JP2655052B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はバイポーラトランジスタ
と絶縁ゲートトランジスタ(以下、MOSトランジス
タ、と称す)を備えた半導体装置およびその製造方法
係り、特に回路動作速度を大幅に向上するに好適な技術
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、バイポーラトランジスタとMOS
トランジスタとを同一半導体基板上に有する半導体装置
(以下BiCMOS、と称す)はセルフアライン技術や
微細加工技術等の進歩により微細化が進み動作速度も高
速化している。そしてこの動作速度を一層高速化する手
段としては、バイポーラトランジスタの特性を向上する
ことがひとつである。
【0003】バイポーラトランジスタの高速化のため
に、例えば特開平2−106937号公報や特開平1−
289163号公報に述べられているように、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタをシリコン系で実現し、増幅
率の向上、ベース抵抗の低減を図ろうという試みがなさ
れている。
【0004】また狭いバンドキャップをもったシリコン
・ゲルマ層(以下、SiGe層、と称す)をベースに用
いたヘテロ接合バイポーラトランジスタをBiCMOS
に適用した例としては、例えばK.Imai et a
l.,1990 IEEEBCTM,PP.90−9
3,(1990)に記載されている。この文献において
バイポーラトランジスタ部の構造は図9に示すようにp
型基板601内に、n型埋込み層602、n型コレクタ
層603、素子分離領域604、コレクタ引出し層60
5、外部ベース層606、MBE(Molecular
Beam Epitaxy)技術により形成されたS
iGe真性ベース層607、MBE技術により形成され
た低濃度n型シリコン層608、エミッタ層609、エ
ミッタ引出し多結晶シリコン電極610、から成る。
【0005】図10はこの図9に示したトランジスタの
深さ方向の不純物濃度分布の一例である。最上領域70
1はエミッタ電極用多結晶シリコン層610で不純物濃
度1020〜1021cm-3、厚さ150〜250nm、領
域702は不純物濃度5×1017〜1×1019cm-3
厚さ10〜100nmのシリコンエピタキシャル層60
8、領域703はSiGeベース層607で不純物濃度
1×1018〜5×1019cm-3、Geの含有率5〜20
%、厚さ10〜100nm、領域704はコレクタ層6
02と603で不純物濃度1×1016〜5×1017cm
-3のn型コレクタ層603およびコレクタ抵抗を低減す
るための不純物濃度1019〜1021cm-3の埋込層60
3からなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような構造のバイ
ポーラトランジスタにおいては、次のような問題点を有
する。
【0007】製造工程中の熱処理によってSiGeベー
ス層中に含まれる不純物ボロンがコレクタ側へ拡散し、
ベース・コレクタ接合の境界がシリコン・コレクタ領域
内へ移動する(図10中の705)。このため本来ベー
ス・コレクタ界面はヘテロ接合であったがベース・コレ
クタ接合位置の移動により、コレクタ内に形成さえたベ
ース領域のエネルギバンド幅は、図11のエネルギバン
ド構造図に示すように、SiGeベース層内のようにナ
ローバンド幅とはならず、シリコンのエネルギバンド幅
に近くなりベース・コレクタ接合近辺に寄生エネルギ障
壁709が形成される。尚、図11において、706は
MBE成長後のベース幅、708はベース中のボロンが
熱拡散した後のベース幅、707はボロン拡散領域を示
す。
【0008】ボロン拡散の度合と寄生エネルギ障壁の大
きさについてはPrinz etal.1989 IE
DM Tech Digest,pp.639−641
に述べられている。この寄生エネルギ障壁が存在するこ
とにより、ベースからコレクタへ注入される電子が減り
コレクタ電流が減少する。またバイポーラトランジスタ
の高周波特性を表わす遮断同波数(以下、fT と称す)
が低下する。このfT の低下は高コレクタ電流密度にな
るほど大きく、その一例を図12に示す。同図において
従来のシリコンホモ接合バイポーラトラジスタのfT
11と、ベース・コレクタ間に寄生エネルギ障壁が形成
されているSiGeベースヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタのfT 710を比較すると、fT の最大値は後者
の方が高いが、高コレクタ電流領域では前者のfT の方
が高い。
【0009】図13は、コレクタ側へのボロンが拡散す
る距離とバイポーラトランジスタのベース中をキャリア
が走行する時間の関係を計算により求めた結果である。
拡散距離が20nm以上になるとベース走行時間(τ)
は著しく大きくなる。従ってfT が低下する。
【0010】半導体装置内におけるBiOMOS回路で
は、バイポーラトランジスタを出力負荷容量を急速に充
放電させるため高コレクタ電流領域で動作させている。
このため上述したような寄生エネルギ障害を有するバイ
ポーラトランジスタを使用すると回路性能が大きく劣化
し、従来のシリコンホモ接合トランジスタを用いた場合
よりも、シリコンヘテロ接合トランジスタを用いたBi
CMOS回路の負荷駆動能力は悪化する。また高電流領
域でも高fT が得られるようにエミッタサイズを大きく
する対策案もあるが、それにはホモ接合バイポーラトラ
ンジスタのものより2〜4倍にしなければならず、トラ
ンジスタ面積が大きくなってしまい素子を高集積化する
際に大きな問題になる。
【0011】これに対してECL回路のようにバイポー
ラトランジスタを流れるスイッチング電流がBiCMO
S回路より小さくてすむ場合は、前述したようにSiG
eベースヘテロ接合トランジスタの方が高fT を得るこ
とができ回路動作速度も向上する。
【0012】前述したベース層中に含まれる不純物ボロ
ンのコレクタ側への拡散は製造工程中の熱処理の低温化
・処理時間短時間化により減らすことは可能であるが、
全く無くすことはできず、SiGeベースヘテロ接合バ
イポーラトランジスタを搭載したBiCMOSのLSI
では性能向上を図る上で大きな問題になる。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、ヘテロ
接合パイポーラトランジスタと、ホモ接合パイポーラト
ランジスタと、絶縁ゲート電解効果トランジスタとを同
の半導体基板に備えたBiCMOSの半導体装置にお
いて、前記ヘテロ接合パイポーラトランジスタは該トラ
ンジスタの遮断周波数対コレクタ電流特性において遮断
周波数が最大値となるコレクタ電流値以下で主に動作す
る回路に用いられ、前記ホモ接合パイポーラトランジス
タは該トランジスタの遮断周波数対コレクタ電流特性に
おいて遮断周波数が最大値となるコレクタ電流値以上で
主に動作する回路に用いられる半導体装置にある。
【0014】本発明の他の特徴は、半導体基板の第1の
コレクタ領域上にヘテロ接合パイポーラトランジスタを
設け、前記半導体基板の第2のコレクタ領域上にホモ接
合パイポーラトランジスタを設ける半導体装置の製造方
法において、前記両トランジスタのベース多結晶シリコ
ン電極を同時に形成する工程と、前記ホモ接合パイポー
ラトランジスタのベース領域を形成する工程と、前記ヘ
テロ接合パイポーラトランジスタのベース領域を形成す
る工程と、前記両トランジスタのエミッタ多結晶シリコ
ン電極を同時に形成する工程と、熱処理により前記エミ
ッタ多結晶シリコン電極から不純物をそれぞれのベース
領域に拡散して前記両トランジスタのエミッタ領域を同
時に形成する工程とを有する半導体装置の製造方法にあ
る。
【0015】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0016】図1は本発面の一実施例の半導体装置の断
面図である。p型半導体基板100上にpチャネルMO
Sトランジスタ(以下、PMOS、と称す)500,N
チャネルMOSトランジスタ(以下、NMOS、と略
記)510、SiGeエピタキシャルベース230を有
するヘテロ接合バイポーラトランジスタ520、n型エ
ピタキシャル層130内に真性ベース260を有するホ
モ接合バイポーラトランジスタ530を備えている。
【0017】そしてシリコンヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタはトランジスタの遮断周波数対コレクタ電流特
性において遮断周波数の最大値となるコレクタ電流以下
で動作する回路、例えばECL回路やNTL回路に用い
られ、一方シリコンホモ接合バイポーラトランジスタは
遮断周波数の最大値となるコレクタ電流以上で主に動作
する回路、倒えばBiCMOS回路にそれぞれ用いられ
る。
【0018】すなわち同一半導体基板(同一の半導体チ
ップ)内にBiCMOS回路(図8(A))とECL回
路(図8(B))とを形成する半導体装置において、図
8(A)のBiCMOS回路のNMOS1、PMOS2
およびバイポーラトランジスタ3にはそれぞれ図1のN
MOS510、PMOS500およびシリコンホモ接合
バイポーラトランジスタ530を使用し、一方、図8
(B)のECL回路のバイポーラトランジスタ3には図
1のシリコンヘテロ接合バイポーラトランジスタ520
を使用する。
【0019】図1において、PMOS500は、n型埋
込層110上のn型ウェル150にp型LDD層340
を有する一対のp型ソース、ドレイン領域330とその
間のチャネル領域上のゲート多結晶シリコン電極200
を具備して構成されている。NMOS510は、p型埋
込層120上のp型ウェル140にn型LDD型310
を有する一対のn型ソース、ドレイン領域320とその
間のチャネル領域上のゲート多結晶シリコン電極200
を具備して構成されている。又、フィールド酸化膜18
0下にはチャネルストッパー170が形成されている。
シリコンヘテロ接合バイポーラトランジスタ520は、
n型埋込層110上のコレクタとなるn型エピタキシャ
ル層130の上面部にエピタキシャルSiGeベース層
230、その内にエミッタ領域、その外側にグラフトベ
ース層240を形成し、エミッタ領域に接続するエミッ
タ多結晶シリコン電極220、グラフトベース層240
に接続するベース多結晶シリコン引出し電極210を形
成して構成されている。シリコンホモ接合バイポーラト
ランジスタ530は、n型埋込層110上のコレクタと
なるn型エピタキシャル層130の上面部にシリコン真
性ベース層260、その内にエミッタ領域、その外側に
グラフトベース層250を形成し、エミッタ領域に接続
するエミッタ多結晶シリコン電極220、グラフトベー
ス層250に接続するベース多結晶シリコン引出し電極
210を形成して構成されている。また、シリコンヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ520とシリコンホモ接
合バイポーラトランジスタ530との間には、フィール
ド酸化膜180、チャネルストッパー170、p型ウェ
ル140、p型埋込層120から成る素子分離領域52
5が形成されている。
【0020】次に図1に示す第1の実施例の半導体基板
の製造方法を図2乃至図4を参照して説明する。
【0021】p型半導体基板100上のバイポーラトラ
ンジスタ520,530およびPOMS500の形成領
域において選択的にn型不純物例えば不純物注入量10
15〜1016(atoms/cm2 )のアンチモンをイオ
ン注入法を用いて導入する。次にNMOS510および
素子分離領域525に選択的にp型不純物、例えばボロ
ンを注入量1013〜1014(atoms/cm2 )イオ
ン注入法を用いて導入する。次に熱処理を施し、前記ア
ンチモン、およびボロンをp型半導体基板100中に拡
散させ、n型埋込層110,およびp型埋込層120を
形成する。次に前記p型半導体基板100上にn型エピ
タキシャル層130を、例えば膜厚1.0〜1.5(μ
m)成長する。次にPMOS形成領域500において前
記n型エピタキシャル層130にn型不純物例えばリン
を注入量1012〜1013(atoms/cm2 )、加速
エネルギ100〜150(kev)のイオン注入法で選
択的に導入する。しかる後NOMS形成領域510とア
イソレーション領域525において、前記n型エピタキ
シャル層130にp型不純物、例えばボロン注入量10
12〜1013(atoms/cm2 )、加速エネルギ10
0〜150(kev)のイオン注入法で選択的に導入す
る。次に、熱拡散処理、例えば1000℃、N2 雰囲気
中約100分間行い前記n型エピタキシャル層130中
に導入したリンおよびボロンを引き伸ばし拡散させてn
型およびp型ウェル領域150,140をそれぞれ形成
する。アイソレーション領域525としてのp型ウェル
領域140はp型埋込層120の上面に接するように形
成され、この領域によってバイポーラトランジスタおよ
びMOSトランジスタ間が電気的に分離される。
【0022】次にn型エピタキシャル層130上を熱酸
化して20〜40(μm)の膜厚の酸化膜160を形成
する。次に窒化膜等の耐酸化マスクをバイポーラおよび
MOSトランジスタ形成領域において選択的に形成す
る。次にnMOS領域の非活性領域およびバイポーラト
ランジスタのアイソレーション領域に選択的にp型不純
物、例えばボロンを注入量1012〜1013(atoms
/cm2 )、加速エネルギ40〜50(kev)のイオ
ン注入法で導入し、チャネルストッパー170を形成す
る。次に前記窒化膜から露出するn型エピタキシャル層
130を熱酸化し、フィールド酸化膜180を形成す
る。このフィールド酸化膜は、例えば1000℃程度の
スチーム酸化法で400〜500(nm)の膜厚を形成
後、窒化膜を除去する。次にバイポーラトランジスタの
一部に選択的にn型不純物、例えばリンを注入量1015
〜1016(atoms/cm2 )、加速エネルギ70〜
80kevのイオン注入法で導入しコレクタ引き上げ領
域190を形成する。この後、例えば950〜1000
℃、30分程度の熱処理を行うことにより前記n型埋込
み層110に接触するようにn型不純物を拡散する。以
上の工程により図2(A)の断面図に示す状態となる。
【0023】次にPMOS形成領域500のn型ウェル
150およびNMOS領域510のp型ウェル140に
しきい値電圧調整用の不純物例えばリン又はボロンをイ
オン注入法で導入する。次に前記ウェル領域上の20〜
40(nm)の熱酸化膜160を除去し、ウェル表面を
露出させる。次に露出させたウェル上に例えば800〜
900(℃)スチーム酸化法で膜厚10〜20(nm)
のゲート酸化膜195を形成する。次にフィールド酸化
膜上および前記ゲート酸化膜を含む半導体基板全面上に
多結晶シリコン層200を例えばCVD法で膜厚200
〜400(nm)に堆積する。この多結晶シリコン層2
00には抵抗値を低減するn型不純物、例えばリンをイ
オン注入法により導入する。尚、この多結晶シリコン層
200上に高融点金属シリサイド層、例えばWSi2
形成したポリサイド構造にすることもできる。前記多結
晶シリコン層をフォトレジストをマスクとしRIE(R
eactive Ion Etching)等の異方性
エッチングを用いて所定形状にエッチングしてMOSの
ゲート電極200を形成する。次にNMOS形状領域5
10にn型不純物、例えばリンを注入量1013〜1014
(atoms/cm2 )、加速エネルギ50〜70(k
ev)またPMOS形状領域500にp型不純物、例え
ばボロンを注入量1013〜1014(atoms/c
2 )、加速エネルギ30〜50(kev)でそれぞれ
導入する。これらの不純物は前記ゲート電極200に対
し自己整合的に導入されMOSトランジスタのLDD構
造における低濃度ソース・ドレイン領域310,340
を形成する。次に前記半導体基板上全面にCVD法を用
いて膜厚200〜300(nm)の酸化膜を堆積した
後、堆積した酸化膜の膜厚に相当する量だけRIE等の
異方性エッチングを行い、ゲート電極の側壁にサイドウ
ォールスペーサ315を形成する。次にNMOS形成領
域510にn型不純物、例えばヒ素を注入量1015〜1
16(atoms/cm2 )、加速エネルギ70〜80
(kev)、またPMOS形成領域500にp型不純
物、例えばフッ化ホウ素を注入量1015〜1016(at
oms/cm2 )、加速エネルギ70〜80(kev)
でそれぞれ導入する。これらの不純物はゲート電極20
0およびサイドウォールスペーサ315に対して自己整
合的に導入され、MOSトランジスタのソース・ドレイ
ン領域320,330を形成する。次に前記半導体基板
全面にCVD法を用いて膜厚50〜100(nm)の酸
化膜350を堆積する。以上の工程により図2(B)の
断面図に示す状態となる。
【0024】次にホモ接合バイポーラトランジスタ形成
領域530の酸化膜350を部分的に除去しベース領域
のn型エピタキシャル層130表面を露出するさせる。
次に半導体基板100全面上に、例えばCVD法を用い
て膜厚200〜400(nm)の多結晶シリコン膜21
0を堆積する。次にこの多結晶シリコン膜210には抵
抗低減とバイポーラトランジスタのベース引き出し層
(グラフトベース層)250を形成するため、p型不純
物、例えばボロンを注入量1015〜1016(atoms
/cm2 )、加速エネルギ30〜40(kev)のイオ
ン注入法で導入する。次に前記多結晶シリコン層210
上全面にCVD法を用いて窒化膜215を膜厚200〜
300(nm)堆積する。次に窒化膜215および多結
晶シリコン膜210をRIE等の異方性エッチングを用
いて順次エッチングし、バイポーラトランジスタのベー
ス引き出しポリシリ電極およびエミッタ領域の開口部を
形成する。尚エッチング終了時にはホモ接合バイポーラ
トランジスタ530のエミッタ開口部はn型エピタキシ
ャル層130表面が露出する。
【0025】次に前記露出したエミッタ開口部のn型エ
ピタキシャル層130表面に800〜900(℃)のド
ライ酸化法を用いて膜厚10〜50(nm)の酸化膜2
16を形成する。尚、図示していないが露出した多結晶
シリコン膜側面にも同時に酸化膜が形成される。次に8
00〜900℃のN2 ガス雰囲気中で熱処理を10〜3
0分間行い多結晶シリコン膜210に含まれるボロンを
n型エピタキシャル層中に熱拡散し、ベース引き出し層
250を形成する。このときヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ形成領域520の多結晶シリコン膜下には酸化
膜350が存るため、ボロンはn型エピタキシャル層1
30中には拡散されない。次に前記ホモ接合バイポーラ
トランジスタ530のエミッタ開口部に自己整合的にバ
イポーラトランジスタの真性ベース領域260を形成す
るため、p型不純物、例えばボロンを注入量1013〜1
14(atoms/cm2 )、加速エネルギ10〜30
(kev)のイオン注入法で導入する。以上の工程によ
り図3(A)の断面図に示す状態となる。
【0026】次に、半導体基板100上全面にCVD法
を用いて膜厚100〜300(nm)の窒化膜を堆積し
た後、堆積した窒化膜の膜厚に相当する分だけRIE等
の異方性エッチングを行い、エミッタ開口部を含む多結
晶シリコン膜210の側壁にサイドウォールスペーサ2
17を形成する。次にヘテロ接合バイポーラトランジス
タ形成領域520の多結晶シリコン膜下に存る酸化膜3
50,195を例えばフッ酸とフッ化アンモニウムの混
合液を用いてフォトレジスト218をマスクに部分的に
除去する。このとき多結晶シリコン膜上および側壁の絶
縁膜は窒化膜215,217であるので前記混合液でエ
ッチングされない。以上の工程により図3(B)の断面
図に示す状態となる。
【0027】次に選択シリコンエピタキシャル技術を用
いてヘテロ接合バイポーラトランジスタ形成領域520
の露出したn型エピタキシャル層130表面から多結晶
シリコン膜210下に膜厚30〜100nm、ゲルマニ
ウムの含有率5〜20%のシリコンゲルマベース層23
0を選択的に成長する。成長条件は、例えば650℃、
Si2 6 の流量1SCCM,GeH4 の流量1SCC
Mとする。前記露出したn型エピタキシャル層130表
面以外の半導体基板表面は全て窒化膜または酸化膜で覆
われているためシリコン層は形成されない。以上の工程
により図4(A)の断面図に示す状態となる。
【0028】次にホモ接合バイポーラトランジスタ形成
領域530のエミッタ部の酸化膜216を選択的に除去
した後、半導体基板100上全面のCVD法を用いて例
えば膜厚200〜300(nm)の多結晶シリコン層2
20を形成する。次に多結晶シリコン層220にn型不
純物例えばヒ素を注入量5×1015〜1×1016(at
oms/cm2 )、加速エネルギ70(kev)のイオ
ン注入法を用いて導入後、例えばRIE等の異方性エッ
チングを用いてエミッタ引出し用電極として前記多結晶
シリコン層220をバイポーラトランジスタのエミッタ
開口部に残す。次に高温短時間アニール1000〜11
00(℃)、10〜30(秒)を行いエミッタ引出し電
極中に導入されたヒ素が前記ホモ接合およびヘテロ接合
バイポーラトランジスタのベース領域に拡散しバイポー
ラトランジスタのエミッタ領域225が例えば0.05
〜0.1(μm)の拡散深さで形成される。また前記ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタのベース引出し多結晶
シリコン層210中に導入されたボロンが前記エピタキ
シャル成長ベース中に拡散しバイポーラトランジスタの
ベース引出し拡散領域240が形成される。以上の工程
により図4(B)の断面図に示す状態となる。
【0029】次にバイポーラトランジスタおよびCMO
Sトランジスタを含む半導体基板全面に層間絶縁膜例え
ば酸化膜を300〜500(nm)CVD法を用いて堆
積する。次に酸化膜をエッチングしバイポーラトランジ
スタおよびCMOSトランジスタのコンタクト孔を形成
する。以上の工程により図1に示す断面図が完成する。
【0030】次に図示していないが金属電極および配線
層を形成する。以上の工程により第1の実施例の半導体
装置を完成する。
【0031】以上の製造方法においてヘテロ接合および
ホモ接合バイポーラトランジスタの真性ベース領域の形
成を別々に行う以外は、両トランジスタのコレクタエミ
ッタ領域およびベース引き出し電極をそれぞれ同一に形
成できる。
【0032】図5は本発明の第2の実施例で示す断面図
である。図5において第1の実施例を示す図1と同一も
しくは類似の機能の個所は同じ符号で示してあるから重
複する説明は省略する。
【0033】この図5の第2の実施例において前記第1
の実施例と異なる点は、ホモ接合バイポーラトランジス
タ540のベースがヘテロ接合バイポーラトランジスタ
520と同じくシリコンエピタキシャルベースを有して
いる(但しゲルマは含有していない)。この構造にする
ことでベース幅を狭くでき第1の実施例よりも遮断周波
数を容易に向上することができる。
【0034】次に第2の実施例の製造方法について図6
および図7を参照して説明する。第1の実施例と異なる
点は図6(A)に示すようにホモ接合バイポーラトラン
ジスタ形成領域540の酸化膜350,190を除去せ
ず、ベース領域のn型エピタキシャル層130表面を露
出させることなく、半導体基板100全面上に、例えば
CVD法を用いて膜厚200〜400(nm)の多結晶
シリコン膜210を堆積する。次にこの多結晶シリコン
膜210には抵抗低減とバイポーラトランジスタのベー
ス引き出し層(グラフトベース層)を形成するためp型
不純物、例えばボロンを注入量1015〜1016(ato
ms/cm2 )、加速エネルギー30〜40(kev)
のイオン注入法で導入する。次に前記多結晶シリコン層
210上全面にCVD法を用いて窒化膜215を膜厚2
00〜300(nm)堆積する。次に、窒化膜215お
よび多結晶シリコン膜210をRIEの異方性エッチン
グを用いて順次エッチングし、バイポーラトランジスタ
のベース引き出しポリシリ電極およびエミッタ領域の開
口部を形成する。次に半導体基板100上全面にCVD
法を用いて100〜300(nm)の窒化膜217を堆
積した後、堆積した窒化膜の膜厚に相当する分だけRI
E等の異方性エッチングを行いエミッタ開口部を含む多
結晶シリコン膜210の側壁にサイドウォールスペーサ
217を形成する。以上の工程により図6(A)の断面
図の状態となる。
【0035】次にホモ接合バイポーラトランジスタ形成
領域540の露出したn型エピタキシャル層表面から多
結晶シリコン膜下210に選択シリコンエピタキシャル
技術用いて膜厚30〜100(nm)、ボロン濃度10
18〜1019(atoms/cm3 )のシリコンベース層
261を形成する。前記露出したn型エピタキシャル層
130表面以外の半導体基板表面は全て窒化膜または酸
化膜が覆われているためシリコン層は形成されない。次
に半導体基板100上全面にCVD法を用いて酸化膜2
19を10〜50(nm)堆積する。次に前記ホモ接合
バイポーラトランジスタと同様に、例えばフッ酸とフッ
化アンモニウムの混合液を用いてフォトレジスト218
をマスクとしてヘテロ接合バイポーラトランジスタ形成
領域520の多結晶シリコン膜210下に存る酸化膜3
50,190を部分的に除去する。以上の工程により図
7の断面図に示す状態となる。
【0036】次に選択シリコンエピタキシャル技術を用
いてヘテロ接合バイポーラトランジスタ形成領域520
の露出したn型エピタキシャル層130表面から多結晶
シリコン膜下210に膜厚30〜100(nm)、ゲル
マニウムの含有率5〜20%のシリコン・ゲルマベース
層を選択的に形成する。次にホモ接合バイポーラトラン
ジスタ540のベース層261上にある酸化膜219を
ウェットエッチングで除去する。以下第1の実施例の製
造方法を同様にエミッタ引き出し電極形成以降の処理を
行い図5の断面図に示す第2の実施例の半導体装置が完
成する。但し図5には金属配線および電極の図示を省略
してある。
【0037】この第2の実施例はホモ接合バイポーラト
ランジスタのベースがシリコンエピタキシャルベース
(但しゲルマは含有していない)のでベース幅を第1の
実施例よりも薄くすることが可能であり遮断周波数を向
上することができる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、同一半導
体基板上にシリコン・ホモ接合バイポーラトランジスタ
とシリコンヘテロ接合バイポーラトランジスタを有し、
前記シリコンヘテロ接合バイポーラトランジスタは該ト
ランジスタの遮断周波数対コレクタ電流特性において遮
断周波数の最大値となるコレクタ電流以下で主に動作す
る回路に用い、一方、前記シリコンホモ接合バイポーラ
トランジスタは該トランジスタの遮断周波数対コレクタ
電流特性において遮断周波数の最大値となるコレクタ電
流以上で主に動作する回路に用いるので高速動作が可能
なECLやNTL回路と高負荷駆動能力をもったBiC
MOS回路を同時に実現できる。
【0039】シリコンヘテロ接合バイポーラトランジス
タで構成したECLゲート回路のゲート1段当りの遅延
時間は、ホモ接合バイポーラトランジスタで構成したゲ
ートよりも15〜20psec高速動作ができる。また
ホモ接合バイポーラトランジスタで構成したBiCMO
Sゲート回路の負荷駆動能力(単位負荷容量をゲート1
段当りの遅延時間で割った値)が1.5〜2倍になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置に示す断面
図である。
【図2】第1の実施例のは導体層装置を製造する方法を
工程順に示す断面図である。
【図3】図2の続きの工程を順に示す断面図である。
【図4】図3の続きの工程を順に示す断面図である。
【図5】本発明の第2の実施例の半導体装置を示す断面
図である。
【図6】第2の実施例の半導体装置を製造する方法を工
程順に示す断面図である。
【図7】図6の続きの工程を示す断面図である。
【図8】本発明の実施例の半導体装置における回路図で
あり、(A)はBiCMOS回路、(B)はECL回路
である。
【図9】従来技術の半導体装置を示す断面図ある。
【図10】図9の半導体装置における深さ方法の不純物
濃度分布を示す図である。
【図11】バイポーラトランジスタのエネルギーバンド
を示す図である。
【図12】シリコンホモ接合バイポーラトランジスタお
よびシリコンヘテロ接合バイポーラトランジスタのそれ
ぞれにおける遮断周波数(fT )とコレクタ電流との関
係を示す図である。
【図13】コレクタ側へのボロン拡散深さとベース走行
時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 NMOS 2 PMOS 3 バイポーラトランジスタ 4 抵抗 100 p型半導体基板 110 n型埋込層 120 p型埋込層 130 n型エピタキシャル層 140 p型ウェル 150 n型ウェル 170 チャネルストッパー 180 フィールド酸化膜 190 コレクタ引出し拡散層 200 ゲート多結晶シリコン電極 210 ベース多結晶シリコン引出し電極 220 エミッタ多結晶シリコン電極 230 エピタキシャルSiGeベース層 240,250 グラフトベース層 260 シリコンベース層 310 n型LDD層 320 n型ソース・ドレイン領域 330 p型ソース・ドレイン領域 340 p型LDD層 500 PMOS 510 NMOS 520 シリコンヘテロ接合バイポーラトランジスタ 525 素子分離領域 530 シリコンホモ接合バイポーラトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−213219(JP,A) 特開 平5−109750(JP,A) 日経マイクロデバイス(1991−8) P.57−63 日経マイクロデバイス(1989−8) P.50 1990 DIG.TECH.PAP.S YMPOSIUM ON VLSI T ECHNOLOGY(IEEE)P.49 −50

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘテロ接合パイポーラトランジスタと、
    ホモ接合パイポーラトランジスタと、絶縁ゲート電解効
    果トランジスタとを同一の半導体基板に備えたBiCM
    OSの半導体装置において、前記ヘテロ接合パイポーラ
    トランジスタは該トランジスタの遮断周波数対コレクタ
    電流特性において遮断周波数が最大値となるコレクタ電
    流値以下で主に動作する回路に用いられ、前記ホモ接合
    パイポーラトランジスタは該トランジスタの遮断周波数
    対コレクタ電流特性において遮断周波数が最大値となる
    コレクタ電流値以上で主に動作する回路に用いられるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記ヘテロ接合パイポーラトランジスタ
    は前記半導体基板に形成されたECL回路に用いられ、
    前記ホモ接合パイポーラトランジスタは前記半導体基板
    に形成されたBiCMOS回路に用いられていることを
    特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板の第1のコレクタ領域上にヘ
    テロ接合パイポーラトランジスタを設け、前記半導体基
    板の第2のコレクタ領域上にホモ接合パイポーラトラン
    ジスタを設ける半導体装置の製造方法において、前記両
    トランジスタのベース多結晶シリコン電極を同時に形成
    する工程と、前記ホモ接合パイポーラトランジスタのベ
    ース領域を形成する工程と、前記ヘテロ接合パイポーラ
    トランジスタのベース領域を形成する工程と、前記両ト
    ランジスタのエミッタ多結晶シリコン電極を同時に形成
    する工程と、熱処理により前記エミッタ多結晶シリコン
    電極から不純物をそれぞれのベース領域に拡散して前記
    両トランジスタのエミッタ領域を同時に形成する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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