JP2678081B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2678081B2
JP2678081B2 JP2195307A JP19530790A JP2678081B2 JP 2678081 B2 JP2678081 B2 JP 2678081B2 JP 2195307 A JP2195307 A JP 2195307A JP 19530790 A JP19530790 A JP 19530790A JP 2678081 B2 JP2678081 B2 JP 2678081B2
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徹 山岡
啓一郎 清水
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体基板と半導体集積回路装置に関し、
特にバイポーラトランジスタを含む集積回路装置のため
の半導体基板とバイポーラトランジスタを含む半導体集
積回路装置に関するものである。
従来の技術 近年、半導体集積回路の高速化やアナログ・デジタル
共存化が望まれる中で、バイポーラトランジスタとCMOS
(相補型MOS)トランジスタを同一基板内に集積化したB
i−CMOS集積回路が注目されている。以下半導体基板と
バイポーラトランジスタを含む半導体集積回路装置の一
例としてBi−CMOS集積回路装置のための半導体基板とBi
−CMOS集積回路装置について従来の技術を説明する。
第4図は従来例のBi−CMOS集積回路装置のための半導
体基板の断面構造図である。この構造は以下の工程を経
て実現される。まず、p型単結晶シリコン基板1にn型
埋め込み領域2,3及びp型埋め込み領域4,5を選択的に形
成する。なお、n型埋め込み領域2はバイポーラトラン
ジスタの埋め込みコレクタ領域である。次に、比抵抗が
1〜5Ω・cmのn型シリコンエピタキシャル層6を形成
する。バイポーラトランジスタの高周波特性を高めるた
めには第4図のn型シリコンエピタキシャル層6の厚さ
を薄く設定する必要がある。n型埋め込み領域2の上方
向の拡散を抑制するためにはバイポーラトランジスタの
分離領域となるp型拡散層の拡散時間を短縮せねばなら
ず、予備分離層となるp型埋め込み領域4が必要とな
る。
また、従来のBi−CMOS集積回路装置は第5図に示すよ
うな構造をしている。以下、第5図に示した断面図を参
照して従来のBi−CMOS集積回路装置の構造とその製造方
法について説明する。
この構造は、以下の工程を経て実現される。
まず、p型単結晶シリコン基板1にn型埋め込み領域
2,3及びp型埋め込み領域4,5を選択的に形成した後比抵
抗が1〜5Ω・cmのn型シリコンエピタキシャル層6を
形成し、n型埋め込み領域2,3の上にはこれらにつなが
るnウェル領域7,8を、また、p型埋め込み領域4の上
にはこれにつながるp型分離領域9を、またp型埋め込
み領域5の上にはpウェル領域10を形成する。さらに選
択酸化法により、厚いシリコン酸化膜11を成長させて素
子を分離し、その後、薄いシリコン酸化膜12を形成し、
さらにこの上に多結晶シリコンなどの導電膜を選択的に
形成してゲート電極13とする。次にn型不純物の拡散に
よりnpnトランジスタのコレクタウォール層14を形成
し、さらにp型不純物を選択的にイオン注入してベース
領域15とする。さらにn型不純物を選択的にイオン注入
してnチャネルMOSトランジスタの低濃度でn型のソー
ス領域16及びドレイン領域17とし、ゲート電極13の側壁
にサイドウォール用のシリコン酸化膜18を形成した後、
n型不純物を選択的にイオン注入してnチャネルMOSト
ランジスタの高濃度でn型のソース領域19及びドレイン
領域20とする。さらに、p型不純物を選択的にイオン注
入してpチャネルMOSトランジスタの高濃度でp型のソ
ース領域21及びドレイン領域22とする。次に、n型の不
純物を含んだ多結晶シリコンをベース領域15の上に選択
的に形成してエミッタ電極23とするとともにエミッタ電
極23からのn型不純物の拡散によりエミッタ領域24を形
成する。
第5図から明らかなように、この構造では薄いn型シ
リコンエピタキシャル層6を用いて高周波特性に優れた
npnトランジスタを実現するためにp型分離領域9の下
に予備分離層となるp型埋め込み領域4を設けた上下分
離構造としている。また、nチャネルMOSトランジスタ
のpウェル領域10の下にはp型埋め込み領域5を形成し
ているために、nチャネルMOSトランジスタのチャネル
領域下のp型不純物のプロファイルは、通常のCMOS集積
回路のようにウェル下部に向かって徐々に減少する不純
物プロファイルとは異なり、n型シリコンエピタキシャ
ル層6とp型単結晶シリコン基板1との界面近傍で不純
物濃度のピークを持っている。
発明が解決しようとする課題 この様な従来の半導体基板とバイポーラトランジスタ
を含む半導体集積回路装置では、p型埋め込み領域4の
不純物濃度が高いとn型埋め込み領域2との接合容量が
大きくなるため、npnトランジスタのコレクタ基板間容
量が大きくなり、高周波特性を損なうという欠点を有し
ていた。
さらに、p型埋め込み領域5のp型不純物の上方向の
拡散によりnチャネルMOSトランジスタのドレイン領域1
7近傍のp型不純物濃度が高くなるため、基板バイアス
効果の増大やドレイン近傍の電界が高くなって、ホット
エレクトロンの発生が問題となっていた。すなわちホッ
トエレクトロンがゲート酸化膜へ注入されnチャネルMO
Sトランジスタのしきい値電圧VTの変動や相互コンダク
タンスgmの劣化など、トランジスタ特性が損なわれると
いう信頼性上の欠点を有していた。
また、nチャネルMOSトランジスタのドレイン領域17
近傍のp型不純物濃度が高くなることによりドレイン基
板間容量が増加し、nチャネルMOSトランジスタの周波
数特性が低下するという欠点も有していた。
本発明はこのような上記従来の課題を解決するもの
で、薄いn型シリコンエピタキシャル層の使用を可能に
してp型埋め込み領域4を廃止することにより、本発明
の半導体基板では、npnトランジスタの高周波特性を向
上し、nチャネルMOSトランジスタのホットエレクトロ
ンによる特性劣化を抑制して周波数特性を向上した半導
体集積回路装置を提供することを目的とする。
また、npnトランジスタの高周波特性を向上すること
を目的とする。
さらに、npnトランジスタの高周波特性を向上し、n
チャネルMOSトランジスタのホットエレクトロンによる
特性劣化を抑制して周波数特性を向上した半導体集積回
路装置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 この目的を達成するために本発明の半導体基板と半導
体集積回路装置は、不純物濃度が均一である一導電型の
半導体基体に逆導電型の埋め込み領域を備え、前記半導
体基体の一主面上に一導電型の第1の半導体層を備え、
前記第1の半導体層の一主面に逆導電型の第2の半導体
層を備えている。
また、一導電型の半導体基体の一主面上に一導電型の
第1の半導体層を有し、前記第1の半導体層の一主面上
に逆導電型の第2の半導体層を有し、前記第2の半導体
層中に前記第1の半導体層につながる一導電型の第1の
領域を有し、前記第1の半導体層と前記第1の領域によ
り電気的に分離された逆導電型の第2の領域が前記第2
の半導体層中に設けられ、前記第2の領域中に設けられ
たバイポーラトランジスタの下部の前記半導体基板と第
1の半導体層の間に逆導電型の埋め込み領域を備えてい
る。
また、一導電型の半導体基体の一主面上に一導電型の
第1の半導体層を有し、前記第1の半導体層の一主面上
に逆導電型の第2の半導体層を有し、前記第2の半導体
層中に設けられた前記第1の半導体層につながる一導電
型の第1の領域に逆導電型のチャネルMOSトランジスタ
を備え、前記第2の半導体層中に設けられた逆導電型の
第2の領域に一導電型のチャネルMOSトランジスタを備
え、前記第2の半導体層中に設けられた逆導電型の第3
の領域にバイポーラトランジスタを備え、前記バイポー
ラトランジスタと一導電型のチャネルMOSトランジスタ
の下部の前記半導体基板と前記第1の半導体層との間に
逆導電型の埋め込み領域を備え、前記第1の半導体層と
前記第2の半導体層中に設けられた前記第1の半導体層
につながる一導電型の第4の領域によりバイポーラトラ
ンジスタが分離されている。
作用 この構成により、一導電型の第1の半導体層と一導電
型の第1の領域によりバイポーラトランジスタを分離す
るため、一導電型の第2の半導体層を薄くし、一導電型
の埋め込み領域を廃止することができる。
実施例 第1図は本発明にかかる一実施例の半導体基板の断面
構造図である。n型埋め込み領域11,12が形成されたp
型単結晶シリコン基板13の上にp型シリコンエピタキシ
ャル層14とn型シリコンエピタキシャル層15を有してい
る。
本半導体基板にnpnトランジスタを形成する場合、p
型シリコンエピタキシャル層14が予備分離層の役目をす
るので従来例のp型埋め込み領域は形成する必要がな
く、従来例におけるn型埋め込み領域とp型埋め込み領
域の高不純物濃度の拡散層どうしの接合がなくなるの
で、npnトランジスタのコレクタ基板間容量が減少しnpn
トランジスタの高周波特性を向上できる。また、本半導
体基板にnチャネルMOSトランジスタを形成する場合、
p型シリコンエピタキシャル層14とそれにつながるpウ
ェル領域の中に形成するため、従来例のp型埋め込み領
域の影響によるnチャネルMOSトランジスタのドレイン
近傍のpウェル領域のp型不純物濃度が高くなることが
ないので、ドレイン近傍の電界が単一pウェルと同程度
になり、ホットエレクトロンの発生を低減できる。この
結果、nチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧VT
変動や相互コンダクタンスgmの劣化など特性が損なわれ
ることがなく、信頼性に優れたnチャネルMOSトランジ
スタを形成することができる。また、nチャネルMOSト
ランジスタのドレイン基板間容量を低減できるので周波
数特性を向上することができる。
なお、本半導体基板をBi−CMOS集積回路装置に適用し
た場合に効果があるのは言うまでもない。また、本発明
の半導体装置は多結晶シリコンや化合物半導体基板であ
ってもよい。
第2図は本発明にかかる一実施例の半導体集積回路装
置の断面構造図であり、n型埋め込み領域16が形成され
たp型単結晶シリコン基板17の上にp型シリコンエピタ
キシャル層21とn型シリコンエピタキシャル層19を有し
ている。なお、p型分離領域20はp型シリコンエピタキ
シャル層21とつながっているが、p型単結晶シリコン基
板17とつながる必要はない。18,22,23はそれぞれコレク
タウォール層,ベース領域,エミッタ領域である。
この構造においてはp型シリコンエピタキシャル層21
が予備分離層の役目をするので、従来例のp型埋め込み
領域3が不要となるため、p型分離領域9の高温長時間
の拡散時間を省略でき、npnトランジスタの活性領域と
なるn型シリコンエピタキシャル層の厚さを薄く設定で
き、また、従来例におけるn型埋め込み領域2とp型埋
め込み領域3の高不純物濃度の拡散層どうしの接合がな
くなるので、npnトランジスタのコレクタ基板間容量が
減少しnpnトランジスタの高周波特性を向上できる。
第3図は本発明にかかる一実施例の半導体集積回路装
置の断面構造図であり、n型埋め込み領域30,31が形成
されたp型単結晶シリコン基板32の上にp型シリコンエ
ピタキシャル層33とn型シリコンエピタキシャル層34が
形成され、n型埋め込み領域30,31の上にはn型ウェル
領域35,36が、n型埋め込み領域30,31,35の領域外の上
にはp型分離領域37とpウェル領域38が形成され、nウ
ェル領域35の中にn型埋め込み領域30につながるコレク
タウォール層39、ベース領域40及びエミッタ領域41が形
成され、nウェル領域36の中に高濃度でp型のソース領
域42とドレイン領域43が、この領域の間のnウェル領域
36の表面に薄いシリコン酸化膜44とゲート電極45が積層
されて形成され、pウェル領域38の中に、低濃度でn型
のソース領域46とドレイン領域47と、高濃度でn型のソ
ース領域48とドレイン領域49が形成され、この領域の間
のpウェル領域38の表面に薄いシリコン酸化膜44とゲー
ト電極45が形成されたものである。なお、50は素子分離
用の厚いシリコン酸化膜、51はLDD構造を得るためのサ
イドウォール用のシリコン酸化膜である。なお、p型分
離領域37はp型シリコンエピタキシャル層33とつながっ
ているが、p型単結晶シリコン基板32とつながる必要は
ない。
本発明によれば、従来例におけるn型埋め込み領域と
p型埋め込み領域の高不純物濃度の拡散層どうしの接合
がなくなるので、コレクタ基板間容量が減少しnpnトラ
ンジスタの高周波特性を向上できる。また、nチャネル
MOSトランジスタをpウェル領域38とp型シリコンエピ
タキシャル層33の中に形成するため、従来例のp型埋め
込み領域の影響によるnチャネルMOSトランジスタのド
レイン近傍のpウェル領域のp型不純物濃度が高くなる
ことがないので、ドレイン近傍の電界が単一pウェルと
同程度になり、ホットエレクトロンの発生を低減でき
る。この結果、nチャネルMOSトランジスタのしきい値
電圧VTの変動や相互コンダクタンスgmの劣化など特性が
損なわれることがなく、信頼性に優れたnチャネルMOS
トランジスタを形成することができる。また、nチャネ
ルMOSトランジスタのドレイン基板間容量を低減できる
ので、周波数特性を向上することができる。
発明の効果 本発明の半導体基板と半導体集積回路装置によれば、
p型埋め込み領域の代わりに、p型シリコンエピタキシ
ャル層を用いたことにより、高周波特性の優れたnpnト
ランジスタと信頼性および周波数特性に優れたnチャネ
ルMOSトランジスタを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明による実施例を示す素子断面
図、第4図,第5図は従来の半導体基板と半導体集積回
路装置の構造を示す断面図である。 11……p型単結晶シリコン基板、12,13……n型埋め込
み領域、14……p型シリコンエピタキシャル層、15……
n型シリコンエピタキシャル層。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型の半導体基体の一主面上に一導電
    型の第1の半導体層を有し、前記第1の半導体層の一主
    面上に逆導電型の第2の半導体層を有し、前記第2の半
    導体層中に前記第1の半導体層につながる一導電型の第
    1の領域を有し、前記第1の半導体層と前記第1の領域
    により電気的に分離された逆導電型の第2の領域が前記
    第2の半導体層中に設けられ、前記第2の領域中に設け
    られたバイポーラトランジスタの下部の前記半導体基体
    と前記第1の半導体層の間に逆導電型の埋め込み領域を
    備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】一導電型の半導体基体の一主面上に一導電
    型の第1の半導体層を有し、前記第1の半導体層の一主
    面上に逆導電型の第2の半導体層を有し、前記第2の半
    導体層中に設けられた前記第1の半導体層につながる一
    導電型の第1の領域に第1のMOSトランジスタを備え、
    前記第2の半導体層中に設けられた逆導電型の第2の領
    域に第2のMOSトランジスタを備え、前記第2の半導体
    層中に設けられた逆導電型の第3の領域にバイポーラト
    ランジスタを備え、前記バイポーラトランジスタと第2
    のMOSトランジスタの下部の前記半導体基体と前記第1
    の半導体層との間に逆導電型の埋め込み領域を備え、前
    記第1の半導体層と前記第2の半導体層中に設けられた
    前記第1の半導体層につながる一導電型の第4の領域に
    より前記バイポーラトランジスタが分離されていること
    を特徴とする半導体集積回路装置。
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