JP3001045B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
ジスタを有する半導体装置及びその製造方法に関し、特
に、SRAMとして動作する半導体装置及びその製造方
法に関する。
ポーラトランジスタと相補MOSトランジスタとを同一
チップ内に形成した所謂BiCMOS集積回路がある。
このようなBiCMOS集積回路は、論理回路を構成す
るのに有利なCMOS回路と、増幅回路等のリニア回路
を構成するのに有利なバイポーラトランジスタとを同一
チップ内に形成することにより、CMOS及びバイポー
ラトランジスタの特長を生かした回路を構成できる。
モリセル部分をCMOSによって構成すると共に、メモ
リセル部分の周辺に配置されたバイポーラトランジスタ
によってセンスアンプ部分を形成したSRAMがある
(以下、BiCMOSによって構成されたSRAMをB
iCMOS SRAMと呼ぶ)。このようなBiCMO
S SRAMは、シリコン基板上にエピタキシャル成長
によって形成されたエピタキシャル層に、MOSトラン
ジスタ領域及びバイポーラトランジスタ領域とをフィー
ルド酸化膜を介して互いに隣接して設けられている。こ
の場合、MOSトランジスタ領域には、MOSトランジ
スタに必要なドレイン、ソース領域、及び、ゲート領域
が設けられており、他方、バイポーラトランジスタ領域
には、バイポーラトランジスタに必要なベース領域、エ
ミッタ領域、及び、コレクタ領域が、形成されている。
ここで、エミッタ領域を覆う絶縁層の厚さは、ソース及
びドレイン領域を覆う絶縁層に比較して、プロセス上、
薄くならざるを得ないため、エミッタ領域、及び、MO
Sトランジスタ領域(ソースまたはドレイン領域)か
ら、絶縁層上に配置される配線までの高さは相互に異な
っているのが普通である。
で、エミッタ領域上の絶縁層に、ドライエッチングによ
りコンタクトホールを形成すると同時に、MOSトラン
ジスタ領域上の絶縁層にも、コンタクトホールを形成す
ると、エミッタ領域上の絶縁層は、MOSトランジスタ
領域上の絶縁層に比較して迅速にエッチングされてしま
うため、エミッタ電極が過剰にエッチングされることに
なる。このように、エミッタ領域が過剰にエッチングさ
れると、バイポーラトランジスタの特性が劣化してしま
うことが判明した。
明すると、従来のBiCMOS SRAMは、P型の半
導体基板1上に、N型のエピタキシャル層3をエピタキ
シャる成長技術を用いて成長させ、このエピタキシャル
層3の表面を素子分離用絶縁膜2によって、バイポーラ
トランジスタ領域及びMOSトランジスタ領域を区分す
る。尚、N型のエピタキシャル層3はイオン注入技術を
用いて形成されても良い。
部には、N型の埋込層4が形成されている。また、バイ
ポーラトランジスタ領域のエピタキシャル層には、P型
真性ベース領域6が設けられており、且つ、ベース領域
6内には、N型のエミッタ拡散領域11が形成されてい
る。この例では、エミッタ拡散領域11上に、ポリシリ
コンによって形成されたエミッタ電極10が設けられて
いる。
シャル層3には、P型のウェル領域5が形成されると共
に、N+型のドレイン及びソース領域8がチャネル領域
を挟んで形成されている。チャネル領域上には、ゲート
酸化膜が形成されており、且つ、このゲート酸化膜上に
は、ゲート電極7が設けられており、このゲート電極7
はゲート酸化膜上だけでなく、電気的に接続された形
で、他の領域、例えば、素子分離用絶縁膜2上にも延在
している。このゲート電極7上には、第1、第2、及び
第3の酸化シリコン膜9、12、及び13が形成され、
当該第3の酸化シリコン膜13上には、接地用配線14
が選択的に設けられている。この接地用配線14は第4
の酸化シリコン膜15によって覆われた後、これら第1
乃至第4の酸化シリコン膜9、12、13、及び、15
を選択的にエッチングすることにより、MOSトランジ
スタ領域のソース及びドレイン領域のいずれか一方に対
応する位置に開口が設けられ、この開口を通して、抵抗
として働くポリシリコン16がソース及びドレイン領域
のいずれか一方に電気的に接触するように形成される。
続いて、このポリシリコン16上には、第5及び第6の
酸化シリコン膜17及び18が順次形成され、且つ、第
6の酸化シリコン膜18の表面は平坦化される。これに
よって、MOSトランジスタ領域上には、メモリセル部
が形成されることになる。
タ領域上の第6の酸化シリコン膜18の表面は、バイポ
ーラトランジスタ領域上の第6の酸化シリコン膜18の
表面よりも高い位置にある。これは、MOSトランジス
タ領域上には、酸化シリコン膜によって形成された絶縁
層だけでなく、ゲート電極7、接地用配線14、及び、
ポリシリコン16等が設けられているからである。
タ領域及びMOSトランジスタ領域上の第6の酸化シリ
コン膜18上には、Al配線21が選択的に施され、こ
のAl配線21はそれぞれバイポーラトランジスタのエ
ミッタ領域及びMOSトランジスタのソース及びドレイ
ン領域のいずれか一方と電気的に接続される必要があ
る。
れか一方及びエミッタ電極上には、コンタクトホール1
9及び20が形成される。ここで、ソース及びドレイン
領域のいずれか一方上のコンタクトホール19の深さ
は、前述した絶縁層の厚さの関係で、エミッタ領域上の
コンタクトホールの深さよりも深い。
なように、エミッタ領域上のコンタクトホール20はス
リット上に設けられており、図示されたスリット状コン
タクトホール19は0.6μmの幅と、8μmの長さを
有している。他方、MOSトランジスタ領域上のコンタ
クトホール19はスリット状コンタクトホール20より
小さく、0.5ミクロン程度の正方形形状を有してい
る。いずれにしても、これらコンタクトホール19及び
20は、W等によって埋め込まれたコンタクト用プラグ
が形成されている。
開口する場合、エミッタ領域上のコンタクトホール20
だけに注目して、コンタクトホールを形成すると、MO
Sトランジスタ領域上のコンタクトホール19を形成す
る部分の絶縁層は、エミッタ領域上のコンタクトホール
19を形成する部分の絶縁層よりも厚いため、コンタク
トホール19はMOSトランジスタ領域に達せず、オー
プン状態となってしまい、結果的に、製品不良となって
しまう。
ンタクトホール19の深さに合わせて、コンタクトホー
ル20を開口する必要があるが、この場合には、エミッ
タ領域に対応する部分が過剰にエッチングされることに
なる。即ち、この場合には、エミッタ領域上の絶縁層だ
けでなく、エミッタ電極10を形成しているポリシリコ
ンがコンタクトホール開口時のドライエッチングによっ
て、一部エッチングされてしまい、エミッタ電極10自
身の厚さが薄くなってしまう。
くなると、エミッタ電極10であるポリシリコン中で再
結合するホールの割合が減少し、ベース領域6のベース
電流Ibが増加することになる。ここで、バイポーラト
ランジスタの直流電流増幅率(hFE)はコレクタ電流I
cとベース電流Ibとの比、即ち、Ic/Ibによって
あらわされるから、ベース電流Ibの増加によって、直
流電流増幅率(hFE)が小さくなってしまう。
の直流電流増幅率(hFE)の低下を防止できる半導体装
置を提供することである。
て構成された高速動作可能なSRAMを提供することで
ある。
ンジスタ領域とMOSトランジスタ領域上に、異なる厚
さを有する絶縁層が形成されている場合にも、同時的に
コンタクトホールを形成し、且つ、直流電流増幅率(h
FE)の低下を防止できる半導体装置の製造方法を提供す
ることである。
よれば、バイポーラトランジスタを備え、前記バイポー
ラトランジスタを構成するエミッタ領域上に形成された
エミッタ電極と、該エミッタ電極と電気的に接続される
エミッタ配線とを有する半導体装置において、前記エミ
ッタ電極と前記エミッタ配線とは、素子分離用絶縁膜で
区画された領域内において複数のコンタクト用プラグに
よって接続されている半導体装置が得られる。
バイポーラトランジスタを備え、前記バイポーラトラン
ジスタを構成するエミッタ領域上に形成されたエミッタ
電極と、該エミッタ電極と電気的に接続されるエミッタ
配線とを有する半導体装置の製造方法において、前記エ
ミッタ電極上に絶縁層を形成する工程と、素子分離用絶
縁膜で区画された領域内であって前記絶縁層の前記エミ
ッタ電極に対応した領域に複数のコンタクトホールを形
成する工程と、前記複数のコンタクトホール中に、複数
のコンタクト用プラグを設ける工程とを備え、前記エミ
ッタ配線は前記複数のコンタクト用プラグに電気的に接
続された形で、前記絶縁層に配置されることを特徴とす
る半導体装置の製造方法が得られる。
一実施の形態に係る半導体装置として、図5と同様に、
BiCMOS SRAMの例が製造工程順に示されてい
る。尚、図1〜3において、図5と対応する部分には同
一の参照番号が付されている。
表面は、NMOSを形成されるメモリセル部と、その周
辺に配置されるバイポーラトランジスタによって形成さ
れる周辺部とに区分されており、周辺部の下部には、リ
ンによって形成されたN型埋込層4が形成されている。
シリコン基板1の表面には、N型のエピタキシャル層3
が形成されており、エピタキシャル層3のメモリセル
部、及び、周辺部は、エピタキシャル層3の表面に設け
られた素子分離用絶縁膜2によって区分されている。ま
た、図1に示すように、素子分離用絶縁膜2によって区
分されたエピタキシャル層3上の周辺部には、P型の真
性ベース領域6が形成されている。
層3のメモリセル部には、ゲート酸化膜、及び、ゲート
電極7が公知の手法により形成される。ここで、ゲート
電極7は他の素子との接続のために、ゲート酸化膜上だ
けでなく、素子分離酸化シリコン膜2等上にも引き出さ
れている。また、メモリセル部のエピタキシャル層3に
は、N+拡散層8が設けられ、これによって、MOSト
ランジスタのソース、ドレイン領域が形成される。
コン膜9が形成され、その第1の酸化シリコン膜9にエ
ミッタコンタクトホールを開口する。その後、ポリシリ
コンを堆積し、エミッタ電極10を形成し、イオン注入
及び熱処理を行って、エミッタ拡散層11を形成する。
の酸化シリコン膜12及び第3の酸化シリコン膜13が
形成される。この結果、エミッタ電極10は第2及び第
3の酸化シリコン膜12及び13によって覆われると共
に、ゲート電極7もこれら酸化シリコン膜12及び13
によって覆われる。ここで、第3の酸化シリコン膜13
はリフロー性の良いTEOS BPSG等によって形成
され、約500nmの厚さを有している。この第3の酸
化シリコン膜13は、以後に行われる配線処理の際、配
線層がショートしないように、表面を平坦化するのに役
立つ。
地用配線14が所定の位置に形成され、更に、接地用配
線14上には、第4の酸化シリコン膜15が形成され
る。
シリコン膜9、12、13、及び、15には、ドライエ
ッチングによりコンタクトホール(以下、共通コンタク
トホールと呼ぶ)が開口され、メモリセル部のソース及
びドレイン領域のいずれか一方に対応した部分、及び、
ゲート電極7が露出される。
コン膜15及び共通コンタクトホール内には、抵抗ポリ
シリコン16が選択的に形成され、抵抗ポリシリコン1
6と、ゲート電極7及びN+拡散層8とは電気的に互い
に接触された状態となる。続いて、抵抗ポリシリコン1
6上には、第5の酸化シリコン膜17が形成される。
コン膜17上には、約500nmの厚さを有する第6の
酸化シリコン膜18が形成される。この第6の酸化シリ
コン膜18は第3の酸化シリコン膜13と同様に、リフ
ロー性の良いTEOS BPSG等によって形成され、
この第6の酸化シリコン膜18も、配線層がショートし
ないように、表面を平坦化するためのものである。
及び、第6の酸化シリコン膜9、12、13、15、1
7、及び、18には、コンタクトホール19及び20が
ドライエッチングにより開口される。この例では、コン
タクトホール19は、メモリセル部のN+拡散層8上、
コンタクトホール20は、エミッタ電極10上にそれぞ
れ位置付けられている。ここで、コンタクトホール19
の位置における上記酸化シリコン膜の厚さは、コンタク
トホール20の位置における酸化シリコン膜の厚さより
も厚いことが分かる。
の酸化シリコン膜18上に設けられるAl配線層21
と、N+拡散層8及びエミッタ電極10との電気的接続
をとるためのものである。尚、上記した電気的接続のた
めに、コンタクトホール19及び20中には、Wによる
金属プラグが埋め込まれている。
21の下部に配置され、ポリシリコンによって形成され
たエミッタ電極10と、図3に示されたコンタクトホー
ル20との関係が示されている。コンタクトホール20
はAl配線層21の下部に位置付けられると共に、図4
の横方向に一列に配列された8個の正方形状のビアホー
ル20a〜20hによって形成されている。図示された
各ビアホール20a〜20hは0.48μm x 0.
48μmのサイズを有しており、互いに隣接するビアホ
ール20a〜20h間の間隔は0.60μmである。
ホール20をポリシリコンのエミッタ電極10上に形成
すると、エミッタ電極10を構成するポリシリコンも部
分的に削られることになるが、削られるエミッタ電極1
0の面積は、図6に示した従来例の場合に比較して、著
しく狭い領域である。したがって、エミッタ電極10の
ポリシリコン中で再結合するホールの数を図6のコンタ
クトホール20の面積と、ビアホール20a〜20hの
全面積との比で、減少させることができる。
は、図5及び図6の従来例に比較して、ベース電流Ib
を減少させることができ、電流増幅率hFEを大きくでき
ると言う利点がある。
トランジスタのエミッタ電極と、配線層との間に形成さ
れるコンタクトホールを複数に分割して設け、エミッタ
電極のエッチングされる面積を少なくすることにより、
ベース電流を小さくすることにより、電流増幅率の高い
BiCMOS半導体装置が得られる。また、MOSトラ
ンジスタ上に形成されるべきコンタクトホールと、エミ
ッタ電極上に構成されるコンタクトホールの深さの差に
応じて、エミッタ電極上のコンタクトホールの数を選択
することにより、バイポーラトランジスタの直流電流増
幅率を目的に応じて最適に定めることも可能である。
を説明するための断面図である。
工程の一部を説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
一部を説明するための平面図である。
図である。
の平面図である。
トホール 20 エミッタ電極上のコンタ
クトホール 20a〜20h ビアホール 21 配線層
Claims (14)
- 【請求項1】 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を構成するエミッタ領域上に形成
されたエミッタ電極と、該エミッタ電極と電気的に接続
されるエミッタ配線とを有する半導体装置において、前
記エミッタ電極と前記エミッタ配線とは、素子分離用絶
縁膜で区画された領域内において複数のコンタクト用プ
ラグによって接続されていることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記エミッタ電極
は、不純物をドープされたポリシリコンによって形成さ
れており、他方、前記エミッタ配線はアルミニウムによ
って形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 請求項2において、前記コンタクト用プ
ラグはタングステンによって形成されていることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項4】 請求項1において、前記半導体装置は、
シリコン基板上に設けられたエピタキシャル層を備え、
前記エミッタ領域は前記エピタキシャル層内に設けられ
る一方、前記エミッタ電極は前記エミッタ領域のエピタ
キシャル層上に形成され、前記複数のコンタクト用プラ
グを除く、前記エミッタ電極と前記エミッタ配線との間
には、絶縁層が設けられていることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項5】 請求項4において、前記エピタキシャル
層はエピタキシャル成長技術及びイオン注入技術のいず
れかを用いて形成されていることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項6】 請求項4または請求項5において、前記
半導体装置は、更に、前記バイポーラトランジスタに隣
接して設けられたMOSトランジスタを有していること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項7】 請求項6において、前記MOSトランジ
スタは、前記エピタキシャル層に形成されたMOSトラ
ンジスタ領域を備え、当該MOSトランジスタ領域上に
は、MOSトランジスタ用配線を有しており、前記MO
Sトランジスタ用配線の前記エピタキシャル層からの高
さは、前記エミッタ配線の前記エピタキシャル層からの
高さと異なっていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項8】 請求項7において、前記MOSトランジ
スタ用配線の前記エピタキシャル層からの高さは、前記
エミッタ配線の前記エピタキシャル層からの高さより高
いことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項9】 請求項8において、前記MOSトランジ
スタは、前記エピタキシャル層に形成されたソース領域
及びドレイン領域を有すると共に、前記エピタキシャル
層上に設けられたゲート領域とを備え、前記ソース領域
及びドレイン領域のいずれか一方は、前記MOSトラン
ジスタ用配線とMOSコンタクト用プラグを介して電気
的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項10】 請求項9において、前記MOSコンタ
クト用プラグは前記エミッタ電極と前記エミッタ配線と
を電気的に接続するコンタクト用プラグより長いことを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項11】 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を構成するエミッタ領域上に形
成されたエミッタ電極と、該エミッタ電極と電気的に接
続されるエミッタ配線とを有する半導体装置の製造方法
において、前記エミッタ電極上に絶縁層を形成する工程
と、素子分離用絶縁膜で区画された領域内であって前記
絶縁層の前記エミッタ電極に対応した領域に複数のコン
タクトホールを形成する工程と、前記複数のコンタクト
ホール中に、複数のコンタクト用プラグを設ける工程と
を備え、前記エミッタ配線は前記複数のコンタクト用プ
ラグに電気的に接続された形で、前記絶縁層に配置され
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 請求項11において、前記バイポーラ
トランジスタと隣接して、MOSトランジスタを形成す
る工程と、前記MOSトランジスタを前記絶縁層とは異
なる高さを有するMOSトランジスタ用絶縁層によって
覆う工程と、前記MOSトランジスタ用絶縁層上に、M
OSトランジスタ用コンタクトホールを前記バイポーラ
トランジスタ用の前記コンタクトホールと同時に開口す
る工程と、前記MOSトランジスタ用コンタクトホール
中に、MOSトランジスタ用コンタクトプラグを前記バ
イポーラトランジスタ用の前記複数のコンタクト用プラ
グと同時に設け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。 - 【請求項13】 エミッタ領域を有するバイポーラトラ
ンジスタを備え、当該エミッタ領域上に形成されたエミ
ッタ電極と、該エミッタ電極と電気的に接続されるエミ
ッタ配線とを有する半導体装置において、前記エミッタ
電極と前記エミッタ配線とは、複数のコンタクト用プラ
グによって接続され、かつ前記エミッタ電極は、不純物
をドープされたポリシリコンによって形成されており、
他方、前記エミッタ配線はアルミニウムによって形成さ
れていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項14】 エミッタ領域を有するバイポーラトラ
ンジスタを備え、当該エミッタ領域上に形成されたエミ
ッタ電極と、該エミッタ電極と電気的に接続されるエミ
ッタ配線とを有する半導体装置において、シリコン基板
上に設けられたエピタキシャル層を備え、前記エミッタ
領域は前記エピタキシャル層内に設けられる一方、前記
エミッタ電極は前記エミッタ領域のエピタキシャル層上
に形成され、前記エミッタ電極と前記エミッタ配線と
は、複数のコンタクト用プラグによって接続されてお
り、前記複数のコンタクト用プラグを除く、前記エミッ
タ電極と前記エミッタ配線との間には、絶縁層が設けら
れていることを特徴とする半導体装置。
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