JP3128255B2 - BiCMOS型半導体装置の製造方法 - Google Patents

BiCMOS型半導体装置の製造方法

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JP3128255B2 JP03071859A JP7185991A JP3128255B2 JP 3128255 B2 JP3128255 B2 JP 3128255B2 JP 03071859 A JP03071859 A JP 03071859A JP 7185991 A JP7185991 A JP 7185991A JP 3128255 B2 JP3128255 B2 JP 3128255B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、BiCMOS型半導
体集積回路、特に高速動作が要求されるバイポーラトラ
ンジスタを有する該装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、CMOSの高速性を追求するため
にバイポーラ素子を同一チップ上に形成し、CMOSの
負荷駆動能力をバイポーラで高めることにより高速化を
図ったBiCMOS混載技術が広く用いられるようにな
ってきた。
【0003】一般に、BiCMOS LSIはバイポー
ラとCMOSの特徴を兼ね備えているために、高速、高
集積、高耐圧、高負荷駆動能力、低消費電力等の優れた
性能を実現できるものの、構造的にはバイポーラ素子を
搭載するためにエピタキシャル層や分離拡散層が必要で
ある。
【0004】また、バイポーラおよびCMOS素子の性
能を損なわずに同時形成させるために工程が複雑でマス
ク数が増えることになるが、これは経済性の面で不利と
なるため、極力工程数が増えないよう工程設計する必要
がある。
【0005】ここで従来のBiCMOS型半導体集積回
路の製造方法を図5を用いて説明する。先ず図5(a)
に示すように、P型半導体基板1上にN+埋込拡散層2
およびP+ 埋込拡散層3を形成した後、厚さ2μm のN
- エピタキシャル層4、続いて選択拡散によりPウェル
層5、分離拡散層6を同時形成する。次いで、基板の全
面に500Å程度の薄い酸化膜7および1600Å程度
の窒化膜を形成した後、素子分離する領域の窒化膜を選
択的に除去する。なお、図中、窒化膜8は選択的に除去
された状態を示している。更にパターニングしたレジス
ト9をマスクとしてイオン注入法によりNMOS(20
0)のチャネルストッパ領域および分離拡散層6の表面
領域にB(ボロン)等のP形不純物を注入する。また、
同様の方法でPMOS(300)のチャネルストッパ領
域にもN形不純物を注入する。
【0006】ここでN+ 埋込拡散層2は、NPNバイポ
ーラトランジスタ(以下、NPN−Trと略す)(10
0)のコレクタシリーズ抵抗を下げるためにAs(ヒ
素)やSb(アンチモン)を用いて20〜100Ω/□
に拡散し、またPMOS(300)が寄生バイポーラ動
作を起こさないようPMOS(300)形成領域にも同
時に拡散する。P+ 埋込拡散層3は、NPN−Tr(1
00)の素子分離領域に予めイオン注入法等で形成して
おき、次工程のエピタキシャル工程や分離拡散時に半導
体基板1からの上方拡散を利用して分離拡散時間を短縮
するために用いるものであり、通常、Bを用いて50〜
300Ω/□に設定され、またNMOS(200)が寄
生バイポーラ動作を起こさないようにNMOS(20
0)形成領域にも同時に形成しておく。また、N- エピ
タキシャル層4はNPN−Tr(100)の素子特性と
PMOS(300)のゲートスレッシュホールド電圧を
制御できるように濃度および厚さが決められている。更
に、P- 拡散領域5,6はNPN−Tr(100)の素
子分離とNMOS(200)のスレッシュホールド電圧
を制御するためにエピタキシャル層4の表面より拡散さ
れる。
【0007】次に図5(b)に示すように、レジスト9
を除去後、900℃程度の温度でイオン注入した不純物
を活性化し、酸化処理によって酸化膜10を形成し、L
OCOS分離が完成される。なお、11はP形不純物が
注入されたNMOS(200)のチャネルストッパ層、
12はN形不純物が注入されたPMOS(300)のチ
ャネルストッパ層である。その後は既知の拡散、ホトリ
ソグラフィ、エッチング(以下ホトリソ・エッチングと
称す)を繰返すことにより図5(c)に示すBiCMO
S構造が完成する。ここで、13はP拡散層で、NPN
−Tr(100)のアクティブベース、また14,15
はP+ 拡散層で、14はPMOS(300)のソース、
ドレイン、15はNPN−Tr(100)のインアクテ
ィブベース層を形成している。なお、インアクティブベ
ース層15はアクティブベース層13にオーミックコン
タクトをとるために必要である。また、16〜18はN
+ 拡散層で、16はNMOS(200)のソース、ドレ
イン、17はNPN−Tr(100)のエミッタ、18
はNPN−Tr(100)のコレクタ層のコンタクト取
出しを形成する。更に、19,20はそれぞれPMOS
(300)およびNMOS(200)のゲートである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述の構
成の装置では、以下の問題点がある。
【0009】(1)ベースの電位とりだし用P+ の位置
とエミッタとの位置は、2枚のマスクを用いて位置決め
されるため、マスク合せ余裕分の寸法を確保しておかね
ばならない。従ってベースのP+ とエミッタの距離が広
くなってしまい、ベース抵抗(Rb)が大きくなり、高
速動作の妨げとなる。
【0010】(2)高速動作させる為には(fTを向上
させるには)、エミッタの接合容量を低減することが必
要で、できるだけ小さなエミッタ面積にすることが望ま
しい。しかしホトリソ寸法で得られる最小幅以下にはで
きない為、ホトリソ・エッチングで決まる開口幅によっ
て必然的にfTは決まってしまい、fTはこれ以上向上
できない。
【0011】この発明は、以上述べたベースのとり出し
用P+ とエミッタとの距離を広くとらなければならない
ことによるRbの増大という問題点と、ホトリソ寸法以
下にはエミッタを細く出来ないためfTを向上できない
という問題点を除去するために、(1)ベースとり出し
用P+ とエミッタの距離を1回のホトリソ/エッチング
により決め、合せ余裕を考慮することをなくし、エミッ
タベースとり出しP+ 間の距離を設計通りに設定できる
ようにし、Rbの増加をおさえることと、(2)MOS
のサイドウォールをバイポーラトランジスタ(BiPT
r)のエミッタやコレクタ部にも採用し、BiPTrに
MOSのサイドウォールと同時にサイドウォールを形成
し、ホトリソ寸法以下にエミッタが開孔できるように
し、細いエミッタを形成できるようにしてfTを向上で
きる装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明はBiCMOS
型半導体集積回路の製造方法において、ゲート用のPo
ly−Si(ポリシリコン)及びNPNのベース形成
後、Si3 4 膜を基板表面に形成し、その後コレク
タ、ベース、エミッタを開孔し、異方性エッチングを用
いてコレクタとエミッタをさらに深くほり下げ、その後
BipTrのベース領域以外のSi3 4 膜を除去し、
サイドウォール(SW)形成の為のPSGを基板表面に
形成して、SWエッチングを行い、ゲートの両わきと、
エミッタ、コレクタ内部にSWを形成するようにしたも
のである。
【0013】
【作用】本発明は前述のように、ベースとり出し用P+
の位置をSi3 4 膜のエッチングの際にセルフアライ
ンで位置決めするようにし、かつエミッタとコレクタ一
部に溝を形成後MOSのSWと同時にエミッタ、コレク
タ一部にもSWを形成するようにしたので、(1)ベー
ス(P+ )−エミッタの距離に合せマージンを加味する
必要がなくなり、必要最小限の寸法にできることからR
bを低減できるし、また(2)エミッタ部に溝をほり、
SWを形成するようにしたのでエミッタはホトリソ限界
以下の開孔幅にできる、細長いエミッタが形成できるの
でfTを向上できる。
【0014】
【実施例】図1〜4(A)〜(S)は、この発明の実施
例を示す製造方法である。以下その工程(A)〜(S)
の順で説明する。
【0015】(A)P型Si基板(P−sub)101
上にN+ 埋込層102とP+ 埋込層103を形成する。
【0016】(B)P−sub101上にN型エピタキ
シャル(Nエピ)127を厚さ1.6μm 、比抵抗5Ω
cmの条件で成長させる。
【0017】(C)Pwell層105、Nwell層
104を従来通り形成する。
【0018】(D)NMOS,PMOS,Bipola
r領域にホトリソ・エッチング技術でSi3 4 膜10
6を形成する。
【0019】(E)1000℃,150分,WetO2
の条件で酸化を行い、フィールド酸化膜107を形成す
る。
【0020】(F)850℃,WetO2 ,13分の条
件でゲート酸化を行い(図示せず)、既知のホトリソ技
術にてベース領域108を窓開けし、40keV,4×
1013ions/cm2 の条件でB(Boron)をイオン注
入する(図示せず)。
【0021】次いで1000℃,30分,N2 の条件で
ベースアニールを行いベース層109を形成する。
【0022】(G)ウェハ全面にPoly−SiとWS
ixを形成し、既知のホトリソ・エッチング技術を用い
てゲート110の形成を行う。ゲート形成後ホトリソ−
イオン注入を繰り返し、P+ ,33keV,1.5×1
13及びAs,40keV,1×1013の条件でLDD
- 129とBF2 + ,33keV,1×1013の条件
でLDDP- 130を形成する。
【0023】(H)基板上全面にSi3 4 膜111を
形成する。
【0024】(I)既知のホトリソ・エッチング技術に
て、コレクタ112、エミッタ113、ベース114の
窓開けを行い、窓開けを行った部分のSi34 膜11
1を除去した後レジストを全面除去する。
【0025】(J)レジストを全面に塗布し、コレクタ
112、エミッタ113の窓開けを行い異方性エッチン
グ技術を用いてコレクタ112とエミッタ113に溝を
形成する。その後レジストを全面除去する。
【0026】(J′)バイポーラTrのベース領域に既
知のホトリソ・エッチング技術を用いてレジスト300
を形成後、ドライエッチング技術を用いてMOS領域の
Si3 4 111を除去し、レジスト300も除去す
る。
【0027】(K)基板上全面にPSG膜116を形成
する。
【0028】(L)既知の方法でSW(サイドウォー
ル)エッチングを行いSW117をMOSのゲート横部
とエミッタ113、コレクタ112の内部に形成する。
【0029】(M)900℃,DryO2 ,70分の条
件で酸化を行い、マスク酸化膜(図示せず)を形成後既
知のホトリソ・エッチング技術を用いコレクタ及びエミ
ッタ上のマスク酸化膜をエッチング除去し、その上にエ
ミッタ電極となるPoly−Si118を2000Åを
形成する。
【0030】次いでPoly−Si118に対し全面
に、Asを、40keV,2×1016ions/cm2 の条件
でイオン注入する。
【0031】(N)既知のホトリソ・エッチング技術に
てエミッタ用Poly・Si(PS)119とコレクタ
コンタクト用Poly−Si120を形成する。
【0032】(O)レジスト128を全面に形成後、ベ
ースのとり出し用のP+ 領域とPMOSのS/D(ソー
ス/ドレイン)領域に窓あけを行い、Bを70keV,
2×1015ions/cm2 の条件でイオン注入を行い、PM
OS S/D 121とベースとり出し用コンタクト1
21を形成する。
【0033】(P)次にNMOSのソース/ドレイン領
域に既知のホトリソエッチング技術を用いて窓あけを行
い、Asを70keV,2.5×1015ions/cm2 の条
件でイオン注入し、ソース、ドレイン122を形成す
る。
【0034】(Q)中間絶縁膜としてPSG123を形
成後、950℃,N2 ,5分の条件でフローを行い、配
線形成のためのPSG123の平坦化と同時にエミッタ
及びコレクタの拡散を行いエミッタ、コレクタ126を
形成する。
【0035】(R)MOSのS/D及びベース、エミッ
タ、コレクタからの電極とりだしの為コンタクトホトリ
ソ、エッチングを行いコンタクト孔124を形成する。
【0036】(S)配線金属としてAL−1%Siを形
成後、ホトリソ・エッチング技術を用いて配線125を
形成する。
【0037】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
の製造方法によれば、ベースとり出し用P+ の位置をS
3 4 膜のエッチングの際に1枚のマスクでかつ1回
のホトリソで決めてしまう、即ちセルフアラインで位置
決めするようにし、かつエミッタとコレクター部に溝を
形成後MOSのSWと同時にエミッタ、コレクター部に
もSWを形成するようにしたので、以下の効果を実現で
きる。
【0038】(1)ベース(P+ )−エミッタの距離に
合せマージンを加味する必要がなくなり、必要最小限の
寸法にできることからRbを低減できるし、また(2)
エミッタ部に溝をほり、SWを形成するようにしたので
エミッタはホトリソ限界以下の開孔幅にできるため細長
いエミッタが形成でき、fTを向上即ち高速動作に対応
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の製造工程断面図(その1)
【図2】本発明の実施例の製造工程断面図(その2)
【図3】本発明の実施例の製造工程断面図(その3)
【図4】本発明の実施例の製造工程断面図(その4)
【図5】従来例の製造工程断面図
【符号の説明】
106,111 Si3 4 膜 107 フィールド酸化膜 108 ベース領域 109 ベース層 110 ゲート 112,120 コレクタ 113,119 エミッタ 114 ベース 116,123 PSG 117 サイドウォール 118 Poly−Si 122 ソース・ドレイン

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バイポーラトランジスタ及び相補型MO
    Sトランジスタが同一基板上に形成されるBiCMOS
    型半導体装置の製造方法において、 前記相補型MOSトランジスタのゲート電極及び前記バ
    イポーラトランジスタのベース領域用不純物層が形成さ
    れた基板上全面に窒化膜を形成する工程と、 前記ベース領域用不純物層内のエミッタ形成予定領域上
    の前記窒化膜を除去し、前記エミッタ形成予定領域を露
    出する工程と、 前記露出されたエミッタ形成予定領域に異方性エッチン
    グにより溝を形成する工程と、 前記溝内を含む前記基板全面に絶縁膜を形成した後、こ
    の絶縁膜をエッチングすることにより、前記ゲート電極
    の側面及び前記溝の側面に前記絶縁膜の一部を残す工程
    と、 前記溝の側面に形成された前記絶縁膜を利用して前記エ
    ミッタ形成予定領域内にエミッタ領域用不純物層を形成
    する工程とを有することを特徴とするBiCMOS型半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記エミッタ形成予定領域上の前記窒化
    膜を除去すると同時にコレクタ領域用不純物層上の前記
    窒化膜を除去し、前記コレクタ領域用不純物層を露出す
    る工程と、 前記エミッタ形成予定領域に溝を形成すると同時に前記
    コレクタ領域用不純物層にも溝を形成する工程と、 前記ゲート電極の側面及び前記エミッタ形成予定領域内
    の前記溝の側面に前記絶縁膜の一部を残すと同時に、前
    記コレクタ領域用不純物層の前記溝の側面にも前記絶縁
    膜の一部を残す工程とを有することを特徴とする請求項
    1記載のBiCMOS型半導体装置の製造方法。
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