JP2770576B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2770576B2
JP2770576B2 JP3023882A JP2388291A JP2770576B2 JP 2770576 B2 JP2770576 B2 JP 2770576B2 JP 3023882 A JP3023882 A JP 3023882A JP 2388291 A JP2388291 A JP 2388291A JP 2770576 B2 JP2770576 B2 JP 2770576B2
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にバイポーラ素子とMOS素子を一体に形成し
たBiCMOS構造の半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】BiCMOS集積回路装置はバイポーラ
素子及び相補型に構成したMOS素子(CMOS素子)
の各々が有する長所を組合わせて形成される半導体装置
であり、バイポーラ素子の高周波特性の優れている点
と、CMOS素子の消費電力が低い点を夫々有効利用し
ている。図3A乃至図3Eは従来のBiCMOS集積回
路装置の製造方法を工程順に示す断面図である。先ず、
図3Aのように、p型シリコン基板1上にn+ 型埋込層
2及びp+ 型埋込層3を形成した後、n型エピタキシャ
ル層4を成長させる。その後、薄い第1の絶縁膜5を形
成し、かつシリコン基板1に選択的に不純物を導入して
Pウェル21,Nウェル22を形成する。更に、この上
に第1の多結晶シリコン膜6を形成し、この上に選択的
に耐酸化性被膜,例えば窒化シリコン膜7を形成する。
又、選択的にp型不純物をイオン注入してチャンネルス
トッパー領域8を設ける。続いて、この耐酸化性被膜7
をマスクとして選択酸化を行い半導体基板表面に達する
素子分離用のフィールド酸化膜9を形成する。
【0003】次に、図3Bのように耐酸化性被膜7,多
結晶シリコン膜6,薄い第1の酸化膜5を除去して素子
領域を分離する。続いて、図3Cのように全面に熱酸化
により 150〜 300Å程度のゲート酸化膜10を設け、か
つバイポーラトランジスタ領域に選択的にn型不純物を
イオン注入して真性ベース領域11を形成する。その後
選択的にゲート酸化膜10を除去してバイポーラトラン
ジスタのコレクタ領域のエピタキシャル層4の表面を露
出させ、その上で全面に第2の多結晶シリコン膜12を
設ける。次に、図3Dのように、第2の多結晶シリコン
膜12に高濃度にn型不純物を添加して多結晶シリコン
膜12の層抵抗を下げ、かつこの第2の多結晶シリコン
膜12からエピタキシャル層4にn型不純物を拡散して
コレクタ領域19を形成する。その後、第2の多結晶シ
リコン膜を選択エッチングしてゲート電極13A,13
Bと、コレクタ電極13Cを形成する。
【0004】次に、図3Eのように、nMOS領域にn
型不純物、例えばヒ素を選択的にイオン注入してソース
・ドレイン領域14を設ける。又、pMOS領域及びバ
イポーラトランジスタのグラフトベース領域にp型不純
物、例えばボロンを選択的にイオン注入してソース・ド
レイン領域15とグラフトベース16を夫々設ける。そ
の上で、全面に層間絶縁膜17を形成し、選択的に開孔
を形成してnMOS,pMOS,バイポーラトランジス
タの各電極を設けるための開孔窓を設ける。その後、エ
ミッタ開孔窓のみにn型不純物、例えばヒ素を選択的に
イオン注入してエミッタ領域18を設ける。しかる上
で、全面に配線材料、例えばアルミニウム等の低導電率
金属膜を被着し、選択エッチングしてCMOS及びバイ
ポーラトランジスタの各電極20を形成する。この製造
方法では、第1の多結晶シリコン膜6を選択酸化して素
子領域を分離するフィールド酸化膜9を形成しているの
で、シリコン基板の表面を選択酸化して形成するフィー
ルド酸化膜のようなバーズビークが形成されることがな
く、素子分離領域を小さくでき微細化を図る事ができ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように形成される
BiCMOS集積回路では同一工程でバイポーラトラン
ジスタとCMOSを同時に形成する事が製造工期を短縮
する上で必要であり、このため図3C及び図3Dの工程
ではバイポーラ素子のコレクタ電極13CとCMOS素
子のゲート電極13A,13Bとを第2の多結晶シリコ
ン膜12で同時に形成している。
【0006】しかしながら、第2の多結晶シリコン膜1
2に添加するn型不純物の濃度を濃くしすぎると、CM
OS素子におけるゲート酸化膜10の耐圧が低下してゲ
ート耐圧の劣化を生じてしまい、歩留り低下及び信頼性
低下の問題を起こすという問題がある。一方、これを解
消するためにn型不純物の濃度を薄くすると、第2の多
結晶シリコン膜12からエピタキシャル層4に導入する
n型不純物のコレクタ領域19が浅くなり、コレクタ領
域19をバイポーラ素子直下のn+ 型埋込層2と接続す
る事ができなくなり、コレクタ抵抗が増大してバイポー
ラ素子の本来の高速性が損なわれてしまうという問題が
生じる。本発明の目的はCMOS素子における信頼性低
下の問題と、バイポーラ素子における高速性劣化の問題
を同時に解消することを可能にした半導体装置の製造方
法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に薄い第1の絶縁膜を形成して
バイポーラ素子のコレクタ領域相当箇所に窓を開孔する
工程と、全面に第1の多結晶シリコン膜を形成してこれ
に高濃度に不純物を導入する工程と、第1の多結晶シリ
コン膜の不純物を第1の絶縁膜の開孔窓を通して半導体
基板に導入させる工程と、第1の多結晶シリコン膜上に
耐酸化性被膜を選択的に設け、これをマスクにして第1
の多結晶シリコン膜を選択酸化してフィールド酸化膜を
形成する工程と、前記フィールド酸化膜とコレクタ電極
としての前記コレクタ領域相当箇所の一部を残して前記
第1の多結晶シリコン膜を除去した後、ゲート酸化膜及
び第2多結晶シリコン膜を形成し、この第2の多結晶シ
リコン膜に所要濃度の不純物を導入し、かつこれを選択
形成してMOS素子のゲート電極を形成する工程とを含
んでいる。
【0008】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1A乃至図1Dは本発明の第1実施例を工程順に
示す断面図である。先ず、図1Aのようにp型半導体基
板1にn+ 型埋込層2,p+ 型埋込層3,n型エピタキ
シャル層4を形成し、かつこのエピタキシャル層にNウ
ェル22、Pウェル21を形成し、この上に第1の薄い
絶縁膜5を設ける工程までは従来と同じである。次い
で、前記第1の薄い絶縁膜5のコレクタ領域に相当する
箇所に開孔窓5aを設け、その上で全面に2000〜5000Å
程度の第1の多結晶シリコン膜6を形成する。そして、
この第1の多結晶シリコン膜6にはn型不純物、例えば
リンを充分に大きなな濃度、ここでは2×1020cm-2の濃
度で添加し、 900℃の温度で熱処理することでこの第1
の多結晶シリコン膜6を介して前記開孔窓5aよりリン
をエピタキシャル層4に導入して前記n+ 型埋込層2と
接続するコレクタ領域19を形成する。更に、このコレ
クタ領域19とその近傍及びその他の素子を設ける領域
に耐酸化性被膜、例えば窒化シリコン膜7を選択的に設
ける。
【0009】次に、図1Bのように前記耐熱性被膜7を
マスクにして第1の多結晶シリコン膜6の選択酸化を行
い、5000乃至 10000Åの素子分離用のフィールド酸化膜
9を形成する。その後、耐酸化性被膜7を除去し、コレ
クタ領域19上を除く素子領域の第1の多結晶シリコン
膜6及び第1の薄い絶縁膜5を除去し、残された第1の
多結晶シリコン膜でコレクタ電極13Cを形成する。
【0010】次いで、図1Cのように熱酸化により 150
〜 300Å程度のゲート酸化膜10を設け、選択的にp型
不純物、例えばボロンをイオン注入してバイポーラ素子
の領域に真性ベース領域11を形成する。続いて、全面
に2000〜4000Å程度の第2の多結晶シリコン膜12を設
け、これに1018〜1019cm-2濃度のリンを添加して第2の
多結晶シリコン膜12の層抵抗を低減させる。その後、
第2の多結晶シリコン膜12を選択エッチングしてゲー
ト電極13A,13Bを形成する。その後は従来と同じ
工程を施すことにより、図1Dに示す断面構造のBiC
MOSが完成される。
【0011】この製造方法によれば、コレクタ電極13
Cを構成する第1の多結晶シリコン膜6とゲート電極1
3A,13Bを構成する第2の多結晶シリコン膜12は
夫々独立して形成されるため、各多結晶シリコン膜に添
加するリン等の不純物濃度を任意に選択できる。したが
って第1の多結晶シリコン膜6には高濃度に不純物を添
加してコレクタ抵抗を充分に深く形成し、n+ 型埋込層
2に接続させてコレクタ抵抗を小さくし、バイポーラ素
子の高速化を図ることができる。又、第2の多結晶シリ
コン膜12にはそれ程高濃度でない不純物を添加してゲ
ート酸化膜10の耐圧低下を防止することができる。
【0012】図2A乃至図2Cは本発明の第2実施例を
製造工程順に示す断面図である。この実施例では第1の
実施例で説明したように第1の多結晶シリコン膜6にリ
ンを添加し、熱処理する工程までは第1実施例と同様に
して製造する。次に、図2Aのように耐酸化性被膜7を
全面に設け、選択的にフォトレジスト(図示せず)を設
ける。その後、このフォトレジストをマスクとして耐酸
化性被膜7を選択エッチングし、更に第1の多結晶シリ
コン膜6を 500〜1000Åの厚さだけ上面側を選択エッチ
ングする。その後フォトレジストを除去する。
【0013】次に、図2Bのように第1の多結晶シリコ
ン膜6の選択酸化を行い素子分離用のフィールド酸化膜
9を形成して素子領域を分離し、その後耐酸化性被膜7
を除去する。そして、コレクタ領域19上を除く素子領
域上の第1の多結晶シリコン膜6及び第1の薄い絶縁膜
5を除去する。以後は第1の実施例で説明した方向と同
様の工程を施し、図2Cに示す半導体装置を得る事がで
きる。
【0014】この製造方法によれば、第1の多結晶シリ
コン膜6の上面側を選択的にエッチングした上で選択酸
化を行っていることで、第1の多結晶シリコン膜6が薄
くなった分、フィールド酸化膜9を形成する際の選択酸
化に要する時間を短縮でき、製造工期を短くできる。
又、選択酸化によってフィールド酸化膜9の厚さが第1
の多結晶シリコン膜6の厚さよりも増大されても、コレ
クタ電極13Cとの高さが略等しくなり、これらの上面
を平坦化することができ、半導体装置の微細化に有効と
なる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、第1の多
結晶シリコン膜に高濃度に不純物を導入し、この不純物
を半導体基板に導入してバイポーラ素子のコレクタ領域
を形成することにより、コレクタ領域を直下の埋込層に
接続してコレクタ抵抗の低減を図り、バイポーラ素子の
高速化を実現することができる。又、第1の多結晶シリ
コン膜でコレクタ電極と素子分離用酸化膜を形成した
後、この第1の多結晶シリコン膜を除去し、改めて第2
の多結晶シリコン膜を形成し、この第2の多結晶シリコ
ン膜に所要濃度の不純物を導入した上でMOS素子のゲ
ート電極を形成することにより、ゲート酸化膜における
ゲート耐圧の低下を防止することができる。更に、フィ
ールド酸化膜は第1の多結晶シリコン膜を選択酸化して
形成することにより、微細な素子分離用酸化膜が形成で
き、半導体装置の微細化に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】〜
【図1D】本発明の第1実施例を製造工程順に示す断面
図である。
【図2A】〜
【図2C】本発明の第2実施例を製造工程順に示す断面
図である。
【図3A】〜
【図3E】従来の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 p型シリコン基板 2 n+ 型埋込層 3
+ 型埋込層 4 n型エピタキシャル層 5 第1の薄い絶縁膜 6 第1の多結晶シリコン膜 7 耐酸化性被膜 9
フィールド酸化膜 10 ゲート酸化膜 12 第2の多結晶シリ
コン膜 13A,13B ゲート電極 13C コレクタ
電極 14 n型ソース・ドレイン領域 15 p型ソース
・ドレイン領域 19 コレクタ領域 20 電極

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バイポーラ素子とMOS素子とを同一半
    導体基板上に形成してなる半導体装置において、半導体
    基板上に薄い第1の絶縁膜を形成してバイポーラ素子の
    コレクタ領域相当箇所に窓を開孔する工程と、全面に第
    1の多結晶シリコン膜を形成してこれに高濃度に不純物
    を導入する工程と、前記第1の多結晶シリコン膜の不純
    物を前記第1の絶縁膜の開孔窓を通して前記半導体基板
    に導入させる工程と、前記第1の多結晶シリコン膜上に
    耐酸化性被膜を選択的に設け、これをマスクにして前記
    第1の多結晶シリコン膜を選択酸化してフィールド酸化
    膜を形成する工程と、前記フィールド酸化膜とコレクタ
    電極としての前記コレクタ領域相当箇所の一部を残して
    前記第1の多結晶シリコン膜を除去した後、ゲート酸化
    膜及び第2多結晶シリコン膜を形成し、この第2の多結
    晶シリコン膜に所要濃度の不純物を導入し、かつこれを
    選択形成してMOS素子のゲート電極を形成する工程と
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58131761A (ja) * 1982-01-29 1983-08-05 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
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