高集積を必要とする通信用デバイス等で多く利用されている。バイポーラトランジスタの構造とその製造方法は、例えば特許文献1に開示されている。
また、バイポーラトランジスタの代表的な特性として電流増幅率β(もしくはhFEと呼ばれる)がある。一般的にβは非常にばらつき易いパラメータと言われており、βのばらつき(即ち、βばらつき)低減については様々な検討がなされている。例えば、特許文献2には、エミッタ電極となるポリシリコン膜にフッ素(F)をイオン注入し、さらに熱処理を加えることで、ポリシリコン膜とベース層の境界部に存在する自然酸化膜をブレイクアップし、正孔逆注入障壁を低減させて、自然酸化膜厚がばらつくことに起因するβばらつきを低減させる方法が記載されている。
In recent years, bipolar transistors using a polysilicon film as an emitter electrode are widely used in communication devices that require high speed and high integration. A structure of a bipolar transistor and a manufacturing method thereof are disclosed in, for example, Patent Document 1.
A typical characteristic of a bipolar transistor is a current amplification factor β (or called hFE). In general, β is said to be a parameter that is very likely to vary, and various studies have been made to reduce variation in β (that is, β variation). For example, Patent Document 2 breaks up a natural oxide film existing at the boundary between a polysilicon film and a base layer by implanting fluorine (F) into a polysilicon film to be an emitter electrode and further performing a heat treatment. In addition, there is described a method for reducing β variation due to variation in the natural oxide film thickness by reducing the hole reverse injection barrier.

特開2004−311971号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-311971 特開平11−40572号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-40572

ところで、特許文献2に記載の方法は、エミッタ電極となるポリシリコン膜とベース層との境界部に存在する自然酸化膜の膜厚ばらつきに起因するβばらつきしか抑制することができない。
図16に示すように、実際のデバイスを製造すると、エミッタ領域239とベース領域235の接合部で、かつ絶縁膜241との界面に存在する界面準位(図16の×印)がβばらつきの原因になっていることが少なくない。この界面準位によってベース電流のばらつきが増大し、その結果、βばらつきが増大するからである。
By the way, the method described in Patent Document 2 can suppress only β variation caused by variation in film thickness of a natural oxide film present at a boundary portion between a polysilicon film serving as an emitter electrode and a base layer.
As shown in FIG. 16, when an actual device is manufactured, the interface state (marked by x in FIG. 16) existing at the junction between the emitter region 239 and the base region 235 and at the interface with the insulating film 241 has β variation. It is often the cause. This is because the variation in the base current increases due to this interface state, and as a result, the variation in β increases.

つまり、特許文献2に記載の方法で、エミッタ電極となるポリシリコン膜250中にフッ素をイオン注入しても、×印で示した界面準位を低減できなければβばらつきを十分に低減できないことがある。フッ素は未結合手(ダングリングボンド)の終端に効果的な元素であり、界面準位を低減するのに有効であるが、特許文献2に記載のイオン注入方法は、自然酸化膜のブレイクアップのみが目的であるため、×印で示した界面準位が存在する領域まで高濃度のフッ素を到達させることができない。このため、特許文献2に記載の方法では、界面準位低減によるβばらつき低減効果を十分に得ることができないという課題があった。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、バイポーラトランジスタのβばらつきをさらに低減できるようにした半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
That is, even if fluorine is ion-implanted into the polysilicon film 250 to be the emitter electrode by the method described in Patent Document 2, β variation cannot be sufficiently reduced unless the interface state indicated by the x mark can be reduced. There is. Fluorine is an effective element for terminating dangling bonds (dangling bonds) and is effective in reducing the interface state. However, the ion implantation method described in Patent Document 2 is a breakup of a natural oxide film. Therefore, high-concentration fluorine cannot reach the region where the interface state indicated by the x mark exists. For this reason, the method described in Patent Document 2 has a problem that a β variation reduction effect due to interface state reduction cannot be sufficiently obtained.
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can further reduce the β variation of the bipolar transistor.

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置は、エミッタ電極にポリシリコン膜を使用したバイポーラトランジスタを備える半導体装置であって、前記バイポーラトランジスタは、基板に形成されたコレクタ領域と、前記コレクタ領域上に形成されたベース層と、前記ベース層のうちの前記コレクタ領域から離れた上側部位に形成されたエミッタ領域と、前記ベース層上に形成され、前記ベース層と前記エミッタ領域との接合部を覆う絶縁膜と、を有し、前記絶縁膜は、前記ベース層上に形成されたシリコン熱酸化膜を少なくとも含むことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor device including a bipolar transistor using a polysilicon film as an emitter electrode, and the bipolar transistor includes a collector region formed in a substrate. A base layer formed on the collector region, an emitter region formed in an upper part of the base layer away from the collector region, and formed on the base layer, the base layer and the emitter And an insulating film covering a junction with the region, wherein the insulating film includes at least a silicon thermal oxide film formed on the base layer.

また、上記の半導体装置において、前記絶縁膜は、前記シリコン熱酸化膜上に形成されたシリコン酸化膜をさらに含むことを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置において、前記シリコン酸化膜は、CVD法を用いて形成されたCVDシリコン酸化膜であることを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置において、前記シリコン熱酸化膜の密度は、前記シリコン酸化膜の密度よりも高いことを特徴としてもよい。
In the above semiconductor device, the insulating film may further include a silicon oxide film formed on the silicon thermal oxide film.
In the above semiconductor device, the silicon oxide film may be a CVD silicon oxide film formed by a CVD method.
In the semiconductor device, the density of the silicon thermal oxide film may be higher than the density of the silicon oxide film.

本発明の別の態様に係る半導体装置の製造方法は、エミッタ電極にポリシリコン膜を使用したバイポーラトランジスタを備える半導体装置の製造方法であって、基板にコレクタ領域を形成する工程と、前記コレクタ領域上にベース層を形成する工程と、前記ベース層上にシリコン熱酸化膜を形成する工程と、前記シリコン熱酸化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜と前記シリコン酸化膜と前記シリコン熱酸化膜とを部分的にエッチングして、前記ベース層を底面とする開口部を形成する工程と、前記開口部を通して前記ベース層に不純物を導入して、前記ベース層のうちの前記コレクタ領域から離れた上側部位にエミッタ領域を形成する工程と、を有することを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a bipolar transistor using a polysilicon film as an emitter electrode, the step of forming a collector region on a substrate, and the collector region A step of forming a base layer thereon, a step of forming a silicon thermal oxide film on the base layer, a step of forming a silicon oxide film on the silicon thermal oxide film, and a polysilicon film on the silicon oxide film A step of partially etching the polysilicon film, the silicon oxide film, and the silicon thermal oxide film to form an opening having the base layer as a bottom surface, and the opening through the opening. And introducing an impurity into the base layer to form an emitter region in an upper part of the base layer away from the collector region. And wherein the door.

また、上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコン酸化膜は、CVD法を用いて形成されたCVDシリコン酸化膜であることを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコン熱酸化膜の密度は、前記シリコン酸化膜の密度よりも高いことを特徴としてもよい。
In the method for manufacturing a semiconductor device, the silicon oxide film may be a CVD silicon oxide film formed by a CVD method.
In the method for manufacturing a semiconductor device, the density of the silicon thermal oxide film may be higher than the density of the silicon oxide film.

本発明の一態様によれば、ベース層上に形成され、そのベース層とエミッタ領域との接合部を覆う絶縁膜は、上記ベース層上に形成されたシリコン熱酸化膜を少なくとも含んでいる。このシリコン熱酸化膜は、シリコンの熱酸化によって形成されたものであるため、例えばCVD法によって形成されたシリコン酸化膜と比較して、不要な不純物の残留が少ない。このため、ベース層とエミッタ領域との接合部で、かつ絶縁膜との界面に界面準位が発生するのを抑制することができる。したがって、バイポーラトランジスタにおいて、界面準位低減によるβばらつき低減効果を十分に得る(即ち、界面準位を低減してβばらつきをさらに低減する)ことが可能となる。   According to one aspect of the present invention, the insulating film formed on the base layer and covering the junction between the base layer and the emitter region includes at least a silicon thermal oxide film formed on the base layer. Since the silicon thermal oxide film is formed by thermal oxidation of silicon, unnecessary impurities remain less than a silicon oxide film formed by, for example, the CVD method. For this reason, it is possible to suppress the generation of interface states at the interface between the base layer and the emitter region and at the interface with the insulating film. Therefore, in the bipolar transistor, it is possible to sufficiently obtain the effect of reducing β variation by reducing the interface state (that is, further reducing β variation by reducing the interface state).

実施形態に係る半導体装置の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment to process order. 課題を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating a subject.

以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成で同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(構成)
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置の構成例を示す断面図である。
図1に示す半導体装置は、エミッタ電極50にポリシリコン膜を使用したヘテロ接合構造のNPNバイポーラトランジスタ100を備える。
NPNバイポーラトランジスタ100は、シリコン(Si)基板1に形成されたN型のコレクタ領域(高濃度コレクタ領域11及び低濃度コレクタ領域13)10と、コレクタ領域10上に形成されたP型のベース層30と、ベース層30のうちのコレクタ領域10から離れた上側部位に形成されたN型のエミッタ領域39と、ベース層30上に形成された絶縁膜40と、を有する。また、このNPNバイポーラトランジスタ100において、絶縁膜40は、ベース層30とエミッタ領域39との接合部を覆っている。ここで、上記「上側部位」とは、ベース層30のうちのコレクタ領域10とは接していない領域をいう。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in each drawing described below, parts having the same configuration and the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
(Constitution)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
The semiconductor device shown in FIG. 1 includes an NPN bipolar transistor 100 having a heterojunction structure using a polysilicon film as the emitter electrode 50.
The NPN bipolar transistor 100 includes an N type collector region (high concentration collector region 11 and low concentration collector region 13) 10 formed on a silicon (Si) substrate 1, and a P type base layer formed on the collector region 10. 30, an N-type emitter region 39 formed in an upper part of the base layer 30 away from the collector region 10, and an insulating film 40 formed on the base layer 30. In the NPN bipolar transistor 100, the insulating film 40 covers the junction between the base layer 30 and the emitter region 39. Here, the “upper part” refers to a region of the base layer 30 that is not in contact with the collector region 10.

この絶縁膜40は、ベース層30上に形成されたシリコン熱酸化膜41と、シリコン熱酸化膜41上に形成されたCVDシリコン酸化膜42とを含んでいる。そして、CVDシリコン酸化膜42上には、ポリシリコン膜43が形成されている。
シリコン熱酸化膜41の密度は、CVDシリコン酸化膜42の密度よりも高くなっている。なお、本実施形態に係るシリコン熱酸化膜41は、例えば酸素ガスや酸素と水との混合ガスを用いて、Siを熱酸化して形成したシリコン酸化膜(SiO膜)である。また、本実施形態に係るCVDシリコン酸化膜42は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成したシリコン酸化膜である。また、上記「シリコン熱酸化膜41の密度は、CVDシリコン酸化膜42の密度よりも高くなっている。」とは、「シリコン熱酸化膜41は、CVDシリコン酸化膜42よりも緻密である。」ことを意味するものである。
The insulating film 40 includes a silicon thermal oxide film 41 formed on the base layer 30 and a CVD silicon oxide film 42 formed on the silicon thermal oxide film 41. A polysilicon film 43 is formed on the CVD silicon oxide film 42.
The density of the silicon thermal oxide film 41 is higher than the density of the CVD silicon oxide film 42. The silicon thermal oxide film 41 according to the present embodiment is a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by thermally oxidizing Si using, for example, oxygen gas or a mixed gas of oxygen and water. In addition, the CVD silicon oxide film 42 according to the present embodiment is a silicon oxide film formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Further, “the density of the silicon thermal oxide film 41 is higher than the density of the CVD silicon oxide film 42” means “the silicon thermal oxide film 41 is denser than the CVD silicon oxide film 42. "Means.

上記NPNバイポーラトランジスタ100の構造について、以下でより詳しく説明する。
図1に示すように、NPNバイポーラトランジスタ100は、P型のSi基板1を備えている。このP型のSi基板1内には、コレクタ領域10と、素子分離層20とが形成されている。コレクタ領域10は、P型のSi基板1内に形成された高濃度のN型Si領域である高濃度コレクタ領域11と、その上部に形成された低濃度のN型Si領域である低濃度コレクタ領域13とで構成されている。また、コレクタ領域10を電気的に分離する素子分離層20は、ディープトレンチ22と、ディープトレンチ22の上部に形成されたシャロートレンチ21とで構成されている。なお、ディープトレンチ22はポリシリコンで形成されており、シャロートレンチ21はシリコン酸化膜で形成されている。
The structure of the NPN bipolar transistor 100 will be described in more detail below.
As shown in FIG. 1, the NPN bipolar transistor 100 includes a P-type Si substrate 1. A collector region 10 and an element isolation layer 20 are formed in the P-type Si substrate 1. The collector region 10 includes a high concentration collector region 11 which is a high concentration N type Si region formed in the P type Si substrate 1 and a low concentration collector which is a low concentration N type Si region formed thereon. It consists of a region 13. The element isolation layer 20 that electrically isolates the collector region 10 includes a deep trench 22 and a shallow trench 21 formed on the deep trench 22. The deep trench 22 is made of polysilicon, and the shallow trench 21 is made of a silicon oxide film.

上述の低濃度コレクタ領域13上及びシャロートレンチ21上にはベース層30が形成されている。ベース層30は、後述の図7に示すように、Si層31と、Si層31上に積層されたシリコンゲルマニウム(SiGe)層32と、SiGe層32の上に積層されたSi層33とを含むヘテロ接合構造の半導体層である。エミッタ領域39は、このベース層30の上側部位であるSi層33に形成されている。このベース層30においてエミッタ領域39とコレクタ領域10(具体的には、低濃度コレクタ領域13)とに挟まれた領域が、ベースとして実効的に機能する実効ベース領域35である。   A base layer 30 is formed on the low concentration collector region 13 and the shallow trench 21 described above. As shown in FIG. 7 described later, the base layer 30 includes a Si layer 31, a silicon germanium (SiGe) layer 32 stacked on the Si layer 31, and a Si layer 33 stacked on the SiGe layer 32. A semiconductor layer having a heterojunction structure. The emitter region 39 is formed in the Si layer 33 that is the upper portion of the base layer 30. In this base layer 30, a region sandwiched between the emitter region 39 and the collector region 10 (specifically, the low concentration collector region 13) is an effective base region 35 that effectively functions as a base.

ここで、ベース層30のうちのシャロートレンチ21上に形成された部分(領域)は、多結晶のSi層及びSiGe層(以下、「多結晶Si/SiGe/Si層領域」とも表記する。)となっている。一方、ベース層30のうちのシャロートレンチ21を除く単結晶領域上(つまり、低濃度コレクタ領域13上)に形成された部分は、単結晶のSi層及びSiGe層(以下、「単結晶Si/SiGe/Si層領域」とも表記する。)となっている。   Here, portions (regions) formed on the shallow trench 21 in the base layer 30 are polycrystalline Si layers and SiGe layers (hereinafter also referred to as “polycrystalline Si / SiGe / Si layer regions”). It has become. On the other hand, a portion of the base layer 30 formed on the single crystal region excluding the shallow trench 21 (that is, on the low-concentration collector region 13) is composed of a single crystal Si layer and a SiGe layer (hereinafter referred to as “single crystal Si / It is also expressed as “SiGe / Si layer region”.

さらに、NPNバイポーラトランジスタ100は、単結晶Si/SiGe/Si層領域の上部に絶縁膜40を有している。この絶縁膜40は、単結晶Si/SiGe/Si層領域上に形成されたシリコン熱酸化膜41と、シリコン熱酸化膜41上に形成されたCVDシリコン酸化膜42とが積層した構造をしている。そして、CVDシリコン酸化膜42上にはポリシリコン膜43が形成されている。シリコン熱酸化膜41は、エミッタ開口部を有し、熱酸化により形成されたシリコン酸化膜である。また、CVDシリコン酸化膜42は、エミッタ開口部を有し、CVD法により形成されたシリコン酸化膜である。また、ポリシリコン膜43は、エミッタ開口部を有するポリシリコン膜である。ここで、シリコン熱酸化膜41の密度は、CVDシリコン酸化膜42の密度よりも高くなっている。   Further, the NPN bipolar transistor 100 has an insulating film 40 above the single crystal Si / SiGe / Si layer region. This insulating film 40 has a structure in which a silicon thermal oxide film 41 formed on a single crystal Si / SiGe / Si layer region and a CVD silicon oxide film 42 formed on the silicon thermal oxide film 41 are laminated. Yes. A polysilicon film 43 is formed on the CVD silicon oxide film 42. The silicon thermal oxide film 41 is a silicon oxide film having an emitter opening and formed by thermal oxidation. The CVD silicon oxide film 42 is a silicon oxide film having an emitter opening and formed by a CVD method. The polysilicon film 43 is a polysilicon film having an emitter opening. Here, the density of the silicon thermal oxide film 41 is higher than the density of the CVD silicon oxide film 42.

また、NPNバイポーラトランジスタ100は、ポリシリコン膜43上に形成され、且つ上記エミッタ開口部を埋めてベース層30(具体的には、単結晶Si/SiGe/Si層領域)に接触するエミッタ電極50を備えている。また、上述のシリコン熱酸化膜41、CVDシリコン酸化膜42、ポリシリコン膜43及びエミッタ電極50のそれぞれの側面には、シリコン酸化膜からなるサイドウォール59が形成されている。また、エミッタ電極50上と、ベース層30の多結晶Si/SiGe/Si層領域上と、コレクタコンタクト領域14の単結晶Si領域上には、コバルトシリサイド(CoSi)層61がそれぞれ形成されている。   The NPN bipolar transistor 100 is formed on the polysilicon film 43 and fills the emitter opening and contacts the base layer 30 (specifically, the single crystal Si / SiGe / Si layer region). It has. Further, sidewalls 59 made of a silicon oxide film are formed on the side surfaces of the silicon thermal oxide film 41, the CVD silicon oxide film 42, the polysilicon film 43, and the emitter electrode 50, respectively. A cobalt silicide (CoSi) layer 61 is formed on the emitter electrode 50, on the polycrystalline Si / SiGe / Si layer region of the base layer 30, and on the single crystal Si region of the collector contact region 14, respectively. .

また、Si基板1の上方には、上述のCoSi層61やシャロートレンチ21を覆うシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜65が形成されている。この層間絶縁膜65には、層間絶縁膜65を貫通し、CoSi層61のそれぞれと電気的に接続するタングステン(W)プラグが形成されている。そして、このWプラグを備えた層間絶縁膜65上には、各Wプラグと電気的に接続するアルミニウム(Al)合金膜からなる金属配線が形成されている。より詳しくは、エミッタ電極50上に形成されたCoSi層61には、上記Wプラグとしてエミッタコンタクト部71が接続されている。また、ベース層30の多結晶Si/SiGe/Si層領域上に形成されたCoSi層61には、ベースコンタクト部73が接続されている。また、コレクタコンタクト領域14の単結晶Si領域上に形成されたCoSi層61には、コレクトコンタクト部75が接続されている。また、エミッタコンタクト部71には、金属配線81が接続されている。また、ベースコンタクト部73には、金属配線83が接続されている。また、コレクトコンタクト部75には、金属配線85が接続されている。   Further, an interlayer insulating film 65 made of a silicon oxide film covering the CoSi layer 61 and the shallow trench 21 is formed above the Si substrate 1. In the interlayer insulating film 65, tungsten (W) plugs that penetrate the interlayer insulating film 65 and are electrically connected to the respective CoSi layers 61 are formed. A metal wiring made of an aluminum (Al) alloy film that is electrically connected to each W plug is formed on the interlayer insulating film 65 having the W plug. More specifically, an emitter contact portion 71 is connected to the CoSi layer 61 formed on the emitter electrode 50 as the W plug. A base contact portion 73 is connected to the CoSi layer 61 formed on the polycrystalline Si / SiGe / Si layer region of the base layer 30. Further, a collect contact portion 75 is connected to the CoSi layer 61 formed on the single crystal Si region of the collector contact region 14. A metal wiring 81 is connected to the emitter contact portion 71. A metal wiring 83 is connected to the base contact portion 73. A metal wiring 85 is connected to the collect contact portion 75.

(製造方法)
次に、図1に示した半導体装置の製造方法について説明する。
図2〜図15は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。なお、図14は、要部を拡大した断面図である。なお、本実施形態では、ベース層30にSi/SiGe/Siを用いたヘテロ接合構造のNPNバイポーラトランジスタ(HBT)を例に説明するが、本発明はこの構造に限るものではない。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described.
2 to 15 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of the main part. In this embodiment, an NPN bipolar transistor (HBT) having a heterojunction structure using Si / SiGe / Si as the base layer 30 will be described as an example. However, the present invention is not limited to this structure.

図2に示すように、まず、P型のシリコン(Si)基板1を用意する。次に、このSi基板1の表面に、膜厚100Å程度の熱酸化膜3を形成する。次に、リソグラフィーにより、HBT形成領域の上方を開口し、それ以外の領域を覆うフォトレジスト5を熱酸化膜3上に形成する。そして、このフォトレジスト5をマスクに用いて、Si基板1にN型不純物を高濃度にイオン注入する。このイオン注入工程では、N型不純物としてヒ素もしくはリンを用いる。また、イオン注入のドーズ量は1×1015〜1×1016cm−2程度とする。このイオン注入の後、フォトレジスト5を除去する。続いて、熱酸化膜3をウェットエッチングで除去し、Si基板1の表面に単結晶Si層を1μm程度エピタキシャル成長させる。 As shown in FIG. 2, first, a P-type silicon (Si) substrate 1 is prepared. Next, a thermal oxide film 3 having a thickness of about 100 mm is formed on the surface of the Si substrate 1. Next, a photoresist 5 is formed on the thermal oxide film 3 by lithography so as to open above the HBT formation region and cover other regions. Then, using this photoresist 5 as a mask, N-type impurities are ion-implanted into the Si substrate 1 at a high concentration. In this ion implantation process, arsenic or phosphorus is used as the N-type impurity. The dose amount for ion implantation is about 1 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −2 . After this ion implantation, the photoresist 5 is removed. Subsequently, the thermal oxide film 3 is removed by wet etching, and a single crystal Si layer is epitaxially grown on the surface of the Si substrate 1 by about 1 μm.

次に、図3に示すように、Si基板1の表面に、膜厚100Å程度の熱酸化膜7を形成する。そして、リソグラフィーにより、HBT形成領域の上方を開口し、それ以外の領域を覆うフォトレジスト9を形成する。続いて、このフォトレジスト9をマスクに用いて、Si基板1にN型不純物を低濃度にイオン注入する。このイオン注入工程では、N型不純物としてヒ素もしくはリンを用いる。また、イオン注入のドーズ量は1×1012〜1×1013cm−2程度とする。このイオン注入の後に、フォトレジスト9は除去する。 Next, as shown in FIG. 3, a thermal oxide film 7 having a thickness of about 100 mm is formed on the surface of the Si substrate 1. Then, a photoresist 9 is formed by lithography so as to open above the HBT formation region and cover other regions. Subsequently, N-type impurities are ion-implanted at a low concentration into the Si substrate 1 using the photoresist 9 as a mask. In this ion implantation process, arsenic or phosphorus is used as the N-type impurity. The dose amount for ion implantation is about 1 × 10 12 to 1 × 10 13 cm −2 . After this ion implantation, the photoresist 9 is removed.

次に、Si基板1全体に1200℃/60min程度の熱処理を施し、Si基板1に注入したN型不純物を活性化及び拡散させる。これにより、図4に示すように、Si基板1に、高濃度コレクタ領域(N+層)11と、高濃度コレクタ領域11上に位置する低濃度コレクタ領域(N−層)13とを形成する。こうして、高濃度コレクタ領域11と低濃度コレクタ領域13とからなるコレクタ領域10を形成する。   Next, the entire Si substrate 1 is subjected to heat treatment at about 1200 ° C./60 min to activate and diffuse the N-type impurities implanted into the Si substrate 1. As a result, as shown in FIG. 4, a high concentration collector region (N + layer) 11 and a low concentration collector region (N− layer) 13 located on the high concentration collector region 11 are formed on the Si substrate 1. Thus, the collector region 10 composed of the high concentration collector region 11 and the low concentration collector region 13 is formed.

次に、図4に示すように、素子分離層20として、シリコン酸化膜により構成される深さ約0.3μmのシャロートレンチ21と、ノンドープポリシリコン膜及びこれを取り囲むシリコン酸化膜により構成される深さ約6μmのディープトレンチ22とを形成する。
次に、図5に示すように、CVD法などにより膜厚約1000Åのシリコン酸化膜23、膜厚約1000Åのポリシリコン膜25をSi基板1の上方全面に堆積し、リソグラフィー、ドライエッチング、ウェットエッチングにより、HBT形成領域上からポリシリコン膜25とシリコン酸化膜23を部分的に除去する。これにより、低濃度コレクタ領域13の表面を部分的に露出させる。
Next, as shown in FIG. 4, the element isolation layer 20 is constituted by a shallow trench 21 having a depth of about 0.3 μm constituted by a silicon oxide film, a non-doped polysilicon film and a silicon oxide film surrounding the non-doped polysilicon film. A deep trench 22 having a depth of about 6 μm is formed.
Next, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film 23 having a film thickness of about 1000 mm and a polysilicon film 25 having a film thickness of about 1000 mm are deposited on the entire upper surface of the Si substrate 1 by CVD or the like. The polysilicon film 25 and the silicon oxide film 23 are partially removed from the HBT formation region by etching. Thereby, the surface of the low concentration collector region 13 is partially exposed.

次に、図6に示すように、Si基板1上にベース層30を形成する。ベース層30の形成工程では、例えば図7に示すように、膜厚約300ÅのSi層31、膜厚約700Åのシリコンゲルマニウム(SiGe)層32、膜厚約100ÅのSi層33を、この順にエピタキシャル成長させる。このとき、単結晶のSi基板1上では単結晶Si、SiGeが成長し、図6に示したポリシリコン膜25や図示しないシリコン酸化膜上では多結晶もしくはアモルファスSi、SiGeが成長する。換言すると、単結晶からなる低濃度コレクタ領域13上には単結晶Si、SiGeが成長し、ポリシリコン膜25上やシャロートレンチ21上では多結晶もしくはアモルファスSi、SiGeが成長する。   Next, as shown in FIG. 6, a base layer 30 is formed on the Si substrate 1. In the step of forming the base layer 30, for example, as shown in FIG. 7, a Si layer 31 having a thickness of about 300 mm, a silicon germanium (SiGe) layer 32 having a thickness of about 700 mm, and a Si layer 33 having a thickness of about 100 mm are formed in this order. Epitaxially grow. At this time, single crystal Si and SiGe grow on the single crystal Si substrate 1, and polycrystalline or amorphous Si and SiGe grow on the polysilicon film 25 shown in FIG. 6 and a silicon oxide film (not shown). In other words, single crystal Si and SiGe grow on the low concentration collector region 13 made of single crystal, and polycrystalline or amorphous Si and SiGe grow on the polysilicon film 25 and the shallow trench 21.

ベース層30の形成工程では、例えばin−situドープにより、SiGe層32にボロンを導入する。これにより、SiGe層32の導電型をP型にする。
次に、図8に示すように、ベース層30上に熱酸化法を用いてシリコン酸化膜(シリコン熱酸化膜)41を形成し、続いて、シリコン熱酸化膜41上にCVD法を用いてシリコン酸化膜(CVDシリコン酸化膜)42を形成する。シリコン熱酸化膜41の膜厚は、10〜100Å程度であることが好ましい。また、CVDシリコン酸化膜42の膜厚は、200〜350Å程度であることが好ましい。こうして、シリコン熱酸化膜41とCVDシリコン酸化膜42とが積層してなる絶縁膜40を形成する。その後、CVDシリコン酸化膜42上に膜厚約500Åのポリシリコン膜43を堆積する。
In the formation process of the base layer 30, boron is introduced into the SiGe layer 32 by, for example, in-situ doping. Thereby, the conductivity type of the SiGe layer 32 is changed to the P type.
Next, as shown in FIG. 8, a silicon oxide film (silicon thermal oxide film) 41 is formed on the base layer 30 using a thermal oxidation method, and subsequently, a CVD method is used on the silicon thermal oxide film 41. A silicon oxide film (CVD silicon oxide film) 42 is formed. The thickness of the silicon thermal oxide film 41 is preferably about 10 to 100 mm. The thickness of the CVD silicon oxide film 42 is preferably about 200 to 350 mm. Thus, the insulating film 40 formed by laminating the silicon thermal oxide film 41 and the CVD silicon oxide film 42 is formed. Thereafter, a polysilicon film 43 having a thickness of about 500 mm is deposited on the CVD silicon oxide film 42.

以下、シリコン熱酸化膜41及びCVDシリコン酸化膜42の形成方法について簡単に説明する。
本実施形態では、シリコン熱酸化膜41を、高温環境下で、例えば酸素(O)と水(HO)とを含む混合ガスやOガスと、ベース層30表面近傍に存在するSiとを反応させて(つまり、熱酸化させて)形成する。より詳しくは、例えば、ベース層30表面を、Oガスのみで酸化するドライ酸化、酸素(O)と水素(H)とを含む混合ガスで酸化するウェット酸化(例えば、パイロジェニック酸化)することで、上述のシリコン熱酸化膜41を形成する。
Hereinafter, a method for forming the silicon thermal oxide film 41 and the CVD silicon oxide film 42 will be briefly described.
In the present embodiment, the silicon thermal oxide film 41 is formed in a high temperature environment by, for example, a mixed gas or O 2 gas containing oxygen (O 2 ) and water (H 2 O), and Si existing in the vicinity of the surface of the base layer 30. To form (i.e., thermally oxidized). More specifically, for example, dry oxidation that oxidizes the surface of the base layer 30 only with O 2 gas, wet oxidation that oxidizes with a mixed gas containing oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ) (for example, pyrogenic oxidation). As a result, the above-described silicon thermal oxide film 41 is formed.

また、本実施形態では、CVDシリコン酸化膜42を、例えば低圧CVD法を用いて形成する。より詳しくは、例えば、HLD(High temperature Low pressure Deposition)法を用いてシリコン酸化膜を形成する。このCVDシリコン酸化膜42を形成する際には、例えば、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)をその材料とする。   In the present embodiment, the CVD silicon oxide film 42 is formed by using, for example, a low pressure CVD method. More specifically, the silicon oxide film is formed by using, for example, a high temperature low pressure deposition (HLD) method. When the CVD silicon oxide film 42 is formed, for example, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) is used as the material.

次に、図9に示すように、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ポリシリコン膜43に開口パターンを形成する。開口パターンの形成後、図示しないフォトレジストをアッシングにより除去する。その後、ウェットエッチングにより、開口パターンを有するポリシリコン膜43をマスクに用いてCVDシリコン酸化膜42及びシリコン熱酸化膜41を順次開口させる。これにより、HBT形成領域に、ポリシリコン膜43、CVDシリコン酸化膜42及びシリコン熱酸化膜41をそれぞれ貫いてベース層30を底面とする開口部45を形成する。   Next, as shown in FIG. 9, an opening pattern is formed in the polysilicon film 43 by lithography and dry etching. After the opening pattern is formed, the photoresist (not shown) is removed by ashing. Thereafter, the CVD silicon oxide film 42 and the silicon thermal oxide film 41 are sequentially opened by wet etching using the polysilicon film 43 having an opening pattern as a mask. As a result, an opening 45 having the base layer 30 as the bottom is formed in the HBT formation region through the polysilicon film 43, the CVD silicon oxide film 42, and the silicon thermal oxide film 41.

次に、図10に示すように、例えばCVD法などにより、Si基板1の上方にエミッタ電極となるノンドープのポリシリコン膜50´を厚さ約2500Å程度堆積して、開口部45を埋める。そして、堆積したポリシリコン膜50´にN型不純物をイオン注入する。このイオン注入のドーズ量は5×1015〜1×1016cm−2程度とする。なお、ノンドープのポリシリコン膜50´の堆積とイオン注入を行う代わりに、リンをin−situドープした、いわゆるドープドポリシリコン膜を堆積してもよい。 Next, as shown in FIG. 10, a non-doped polysilicon film 50 'serving as an emitter electrode is deposited on the Si substrate 1 to a thickness of about 2500 mm to fill the opening 45 by, eg, CVD. Then, N-type impurities are ion-implanted into the deposited polysilicon film 50 '. The dose of this ion implantation is about 5 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −2 . Instead of depositing the non-doped polysilicon film 50 'and performing ion implantation, a so-called doped polysilicon film doped with phosphorus in-situ may be deposited.

次に、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ポリシリコン膜50´をパターニングする。これにより、図11に示すように、ポリシリコン膜50´からなるエミッタ電極50を形成する。続いて、エミッタ電極50上にフォトレジスト53を残したまま、外部ベース領域(即ち、実効ベース領域を外部へ引き出すための領域)の抵抗を低減するために、ベース層30のエミッタ電極50下から露出している領域に1×1015〜1×1016cm−2程度のドーズ量でボロンもしくはBFをイオン注入する。その後、エミッタ電極50上からフォトレジスト53を除去する。 Next, the polysilicon film 50 'is patterned by lithography and dry etching. Thereby, as shown in FIG. 11, the emitter electrode 50 made of the polysilicon film 50 'is formed. Subsequently, in order to reduce the resistance of the external base region (that is, the region for drawing out the effective base region to the outside) while leaving the photoresist 53 on the emitter electrode 50, the base layer 30 is exposed from under the emitter electrode 50. Boron or BF 2 is ion-implanted into the exposed region at a dose of about 1 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −2 . Thereafter, the photoresist 53 is removed from the emitter electrode 50.

次に、図12に示すように、リソグラフィー及びドライエッチングにより、絶縁膜40及びベース層30をパターニングして、ベース層30に外部ベース領域37を形成する。その後、絶縁膜40及びベース層30のパターニングに用いた図示しないフォトレジストを除去する。
次に、図13に示すように、Si基板1の上方に厚さ約100Åのシリコン酸化膜55を形成する。そして、リソグラフィーにより、低濃度コレクタ領域13のコンタクト領域(即ち、コレクタコンタクト領域)14の上方を開口し、それ以外の領域を覆うフォトレジスト57を形成する。次に、このフォトレジスト57をマスクに用いて、1×1015〜5×1015cm−2程度のドーズ量でヒ素をイオン注入する。その後、フォトレジスト57を除去する。
Next, as shown in FIG. 12, the insulating film 40 and the base layer 30 are patterned by lithography and dry etching to form an external base region 37 in the base layer 30. Thereafter, the photoresist (not shown) used for patterning the insulating film 40 and the base layer 30 is removed.
Next, as shown in FIG. 13, a silicon oxide film 55 having a thickness of about 100 mm is formed above the Si substrate 1. Then, a photoresist 57 is formed by lithography so as to open above the contact region (that is, collector contact region) 14 of the low concentration collector region 13 and cover the other regions. Next, arsenic is ion-implanted with a dose of about 1 × 10 15 to 5 × 10 15 cm −2 using the photoresist 57 as a mask. Thereafter, the photoresist 57 is removed.

次に、温度950℃/時間10sec程度のアニールをSi基板1全体に施す。これにより、図14に示すように、ポリシリコン膜50´からなるエミッタ電極50に含まれているN型不純物を、エミッタ電極50からベース層30へ拡散させて、ベース層30の低濃度コレクタ領域から離れた上側部位(例えば、図7に示したSi層33)にエミッタ領域39を形成する。   Next, annealing is performed on the entire Si substrate 1 at a temperature of about 950 ° C./hour for about 10 seconds. As a result, as shown in FIG. 14, the N-type impurity contained in the emitter electrode 50 made of the polysilicon film 50 ′ is diffused from the emitter electrode 50 to the base layer 30, so that the low concentration collector region of the base layer 30. An emitter region 39 is formed in an upper portion (for example, the Si layer 33 shown in FIG. 7) away from the region.

なお、このアニールの際に、シリコン熱酸化膜41形成時にシリコン熱酸化膜41中に取り込まれた水素(H)原子もシリコン熱酸化膜41からベース層30へ拡散する。そして、この拡散するH原子で、シリコン熱酸化膜41とベース層30との界面近傍に存在するダングリングボンドを終端させることができる。
次に、Si基板1の上方にシリコン酸化膜を300Å程度堆積し、続けてシリコン酸化膜に異方性のエッチバックを施す。これにより、図15に示すように、エミッタ電極50、ポリシリコン膜43、CVDシリコン酸化膜42、シリコン熱酸化膜41及びベース層30のそれぞれの側壁を覆うサイドウォール59を形成する。なお、このサイドウォール形成時に、CVDシリコン酸化膜42及びシリコン熱酸化膜41も除去される。
During this annealing, hydrogen (H) atoms taken into the silicon thermal oxide film 41 when the silicon thermal oxide film 41 is formed also diffuse from the silicon thermal oxide film 41 to the base layer 30. The dangling bonds existing in the vicinity of the interface between the silicon thermal oxide film 41 and the base layer 30 can be terminated by the diffusing H atoms.
Next, a silicon oxide film is deposited on the upper side of the Si substrate 1 by about 300 mm, and then an anisotropic etch back is performed on the silicon oxide film. Thereby, as shown in FIG. 15, sidewalls 59 that cover the respective sidewalls of the emitter electrode 50, the polysilicon film 43, the CVD silicon oxide film 42, the silicon thermal oxide film 41, and the base layer 30 are formed. Note that the CVD silicon oxide film 42 and the silicon thermal oxide film 41 are also removed during the formation of the sidewalls.

次に、セルフアラインドシリサイドにより、エミッタ電極50の露出している表面と、外部ベース領域37の露出している表面と、低濃度コレクタ領域13の露出している表面(つまり、コレクタコンタクト領域14の表面)とにそれぞれCoSi層61を形成する。これ以降の工程は、標準的な多層配線プロセスを用い、各素子間の電気的接続を行う。即ち、図1に示したように、層間絶縁膜65を形成し、層間絶縁膜65を貫いて各CoSi層61を底面とするコンタクトホールを形成し、これらコンタクトホール内にそれぞれ電極材を埋め込む。これにより、エミッタ電極50に電気的に接続するエミッタコンタクト部71と、外部ベース領域37に電気的に接続するベースコンタクト部73と、低濃度コレクタ領域13(コレクタコンタクト領域14)に電気的に接続するコレクタコンタクト部75と、を形成する。   Next, due to self-aligned silicide, the exposed surface of the emitter electrode 50, the exposed surface of the external base region 37, and the exposed surface of the low-concentration collector region 13 (that is, the collector contact region 14). The CoSi layer 61 is formed on each of the surfaces. In the subsequent steps, a standard multilayer wiring process is used to make electrical connection between the elements. That is, as shown in FIG. 1, an interlayer insulating film 65 is formed, contact holes are formed through the interlayer insulating film 65 and each CoSi layer 61 is a bottom surface, and an electrode material is embedded in each of these contact holes. Thereby, the emitter contact portion 71 electrically connected to the emitter electrode 50, the base contact portion 73 electrically connected to the external base region 37, and the low concentration collector region 13 (collector contact region 14) are electrically connected. And a collector contact portion 75 to be formed.

最後に、エミッタコンタクト部71、ベースコンタクト部73及びコレクタコンタクト部75が形成された層間絶縁膜65上に金属配線膜(図示せず)を形成し、その金属配線膜をパターニングする。こうして、図1に示すように、エミッタコンタクト部71、ベースコンタクト部73、コレクタコンタクト部75とそれぞれ電気的に接続した金属配線81、83、85を形成する。   Finally, a metal wiring film (not shown) is formed on the interlayer insulating film 65 on which the emitter contact portion 71, the base contact portion 73, and the collector contact portion 75 are formed, and the metal wiring film is patterned. In this way, as shown in FIG. 1, metal wirings 81, 83, and 85 that are electrically connected to the emitter contact portion 71, the base contact portion 73, and the collector contact portion 75 are formed.

以上の工程を経て、βばらつきを低減させたヘテロ接合構造のNPNバイポーラトランジスタ100を備えた半導体装置が完成する。
この実施形態では、高濃度コレクタ領域11及び低濃度コレクタ領域13が本発明のコレクタ領域に対応している。また、シリコン熱酸化膜41及びCVDシリコン酸化膜42が本発明の絶縁膜に対応している。さらに、ヘテロ接合構造のNPNバイポーラトランジスタ100が本発明のバイポーラトランジスタに対応している。
Through the above steps, a semiconductor device including the NPN bipolar transistor 100 having a heterojunction structure with reduced β variation is completed.
In this embodiment, the high concentration collector region 11 and the low concentration collector region 13 correspond to the collector region of the present invention. The silicon thermal oxide film 41 and the CVD silicon oxide film 42 correspond to the insulating film of the present invention. Further, the NPN bipolar transistor 100 having a heterojunction structure corresponds to the bipolar transistor of the present invention.

(実施形態の効果)
本発明の実施形態は、以下の効果を奏する。
(1)ベース層30上に形成され、ベース層30とエミッタ領域39との接合部を覆う絶縁膜40は、ベース層30上に形成されたシリコン熱酸化膜41を少なくとも含んでいる。このシリコン熱酸化膜41は、Siの熱酸化によって形成されたものであるため、例えばCVD法によって形成されたシリコン酸化膜と比較して、不要な不純物の残留が少ない。このため、ベース層30とエミッタ領域39との接合部で、かつ絶縁膜40との界面に界面準位が発生するのを抑制することができる。したがって、バイポーラトランジスタ100を備える半導体装置において、界面準位低減によるβばらつき低減効果を十分に得る(即ち、界面準位を低減してβばらつきをさらに低減する)ことが可能となる。
(Effect of embodiment)
The embodiment of the present invention has the following effects.
(1) The insulating film 40 formed on the base layer 30 and covering the junction between the base layer 30 and the emitter region 39 includes at least a silicon thermal oxide film 41 formed on the base layer 30. Since this silicon thermal oxide film 41 is formed by thermal oxidation of Si, unnecessary impurities remain less as compared with a silicon oxide film formed by, for example, the CVD method. For this reason, it is possible to suppress the generation of interface states at the interface between the base layer 30 and the emitter region 39 and at the interface with the insulating film 40. Therefore, in the semiconductor device including the bipolar transistor 100, it is possible to sufficiently obtain the effect of reducing the β variation due to the reduction of the interface state (that is, to further reduce the β variation by reducing the interface state).

また、N型不純物をエミッタ電極50からベース層30側へアニールして拡散させる際に、シリコン熱酸化膜41形成時にシリコン熱酸化膜41中に取り込まれたH原子がベース層30のSiGe層32上に形成されたSi層33とシリコン熱酸化膜41(SiO層)との界面(Si/SiO界面)近傍まで到達する。これにより、上記界面に存在するダングリングボンドをH原子で効果的に終端することができる。よって、本実施形態であれば、例えば、CVD法を用いてシリコン酸化膜を形成した場合と比較して、界面準位が少ない絶縁膜を形成することができる。ゆえに、上記界面に存在する界面準位を十分に、安定に低減することができる。したがって、バイポーラトランジスタ100を備える半導体装置において、界面準位低減によるβばらつき低減効果を十分に得ることが可能となる。 Further, when the N-type impurities are annealed and diffused from the emitter electrode 50 to the base layer 30 side, H atoms taken into the silicon thermal oxide film 41 when the silicon thermal oxide film 41 is formed are SiGe layers 32 of the base layer 30. It reaches the vicinity of the interface (Si / SiO 2 interface) between the Si layer 33 formed above and the silicon thermal oxide film 41 (SiO 2 layer). Thereby, dangling bonds existing at the interface can be effectively terminated with H atoms. Therefore, according to the present embodiment, for example, an insulating film having fewer interface states can be formed as compared with a case where a silicon oxide film is formed by using the CVD method. Therefore, the interface state existing at the interface can be sufficiently and stably reduced. Therefore, in the semiconductor device including the bipolar transistor 100, it is possible to sufficiently obtain the β variation reduction effect due to the reduction of the interface state.

さらに、シリコン熱酸化膜41は、プラズマを用いることなく、常圧(大気圧)で形成されるものである。これにより、プラズマによって生じるベース層30の表面欠陥を低減できるので、ベース層30とエミッタ領域39との接合部で、かつ絶縁膜40との界面に界面準位が発生するのを抑制することができる。したがって、バイポーラトランジスタ100を備える半導体装置において、界面準位低減によるβばらつき低減効果を十分に得ることが可能となる。   Furthermore, the silicon thermal oxide film 41 is formed at normal pressure (atmospheric pressure) without using plasma. Thereby, since surface defects of the base layer 30 caused by plasma can be reduced, it is possible to suppress the generation of interface states at the interface between the base layer 30 and the emitter region 39 and at the interface with the insulating film 40. it can. Therefore, in the semiconductor device including the bipolar transistor 100, it is possible to sufficiently obtain the β variation reduction effect due to the reduction of the interface state.

(2)また、絶縁膜40は、シリコン熱酸化膜41上に形成されたシリコン酸化膜をさらに含む。つまり、絶縁膜40は、積層構造をしたシリコン酸化膜である。これにより、シリコン酸化膜を積層させなかった場合と比較して、より絶縁性を高めることができる。したがって、ベース層30に備わるエミッタ領域39を予定した領域に形成することができる。 (2) The insulating film 40 further includes a silicon oxide film formed on the silicon thermal oxide film 41. That is, the insulating film 40 is a silicon oxide film having a laminated structure. Thereby, compared with the case where a silicon oxide film is not laminated | stacked, insulation can be improved more. Therefore, the emitter region 39 provided in the base layer 30 can be formed in a predetermined region.

(3)また、シリコン熱酸化膜41上に形成されたシリコン酸化膜は、CVDシリコン酸化膜42である。このため、公知技術であるCVD法を用いて、積層したシリコン酸化膜を形成することができる。したがって、確実性を高めてシリコン酸化膜を形成することができる。また、公知技術(汎用技術)を用いることで、バイポーラトランジスタ100を備える半導体装置の製造コストが高騰するのを抑制することができる。 (3) The silicon oxide film formed on the silicon thermal oxide film 41 is a CVD silicon oxide film 42. For this reason, the laminated silicon oxide film can be formed by using a known CVD method. Therefore, the silicon oxide film can be formed with increased reliability. Further, by using a known technique (general-purpose technique), it is possible to suppress an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device including the bipolar transistor 100.

(4)また、シリコン熱酸化膜41の密度は、CVDシリコン酸化膜42の密度よりも高い。このため、CVDシリコン酸化膜42中に含まれる不要な不純物がシリコン熱酸化膜41を通って、ベース層30とエミッタ領域39との接合部で、かつ絶縁膜40との界面近傍に到達するのを低減することができる。よって、上記界面近傍に不純物による界面準位が発生するのを抑制することができる。したがって、バイポーラトランジスタ100を備える半導体装置において、界面準位低減によるβばらつき低減効果を十分に得ることが可能となる。 (4) The density of the silicon thermal oxide film 41 is higher than the density of the CVD silicon oxide film 42. Therefore, unnecessary impurities contained in the CVD silicon oxide film 42 reach the junction between the base layer 30 and the emitter region 39 and the vicinity of the interface with the insulating film 40 through the silicon thermal oxide film 41. Can be reduced. Therefore, generation of interface states due to impurities in the vicinity of the interface can be suppressed. Therefore, in the semiconductor device including the bipolar transistor 100, it is possible to sufficiently obtain the β variation reduction effect due to the reduction of the interface state.

(変形例)
(1)上記の実施形態では、シリコン熱酸化膜41上にCVDシリコン酸化膜42を形成した場合について説明した。しかしながら、本発明において、シリコン熱酸化膜41上に形成するシリコン酸化膜はCVDシリコン酸化膜42に限定されるものではない。シリコン熱酸化膜41上のシリコン酸化膜は、例えば、溶液を用いて形成したシリコン酸化膜でもよい。このような場合であっても、実施形態の効果(1)〜(4)と同様の効果を奏する。
(Modification)
(1) In the above embodiment, the case where the CVD silicon oxide film 42 is formed on the silicon thermal oxide film 41 has been described. However, in the present invention, the silicon oxide film formed on the silicon thermal oxide film 41 is not limited to the CVD silicon oxide film 42. The silicon oxide film on the silicon thermal oxide film 41 may be, for example, a silicon oxide film formed using a solution. Even in such a case, the same effects as the effects (1) to (4) of the embodiment are obtained.

(2)また、上記の実施形態では、本発明のバイポーラトランジスタが、ヘテロ接合構造のNPNバイポーラトランジスタである場合について説明した。しかしながら、本発明においてバイポーラトランジスタはこれに限定されるものではない。
例えば、本発明のバイポーラトランジスタは、ヘテロ接合構造のPNPバイポーラトランジスタでもよい。その場合は、上記の実施形態において、各半導体層に含まれる不純物の導電型を、P型をN型に、N型をP型に置き換えればよい。このような場合であっても、実施形態の効果(1)〜(4)と同様の効果を奏する。
(2) In the above embodiment, the case where the bipolar transistor of the present invention is an NPN bipolar transistor having a heterojunction structure has been described. However, the bipolar transistor is not limited to this in the present invention.
For example, the bipolar transistor of the present invention may be a PNP bipolar transistor having a heterojunction structure. In that case, in the above-described embodiment, the conductivity type of the impurity contained in each semiconductor layer may be replaced with P-type for N-type and N-type for P-type. Even in such a case, the same effects as the effects (1) to (4) of the embodiment are obtained.

<その他>
本発明は、以上に記載した実施形態に限定されうるものではない。当業者の知識に基づいて実施形態に設計の変更等を加えることが可能であり、そのような変形が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。換言すると、本発明は、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
<Others>
The present invention is not limited to the embodiment described above. Based on the knowledge of those skilled in the art, design changes and the like can be made to the embodiments, and such a modified embodiment is also included in the scope of the present invention. In other words, the present invention can be implemented with various modifications within the scope of the gist. In the drawings, positional relationships such as up, down, left and right are based on the positional relationships shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

1 基板
3、7 熱酸化膜
5、9、53、57 フォトレジスト
10 コレクタ領域
11 高濃度コレクタ領域
13 低濃度コレクタ領域
14 コレクタコンタクト領域
20 素子分離層
21 シャロートレンチ
22 ディープトレンチ
23、55 シリコン酸化(SiO)膜
25、43 ポリシリコン膜
30 ベース層
31 Si層
32 SiGe層
33 Si層
35 実効ベース領域
37 外部ベース領域
39 エミッタ領域
40 絶縁膜
41 シリコン熱酸化膜
42 CVDシリコン酸化膜
45 開口部
50 エミッタ電極
50´ ポリシリコン膜
59 サイドウォール
61 CoSi層
65 層間絶縁膜
71 エミッタコンタクト部
73 ベースコンタクト部
75 コレクタコンタクト部
81、83、85 金属配線
100 ヘテロ接合構造のNPNバイポーラトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 3, 7 Thermal oxide film 5, 9, 53, 57 Photoresist 10 Collector region 11 High concentration collector region 13 Low concentration collector region 14 Collector contact region 20 Element isolation layer 21 Shallow trench 22 Deep trench 23, 55 Silicon oxide ( SiO 2 ) film 25, 43 polysilicon film 30 base layer 31 Si layer 32 SiGe layer 33 Si layer 35 effective base region 37 external base region 39 emitter region 40 insulating film 41 silicon thermal oxide film 42 CVD silicon oxide film 45 opening 50 Emitter electrode 50 ′ Polysilicon film 59 Side wall 61 CoSi layer 65 Interlayer insulating film 71 Emitter contact part 73 Base contact part 75 Collector contact parts 81, 83, 85 Metal wiring 100 NPN bipolar transistor having a heterojunction structure

Claims (7)

エミッタ電極にポリシリコン膜を使用したバイポーラトランジスタを備える半導体装置であって、
前記バイポーラトランジスタは、
基板に形成されたコレクタ領域と、
前記コレクタ領域上に形成されたベース層と、
前記ベース層のうちの前記コレクタ領域から離れた上側部位に形成されたエミッタ領域と、
前記ベース層上に形成され、前記ベース層と前記エミッタ領域との接合部を覆う絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜は、前記ベース層上に形成されたシリコン熱酸化膜を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a bipolar transistor using a polysilicon film as an emitter electrode,
The bipolar transistor is:
A collector region formed in the substrate;
A base layer formed on the collector region;
An emitter region formed in an upper portion of the base layer away from the collector region;
An insulating film formed on the base layer and covering a junction between the base layer and the emitter region;
The semiconductor device, wherein the insulating film includes at least a silicon thermal oxide film formed on the base layer.
前記絶縁膜は、前記シリコン熱酸化膜上に形成されたシリコン酸化膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film further includes a silicon oxide film formed on the silicon thermal oxide film. 前記シリコン酸化膜は、CVD法を用いて形成されたCVDシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the silicon oxide film is a CVD silicon oxide film formed using a CVD method. 前記シリコン熱酸化膜の密度は、前記シリコン酸化膜の密度よりも高いことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 2, wherein a density of the silicon thermal oxide film is higher than a density of the silicon oxide film. エミッタ電極にポリシリコン膜を使用したバイポーラトランジスタを備える半導体装置の製造方法であって、
基板にコレクタ領域を形成する工程と、
前記コレクタ領域上にベース層を形成する工程と、
前記ベース層上にシリコン熱酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン熱酸化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜と前記シリコン酸化膜と前記シリコン熱酸化膜とを部分的にエッチングして、前記ベース層を底面とする開口部を形成する工程と、
前記開口部を通して前記ベース層に不純物を導入して、前記ベース層のうちの前記コレクタ領域から離れた上側部位にエミッタ領域を形成する工程と、を有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 a bipolar transistor using a polysilicon film as an emitter electrode,
Forming a collector region on the substrate;
Forming a base layer on the collector region;
Forming a silicon thermal oxide film on the base layer;
Forming a silicon oxide film on the silicon thermal oxide film;
Forming a polysilicon film on the silicon oxide film;
Partially etching the polysilicon film, the silicon oxide film, and the silicon thermal oxide film to form an opening having the base layer as a bottom surface;
And a step of introducing an impurity into the base layer through the opening to form an emitter region in an upper portion of the base layer away from the collector region.
前記シリコン酸化膜は、CVD法を用いて形成されたCVDシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the silicon oxide film is a CVD silicon oxide film formed using a CVD method. 前記シリコン熱酸化膜の密度は、前記シリコン酸化膜の密度よりも高いことを特徴とするとする請求項5または請求項6に記載の半導体装置の製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the density of the silicon thermal oxide film is higher than the density of the silicon oxide film.
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