JPH01244660A - Bi−CMOS半導体装置の製造方法 - Google Patents

Bi−CMOS半導体装置の製造方法

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JPH01244660A
JPH01244660A JP7252988A JP7252988A JPH01244660A JP H01244660 A JPH01244660 A JP H01244660A JP 7252988 A JP7252988 A JP 7252988A JP 7252988 A JP7252988 A JP 7252988A JP H01244660 A JPH01244660 A JP H01244660A
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Takayuki Kamiya
孝行 神谷
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    • H01L27/0617Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0623Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with bipolar transistors

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は相補型MOSトランジスタとバイポーラトラン
ジスタとが同一の基板上に形成された半導体装置の製造
方法に関し、特に、高速動作が可能のB i−CMOS
半導体装置を製造する方法に関する。
[従来の技術] 相補型MO3)ランジスタとバイポーラトランジスタと
を同一の基板上に形成する半導体集積回路装置(以下、
B i−CMOS集積回路装置という)は相補型MO3
)ランジスタの低消費電力性とバイポーラトランジスタ
の高電流駆動能力性とを兼ね備えることが可能であり、
特に大規模な集積度と高速動作とを両立させるのに好適
な構造の半導体装置として有用である。
このB 1−CMOS集積回路装置は、従来、例えば、
第3図(a)乃至(d)に示す方法で製造されている。
先ず、第3図(a)に示すように、P型シリコン基板1
の表面のNチャネルMo3)ランジスタを形成すべき領
域すと素子分離領域dとに夫々P′″型の高濃度埋込層
2a、2bを設け、PチャネルMOSトランジスタを形
成すべき領域aとNPNバイポーラトランジスタを形成
すべき領域Cとに夫々N+型の高濃度埋込層3a、3b
を形成する。
次いで、第3図(b)に示すように、シリコン基板1の
全面にN型エピタキシャル層4を成長させる。
その後、第3図(c)に示すように、NチャネルMo3
)ランジスタ形成領域すのN型エピタキシャル層4にP
型ウェル領域5aを形成し、同時に素子分離領域dにP
型拡散層5bを形成する。
また、PチャネルMO3)ランジスタ形成領域aにはN
型ウェル領域6を形成する。
次に、選択酸化を行ない、素子形成領域以外の部分にフ
ィールド酸化膜7を形成する。
その後、第3図(d)に示すように、Mo3)ランジス
タのゲート酸化膜9及びゲート電極10を形成し、更に
、MOS)ランジスタ及びバイポーラトランジスタの各
拡散層を形成する。これにより、バイポーラトランジス
タ形成領域Cにコレクタ引き出し用N+拡散層8、P型
ベース領域13、P+型グラフトベース領域12a及び
N十型エミッタ領域14が形成され、NチャネルMOS
トランジスタ形成領域すにそのソース・ドレイン領域1
1が形成され、PチャネルMOSトランジスタ形成領域
aにそのソース・ドレイン領域12が形成される。
次いで、ゲート電極10の上部を覆うように酸化膜15
を設け、この酸化膜15における各拡散層の上方の位置
にコンタクト孔を開口し、このコンタクト孔を埋めるよ
うにして前記拡散層と接触する金属電極16を設ける。
これにより、Bi−CMOS集積回路装置が完成する。
[発明が解決しようとする課題] ところで、B i−CMOS半導体装置において、高速
動作を得るためには、バイポーラトランジスタについて
は、ベース幅を小さくすることにより遮断周波数ftを
高い値に設計することが重要である。しかしなから、単
にベース幅を小さくするだけでは、高電流動作時に、カ
ーク効果と呼ばれる現象により、遮断周波数1丁は大幅
に低下してしまう。このため、バイポーラトランジスタ
の本来の特性である高電流駆動性が十分に発揮されない
ので、このカーク効果を抑制すべくベース領域13に接
するコレクタ部のN型不純物の濃度を高く設定すること
が必要となる。
而して、上述した従来の製造方法においては、力一り効
果の抑制のためにN型エピタキシャル層4の全面に亘っ
てN型不純物の濃度を高めることが必要である。これは
、コレクタ・ベース接合の容量増大を招来するのみなら
ず、エピタキシャル層4とP型シリコン基板1との間の
接合容量及びエピタキシャル層4とNチャネルMoSト
ランジスタのP型ウェル領域5a及びP+型高濃度埋込
層2aとの間の接合容量も増大させることになるので、
従来、B i−CMO8半導体装置の動作の高速化を最
適に設計することが極めて困難であった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
高電流動作時にも高速動作が可能なバイポーラトランジ
スタを含むB i−CMOS半導体装置を容易に製造す
ることができるB i −CMO8半導体装置の製造方
法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] 本発明に係るB i−CMO8半導体装置の製造方法は
、第1導電型の半導体基板の表面に第1導電型の第1の
高濃度埋込層並びに第2導電型の第2及び第3の高濃度
埋込層を夫々選択的に形成する工程と、これら高濃度埋
込層を備えた前記半導体基板の全面に第2導電型のエピ
タキシャル層を形成する工程と、第1のMOS)ランジ
スタ形成領域において前記エピタキシャル層の表面から
第1導電型の不純物を選択的にドープして前記第1の高
濃度埋込層に接続する第1導電型の第1のウェル領域を
形成する工程と、前記第1のMOS)ランジスタと相補
型動作をなす第2のMOSトランジスタの形成領域にお
いて前記エピタキシャル層の表面から第2導電型の不純
物を選択的にドープし前記第2の高濃度埋込層上に第2
導電型の第2のウェル領域を形成すると同時に、バイポ
ーラトランジスタ形成領域において第3の高濃度埋込層
の上方のエピタキシャル層内にも第2導電型の半導体領
域を選択的に形成する工程と、前記半導体領域を平面的
に囲みこの半導体領域よりも浅い第1導電型のベース領
域を形成する工程と、平面的に前記半導体領域に整合す
る位置における前記ベース領域内の表面側に第2導電型
のエミッタ領域を形成する工程と、を有することを特徴
とする。
[作用コ 本発明においては、第1のMOS)ランジスタの形成領
域において、第1導電型(例えば、P型)の第1のウェ
ル領域を形成し、この第1のMOSトランジスタと相補
型動作をなす第2のMOSトランジスタの形成領域にお
いて、第2導電型く例えば、N型)の第2のウェル領域
を形成する。そして、この第2のウェル領域を形成する
と同時に、バイポーラトランジスタの形成領域において
、第2導電型の半導体領域を選択的に形成する。そして
、バイポーラトランジスタの形成領域においては、更に
、前記半導体領域を平面的に囲み、この半導体領域より
も浅い第1導電型のベース領域を形成した後、平面的に
前記半導体領域に整合する位置における前記ベース領域
内の表面側に第2導電型のエミッタ領域を形成する。こ
れにより、前記ベース領域及びエミッタ領域の外に、エ
ピタキシャル層と前記半導体領域との双方からなるコレ
クタと、第3の高濃度埋込層からなる埋込コレクタ層と
を有するバイポーラトランジスタが形成される。
この半導体装置においては、エピタキシャル層の全体を
高濃度にすることなく、実動作部分のみを高濃度にする
。これにより、カーク効果が抑制されると共に、コレク
タ・ベース接合の容量増大及びエピタキシャル層と第1
のウェル領域等との間の接合容量の増大が回避される。
[実施例] 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。
第1図(a)乃至(d)は本発明の第1の実施例に係る
B i−CMO8半導体装置の製造方法の主要工程を顆
に示す縦断面図である。第1図(a)に示すように、P
型シリコン基板1の主表面上にsb又はAsを1100
乃至1200℃の高温で選択的に熱拡散し、N中型高濃
度埋込層3a、3bを形成する。また、Bのイオン注入
と埋込拡散のための熱処理を行ない、P+型高濃度埋込
層2a、2bを形成する。この場合に、N+型型部濃度
埋込層3a3bを形成した領域が夫々PチャネルMOS
トランジスタ形成領域a及びNPNバイポーラトランジ
スタ形成領域Cとなり、またP+型高濃度埋込層2a、
2bを形成した領域が夫々NチャネルMO3)ランジス
タ形成領域す及び素子分離領域dとなる。
次に、第1図(b)に示すように、シリコン基板1の表
面全面にN型エピタキシャル層4を成長させる。エピタ
キシャル層4には成長と同時にPをドーピングしてその
比抵抗を1乃至3Ω備とし、また、エピタキシャル層4
の膜厚は浅いベースエミッタ接合を形成するために、1
乃至2μmの値とするのが好ましい、なお、高濃度埋込
層2a。
2 b + 3 a 、3 bはエピタキシャル成長中
にエピタキシャル層4内へ上方拡散する。
゛ 次に、第1図(c)に示すように、NチャネルMO
S)ランジスタ形成領域すにP型ウェル領域5aを形成
し、同時に素子分離領域dにもP型拡散J115bを形
成する。なお、P型ウェル領域5a及びP型拡散層5b
を夫々P+型高濃度埋込層2a及び2bに接続させるた
めに、例えば、Bをイオン注入すると共に、1000乃
至1100℃の高温で熱処理することにより、Bを押込
拡散させる。
次いで、PチャネルMOS)ランジスタ領域aにN型ウ
ェル領域6を形成する0本発明においては、このN型ウ
ェル領域6の形成工程で、同時にバイポーラトランジス
タ領域Cのエミッタ部を形成すべき領域を含む部分にN
型拡散層26を形成しておく、なお、N型ウェル領域6
とN型拡散層26の押込拡散のための熱処理工程を専用
に設けても良いが、前述のP型ウェル領域5a及びP型
拡散層5bの押込拡散のための熱処理とN型ウェル領域
6及びN型拡散層26の熱処理とを共用してもよい。
その後、素子形成部以外の領域に、通常の選択酸化法に
より、フィールド酸化膜7を形成する。
次いで、第1図(d)に示すように、ゲート酸化膜9を
形成した後、ポリシリコンゲート電極10をパターン形
成する。その後、MOS)ランジスタ及びバイポーラト
ランジスタに必要な拡散層を順次形成する。即ち、N型
ウェル領域6内にP+型ソース・ドレイン領域12を形
成すると共に、P型つェル領域りa内にN++ソース・
ドレイン領域11を形成する。また、バイポーラトラン
ジスタのP型ベース領域13はN型拡散層26とベース
コンタクトを形成すべき領域を平面的に含む領域に形成
し、且つ、その拡散深さは、N型拡散層26の拡散深さ
よりも浅くなるように設定する。また、バイポーラトラ
ンジスタのN++エミッタ領域14はN型拡散層26を
形成した領域とベース領域13との双方が重なる領域の
内側に形成する。グラフトベース領域12aはベース抵
抗を低減させるためのP+型拡散層であり、この拡散層
はPチャネルMosトランジスタ形成領域aのP+型ソ
ース及びドレイン12を形成する工程で同時に形成する
ことができる。
次いで、全面に気相成長酸化膜15を形成し、この酸化
膜15の所定位置にコンタクト孔を開口する。そして、
このコンタクト孔を埋めるようにして金属電極16を選
択的に形成し、金属型[!16と各拡散層とを電気的に
接触させる。
以上の工程で形成したB i−CMOS半導体装置のバ
イポーラトランジスタは、N型拡散層26を形成しであ
るから、効果的にカーク効果を抑制することが可能であ
る。一方、トランジスタの活性動作部以外のベースコレ
クタ接合はコレクタ側が不純物濃度が低いN型エピタキ
シャル層4であるので、ベースコレクタ接合の接合容量
の増大は最少限に抑制されている。また、N型エピタキ
シャル層4とP型シリコン基板1との接合容量及びN型
エピタキシャル層4とP型ウェル領域5a及びP中型高
濃度埋込層2aとの間の接合容量を増大させることもな
い。
このように、エミッタ領域14を含む領域の下部のコレ
クタ層にエピタキシャル層4よりも低抵抗のN型拡散層
26を選択的に形成しなから、カーク効果を抑制すると
共に、高電流動作時にも高速動作が可能のバイポーラト
ランジスタを形成することができる。
第2図(a)乃至(d)は本発明の第2の実施例の主要
工程を示す縦断面図である。第2図(b)に示す工程ま
では第1図(b)と同一であるので、同一物には同一符
号を付して説明を省略する0本実施例においては、第2
図(c)に示すように、N型ウェル領域6及びN型拡散
層26を形成する工程で、同時にコレクタ引き出し部に
もN型拡散層36を形成する。そして、第2図(d)と
第1図(d)との比較かられがるように、第1図の実施
例と異なり、N+型型数散層8形成するための工程を省
略する。その他の層の形成は第1図に示す実施例と同様
である。
本実施例においても、N型拡散層26を形成することに
より、バイポーラトランジスタのコレクタ部はその実動
作部分だけが低抵抗化されるので、接合容量の増大を最
少限に抑制しつつ、高速及び高電流動作が可能になるこ
とは第1図の実施例と全く同様である。
これに対し、第2図に示す本実施例においては、コレク
タコンタクト部を十分に低抵抗化することには難点があ
るものの、N+型型数散層8形成するための工程が省略
されるので、工程が簡略化す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によれば、第2のMOSトラ
ンジスタの第2導電型の第2のウェル領域を形成する工
程で、同時にバイポーラトランジスタ形成領域における
ベース領域内のエミッタ領域を含む領域の下部のコレク
タ層内にエピタキシャル層よりも不純物濃度が高い低抵
抗の第2導電型の半導体領域を選択的に形成することに
より、実動作部分のみを低抵抗化することができる。こ
れにより、接合容量の増大を極力抑制しつつ、高電流動
作時にも高速動作が可能のバイポーラトランジスタを含
むB i−CMO8半導体装置を新たな工程を付加する
ことなく容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(d)は本発明の第1の実施例方法を
工程順に示す縦断面図、第2図(a)乃至(d)は本発
明の第2の実施例方法を工程順に示す縦断面図、第3図
(a)乃至(d)は従来の製造方法の主要工程を示す縦
断面図である。 a;PチャネルMOS)ランジスタ形成領域、b;Nチ
ャネルMOS)ランジスタ形成領域、C、NPNバイポ
ーラトランジスタ形成領域、d;素子分離領域、 1゛;P型シリコン基板、2a、2b;P+型高濃度埋
込層、3a、3b;N+型嵩高濃度埋込層4;N型エピ
タキシャル層、5a;P型ウェル領域、5b、P型拡散
層、6;N型ウェル領域、26.36;N型拡散層、7
;フィールド酸化膜、8;N“型拡散層、9;ゲート酸
化膜、10;ポリシリコンゲート電極、11;N++ソ
ース・ドレイン、12;P十型ソース・ドレイン、12
a;P+型グラフトベース領域、13;ベース領域、1
4;エミッタ領域、15;気相成長酸化膜、16;金属
電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基板の表面に第1導電型の第
    1の高濃度埋込層並びに第2導電型の第2及び第3の高
    濃度埋込層を夫々選択的に形成する工程と、これら高濃
    度埋込層を備えた前記半導体基板の全面に第2導電型の
    エピタキシャル層を形成する工程と、第1のMOSトラ
    ンジスタ形成領域において前記エピタキシャル層の表面
    から第1導電型の不純物を選択的にドープして前記第1
    の高濃度埋込層に接続する第1導電型の第1のウェル領
    域を形成する工程と、前記第1のMOSトランジスタと
    相補型動作をなす第2のMOSトランジスタの形成領域
    において前記エピタキシャル層の表面から第2導電型の
    不純物を選択的にドープし前記第2の高濃度埋込層上に
    第2導電型の第2のウェル領域を形成すると同時に、バ
    イポーラトランジスタ形成領域において第3の高濃度埋
    込層の上方のエピタキシャル層内にも第2導電型の半導
    体領域を選択的に形成する工程と、前記半導体領域を平
    面的に囲みこの半導体領域よりも浅い第1導電型のベー
    ス領域を形成する工程と、平面的に前記半導体領域に整
    合する位置における前記ベース領域内の表面側に第2導
    電型のエミッタ領域を形成する工程と、を有することを
    特徴とするBi−CMOS半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

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