JP3099333B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】 〔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BiCMOS半
導体装置の製造に用いるのに好適なバイポーラトランジ
スタの製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
BiCMOS半導体装置の製造に用いるのに適したバイポー
ラ・トランジタの従来の製造方法の例を第3図を参照し
て簡単に説明する。
第3図(a)を参照すると、P型半導体基板41上の必
要な領域にN+埋込層42、P+埋込層43をそれぞれ形成した
後、全面に厚さ1〜2μmのN型エピ層44を成長させ、
通常のCMOS半導体装置のウェル形成技術および選択酸化
技術をそれぞれ用いて活性領域以外の領域にPウェルと
同等のP型分離領域45およびフィールド酸化膜46をそれ
ぞれ形成する。これにより、N+埋込層42上にNPNバイポ
ーラトランジスタが形成される領域が設けられ、P+埋込
層43上にP型分離領域が設けられる。次に全面にMOSト
ランジストのゲート酸化膜に相当する酸化膜47を15〜25
nm成長した後、コレクタの引出し電極部58の酸化膜を除
去し、引き続いて多結晶シリコン48、タングステンシリ
サイド49、酸化膜50から成るコレクタの引出し電極58を
MOSトランジスタのゲート電極と同時に形成する。
次に第3図(b)を参照すると、ベース領域51を(ボ
ロン)を注入して形成した後、フォトリソグラフィ技術
を用いてエミッタ領域となるべき部分から十分マージン
をとってフォトレジスト52を形成し(コレクタ電極上に
も形成)高ドーズのB(ボロン)をイオン注入する。こ
の結果第3図(c)に示すように低抵抗のグラフト・ベ
ース領域53が形成される。全面に層間絶縁膜54を形成し
た後、フォトリソグラフィ技術を用いてエミッタ領域と
なるべき部分の上を開孔し、第3図(d)に示すように
多結晶シリコン56を堆積してパターニングで形成し、こ
の多結晶シリコン56に高ドーズのAsをイオン注入し、こ
の多結晶シリコンからの拡散によってエミッタ57を形成
することによってバイポーラトランジスタを製造してい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の製造方法では、低抵抗のグラフト・ベ
ースの領域53の形成およびエミッタ領域57の形成のいず
れにもフォトリソグラフィ技術が必要なため露光装置の
位置合せ精度や寸法精度を考慮して、エミッタ領域57と
低抵抗グラフトベース領域53との間に十分なマージンを
とる必要がある。したがって、真性ベース領域と低抵抗
ベース領域53の間に高抵抗のベース領域が存在し、ベー
ス抵抗が大きくなるという欠点がある。
これに対してバイポーラ集積回路で用いられるような
ヒドラジン等の異方性化学エッチング液を用いて低抵抗
ベース領域とエミッタ領域とを形成するSST技術等もあ
るが、これらの技術はCMOS技術との両立が困難であり、
BiCMOS集積回路では用いることができない。
〔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の第1の構成は、一導
電型の半導体基板上のベース形成領域に逆導電型の半導
体層を形成する工程と、前記半導体層の表面に第1の酸
化膜を形成する工程と、前記第1の酸化膜を介してイオ
ン注入し、前記半導体層表面に一導電型のベース領域を
形成する工程と、前記ベース領域上の前記第1の酸化膜
を除去した後、前記ベース領域上に二種類の異なる材料
の層を順次堆積する工程と、異方性エッチングと等方性
エッチングを組合せて前記材料の層のうち下層がエッチ
ングされて所定パターンとなった第1の部分と上層がエ
ッチングされて前記第1の部分に対して張り出した形状
を有する第2の部分とを形成する工程と、前記第2の部
分をマスクとして一導電型の不純物を前記半導体基板に
イオン注入し、低抵抗ベース領域を形成する工程と、前
記第2の部分を除去した後、前記半導体基板の全面に第
2の酸化膜を形成する工程と、前記第1の部分上の前記
第2の酸化膜に開ロを設けた後、前記開口部に導電膜を
形成する工程と、前記開口部の前記導電膜上からイオン
注入し、前記第1の部分を介して逆導電型の不純物を前
記半導体基板に拡散させ前記開口部下の前記半導体層表
面に逆導電型のエミッタを形成する工程とを具備するこ
とを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法の第2の構成は、一導
電型の半導体基板上のベース形成領域に逆導電型の半導
体層を形成する工程と、前記半導体層の表面に第1の酸
化膜を形成する工程と、前記第1の酸化膜を介してイオ
ン注入し、前記半導体層表面に一導電型のベース領域を
形成する工程と、前記ベース領域上の前記第1の酸化膜
を除去した後、前記ベース領域上に二種類の異なる材料
の層を順次堆積する工程と、異方性エッチングと等方性
エッチングを組合せて前記材料の層のうち下層がエッチ
ングされて所定パターンとなった第3の部分と上層がエ
ッチングされて前記第1の部分に対して張り出した形状
を有する第4の部分とを形成する工程と、前記第4の部
分をマスクとして一導電型の不純物を前記半導体基板に
イオン注入し、低抵抗ベース領域を形成する工程と、前
記半導体基板の全面に第2の酸化膜を形成する工程と、
前記第4の部分上の前記第2の酸化膜に開ロを設けた
後、前記開口部の前記第4の部分上からイオン注入し、
前記第3の部分を介して逆導電型の不純物を前記半導体
基板に拡散させ前記開口部下の前記半導体層表面に逆導
電型のエミッタを形成する工程とを具備することを特徴
とする。
本発明の方法によって、上層をマスクとして一導電型
イオン注入によって低抵抗ベース領域を形成し、下層か
らの逆導電型不純物拡散によってエミッタ領域を形成す
れば、CMOS技術と整合性の高いプロセスとしてエミッタ
領域と低抵抗のベース領域とをセルフアラインで形成す
るという技術を提供できる。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
本発明の一実施例においては、第1図(a)に示すよ
うにP型半導体基板1上のバイポーラトランジスタおよ
びPチャネルMOSトランジスタをそれぞれ形成すべき領
域にN+埋込層2を、バイポーラトランジスタの分離領域
およびNチャネルMOSトランジスタをそれぞれ形成すべ
き領域にP+埋込層3をそれぞれ形成した後、全面に厚さ
1.2〜1.5μmのN型エピ層4を成長する。P+埋込層3上
の領域にP型分離領域またはPウェル5を形成した後、
選択酸化技術を用いて活性領域以外の領域に500〜800nm
のフィールド酸化膜6を成長させ、全面に15〜20nmのゲ
ート酸化膜に相当する酸化膜7を成長させる。
次に第1図(b)を参照すると、CMOS部のゲートと拡
散層の接続領域(図示せず)およびバイポーラトランジ
スタのコレクタ引出し電極58部の酸化膜7を除去した後
リン拡散した200nm程度の多結晶シリコン8、200nm程度
のタングステンシリサイド9、100nm程度の酸化膜10を
連続して堆積しパターニングすることによって、MOSト
ランジスタのゲートおよび配線(図示せず),バイポー
ラトランジスタのコレクタ引出し電極58を形成する。次
いでボロン(B)を10KeVの低エネルギーでイオン注入
することによってバイポーラトランジスタのベース領域
11を形成する。
第1図(c)を参照すると、MOSトランジスタをLDD構
造とするために酸化膜成長と異方性エッチングを用いて
ゲートに側壁酸化膜(図示せず)を形成する。同時にコ
レクタ電極にも側壁酸化膜12が形成される。次いで膜厚
150〜200nmの多結晶シリコン13および窒化膜14をそれぞ
れ堆積させる。第1図(d)に示すように、フォトリソ
グラフィ技術と異方性エッチングによって窒化膜をエッ
チングしてオーバーハング形状となるべき部分14′を残
しこれをマスクとして等方性エッチングによりオーバー
エッチングを行ない、エミッタ形成用多結晶シリコン1
3′を形成する。半導体基板もわずかにエッチングされ
るが真性MOSトランジスタ、真性バイポーラトランジス
タ領域にはエッチング時のダメージは加わらない。フォ
トリソグラフィを用いてイオン注入しない領域をレジス
ト15で被覆した後、BF2を3×1015cm-2イオン注入する
ことによってCMOS部のP+拡散層(図示せず)およびバイ
ポーラトランジスタの低抵抗ベース領域16を形成する。
この時オーバーハング形状の窒化膜14′の下に残った多
結晶シリコン13′がバイポーラトランジスタのエミッタ
領域を形成する拡散源となる。次に第1図(e)に示す
ように全面に200〜300nmの酸化膜(層間絶縁膜)17を堆
積した後、エミッタ形成用の多結晶シリコン13′上を開
孔し、100nm程度の多結晶シリコン18を成長させパター
ニングする。この多結晶シリコン18に1×1016cm-2のヒ
素(As)を注入し多結晶シリコン13′を通してAsを基板
へ拡散させることによってエミッタ19を形成する。この
後、図示しないが、公知の方法によって層間絶縁膜の成
長、コンタクト孔の開孔、配線の形成によってBiCMOS半
導体装置が製造される。
第2図は本発明の第2の実施例を示すものである。第
2図(a)を参照すると、第1の実施例と同様にしてバ
イポーラトランジスタのコレクタ引出し電極58、ベース
領域11′を形成し、側壁酸化膜10を形成した後、膜厚15
0〜200nmの多結晶シリコン33および膜厚50〜100nmのタ
ングステンシリサイド34を堆積し、第1の実施例と同様
にフォトリソグラフィ技術と異方性エッチングおよび等
方性エッチングを組合せてエミッタ形成用多結晶シリコ
ン33上にオーバーハング形状のタングステンシリサイド
34を形成し、以上のパターニングに用いたフォトレジス
トを剥離しないでフォトリソグラフィ技術を用いてイオ
ン注入しない領域をフォトレジスト32で被覆した後BF2
を注入して低抵抗のベース領域16を形成する。
その後、第2図(b)に示すように、第1の実施例と
同様にして酸化膜17を成長し、タングステンシリサイド
34と多結晶シリコン33から成るオーバーハング形状の領
域上を開口し、この領域に1×1016cm-2のヒ素を注入し
て基板へ拡散させることによりエミッタ19を形成する。
この実施例ではエミッタ19の拡散源となる多結晶シリ
コン33上に開孔を形成する必要がないので、エミッタ19
を微細化できるという利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明はCMOS技術と整合性の高
いプロセスを用いて、エミッタ19と低抵抗ベース領域16
をセルフアラインで形成することができるので、BiCMOS
集積回路のバイポーラトランジスタ真性ベース領域11′
のベース抵抗を低減し高性能にすることができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)は本発明の製造方法の一実施例を
示す断面図、第2図(a),(b)は本発明の製造方法
の第2の実施例を示す断面図、第3図(a)〜(d)は
従来の製造方法を示す断面図である。 1,41……P型半導体基板、2,42……N+埋込層、3,43……
P+埋込層、4,44……N型エピ層、5,45……Pウェル、6,
46……フィールド酸化膜、7,47……酸化膜、8,48……多
結晶シリコン電極、9,49……タングステンシリサイド電
極、10,50……酸化膜、11,51……ベース領域、12……側
壁酸化膜、13,33,56……多結晶シリコン、14……窒化
膜、15,32,55……フォトレジスト、16,53……低抵抗ベ
ース領域、17,54……層間絶縁膜、19,57……エミッタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−257570(JP,A) 特開 昭60−41231(JP,A) 特開 昭61−42169(JP,A) 特開 昭60−80275(JP,A) 特開 昭60−15971(JP,A) 特開 昭60−140757(JP,A) 特開 昭63−46768(JP,A) 特開 昭50−24083(JP,A) 特開 昭61−289663(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/331 H01L 29/73 - 29/737

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型の半導体基板上のベース形成領域
    に逆導電型の半導体層を形成する工程と、前記半導体層
    の表面に第1の酸化膜を形成する工程と、前記第1の酸
    化膜を介してイオン注入し、前記半導体層表面に一導電
    型のベース領域を形成する工程と、前記ベース領域上の
    前記第1の酸化膜を除去した後、前記ベース領域上に二
    種類の異なる材料の層を順次堆積する工程と、異方性エ
    ッチングと等方性エッチングを組合せて前記材料の層の
    うち下層がエッチングされて所定パターンとなった第1
    の部分と上層がエッチングされて前記第1の部分に対し
    て張り出した形状を有する第2の部分とを形成する工程
    と、前記第2の部分をマスクとして一導電型の不純物を
    前記半導体基板にイオン注入し、低抵抗ベース領域を形
    成する工程と、前記第2の部分を除去した後、前記半導
    体基板の全面に第2の酸化膜を形成する工程と、前記第
    1の部分上の前記第2の酸化膜に開ロを設けた後、前記
    開口部に導電膜を形成する工程と、前記開口部の前記導
    電膜上からイオン注入し、前記第1の部分を介して逆導
    電型の不純物を前記半導体基板に拡散させ前記開口部下
    の前記半導体層表面に逆導電型のエミッタを形成する工
    程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】一導電型の半導体基板上のベース形成領域
    に逆導電型の半導体層を形成する工程と、前記半導体層
    の表面に第1の酸化膜を形成する工程と、前記第1の酸
    化膜を介してイオン注入し、前記半導体層表面に一導電
    型のベース領域を形成する工程と、前記ベース領域上の
    前記第1の酸化膜を除去した後、前記ベース領域上に二
    種類の異なる材料の層を順次堆積する工程と、異方性エ
    ッチングと等方性エッチングを組合せて前記材料の層の
    うち下層がエッチングされて所定パターンとなった第3
    の部分と上層がエッチングされて前記第3の部分に対し
    て張り出した形状を有する第4の部分とを形成する工程
    と、前記第4の部分をマスクとして一導電型の不純物を
    前記半導体基板にイオン注入し、低抵抗ベース領域を形
    成する工程と、前記半導体基板の全面に第2の酸化膜を
    形成する工程と、前記第4の部分上の前記第2の酸化膜
    に開ロを設けた後、前記開口部の前記第4の部分上から
    イオン注入し、前記第3の部分を介して逆導電型の不純
    物を前記半導体基板に拡散させ前記開口部下の前記半導
    体層表面に逆導電型のエミッタを形成する工程とを具備
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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