シリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法
【課題】犠牲エミッタ膜を高い選択性で除去することにより特性のバラツキを抑制し、高精度なホトリソグラフィー技術を必要としないシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＧｅ膜６上のシリコン酸化膜８上にＮ型の犠牲エミッタポリシリコン２３を形成し、その周囲にシリコン窒化膜からなるサイドウォール７を形成する。次に、ノンドープのポリシリコン膜２４を形成し、サイドウォール７及び犠牲エミッタポリシリコン２３をマスクにＳｉＧｅ膜６にＰ型不純物をイオン注入して、外部ベース領域を形成する。次に、犠牲エミッタポリシリコン２３をエッチングして除去し、その下のシリコン酸化膜８も除去する。その後、犠牲エミッタポリシリコン２３等が除去されたエミッタ部分にエミッタポリシリコンを形成する。犠牲エミッタポリシリコン２３をエッチングして除去する工程では、エッチャントとしてＴＭＡＨ水溶液を使用する。
【解決手段】ＳｉＧｅ膜６上のシリコン酸化膜８上にＮ型の犠牲エミッタポリシリコン２３を形成し、その周囲にシリコン窒化膜からなるサイドウォール７を形成する。次に、ノンドープのポリシリコン膜２４を形成し、サイドウォール７及び犠牲エミッタポリシリコン２３をマスクにＳｉＧｅ膜６にＰ型不純物をイオン注入して、外部ベース領域を形成する。次に、犠牲エミッタポリシリコン２３をエッチングして除去し、その下のシリコン酸化膜８も除去する。その後、犠牲エミッタポリシリコン２３等が除去されたエミッタ部分にエミッタポリシリコンを形成する。犠牲エミッタポリシリコン２３をエッチングして除去する工程では、エッチャントとしてＴＭＡＨ水溶液を使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法に関し、特に、シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタのベースの抵抗（即ち、ベース抵抗）を低減するために、犠牲エミッタ膜を利用する製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、同一のシリコン基板上にバイポーラトランジスタとＣＭＯＳトランジスタを形成するＢｉＣＭＯＳと呼ばれるプロセスが注目されている。バイポーラトランジスタの「高パワー、高速性能」特性と、ＣＭＯＳトランジスタの「低消費電力、高集積特性」特性の両方を備えるため、主に通信分野の製品においてその用途は広がりつつある。
シリコン基板上に集積化可能なバイポーラトランジスタは、ベース層をシリコンで作るタイプと、ベースに化合物半導体材料を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がある。何れも量産化されている一方で、寄生容量や寄生抵抗などを低減する工夫を施すことで、トランジスタの高速性能を高める研究も続けられている。
【０００３】
そうした試みの一つがベースのＰ型不純物の濃度を高めることによるベース抵抗の低減である。ベース抵抗が小さくなると、特に最大発振周波数（ｆｍａｘ）が向上し、より使用周波数の高い製品を実現することが可能となる。しかし、内部ベース領域のＰ型不純物濃度はトランジスタ特性を大きく支配しており、濃度が高いと高周波特性が劣化する。したがって、この領域のベース抵抗低減は極めて困難であると言わざるをえない。一方、内部ベース領域からベースコンタクトに至るまでの外部ベース領域（即ち、ベース引き出し部）は可能な限り低抵抗化を図ることが望ましい。そのため、内部ベース領域へのＰ型不純物の侵入を避けるようにパターニングしながら、外部ベース領域へＰ型不純物をイオン注入するのが一般的である。
【０００４】
ここで、内部ベース領域と外部ベース領域を結ぶ部分（以下、「リンクベース領域」ともいう。）は、両者を分ける緩衝領域であるが、Ｐ型不純物濃度が内部ベース領域と同レベルのため抵抗は高い。ベース抵抗は、内部ベース領域・リンクベース領域・外部ベース領域の各成分を直列で繋げたものとなるため、低抵抗化のためにはリンクベース領域をできるだけ狭くすることが重要である。
【０００５】
上記を解決するために、例えば非特許文献１〜３では、犠牲エミッタポリシリコンという方法が開示されている。将来的にエミッタポリシリコンを形成する領域にダミーとして犠牲エミッタポリシリコンを形成し、それにシリコン窒化膜のサイドウォールを設け、その外側に外部ベースイオン注入を自己整合的に実施する。その後、犠牲エミッタポリシリコンを除去し、改めてエミッタポリシリコンを形成することでバイポーラトランジスタを成立させる。この方法によれば、リンクベース領域はホトリソグラフィーの精度によらず、サイドウォールの幅だけに抑えられるために極めて狭くすることが可能で、故にベース抵抗を低減することができる。
【０００６】
図３は、従来例に係る、ベース層にシリコンゲルマニウムを用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、「ＳｉＧｅ−ＨＢＴ」ともいう。）の構成例を示す断面図である。
シリコン基板３０４上にシャロートレンチアイソレーション（以下、「ＳＴＩ」ともいう。）層３０５が形成され、その上にシリコンゲルマニウム膜（以下、「ＳｉＧｅ膜」ともいう。）３０６及びシリコン酸化膜３０８が積層されている。サイドウォール３０７に挟まれたエミッタウィンドウ３１０の領域はシリコン酸化膜３０８が除去され、エミッタポリシリコン３０９に含まれるＮ型不純物がエミッタウィンドウ３１０を通してＳｉＧｅ膜３０６に拡散し、エミッタ拡散層３１１を形成している。ＳｉＧｅ膜３０６において、エミッタウィンドウ３１０直下の領域は内部ベース領域３０１、サイドウォール３０７の直下の領域はリンクベース領域３０２、サイドウォール３０７の外側の領域は外部ベース領域３０３である。内部ベース領域３０１からベースコンタクト３１２に至るまでのＳｉＧｅ膜３０６の抵抗がベース抵抗である。内部ベース領域３０１とリンクベース領域３０２に含まれるＰ型不純物は、ＳｉＧｅ膜３０６にｉｎ−ｓｉｔｕドープしたものしか存在しないため、抵抗は比較的高い。しかも、内部ベース領域３０１のＰ型不純物プロファイルはＳｉＧｅ−ＨＢＴの特性を決めるため、抵抗低減を目的として任意に変更することは困難である。一方、外部ベース領域３０３にはＰ型不純物を高濃度にてイオン注入して抵抗を低くしている。
以上の構成によると、サイドウォール３０７の幅は、その形成過程において膜を積層したときの膜厚で決定されるため、リソグラフィーでパターニングするよりも狭く設定することが可能である。そのため、リンクベース領域３０２の抵抗が下がり、全体としてベース抵抗を低抵抗化することができる。
【０００７】
次に、従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を説明する。
図４は、従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す断面図である。なお、先に説明した従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴと共通する部分については、図３と同一の符号とすることとし、その説明を省略する場合もある。
まず、図４（ａ）に示すとおり、通常の方法にて、シリコン基板３０４上にＳＴＩ層３０５を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅ膜３０６、シリコン酸化膜３０８、ポリシリコン膜３２１を順に積層する。ＳｉＧｅ膜３０６は、シリコン基板３０４が露出している領域では下地基板の結晶面に配向してエピタキシャル成長するため単結晶膜に、ＳＴＩ層３０５上では多結晶膜になる。また、ＳｉＧｅ膜３０６には堆積中にｉｎ−ｓｉｔｕにてボロンがドープされてＰ型化しているが、ポリシリコン膜３２１は不純物をドープしないノンドープポリシリコン膜である。
【０００８】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＧｅエピ領域の、将来的にエミッタポリシリコンとなる予定の領域を覆うようにレジストパターン３２２を形成し、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法などのドライエッチングによってポリシリコン膜３２１をパターニングする。その結果、シリコン酸化膜３０８上には犠牲エミッタポリシリコン３２３が形成される。その後、レジストパターン３２２を除去する。
【０００９】
次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜３３０を積層する。このシリコン窒化膜３３０の膜厚は、リンクベース領域の幅を決定することになるため慎重に決定すべきであるが、例えば非特許文献２では０．１ｕｍ以下の値が開示されている。
次に、ＲＩＥ法などのドライエッチングを実施することで、図４（ｅ）に示すように犠牲エミッタポリシリコン３２３の周囲にシリコン窒化膜からなるサイドウォール３０７を形成する。
次に、図４（ｆ）に示すように、Ｐ型不純物による外部ベースイオン注入を実施する。これによって、サイドウォール３０７の外側に位置する外部ベース領域（ベース引き出し部）の抵抗を低減する。
【００１０】
続いて図４（ｇ）に示すように、薄いポリシリコン膜３２４を積層する。
次に、図４（ｈ）に示すように、犠牲エミッタポリシリコン３２３の上方を開口するようなレジストパターン３２５を形成する。ここで、レジストパターン３２５は、その開口部のエッジがサイドウォール３０７の上に位置するようなパターンであり、その寸法及びアライメントを高い精度で実施する必要がある。
次に、レジストパターン３２５をマスクに、犠牲エミッタポリシリコン３２３のみをＲＩＥ法などのドライエッチングによって除去することで、図５（ａ）に示すようなエミッタウィンドウ３１０を形成する。このときのドライエッチングの条件は、シリコン酸化膜３０８及びシリコン窒化膜からなるサイドウォール３０７を削り込まないような選択比の高い条件を設定する必要がある。続いてレジストパターン３２５を除去する。
【００１１】
次に、フッ化水素酸水溶液などのウェットエッチングによってエミッタウィンドウ３１０の部分のシリコン酸化膜３０８を除去し、連続してポリシリコン膜３２６を積層することで、図５（ｂ）のような構造となる。ポリシリコン膜３２６にはＮ型不純物をドーピングする必要があるが、その手法は、膜を形成中にｉｎ−ｓｉｔｕドープする方法、ノンドープの膜を形成した後で不純物をイオン注入する方法、の何れでも構わない。
次に、図５（ｃ）に示すように、エミッタ部分を残すようなレジストパターン３２７を形成し、ＲＩＥ法などのドライエッチングを施すことで、図５（ｄ）に示すように、エミッタポリシリコン３０９を形成する。
【００１２】
上記の方法によれば、リンクベース領域３０２及び外部ベース領域３０３は自己整合的に形成できるため、ホトリソグラフィーの精度によらず、安定した抵抗を得ることができる。また、リンクベース領域３０２はサイドウォール３０７の幅で決まるため、ホトリソグラフィーにて決定するよりも幅を狭くすることができ、この領域の抵抗を下げる効果が期待できる。その結果、内部ベース領域３０１からベースコンタクト３１２に至るまでの抵抗を低減することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｍ．Ｒａｃａｎｅｌｌｉ ｅｔ ａｌ．、“Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ＳｉＧｅ ＮＰＮ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ ＢｉＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．、ｐｐ．３３６−３３９（２００１）
【非特許文献２】Ｍ．Ｒａｃａｎｅｌｌｉ ｅｔ ａｌ．、“ＳｉＧｅ ＢｉＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＲＦ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｖｏｌ．５２、Ｎｏ．７、ｐｐ．１２５９−１２７０（２００５）
【非特許文献３】Ｄａｖｉｄ Ｌ． Ｈａｒａｍｅ、“ＳｉＧｅ Ｂｉｐｏｌａｒ／ＢｉＣＭＯＳ： Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、 ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＤＭ （２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の従来例に係る製造方法は、図５（ａ）のエッチング制御が極めて難しい。即ち、犠牲エミッタポリシリコン３２３のみをドライエッチングにて除去するには、シリコン酸化膜３０８及びシリコン窒化膜からなるサイドウォール３０７に対する高い選択性が必要だが、ポリシリコンとシリコン窒化膜との間でこれを実現するのは困難である。その結果、例えば図６に示すように、犠牲エミッタポリシリコン３２３にて規定したはずのエミッタウィンドウ３１０の幅が、サイドウォール３０７がドライエッチングにて削られる分だけ広がってしまう。即ち、エミッタポリシリコン３０９からのＮ型不純物の固層拡散によって形成されるエミッタ拡散層３１１の幅が、当初規定したはずのエミッタウィンドウ３１０の幅よりも広くなってしまう。
【００１５】
例えば、０．１８ｕｍプロセス世代の標準的なホトリソ精度を用いた場合、エミッタ拡散層３１１の幅で決まるエミッタ面積は、最大で５６％程度も増加する可能性がある。エミッタ面積はＳｉＧｅ−ＨＢＴの特性に大きく影響するため、この状況は特性のバラツキとして表面化することになる。例えば、エミッタ−ベース間容量の増大による高周波特性（遮断周波数ｆＴや最大動作周波数ｆｍａｘなど）の劣化などである。さらに、場合によってはエミッタ拡散層３１１と外部ベース領域３０３との距離が近接するため、エミッタ−ベースの接合リークの不良が発生する可能性がある。
【００１６】
また、サイドウォール３０７の削れ幅は、図４（ｈ）のホトリソグラフィーの寸法及びアライメントのずれ量に依存することが明らかである。したがって、上述したような不具合を避けるためには、このホトリソグラフィーに極めて高い精度が必要とされ、高精度ステッパーの導入やスループットの低下といったようなコストアップの問題を引き起こす。さらに、サイドウォール３０７上にレジストパターン３２５のエッジが位置するようにパターニングする必要があるため、サイドウォール幅はある程度の値が必要である。即ち、リンクベース領域３０２の狭小化には限界があることを意味している。
本発明は、以上のような課題を鑑みてなされたものであって、犠牲エミッタ膜を高い選択性で除去することにより特性のバラツキを抑制し、高精度なホトリソグラフィー技術を必要としないシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法は、シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタを基板に形成するシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、前記シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタの活性領域に隣接する領域の前記基板にトレンチアイソレーションを形成する工程と、前記活性領域の前記基板上から前記トレンチアイソレーション上にかけて連続してシリコンゲルマニウム膜を形成する工程と、前記シリコンゲルマニウム膜の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Ｎ型不純物をドープした第１のポリシリコン膜を形成する工程と、前記第１のポリシリコン膜を前記活性領域の中央に残すようにパターニングして、犠牲エミッタ膜を形成する工程と、前記犠牲エミッタ膜が形成された前記基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜をエッチングして前記犠牲エミッタ膜の周囲にサイドウォールを形成する工程と、前記サイドウォールが形成された前記基板上に、不純物がドープされていない第２のポリシリコン膜を形成する工程と、前記サイドウォール及び前記犠牲エミッタ膜をマスクに前記シリコンゲルマニウム膜にＰ型不純物をイオン注入して、外部ベース領域を形成する工程と、前記外部ベース領域が形成された後で、前記犠牲エミッタ膜をエッチングして除去する工程と、前記犠牲エミッタ膜の下から露出した前記シリコン酸化膜を除去する工程と、前記シリコン酸化膜が除去された前記基板上に第３のポリシリコン膜を形成する工程と、前記第３のポリシリコン膜を前記サイドウォールにより断面視で挟まれた領域に残すようにパターニングして、エミッタポリシリコンを形成する工程と、を含み、前記犠牲エミッタ膜をエッチングして除去する工程では、エッチャントとして水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液を使用することを特徴とする。
【００１８】
このような方法であれば、犠牲エミッタ膜（第２ポリシリコン膜であって、犠牲エミッタ膜上に形成され、犠牲エミッタ膜からＮ型不純物が固相拡散してＮ型化する部分を含む。）を除去する際に、サイドウォールにほとんどダメージを与えない。犠牲エミッタ膜を高い選択性で除去することができるため、シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタの特性のバラツキを抑制することができる。
【００１９】
例えば、従来例で最大５６％と見積もられたエミッタ面積のバラツキをほぼゼロとすることができる。これは、Ｎ型にドープされたポリシリコン（以下、Ｎ型ポリシリコンともいう。）は、Ｐ型にドープされたポリシリコン（以下、Ｐ型ポリシリコンともいう。）・シリコン酸化膜・シリコン窒化膜の何れに対しても高い選択性を持っているという、水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液（以下、ＴＭＡＨ水溶液ともいう。）によるウェットエッチング特性を利用したものである。
【００２０】
また、このウェットエッチングはマスクによるパターンを用いずに自己整合的に実施できるため、従来例にて高精度な寸法及びアライメントを必要としたレジストパターンの形成が不要である。したがって、高精度なホトリソグラフィー技術を必要としない。また、従来例と比較して、サイドウォール幅をさらに狭くすることができるので、例えば、リンクベース領域をさらに短くし、よりｆｍａｘの優れたシリコンゲルマニウムトランジスタを作ることも可能となる。
【００２１】
なお、「基板」としては、例えば、後述するシリコン基板４が該当する。また、「トレンチアイソレーション」としては、例えば、後述するＳＴＩ層５が該当する。さらに、「第１のポリシリコン膜」としては、例えば、後述するポリシリコン膜２１が該当する。また、「犠牲エミッタ膜」としては、例えば、後述する犠牲エミッタポリシリコン２３が該当する。さらに、「第２のポリシリコン膜」としては、例えば、後述するポリシリコン膜２４が該当する。また、「第３のポリシリコン膜」としては、例えば、ポリシリコン膜２６が該当する。
【００２２】
また、上記のシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、前記第１のポリシリコン膜にドープされる前記Ｎ型不純物の濃度を、前記外部ベース領域を形成する際に前記犠牲エミッタ膜に導入される前記Ｐ型不純物の濃度の１００倍を越える濃度、にすることを特徴としてもよい。このような方法であれば、Ｐ型不純物の導入後も、犠牲エミッタ膜をＮ型のまま維持することができ、例えば、Ｎ型の犠牲エミッタ膜と、Ｐ型の第２のポリシリコン膜とのエッチングの選択比を６を超える値とすることができる。即ち、Ｎ型の犠牲エミッタ膜と、Ｐ型の第２のポリシリコン膜とのエッチングの選択比をＸ：１としたとき、Ｘ＞６とすることができる。これにより、犠牲エミッタ膜を十分に高い選択性で除去することができる。
【００２３】
また、上記のシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、前記第２のポリシリコン膜を形成する工程の後で、前記外部ベース領域を形成する工程を行うことを特徴としてもよい。このような構成であれば、第２のポリシリコン膜にＰ型不純物を導入することができるので、Ｎ型ポリシリコンとＰ型ポリシリコンとのエッチングの選択比の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す図（その１）。
【図２】実施の形態に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す図（その２）。
【図３】従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの構成例を示す図。
【図４】従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す図（その１）。
【図５】従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す図（その２）。
【図６】従来例における課題を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、基板にシリコン基板を用い、ベース層にシリコンゲルマニウムを用いたＳｉＧｅ−ＨＢＴを例に挙げて説明する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す断面図である。
まず、図１（ａ）に示すとおり、通常の方法にて、シリコン基板４にＳＴＩ層５を形成する。ここで、シリコン基板４はＳｉＧｅ−ＨＢＴ形成領域にＮ型不純物からなるコレクタ領域（図示せず）を設けたＰ型エピ層である。このＰ型エピ層の下層には高濃度の埋め込みＮ＋層（図示せず）が設けられている。ＳＴＩ層５は、このようなシリコン基板４であって、ＳｉＧｅ―ＨＢＴの活性領域に隣接する領域に形成する。
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板４上にＳｉＧｅ膜６、シリコン酸化膜８、ポリシリコン膜２１を順に積層する。ＳｉＧｅ膜６は、シリコン基板４が露出している領域ではエピタキシャル成長して単結晶膜に、ＳＴＩ層５上は多結晶膜になる。また、エピタキシャル成長中にＰ型不純物をｉｎ−ｓｉｔｕドープしてベース層をＳｉＧｅ膜６中に形成する。シリコン酸化膜８は熱酸化膜・ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）膜の何れでも構わないが、ＳｉＧｅ膜６が熱に弱いことを勘案すれば、ＣＶＤ膜を使用するのが望ましい。ポリシリコン膜２１はＮ型不純物を高濃度にｉｎ−ｓｉｔｕドープしたドープトポリシリコン膜であり、その濃度は例えばリン：３Ｅ２０／ｃｍ3などであり、膜厚は例えば２５０ｎｍなどである。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＳｉＧｅ膜６のエピ領域の一部であり、将来的にエミッタポリシリコンとなる予定の領域の上部にレジストパターン２２を形成する。そして、このレジストパターン２２をマスクにＲＩＥ法などのドライエッチングを行って、ポリシリコン膜２１をパターニングする。その結果、シリコン酸化膜８上には高濃度にＮ型不純物の添加された犠牲エミッタポリシリコン２３が形成される。その後、レジストパターン２２を除去する。
【００２８】
次に、図１（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜３０を形成する。このシリコン窒化膜３０の膜厚は、例えば０．１ｕｍなどであるが、より薄くすることも可能である。
次に、このシリコン窒化膜３０に対して、ＲＩＥ法などで異方性のドライエッチングを実施する。これにより、図１（ｅ）に示すように、犠牲エミッタポリシリコン２３の周囲にシリコン窒化膜からなるサイドウォール７を形成する。シリコン窒化膜３０の膜厚が０．１ｕｍの場合、サイドウォール７の幅は０．０８ｕｍ程度となる。なお、この幅がリンクベース領域２の幅となるので、シリコン窒化膜３０の膜厚をより薄くすることで更なるベース抵抗の低減が可能となる。
【００２９】
次に、図１（ｆ）に示すように、シリコン基板４の上方全面に膜厚の薄いノンドープのポリシリコン膜２４を形成する。ここで、ノンドープとは、Ｐ型又はＮ型の何れの型の不純物もドープされていない、という意味である。このノンドープのポリシリコン膜２４は例えばＣＶＤ法で形成する。また、このポリシリコン膜２４の膜厚は、例えば５０ｎｍなどである。このとき、ポリシリコン膜２４であって、犠牲エミッタポリシリコン２３上に形成された部分は、犠牲エミッタポリシリコン２３からＮ型不純物が固層拡散してＮ型化し、犠牲エミッタポリシリコン２３と一体化する。一方、犠牲エミッタポリシリコン２３上以外の領域に形成されたポリシリコン膜２４は、ノンドープのままである。
【００３０】
続いて、図１（ｇ）に示すように、Ｐ型不純物による外部ベースイオン注入を実施する。これによって、サイドウォール７の外側に位置する外部ベース領域（ベース引き出し部）の抵抗を低減する。Ｐ型不純物のイオン注入の条件は、例えば、注入種がＢＦ２、注入エネルギーが１００ｋｅＶ、ドーズ量が２Ｅ１５／ｃｍ２などである。このとき、同時に、ノンドープのポリシリコン膜２４にもＰ型不純物が導入され、ポリシリコン膜２４はＰ型化するが、犠牲エミッタポリシリコン２３はＮ型のままである。なぜなら、犠牲エミッタポリシリコン２３のＮ型不純物濃度は、このとき導入されたＰ型不純物濃度の１００倍を超える濃度であるからである。
【００３１】
次に、水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液（即ち、ＴＭＡＨ水溶液）をエッチャントとするウェットエッチングによって、犠牲エミッタポリシリコン２３を除去する。ここで、ＴＭＡＨ水溶液を使用する際は、その温度（即ち、液温）を例えば４０〜６０℃に調整しておく。また、ＴＭＡＨ水溶液の濃度は、例えば２０重量％（ｗｔ％）とする。
これにより、図１（ｈ）に示すように、サイドウォール７により断面視で挟まれた領域（即ち、サイドウォールの内側の領域）に、エミッタウィンドウ１０を形成する。このとき、ポリシリコン膜２４は完全には除去されない。これは、Ｎ型ポリシリコンは容易にエッチングされるが、Ｐ型ポリシリコンは削られにくいというＴＭＡＨ水溶液によるウェットエッチング特性を利用したものである。
【００３２】
なお、本実施の形態において、Ｐ型のポリシリコン膜２４の残存膜厚に制限は無く、残っていればよい。例えば、エッチング前の両者の膜厚比は３００：５０なので、選択比６を超えるエッチング条件であれば、ポリシリコン膜２４の残存を実現できる。さらに、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜はＴＭＡＨ水溶液によってほとんど侵されないため、サイドウォール７にダメージを与えることなく、犠牲エミッタポリシリコン２３だけを選択的に除去することができる。つまり、エミッタウィンドウ１０の幅は犠牲エミッタポリシリコン２３のパターン寸法だけで決まることになる。なお、ポリシリコン膜の表面に自然酸化膜が形成されているとＴＭＡＨ水溶液によるエッチングを阻害するため、事前にフッ化水素酸水溶液による洗浄を施すのが望ましい。
【００３３】
次に、フッ化水素酸水溶液などのウェットエッチングによって、エミッタウィンドウ１０に位置するシリコン酸化膜８を除去すると、図２（ａ）に示す構造となる。この際、エミッタウィンドウ１０を除く領域はポリシリコン膜２４によって覆われているため、この領域がフッ化水素酸水溶液などのウェットエッチングによって侵されることはない。
続いて、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板４の上方全面にポリシリコン膜２６を形成する。このポリシリコン膜２６は、例えばＣＶＤ法で形成する。ポリシリコン膜２６にはＮ型不純物をドーピングする必要があるが、その手法は、膜を形成中にｉｎ−ｓｉｔｕドープする方法、ノンドープの膜を積んだ後にイオン注入にて導入する方法、の何れでも構わない。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、エミッタ部分（即ち、エミッタウィンドウ１０及びサイドウォール７）を残すようなレジストパターン２７をポリシリコン膜２６上に形成する。そして、このレジストパターン２７をマスクにＲＩＥ法などのドライエッチングを行って、ポリシリコン膜２６及びポリシリコン膜２４の一部を除去する。これにより、図２（ｄ）に示すように、エミッタポリシリコン９を形成する。
【００３５】
次に、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）などの熱処理を施すことで、エミッタポリシリコン９に含まれるＮ型不純物を、エミッタウィンドウ１０を通してＳｉＧｅ膜６中に固層拡散する。この結果、図２（ｅ）に示すように、エミッタウィンドウ１０下のＳｉＧｅ膜６にエミッタ拡散層１１が形成される。この熱処理は、ＳｉＧｅ−ＨＢＴとＣＭＯＳとを同一基板上に形成するＢｉＣＭＯＳプロセスの場合には、ＣＭＯＳに導入した不純物の活性化のための熱処理と共通化すると、工程数の増加を避けることができて望ましい。
【００３６】
次に、シリコン基板４の上方全面に層間絶縁膜４０を形成し、この層間絶縁膜４０にコンタクトホールを形成する。そして、コンタクトホール内に例えば金属膜を形成する。これにより、図２（ｆ）に示すように、ベースコンタクト１２を形成する。同時に、エミッタコンタクトやコレクタコンタクト（図示せず）も形成する。エミッタ拡散層１１が形成されている領域が内部ベース領域１、サイドウォール７直下がリンクベース領域２、その外側からベースコンタクト１２に至るまでが外部ベース領域３である。
また、層間絶縁膜４０の形成に先立ち、外部ベース領域３の露出している部分、即ちエミッタポリシリコン９に覆われていない部分は、通常の方法によって金属シリサイドを形成し、外部ベース領域３の抵抗をさらに下げることが望ましい。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るＳｉＧｅ―ＨＢＴの製造方法によれば、犠牲エミッタポリシリコン２３を除去する際に、サイドウォール７に一切ダメージを与えることが無い。そのため、エミッタウィンドウ１０の幅が変化してしまうことはなく、ＳｉＧｅ−ＨＢＴの特性にバラツキを生じない。つまり、犠牲エミッタポリシリコン２３を高い選択性で除去することができ、これにより、ＳｉＧｅ―ＨＢＴの特性のバラツキを抑制することができる。
従来例で最大５６％と見積もられたエミッタ面積のバラツキは、本実施の形態によるとほぼゼロとすることができる。これは、Ｎ型ポリシリコンが、Ｐ型ポリシリコン・シリコン酸化膜・シリコン窒化膜の何れに対しても高い選択性を持っているというＴＭＡＨ水溶液によるウェットエッチング特性を利用したものである。
【００３８】
また、このウェットエッチングはマスクによるパターンを用いずに自己整合的に実施できるため、従来例にて高精度な寸法及びアライメントを必要としたレジストパターン３２５の形成が不要である。したがって、高精度なホトリソグラフィー技術を必要としない。即ち、極めて負荷の高いホトリソ工程を省略できることになり、単なる工程短縮だけではないコストメリットを出すことができる。また、従来例と比較して、サイドウォール幅をさらに狭くすることができるので、リンクベース領域２をさらに短くし、よりｆｍａｘの優れたＳｉＧｅ−ＨＢＴを作ることも可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
２ リンクベース領域
３ 外部ベース領域
４ シリコン基板
５ ＳＴＩ層
６ ＳｉＧｅ膜
７ サイドウォール
８ シリコン酸化膜
９ エミッタポリシリコン
１０ エミッタウィンドウ
１１ エミッタ拡散層
１２ ベースコンタクト
２１、２４、２６ ポリシリコン膜
２２、２７ レジストパターン
２３ 犠牲エミッタポリシリコン
３０ シリコン窒化膜
４０ 層間絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法に関し、特に、シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタのベースの抵抗（即ち、ベース抵抗）を低減するために、犠牲エミッタ膜を利用する製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、同一のシリコン基板上にバイポーラトランジスタとＣＭＯＳトランジスタを形成するＢｉＣＭＯＳと呼ばれるプロセスが注目されている。バイポーラトランジスタの「高パワー、高速性能」特性と、ＣＭＯＳトランジスタの「低消費電力、高集積特性」特性の両方を備えるため、主に通信分野の製品においてその用途は広がりつつある。
シリコン基板上に集積化可能なバイポーラトランジスタは、ベース層をシリコンで作るタイプと、ベースに化合物半導体材料を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がある。何れも量産化されている一方で、寄生容量や寄生抵抗などを低減する工夫を施すことで、トランジスタの高速性能を高める研究も続けられている。
【０００３】
そうした試みの一つがベースのＰ型不純物の濃度を高めることによるベース抵抗の低減である。ベース抵抗が小さくなると、特に最大発振周波数（ｆｍａｘ）が向上し、より使用周波数の高い製品を実現することが可能となる。しかし、内部ベース領域のＰ型不純物濃度はトランジスタ特性を大きく支配しており、濃度が高いと高周波特性が劣化する。したがって、この領域のベース抵抗低減は極めて困難であると言わざるをえない。一方、内部ベース領域からベースコンタクトに至るまでの外部ベース領域（即ち、ベース引き出し部）は可能な限り低抵抗化を図ることが望ましい。そのため、内部ベース領域へのＰ型不純物の侵入を避けるようにパターニングしながら、外部ベース領域へＰ型不純物をイオン注入するのが一般的である。
【０００４】
ここで、内部ベース領域と外部ベース領域を結ぶ部分（以下、「リンクベース領域」ともいう。）は、両者を分ける緩衝領域であるが、Ｐ型不純物濃度が内部ベース領域と同レベルのため抵抗は高い。ベース抵抗は、内部ベース領域・リンクベース領域・外部ベース領域の各成分を直列で繋げたものとなるため、低抵抗化のためにはリンクベース領域をできるだけ狭くすることが重要である。
【０００５】
上記を解決するために、例えば非特許文献１〜３では、犠牲エミッタポリシリコンという方法が開示されている。将来的にエミッタポリシリコンを形成する領域にダミーとして犠牲エミッタポリシリコンを形成し、それにシリコン窒化膜のサイドウォールを設け、その外側に外部ベースイオン注入を自己整合的に実施する。その後、犠牲エミッタポリシリコンを除去し、改めてエミッタポリシリコンを形成することでバイポーラトランジスタを成立させる。この方法によれば、リンクベース領域はホトリソグラフィーの精度によらず、サイドウォールの幅だけに抑えられるために極めて狭くすることが可能で、故にベース抵抗を低減することができる。
【０００６】
図３は、従来例に係る、ベース層にシリコンゲルマニウムを用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、「ＳｉＧｅ−ＨＢＴ」ともいう。）の構成例を示す断面図である。
シリコン基板３０４上にシャロートレンチアイソレーション（以下、「ＳＴＩ」ともいう。）層３０５が形成され、その上にシリコンゲルマニウム膜（以下、「ＳｉＧｅ膜」ともいう。）３０６及びシリコン酸化膜３０８が積層されている。サイドウォール３０７に挟まれたエミッタウィンドウ３１０の領域はシリコン酸化膜３０８が除去され、エミッタポリシリコン３０９に含まれるＮ型不純物がエミッタウィンドウ３１０を通してＳｉＧｅ膜３０６に拡散し、エミッタ拡散層３１１を形成している。ＳｉＧｅ膜３０６において、エミッタウィンドウ３１０直下の領域は内部ベース領域３０１、サイドウォール３０７の直下の領域はリンクベース領域３０２、サイドウォール３０７の外側の領域は外部ベース領域３０３である。内部ベース領域３０１からベースコンタクト３１２に至るまでのＳｉＧｅ膜３０６の抵抗がベース抵抗である。内部ベース領域３０１とリンクベース領域３０２に含まれるＰ型不純物は、ＳｉＧｅ膜３０６にｉｎ−ｓｉｔｕドープしたものしか存在しないため、抵抗は比較的高い。しかも、内部ベース領域３０１のＰ型不純物プロファイルはＳｉＧｅ−ＨＢＴの特性を決めるため、抵抗低減を目的として任意に変更することは困難である。一方、外部ベース領域３０３にはＰ型不純物を高濃度にてイオン注入して抵抗を低くしている。
以上の構成によると、サイドウォール３０７の幅は、その形成過程において膜を積層したときの膜厚で決定されるため、リソグラフィーでパターニングするよりも狭く設定することが可能である。そのため、リンクベース領域３０２の抵抗が下がり、全体としてベース抵抗を低抵抗化することができる。
【０００７】
次に、従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を説明する。
図４は、従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す断面図である。なお、先に説明した従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴと共通する部分については、図３と同一の符号とすることとし、その説明を省略する場合もある。
まず、図４（ａ）に示すとおり、通常の方法にて、シリコン基板３０４上にＳＴＩ層３０５を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅ膜３０６、シリコン酸化膜３０８、ポリシリコン膜３２１を順に積層する。ＳｉＧｅ膜３０６は、シリコン基板３０４が露出している領域では下地基板の結晶面に配向してエピタキシャル成長するため単結晶膜に、ＳＴＩ層３０５上では多結晶膜になる。また、ＳｉＧｅ膜３０６には堆積中にｉｎ−ｓｉｔｕにてボロンがドープされてＰ型化しているが、ポリシリコン膜３２１は不純物をドープしないノンドープポリシリコン膜である。
【０００８】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＧｅエピ領域の、将来的にエミッタポリシリコンとなる予定の領域を覆うようにレジストパターン３２２を形成し、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法などのドライエッチングによってポリシリコン膜３２１をパターニングする。その結果、シリコン酸化膜３０８上には犠牲エミッタポリシリコン３２３が形成される。その後、レジストパターン３２２を除去する。
【０００９】
次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜３３０を積層する。このシリコン窒化膜３３０の膜厚は、リンクベース領域の幅を決定することになるため慎重に決定すべきであるが、例えば非特許文献２では０．１ｕｍ以下の値が開示されている。
次に、ＲＩＥ法などのドライエッチングを実施することで、図４（ｅ）に示すように犠牲エミッタポリシリコン３２３の周囲にシリコン窒化膜からなるサイドウォール３０７を形成する。
次に、図４（ｆ）に示すように、Ｐ型不純物による外部ベースイオン注入を実施する。これによって、サイドウォール３０７の外側に位置する外部ベース領域（ベース引き出し部）の抵抗を低減する。
【００１０】
続いて図４（ｇ）に示すように、薄いポリシリコン膜３２４を積層する。
次に、図４（ｈ）に示すように、犠牲エミッタポリシリコン３２３の上方を開口するようなレジストパターン３２５を形成する。ここで、レジストパターン３２５は、その開口部のエッジがサイドウォール３０７の上に位置するようなパターンであり、その寸法及びアライメントを高い精度で実施する必要がある。
次に、レジストパターン３２５をマスクに、犠牲エミッタポリシリコン３２３のみをＲＩＥ法などのドライエッチングによって除去することで、図５（ａ）に示すようなエミッタウィンドウ３１０を形成する。このときのドライエッチングの条件は、シリコン酸化膜３０８及びシリコン窒化膜からなるサイドウォール３０７を削り込まないような選択比の高い条件を設定する必要がある。続いてレジストパターン３２５を除去する。
【００１１】
次に、フッ化水素酸水溶液などのウェットエッチングによってエミッタウィンドウ３１０の部分のシリコン酸化膜３０８を除去し、連続してポリシリコン膜３２６を積層することで、図５（ｂ）のような構造となる。ポリシリコン膜３２６にはＮ型不純物をドーピングする必要があるが、その手法は、膜を形成中にｉｎ−ｓｉｔｕドープする方法、ノンドープの膜を形成した後で不純物をイオン注入する方法、の何れでも構わない。
次に、図５（ｃ）に示すように、エミッタ部分を残すようなレジストパターン３２７を形成し、ＲＩＥ法などのドライエッチングを施すことで、図５（ｄ）に示すように、エミッタポリシリコン３０９を形成する。
【００１２】
上記の方法によれば、リンクベース領域３０２及び外部ベース領域３０３は自己整合的に形成できるため、ホトリソグラフィーの精度によらず、安定した抵抗を得ることができる。また、リンクベース領域３０２はサイドウォール３０７の幅で決まるため、ホトリソグラフィーにて決定するよりも幅を狭くすることができ、この領域の抵抗を下げる効果が期待できる。その結果、内部ベース領域３０１からベースコンタクト３１２に至るまでの抵抗を低減することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｍ．Ｒａｃａｎｅｌｌｉ ｅｔ ａｌ．、“Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ＳｉＧｅ ＮＰＮ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ ＢｉＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．、ｐｐ．３３６−３３９（２００１）
【非特許文献２】Ｍ．Ｒａｃａｎｅｌｌｉ ｅｔ ａｌ．、“ＳｉＧｅ ＢｉＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＲＦ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｖｏｌ．５２、Ｎｏ．７、ｐｐ．１２５９−１２７０（２００５）
【非特許文献３】Ｄａｖｉｄ Ｌ． Ｈａｒａｍｅ、“ＳｉＧｅ Ｂｉｐｏｌａｒ／ＢｉＣＭＯＳ： Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、 ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＤＭ （２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の従来例に係る製造方法は、図５（ａ）のエッチング制御が極めて難しい。即ち、犠牲エミッタポリシリコン３２３のみをドライエッチングにて除去するには、シリコン酸化膜３０８及びシリコン窒化膜からなるサイドウォール３０７に対する高い選択性が必要だが、ポリシリコンとシリコン窒化膜との間でこれを実現するのは困難である。その結果、例えば図６に示すように、犠牲エミッタポリシリコン３２３にて規定したはずのエミッタウィンドウ３１０の幅が、サイドウォール３０７がドライエッチングにて削られる分だけ広がってしまう。即ち、エミッタポリシリコン３０９からのＮ型不純物の固層拡散によって形成されるエミッタ拡散層３１１の幅が、当初規定したはずのエミッタウィンドウ３１０の幅よりも広くなってしまう。
【００１５】
例えば、０．１８ｕｍプロセス世代の標準的なホトリソ精度を用いた場合、エミッタ拡散層３１１の幅で決まるエミッタ面積は、最大で５６％程度も増加する可能性がある。エミッタ面積はＳｉＧｅ−ＨＢＴの特性に大きく影響するため、この状況は特性のバラツキとして表面化することになる。例えば、エミッタ−ベース間容量の増大による高周波特性（遮断周波数ｆＴや最大動作周波数ｆｍａｘなど）の劣化などである。さらに、場合によってはエミッタ拡散層３１１と外部ベース領域３０３との距離が近接するため、エミッタ−ベースの接合リークの不良が発生する可能性がある。
【００１６】
また、サイドウォール３０７の削れ幅は、図４（ｈ）のホトリソグラフィーの寸法及びアライメントのずれ量に依存することが明らかである。したがって、上述したような不具合を避けるためには、このホトリソグラフィーに極めて高い精度が必要とされ、高精度ステッパーの導入やスループットの低下といったようなコストアップの問題を引き起こす。さらに、サイドウォール３０７上にレジストパターン３２５のエッジが位置するようにパターニングする必要があるため、サイドウォール幅はある程度の値が必要である。即ち、リンクベース領域３０２の狭小化には限界があることを意味している。
本発明は、以上のような課題を鑑みてなされたものであって、犠牲エミッタ膜を高い選択性で除去することにより特性のバラツキを抑制し、高精度なホトリソグラフィー技術を必要としないシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法は、シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタを基板に形成するシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、前記シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタの活性領域に隣接する領域の前記基板にトレンチアイソレーションを形成する工程と、前記活性領域の前記基板上から前記トレンチアイソレーション上にかけて連続してシリコンゲルマニウム膜を形成する工程と、前記シリコンゲルマニウム膜の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Ｎ型不純物をドープした第１のポリシリコン膜を形成する工程と、前記第１のポリシリコン膜を前記活性領域の中央に残すようにパターニングして、犠牲エミッタ膜を形成する工程と、前記犠牲エミッタ膜が形成された前記基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜をエッチングして前記犠牲エミッタ膜の周囲にサイドウォールを形成する工程と、前記サイドウォールが形成された前記基板上に、不純物がドープされていない第２のポリシリコン膜を形成する工程と、前記サイドウォール及び前記犠牲エミッタ膜をマスクに前記シリコンゲルマニウム膜にＰ型不純物をイオン注入して、外部ベース領域を形成する工程と、前記外部ベース領域が形成された後で、前記犠牲エミッタ膜をエッチングして除去する工程と、前記犠牲エミッタ膜の下から露出した前記シリコン酸化膜を除去する工程と、前記シリコン酸化膜が除去された前記基板上に第３のポリシリコン膜を形成する工程と、前記第３のポリシリコン膜を前記サイドウォールにより断面視で挟まれた領域に残すようにパターニングして、エミッタポリシリコンを形成する工程と、を含み、前記犠牲エミッタ膜をエッチングして除去する工程では、エッチャントとして水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液を使用することを特徴とする。
【００１８】
このような方法であれば、犠牲エミッタ膜（第２ポリシリコン膜であって、犠牲エミッタ膜上に形成され、犠牲エミッタ膜からＮ型不純物が固相拡散してＮ型化する部分を含む。）を除去する際に、サイドウォールにほとんどダメージを与えない。犠牲エミッタ膜を高い選択性で除去することができるため、シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタの特性のバラツキを抑制することができる。
【００１９】
例えば、従来例で最大５６％と見積もられたエミッタ面積のバラツキをほぼゼロとすることができる。これは、Ｎ型にドープされたポリシリコン（以下、Ｎ型ポリシリコンともいう。）は、Ｐ型にドープされたポリシリコン（以下、Ｐ型ポリシリコンともいう。）・シリコン酸化膜・シリコン窒化膜の何れに対しても高い選択性を持っているという、水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液（以下、ＴＭＡＨ水溶液ともいう。）によるウェットエッチング特性を利用したものである。
【００２０】
また、このウェットエッチングはマスクによるパターンを用いずに自己整合的に実施できるため、従来例にて高精度な寸法及びアライメントを必要としたレジストパターンの形成が不要である。したがって、高精度なホトリソグラフィー技術を必要としない。また、従来例と比較して、サイドウォール幅をさらに狭くすることができるので、例えば、リンクベース領域をさらに短くし、よりｆｍａｘの優れたシリコンゲルマニウムトランジスタを作ることも可能となる。
【００２１】
なお、「基板」としては、例えば、後述するシリコン基板４が該当する。また、「トレンチアイソレーション」としては、例えば、後述するＳＴＩ層５が該当する。さらに、「第１のポリシリコン膜」としては、例えば、後述するポリシリコン膜２１が該当する。また、「犠牲エミッタ膜」としては、例えば、後述する犠牲エミッタポリシリコン２３が該当する。さらに、「第２のポリシリコン膜」としては、例えば、後述するポリシリコン膜２４が該当する。また、「第３のポリシリコン膜」としては、例えば、ポリシリコン膜２６が該当する。
【００２２】
また、上記のシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、前記第１のポリシリコン膜にドープされる前記Ｎ型不純物の濃度を、前記外部ベース領域を形成する際に前記犠牲エミッタ膜に導入される前記Ｐ型不純物の濃度の１００倍を越える濃度、にすることを特徴としてもよい。このような方法であれば、Ｐ型不純物の導入後も、犠牲エミッタ膜をＮ型のまま維持することができ、例えば、Ｎ型の犠牲エミッタ膜と、Ｐ型の第２のポリシリコン膜とのエッチングの選択比を６を超える値とすることができる。即ち、Ｎ型の犠牲エミッタ膜と、Ｐ型の第２のポリシリコン膜とのエッチングの選択比をＸ：１としたとき、Ｘ＞６とすることができる。これにより、犠牲エミッタ膜を十分に高い選択性で除去することができる。
【００２３】
また、上記のシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、前記第２のポリシリコン膜を形成する工程の後で、前記外部ベース領域を形成する工程を行うことを特徴としてもよい。このような構成であれば、第２のポリシリコン膜にＰ型不純物を導入することができるので、Ｎ型ポリシリコンとＰ型ポリシリコンとのエッチングの選択比の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す図（その１）。
【図２】実施の形態に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す図（その２）。
【図３】従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの構成例を示す図。
【図４】従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す図（その１）。
【図５】従来例に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す図（その２）。
【図６】従来例における課題を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、基板にシリコン基板を用い、ベース層にシリコンゲルマニウムを用いたＳｉＧｅ−ＨＢＴを例に挙げて説明する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造方法を示す断面図である。
まず、図１（ａ）に示すとおり、通常の方法にて、シリコン基板４にＳＴＩ層５を形成する。ここで、シリコン基板４はＳｉＧｅ−ＨＢＴ形成領域にＮ型不純物からなるコレクタ領域（図示せず）を設けたＰ型エピ層である。このＰ型エピ層の下層には高濃度の埋め込みＮ＋層（図示せず）が設けられている。ＳＴＩ層５は、このようなシリコン基板４であって、ＳｉＧｅ―ＨＢＴの活性領域に隣接する領域に形成する。
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板４上にＳｉＧｅ膜６、シリコン酸化膜８、ポリシリコン膜２１を順に積層する。ＳｉＧｅ膜６は、シリコン基板４が露出している領域ではエピタキシャル成長して単結晶膜に、ＳＴＩ層５上は多結晶膜になる。また、エピタキシャル成長中にＰ型不純物をｉｎ−ｓｉｔｕドープしてベース層をＳｉＧｅ膜６中に形成する。シリコン酸化膜８は熱酸化膜・ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）膜の何れでも構わないが、ＳｉＧｅ膜６が熱に弱いことを勘案すれば、ＣＶＤ膜を使用するのが望ましい。ポリシリコン膜２１はＮ型不純物を高濃度にｉｎ−ｓｉｔｕドープしたドープトポリシリコン膜であり、その濃度は例えばリン：３Ｅ２０／ｃｍ3などであり、膜厚は例えば２５０ｎｍなどである。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＳｉＧｅ膜６のエピ領域の一部であり、将来的にエミッタポリシリコンとなる予定の領域の上部にレジストパターン２２を形成する。そして、このレジストパターン２２をマスクにＲＩＥ法などのドライエッチングを行って、ポリシリコン膜２１をパターニングする。その結果、シリコン酸化膜８上には高濃度にＮ型不純物の添加された犠牲エミッタポリシリコン２３が形成される。その後、レジストパターン２２を除去する。
【００２８】
次に、図１（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜３０を形成する。このシリコン窒化膜３０の膜厚は、例えば０．１ｕｍなどであるが、より薄くすることも可能である。
次に、このシリコン窒化膜３０に対して、ＲＩＥ法などで異方性のドライエッチングを実施する。これにより、図１（ｅ）に示すように、犠牲エミッタポリシリコン２３の周囲にシリコン窒化膜からなるサイドウォール７を形成する。シリコン窒化膜３０の膜厚が０．１ｕｍの場合、サイドウォール７の幅は０．０８ｕｍ程度となる。なお、この幅がリンクベース領域２の幅となるので、シリコン窒化膜３０の膜厚をより薄くすることで更なるベース抵抗の低減が可能となる。
【００２９】
次に、図１（ｆ）に示すように、シリコン基板４の上方全面に膜厚の薄いノンドープのポリシリコン膜２４を形成する。ここで、ノンドープとは、Ｐ型又はＮ型の何れの型の不純物もドープされていない、という意味である。このノンドープのポリシリコン膜２４は例えばＣＶＤ法で形成する。また、このポリシリコン膜２４の膜厚は、例えば５０ｎｍなどである。このとき、ポリシリコン膜２４であって、犠牲エミッタポリシリコン２３上に形成された部分は、犠牲エミッタポリシリコン２３からＮ型不純物が固層拡散してＮ型化し、犠牲エミッタポリシリコン２３と一体化する。一方、犠牲エミッタポリシリコン２３上以外の領域に形成されたポリシリコン膜２４は、ノンドープのままである。
【００３０】
続いて、図１（ｇ）に示すように、Ｐ型不純物による外部ベースイオン注入を実施する。これによって、サイドウォール７の外側に位置する外部ベース領域（ベース引き出し部）の抵抗を低減する。Ｐ型不純物のイオン注入の条件は、例えば、注入種がＢＦ２、注入エネルギーが１００ｋｅＶ、ドーズ量が２Ｅ１５／ｃｍ２などである。このとき、同時に、ノンドープのポリシリコン膜２４にもＰ型不純物が導入され、ポリシリコン膜２４はＰ型化するが、犠牲エミッタポリシリコン２３はＮ型のままである。なぜなら、犠牲エミッタポリシリコン２３のＮ型不純物濃度は、このとき導入されたＰ型不純物濃度の１００倍を超える濃度であるからである。
【００３１】
次に、水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液（即ち、ＴＭＡＨ水溶液）をエッチャントとするウェットエッチングによって、犠牲エミッタポリシリコン２３を除去する。ここで、ＴＭＡＨ水溶液を使用する際は、その温度（即ち、液温）を例えば４０〜６０℃に調整しておく。また、ＴＭＡＨ水溶液の濃度は、例えば２０重量％（ｗｔ％）とする。
これにより、図１（ｈ）に示すように、サイドウォール７により断面視で挟まれた領域（即ち、サイドウォールの内側の領域）に、エミッタウィンドウ１０を形成する。このとき、ポリシリコン膜２４は完全には除去されない。これは、Ｎ型ポリシリコンは容易にエッチングされるが、Ｐ型ポリシリコンは削られにくいというＴＭＡＨ水溶液によるウェットエッチング特性を利用したものである。
【００３２】
なお、本実施の形態において、Ｐ型のポリシリコン膜２４の残存膜厚に制限は無く、残っていればよい。例えば、エッチング前の両者の膜厚比は３００：５０なので、選択比６を超えるエッチング条件であれば、ポリシリコン膜２４の残存を実現できる。さらに、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜はＴＭＡＨ水溶液によってほとんど侵されないため、サイドウォール７にダメージを与えることなく、犠牲エミッタポリシリコン２３だけを選択的に除去することができる。つまり、エミッタウィンドウ１０の幅は犠牲エミッタポリシリコン２３のパターン寸法だけで決まることになる。なお、ポリシリコン膜の表面に自然酸化膜が形成されているとＴＭＡＨ水溶液によるエッチングを阻害するため、事前にフッ化水素酸水溶液による洗浄を施すのが望ましい。
【００３３】
次に、フッ化水素酸水溶液などのウェットエッチングによって、エミッタウィンドウ１０に位置するシリコン酸化膜８を除去すると、図２（ａ）に示す構造となる。この際、エミッタウィンドウ１０を除く領域はポリシリコン膜２４によって覆われているため、この領域がフッ化水素酸水溶液などのウェットエッチングによって侵されることはない。
続いて、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板４の上方全面にポリシリコン膜２６を形成する。このポリシリコン膜２６は、例えばＣＶＤ法で形成する。ポリシリコン膜２６にはＮ型不純物をドーピングする必要があるが、その手法は、膜を形成中にｉｎ−ｓｉｔｕドープする方法、ノンドープの膜を積んだ後にイオン注入にて導入する方法、の何れでも構わない。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、エミッタ部分（即ち、エミッタウィンドウ１０及びサイドウォール７）を残すようなレジストパターン２７をポリシリコン膜２６上に形成する。そして、このレジストパターン２７をマスクにＲＩＥ法などのドライエッチングを行って、ポリシリコン膜２６及びポリシリコン膜２４の一部を除去する。これにより、図２（ｄ）に示すように、エミッタポリシリコン９を形成する。
【００３５】
次に、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）などの熱処理を施すことで、エミッタポリシリコン９に含まれるＮ型不純物を、エミッタウィンドウ１０を通してＳｉＧｅ膜６中に固層拡散する。この結果、図２（ｅ）に示すように、エミッタウィンドウ１０下のＳｉＧｅ膜６にエミッタ拡散層１１が形成される。この熱処理は、ＳｉＧｅ−ＨＢＴとＣＭＯＳとを同一基板上に形成するＢｉＣＭＯＳプロセスの場合には、ＣＭＯＳに導入した不純物の活性化のための熱処理と共通化すると、工程数の増加を避けることができて望ましい。
【００３６】
次に、シリコン基板４の上方全面に層間絶縁膜４０を形成し、この層間絶縁膜４０にコンタクトホールを形成する。そして、コンタクトホール内に例えば金属膜を形成する。これにより、図２（ｆ）に示すように、ベースコンタクト１２を形成する。同時に、エミッタコンタクトやコレクタコンタクト（図示せず）も形成する。エミッタ拡散層１１が形成されている領域が内部ベース領域１、サイドウォール７直下がリンクベース領域２、その外側からベースコンタクト１２に至るまでが外部ベース領域３である。
また、層間絶縁膜４０の形成に先立ち、外部ベース領域３の露出している部分、即ちエミッタポリシリコン９に覆われていない部分は、通常の方法によって金属シリサイドを形成し、外部ベース領域３の抵抗をさらに下げることが望ましい。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るＳｉＧｅ―ＨＢＴの製造方法によれば、犠牲エミッタポリシリコン２３を除去する際に、サイドウォール７に一切ダメージを与えることが無い。そのため、エミッタウィンドウ１０の幅が変化してしまうことはなく、ＳｉＧｅ−ＨＢＴの特性にバラツキを生じない。つまり、犠牲エミッタポリシリコン２３を高い選択性で除去することができ、これにより、ＳｉＧｅ―ＨＢＴの特性のバラツキを抑制することができる。
従来例で最大５６％と見積もられたエミッタ面積のバラツキは、本実施の形態によるとほぼゼロとすることができる。これは、Ｎ型ポリシリコンが、Ｐ型ポリシリコン・シリコン酸化膜・シリコン窒化膜の何れに対しても高い選択性を持っているというＴＭＡＨ水溶液によるウェットエッチング特性を利用したものである。
【００３８】
また、このウェットエッチングはマスクによるパターンを用いずに自己整合的に実施できるため、従来例にて高精度な寸法及びアライメントを必要としたレジストパターン３２５の形成が不要である。したがって、高精度なホトリソグラフィー技術を必要としない。即ち、極めて負荷の高いホトリソ工程を省略できることになり、単なる工程短縮だけではないコストメリットを出すことができる。また、従来例と比較して、サイドウォール幅をさらに狭くすることができるので、リンクベース領域２をさらに短くし、よりｆｍａｘの優れたＳｉＧｅ−ＨＢＴを作ることも可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
２ リンクベース領域
３ 外部ベース領域
４ シリコン基板
５ ＳＴＩ層
６ ＳｉＧｅ膜
７ サイドウォール
８ シリコン酸化膜
９ エミッタポリシリコン
１０ エミッタウィンドウ
１１ エミッタ拡散層
１２ ベースコンタクト
２１、２４、２６ ポリシリコン膜
２２、２７ レジストパターン
２３ 犠牲エミッタポリシリコン
３０ シリコン窒化膜
４０ 層間絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタを基板に形成するシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、
前記シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタの活性領域に隣接する領域の前記基板にトレンチアイソレーションを形成する工程と、
前記活性領域の前記基板上から前記トレンチアイソレーション上にかけて連続してシリコンゲルマニウム膜を形成する工程と、
前記シリコンゲルマニウム膜の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Ｎ型不純物をドープした第１のポリシリコン膜を形成する工程と、
前記第１のポリシリコン膜を前記活性領域の中央に残すようにパターニングして、犠牲エミッタ膜を形成する工程と、
前記犠牲エミッタ膜が形成された前記基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜をエッチングして前記犠牲エミッタ膜の周囲にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールが形成された前記基板上に、不純物がドープされていない第２のポリシリコン膜を形成する工程と、
前記サイドウォール及び前記犠牲エミッタ膜をマスクに前記シリコンゲルマニウム膜にＰ型不純物をイオン注入して、外部ベース領域を形成する工程と、
前記外部ベース領域が形成された後で、前記犠牲エミッタ膜をエッチングして除去する工程と、
前記犠牲エミッタ膜の下から露出した前記シリコン酸化膜を除去する工程と、
前記シリコン酸化膜が除去された前記基板上に第３のポリシリコン膜を形成する工程と、
前記第３のポリシリコン膜を前記サイドウォールにより断面視で挟まれた領域に残すようにパターニングして、エミッタポリシリコンを形成する工程と、を含み、
前記犠牲エミッタ膜をエッチングして除去する工程では、エッチャントとして水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液を使用することを特徴とするシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、
前記第１のポリシリコン膜にドープされる前記Ｎ型不純物の濃度を、前記外部ベース領域を形成する際に前記犠牲エミッタ膜に導入される前記Ｐ型不純物の濃度の１００倍を越える濃度、にすることを特徴とするシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、
前記第２のポリシリコン膜を形成する工程の後で、前記外部ベース領域を形成する工程を行うことを特徴とするシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法。
【請求項１】
シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタを基板に形成するシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、
前記シリコンゲルマニウムバイポーラトランジスタの活性領域に隣接する領域の前記基板にトレンチアイソレーションを形成する工程と、
前記活性領域の前記基板上から前記トレンチアイソレーション上にかけて連続してシリコンゲルマニウム膜を形成する工程と、
前記シリコンゲルマニウム膜の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Ｎ型不純物をドープした第１のポリシリコン膜を形成する工程と、
前記第１のポリシリコン膜を前記活性領域の中央に残すようにパターニングして、犠牲エミッタ膜を形成する工程と、
前記犠牲エミッタ膜が形成された前記基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜をエッチングして前記犠牲エミッタ膜の周囲にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールが形成された前記基板上に、不純物がドープされていない第２のポリシリコン膜を形成する工程と、
前記サイドウォール及び前記犠牲エミッタ膜をマスクに前記シリコンゲルマニウム膜にＰ型不純物をイオン注入して、外部ベース領域を形成する工程と、
前記外部ベース領域が形成された後で、前記犠牲エミッタ膜をエッチングして除去する工程と、
前記犠牲エミッタ膜の下から露出した前記シリコン酸化膜を除去する工程と、
前記シリコン酸化膜が除去された前記基板上に第３のポリシリコン膜を形成する工程と、
前記第３のポリシリコン膜を前記サイドウォールにより断面視で挟まれた領域に残すようにパターニングして、エミッタポリシリコンを形成する工程と、を含み、
前記犠牲エミッタ膜をエッチングして除去する工程では、エッチャントとして水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液を使用することを特徴とするシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、
前記第１のポリシリコン膜にドープされる前記Ｎ型不純物の濃度を、前記外部ベース領域を形成する際に前記犠牲エミッタ膜に導入される前記Ｐ型不純物の濃度の１００倍を越える濃度、にすることを特徴とするシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法であって、
前記第２のポリシリコン膜を形成する工程の後で、前記外部ベース領域を形成する工程を行うことを特徴とするシリコンゲルマニウムトランジスタの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２０４８４８（Ｐ２０１１−２０４８４８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９８９７（Ｐ２０１０−６９８９７）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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