JPH02112270A - Bipolar cmos semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Bipolar cmos semiconductor device and manufacture thereof

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JPH02112270A
JPH02112270A JP63264059A JP26405988A JPH02112270A JP H02112270 A JPH02112270 A JP H02112270A JP 63264059 A JP63264059 A JP 63264059A JP 26405988 A JP26405988 A JP 26405988A JP H02112270 A JPH02112270 A JP H02112270A
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JP
Japan
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layer
transistor
collector
type
vertical
Prior art date
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Pending
Application number
JP63264059A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Mihara
孝士 三原
Shinji Kaneko
新二 金子
Kiyoshi Nemoto
清志 根本
Toshio Niwa
丹羽 寿雄
Akira Ota
亮 太田
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP63264059A priority Critical patent/JPH02112270A/en
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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To assure a high gain band width and high withstand voltage by forming a longitudinal PNP transistor including a low resistance p type collector in an epitaxial layer such as a shallow grown at least two times. CONSTITUTION:After an oxide film 2 is formed on a p<-> type single crystal silicon substrate 1, it is subjected to selective etching, and then thermal diffusion by Sb is performed to form an n<+> buried layer 3 in longitudinal NPN and PNP transistor regions, a transversal PNP transistor region, and a P-MOS transistor region, respectively. Then, first epitaxial growth is performed to form a first epitaxial layer 4. Further, a high concentration p<+> buried layer 5 and a low concentration p<+> buried layer 6 for interelement isolation are formed by boron implantation. Successively, second epitaxial growth is performed to form a second epitaxial layer 7. Further, an n type collector electrode section 8, a p type well diffusion layer 9, and an n type well diffusion layer 10 are formed by ion implantation. Moreover, the collector buried layers 5, 6 and the well diffusion layers 9, 10 are extended into contact thereamong by heat treatment to provide a longitudinal PNP transistor in which sheet resistance of the collector buried layer is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、同一基板上に縦型NPN I−ランジスタ
、S型PNP トランジスタ、横型PNP トランジス
タ及び相補型MOSトランジスタを形成したバイポーラ
・CMOS半導体装置及びその製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention provides a bipolar CMOS semiconductor device in which a vertical NPN I-transistor, an S-type PNP transistor, a lateral PNP transistor, and a complementary MOS transistor are formed on the same substrate. and its manufacturing method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、個別部品で構成した、センサー、アナログ回路5
デジタル回路、アクチュエータ駆動回路等の電子回路を
、同一のモノリシックな基板上に構成した半導体装置に
関しては、例えば特開昭52−2292号、特開昭54
−46487号、特開昭57−188862号等におい
ては、デジタル回路用とし、0MOSトランジスタとバ
イポーラNPN トランジスタを一体に形成したバイポ
ーラ・CMOS半導体装置が提案されており、また例え
ば特開昭51−106278号、特開昭6072255
号、特開昭62−219555号等においては、アナロ
グ回路用として、マスク枚数を増やさずに同時に形成可
能にした縦型PNP トランジスタを含ませて構成した
バイポーラ・CMO8半導体装置が開示されており、更
には特開昭62−247558号等には、できるだけ多
くの素子をバイポーラ・CMOS素子で実現しようとす
る手段が提案されている。しかし従来提案されたこれら
の半導体装置は、同一基板上に成長されたエピタキシャ
ル層を用いてn型及びn型の2種の埋込層及びエピタキ
シャル表面からの拡散層のみを用いて構成されているた
め、全ての素子の耐圧、電流増幅率、高周波特性を同時
に満足させることは殆ど不可能である。
Conventionally, sensors and analog circuits were composed of individual parts5
Regarding semiconductor devices in which electronic circuits such as digital circuits and actuator drive circuits are configured on the same monolithic substrate, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 52-2292 and Japanese Patent Laid-Open No. 54
A bipolar CMOS semiconductor device for digital circuits, in which a 0MOS transistor and a bipolar NPN transistor are integrally formed, has been proposed in Japanese Patent Application Laid-open No. 51-106278 and Japanese Patent Application Laid-open No. 51-106278. No., Japanese Patent Publication No. 6072255
No. 62-219555 discloses a bipolar CMO8 semiconductor device for analog circuits that includes a vertical PNP transistor that can be formed simultaneously without increasing the number of masks. Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 62-247558 and other publications propose means for realizing as many elements as possible using bipolar CMOS elements. However, these conventionally proposed semiconductor devices are constructed using only two types of n-type and n-type buried layers and a diffusion layer from the epitaxial surface using epitaxial layers grown on the same substrate. Therefore, it is almost impossible to simultaneously satisfy the breakdown voltage, current amplification factor, and high frequency characteristics of all elements.

一方、半導体レーザやHEMT、MODFETなどの化
合物半導体の分野では、ヘテロ構造を得るための多重の
エピタキシャル技術は周知の技術となっており、また特
に作成の困難な縦型PNPトランジスタにおいても、そ
のコレクタ抵抗を下げるための手段として、エピタキシ
ャル成長を2回行う方法が、例えば特開昭49−362
91号特開昭49−52987号、特開昭57−157
567号等において開示されており、また多重エピタキ
シャル技術を耐圧の異なる素子の集積化に使う考え方が
、例えば特開昭53−54983号特開昭51−474
93号、特開昭57−197640号等において提案さ
れている。しかしながら、これらの多重エピタキシャル
技術を用いた半導体装置は、いずれも限定された範囲の
個別、又は2つのデバイスを集積化するものにすぎない
ものである。
On the other hand, in the field of compound semiconductors such as semiconductor lasers, HEMTs, and MODFETs, multiple epitaxial technology to obtain a heterostructure is a well-known technology. As a means to lower the resistance, a method of performing epitaxial growth twice is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-362.
No. 91 JP-A-49-52987, JP-A-57-157
567, etc., and the idea of using multiple epitaxial technology to integrate elements with different breakdown voltages is disclosed in, for example, JP-A-53-54983 and JP-A-51-474.
No. 93, Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-197640, etc. However, these semiconductor devices using multiple epitaxial techniques are only devices that integrate individual or two devices in a limited range.

半導体装置において、デジタル回路としては、消費電力
が小さく高速なCMOS回路が要求され、またアナログ
回路としては、10V以上の比較的高い耐圧をもち、且
つ利得帯域幅がIGHz以上と広く、更に相補的な特性
をもつ高性能縦型NPN及び縦型PNP トランジスタ
回路が要求されるが、少なくともこれらの4つの基本デ
バイスの高性能化を計ったバイポーラ・CMOS#、導
体装置は未だ知られておらず、また多重エピタキシャル
技術を用いたバイポーラ・CMOS製造技術も知られて
いないのが現状である。
In semiconductor devices, digital circuits require low power consumption and high-speed CMOS circuits, and analog circuits require relatively high breakdown voltage of 10 V or more, wide gain bandwidth of IGHz or more, and complementary High-performance vertical NPN and vertical PNP transistor circuits with excellent characteristics are required, but bipolar/CMOS# conductor devices that achieve at least the high performance of these four basic devices are not yet known. Furthermore, at present, no bipolar CMOS manufacturing technology using multiple epitaxial technology is known.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来の技術は、先に述べたように、高速のスタテックR
AM用に開発された高利得帯域幅をもつ縦型NPNバイ
ポーラトランジスタと短チャンネルの0MOSトランジ
スタを組み合わせたものであったり、あるいは演算増幅
器やアナログ回路用の比較的低い利得帯域幅をもつ、縦
型のPNP及びNPN トランジスタと0MOSトラン
ジスタを集積化したものである。
As mentioned above, the conventional technology is a high-speed static R
A combination of a vertical NPN bipolar transistor with a high gain bandwidth developed for AM and a short channel 0MOS transistor, or a vertical NPN bipolar transistor with a relatively low gain bandwidth for operational amplifiers and analog circuits. This is an integrated version of PNP and NPN transistors and 0MOS transistors.

ところで、高速で動作するセンサー、例えば高速カメラ
等の周辺回路においては、その高速性能を十分引き出す
ために、どのようなレヘルの入力信号も高速で処理する
性能が要求され、したがって高速センサーの周辺回路に
は、利得帯域幅カ月GHzを越え、IOV以上の比較的
高い耐圧をもち、且つニー電流の高い縦型PNP トラ
ンジスタと従来の高速縦型NPN トランジスタを含む
バイポーラ・CMOS半導体装置が必要不可欠となって
いる。
By the way, peripheral circuits for sensors that operate at high speeds, such as high-speed cameras, require performance that can process input signals of any level at high speed in order to fully utilize their high-speed performance. For this purpose, bipolar CMOS semiconductor devices including vertical PNP transistors and conventional high-speed vertical NPN transistors, which have a gain bandwidth exceeding 1 GHz, a relatively high breakdown voltage exceeding IOV, and a high knee current, are indispensable. ing.

しかしながら、従来の縦型PNP トランジスタを含む
半導体装置では、このような高速センサーの周辺回路に
対応できる特性をもつものは得られないという問題点が
あった。
However, conventional semiconductor devices including vertical PNP transistors have a problem in that they cannot have characteristics compatible with peripheral circuits of such high-speed sensors.

そして上記のように高い利得帯域幅をもつ縦型PNPト
ランジスタを含むバイポーラ・CMOS半導体装置を同
一基板上に形成するには、次に示すような技術、すなわ
ち、 (1)  シャローなエピタキシャル領域に高濃度のp
1埋込層を形成する技術 (2)シャo −すP N 2重拡散トランジスタを、
同じくシャローなNPNトランジスタのNP2重拡散及
びCMOSトランジスタのソース・ドレイン接合と同時
に高精度で形成する技術が必要である。
In order to form a bipolar CMOS semiconductor device including a vertical PNP transistor with a high gain bandwidth on the same substrate as described above, the following techniques are used: (1) High gain in a shallow epitaxial region concentration p
Technique for forming one buried layer (2) Forming a shallow P N double diffusion transistor,
Similarly, a technique is required to simultaneously form the NP double diffusion of a shallow NPN transistor and the source/drain junction of a CMOS transistor with high precision.

本発明は、従来のバイポーラ・CMOS半導体装置にお
ける上記問題点を解決するためになされたもので、高い
利得帯域幅を得るための上記技jネjを解決し、高利得
帯域幅と高い耐圧をもち且つニー電流の高い高速縦型P
NP トランジスタを含むバイポーラ・CMOS半導体
装置を提供することを目的とする。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems in conventional bipolar CMOS semiconductor devices. High-speed vertical type P with high stickiness and high knee current
An object of the present invention is to provide a bipolar CMOS semiconductor device including an NP transistor.

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記問題点を解
決するため、本発明は、低いドーピングレベルの少なく
とも2回に分けて成長さセタエヒタキシャル成長層を形
成した、該エピタキシャル成長層とは異なるタイプの低
いドーピングレベルを有する単一のモノリシック半導体
基板上に、複数の回路構成素子を構成した半導体装置に
おいて、少なくとも高いドーピングレベルを有する埋込
p型コレクタ層をもつ分離された縦型PNPトランジス
タと、縦型NPNトランジスタと、横型PNPトランジ
スタと、横型N−MOSトランジスタと、横型P−MO
Sトランジスタとを基板上に一体的に構成するものであ
る。
[Means and effects for solving the problem] In order to solve the above problems, the present invention provides a seta-epitaxially grown layer that is grown in at least two steps with a low doping level, and is different from the epitaxially grown layer. A semiconductor device comprising a plurality of circuit components on a single monolithic semiconductor substrate with a low doping level of the type, comprising a separated vertical PNP transistor with a buried p-type collector layer with at least a high doping level; , vertical NPN transistor, horizontal PNP transistor, horizontal N-MOS transistor, horizontal P-MO
The S transistor is integrally formed on the substrate.

また本願バイポーラ・CMOS半導体装置の製造方法は
、基板と第1エピタキシャル層との間にSbをドープし
て高濃度拡散層を形成する工程と、第1及び第2エピタ
キシャル層間にボロンをドープしてコレクタ埋込層を形
成する工程と、第2エピタキシャル層の上部よりN−M
OS トランジスタのウェル拡散層と同一のボロンをド
ーピングしてウェル拡散層を形成する工程とを有し、熱
処理により前記コレクタ埋込層とウェル拡散層を上方及
び下方から同時に引き伸ばして接触させ、コレクタ低濃
度層を1〜2 X1016cm−’になるようにし、コ
レクタ・エミッタ間耐圧を12V以上、コレクタ埋込層
のシート抵抗を100〜50007口とした縦型PNP
トランジスタが得られるようにして、バイポーラ・CM
OS半導体装置を製造するものである。
Further, the method for manufacturing a bipolar CMOS semiconductor device of the present invention includes a step of doping Sb between the substrate and the first epitaxial layer to form a highly concentrated diffusion layer, and a step of doping boron between the first and second epitaxial layers. Steps of forming a collector buried layer and N-M from the top of the second epitaxial layer.
The process includes doping the same boron as the well diffusion layer of the OS transistor to form a well diffusion layer, and by heat treatment, the collector buried layer and the well diffusion layer are simultaneously stretched from above and below to make contact, and the collector low A vertical PNP with a concentration layer of 1 to 2 x 1016 cm-', a collector-emitter breakdown voltage of 12 V or more, and a collector-buried layer sheet resistance of 100 to 50,007 mm.
Bipolar CM so that transistors can be obtained
It manufactures OS semiconductor devices.

これにより、少なくとも2回に分けて成長されたシャロ
ーなエピタキシャル層中に低抵抗のp型コレクタを有す
る縦型PNPトランジスタが形成されるため、CE耐圧
が高(利得帯域幅の大なる縦型PNP トランジスタが
得られる。したがってアナログ回路に好適な相補的な特
性を持つ高速高性能の縦型NPNトランジスタ及び縦型
PNP トランジスタと、横型PNPトランジスタと、
デジタル回路に好適なCMOSトランジスタとを一体的
に構成したバイポーラ・CMOS半導体装置及びその製
造方法を提供することができる。
As a result, a vertical PNP transistor with a low-resistance p-type collector is formed in the shallow epitaxial layer grown at least twice, resulting in a high CE breakdown voltage (a vertical PNP transistor with a large gain bandwidth). Therefore, high-speed, high-performance vertical NPN transistors and vertical PNP transistors, and horizontal PNP transistors having complementary characteristics suitable for analog circuits are obtained.
It is possible to provide a bipolar CMOS semiconductor device integrally configured with a CMOS transistor suitable for a digital circuit, and a method for manufacturing the same.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例について説明する。第1図は、本発明に係
るバイポーラ・CMOS半導体装置の一実施例を示す断
面図で、第2図〜第7図は、その製造方法を示す工程図
である。次に第2図〜第7図に基づいて本発明の実施例
の製造工程について説明する。まず第2図に示すように
、ボロンをドープした2〜20Ω・国の抵抗率のp−型
単結晶シリコン基板lに、約1μmの厚い酸化膜2を形
成し、通常のフォトリソグラフィー技術で選択的に酸化
膜2をエツチングし、次いでSbによる熱拡散を行って
、ρs =10〜20Ωのn゛埋込層3を、縦型NPN
 トランジスタ及びPNPトランジスタ領域、横型PN
P トランジスタ領域、並びにP−MOSトランジスタ
領域にそれぞれ形成する。なお基板方位は規定されない
Examples will be described below. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a bipolar CMOS semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 2 to 7 are process diagrams showing a method for manufacturing the same. Next, the manufacturing process of the embodiment of the present invention will be explained based on FIGS. 2 to 7. First, as shown in Figure 2, a thick oxide film 2 of about 1 μm is formed on a p-type single crystal silicon substrate 1 doped with boron and having a resistivity of 2 to 20 Ω, and then selected using normal photolithography technology. The oxide film 2 is etched, and then thermal diffusion is performed using Sb to form a vertical NPN buried layer 3 with ρs = 10 to 20Ω.
Transistor and PNP transistor area, horizontal PN
They are formed in the P transistor region and the P-MOS transistor region. Note that the substrate orientation is not specified.

次にエピタキシャル成長を行うわけであるが、このエピ
タキシャル領域は縦型NPN トランジスタのCE耐圧
とトランジション周波数f、を決定する重要なデバイス
定数である。CB耐圧を15V以上で、f、を1GHz
以上確保し、微細なエミッタザイズで十分低いコレクタ
抵抗を保証するには、エピタキシャル層厚は2.5〜5
.5の範囲で形成し、このエピタキシャル層中に縦型P
NP トランジスタのp゛埋込層を、500Ω/□以下
の低いシート抵抗で形成する必要がある。このシャロー
なエピタキシャル層中に縦型PNP トランジスタの低
抵抗p3埋込層を形成するには、エピタキシャル領域は
2層技術を用いて形成する必要がある。
Next, epitaxial growth is performed, and this epitaxial region is an important device constant that determines the CE breakdown voltage and transition frequency f of the vertical NPN transistor. CB breakdown voltage is 15V or more, f is 1GHz
In order to ensure the above and to guarantee a sufficiently low collector resistance with a fine emitter size, the epitaxial layer thickness is 2.5 to 5.
.. 5, and vertical P is formed in this epitaxial layer.
It is necessary to form the p-buried layer of the NP transistor with a low sheet resistance of 500Ω/□ or less. In order to form a low resistance p3 buried layer of a vertical PNP transistor in this shallow epitaxial layer, the epitaxial region must be formed using a two-layer technique.

この理由は、高濃度のn゛拡散層中のp1不純物(ボロ
ン)の拡散定数が、低濃度Si中に比べ約1桁落ちる(
R,B Fair  Concentration P
rofilesof Diffused Dopant
s in 5ilicon″ in F、 F、 Y。
The reason for this is that the diffusion constant of the p1 impurity (boron) in the high concentration n diffusion layer is approximately one order of magnitude lower than that in the low concentration Si (
R, B Fair Concentration P
rofilesof Diffused Dopant
s in 5ilicon'' in F, F, Y.

Wang+  Ed、+  Impurity  Do
ping  Processes  1nSt!1co
n、  North−11o11and、   New
  York+   1981Chapter 7参照
)現象により、Sb又は八Sをドープしたn゛拡散層3
との2重拡散によるp゛埋込層の形成が不可能なためで
ある。
Wang + Ed, + Impurity Do
Ping Processes 1nSt! 1co
n, North-11o11and, New
York + 1981 Chapter 7) phenomenon, the n゛ diffusion layer 3 doped with Sb or 8S
This is because it is impossible to form a p-buried layer by double diffusion with.

そこでまず第3図に示すように、第1回目のエピタキシ
ャル成長を行い、第1エピタキシャル層4を形成する。
First, as shown in FIG. 3, a first epitaxial growth is performed to form a first epitaxial layer 4.

そして通常のフォトリソグラフィー技術とイオンプラン
テーション技術を用いて、高濃度p9埋込層5 (20
0〜IKΩ/□)と素子間分離用の低濃度p+埋込層6
 (500〜5にΩ/[l)とをボロンのイオン注入に
より形成する。この2つの埋込層は一緒にしても構わな
いし、また耐ランチアンプ性向上のため、N−MOS 
トランジスタのウェル部にも作成する方がよりよい。
Then, using ordinary photolithography technology and ion plantation technology, a high concentration p9 buried layer 5 (20
0 to IKΩ/□) and low concentration p+ buried layer 6 for isolation between elements
(500 to 5 Ω/[l) is formed by boron ion implantation. These two buried layers may be used together, and in order to improve the launch amplifier resistance, N-MOS
It is better to create it also in the well part of the transistor.

なお前記第1エピタキシャル層4は、Pl;tSbをド
ーパントとし、縦型NPN トランジスタの88間バン
チスルー耐圧を20V以上にするため、0.5x l 
Q I 6〜3 ×1016.、−3の高濃度で、 1
.0〜2.0μmの範囲内で形成する。この厚さは、完
成状態でp゛埋込層6と基板lのp型不純物領域とつな
がることと、高濃度p゛埋込層5とn゛埋込層3とがI
QII+、−1以上の高濃度で接触しないように最適化
する必要がある。
The first epitaxial layer 4 contains Pl;tSb as a dopant, and has a thickness of 0.5x l in order to increase the bunch-through voltage of the vertical NPN transistor to 20V or higher.
Q I 6-3 ×1016. , at a high concentration of -3, 1
.. It is formed within the range of 0 to 2.0 μm. This thickness is determined so that the p-buried layer 6 is connected to the p-type impurity region of the substrate l in the completed state, and that the high concentration p-buried layer 5 and the n-buried layer 3 are connected to the p-type impurity region of the substrate l.
It is necessary to optimize to avoid contact at a high concentration of QII+, -1 or higher.

次にイオン注入に起因するダメージ層の回復を目的とし
た熱処理を行ったのち、第4図に示すように、2回目の
エピタキシャル成長を行い、第2エピタキシヤルN7を
形成する。この第2エピタキシャル層7は、2〜]、0
XlO”cm−’の濃度で、1.5〜3.5μmの厚さ
に形成される。この第2エピタキシャル層7は、縦型P
NP トランジスタのコレクタ抵抗を低減して、1GH
z以上の高速性を確保すると共に寄生サイリスタ動作を
抑えるための必須の技術であり、またこのエピタキシャ
ル層7の厚さ及び濃度は、5つの構成要素の性能を最適
化するように注意深く設定する必要がある。
Next, after a heat treatment is performed for the purpose of recovering the damaged layer caused by the ion implantation, a second epitaxial growth is performed to form a second epitaxial layer N7, as shown in FIG. This second epitaxial layer 7 is composed of 2~], 0
The second epitaxial layer 7 is formed to have a thickness of 1.5 to 3.5 μm with a concentration of
1GH by reducing collector resistance of NP transistor
This is an essential technology to ensure high-speed performance exceeding z and to suppress parasitic thyristor operation, and the thickness and concentration of this epitaxial layer 7 must be carefully set to optimize the performance of the five components. There is.

第8図に、第2エピタキシャル層7の厚さをパラメータ
とした場合の、CE、耐圧と(T″ax、及び縦型PN
P トランジスタのB−N端子のパンチスルー耐圧の変
化を示す。この図かられかるように厚さを大にするとC
E、耐圧が上昇するが、f、””、B−N耐圧が低下す
る。第2エピタキシャル層7の厚さの最適値は2.5〜
3.0μmであり、可変範囲は1゜5〜3.5μmであ
る。
FIG. 8 shows CE, breakdown voltage, (T″ax, and vertical PN
It shows the change in the punch-through breakdown voltage of the B-N terminal of the P transistor. As you can see from this figure, if you increase the thickness, C
E, breakdown voltage increases, but f, ``'', BN breakdown voltage decreases. The optimal value of the thickness of the second epitaxial layer 7 is 2.5~
3.0 μm, and the variable range is 1°5 to 3.5 μm.

前述の2回積層の第1.第2エピタキシャル層4.7は
、M2S部のpウェル下に埋め込むp゛層とP−MOS
トランジスタのnウェル下に配置するn゛埋込層を高濃
度で接触させない重要な技術である。すなわちn゛埋込
層とp゛埋込層を形成する面が、第1エピタキシャル層
4を介して同一でないため、互いにピーク高濃度層の接
触を避けることが可能となる。これによりp′埋込層の
総電荷量をQF ”:i 5 X IQ” 〜l X 
1914cm−2まで高濃度化しても、ウェル間耐圧が
IOV以上を確保できる。これにより従来よりランチア
ンプ耐性を理論上1桁上げることが可能となる。
The first layer of the two-layer stack described above. The second epitaxial layer 4.7 includes a p layer buried under the p well of the M2S portion and a P-MOS.
This is an important technique that prevents the n-buried layer placed under the n-well of the transistor from coming into contact with a high concentration. That is, since the surfaces on which the n' buried layer and the p' buried layer are formed are not the same with the first epitaxial layer 4 in between, it is possible to avoid contact of the peak high concentration layers with each other. As a result, the total amount of charge in the p' buried layer is QF '': i 5 X IQ'' ~ l
Even when the concentration is increased to 1914 cm −2 , the interwell breakdown voltage can be maintained at IOV or higher. This makes it possible to theoretically increase the launch amplifier resistance by one order of magnitude compared to the conventional one.

第2エピタキシャル層7を形成したのち、同じく通常の
フォトリソグラフィー技術とイオンプランテーション技
術を用いて、n型コレクタ電極部8、 1)型ウェル拡
散層9.n型ウェル拡散層10をイオン注入により形成
する。n型ウェル拡散層10は、P−MOSI−ランジ
スタのnウェル領域、縦型NPN トランジスタのフィ
ールドチャンネルストッパ用、縦型PNP トランジス
タの分離部のフィールドチャンネルストッパ用、横型P
NP トランジスタのベース領域として使用される。そ
して縦型NPNトランジスタにおいては、フィールドの
MOSのVthを15V以上確保し、且つ十分高いCB
間ジブレークダウン耐圧確保するため、ベース領域から
2〜5μm離して、2〜4μm幅で形成する。また縦型
PNP トランジスタにおいては、(、−3UB間耐圧
を15V以上確保するため2〜5μmで形成する。また
横型PNP トランジスタにおいては、ベース幅2〜4
μmとしCE間耐圧を1.5V以上確保し、且つ50V
以上のアーリ電圧を確保するため、上記n型ウェル拡散
層10が必要となる。
After forming the second epitaxial layer 7, the n-type collector electrode portion 8, 1) type well diffusion layer 9. An n-type well diffusion layer 10 is formed by ion implantation. The n-type well diffusion layer 10 is used for an n-well region of a P-MOSI transistor, for a field channel stopper of a vertical NPN transistor, for a field channel stopper of an isolation part of a vertical PNP transistor, and for a field channel stopper of a vertical PNP transistor.
Used as the base region of NP transistor. In the vertical NPN transistor, the Vth of the field MOS must be secured to 15V or more, and the CB must be sufficiently high.
In order to ensure a high breakdown voltage, it is formed at a distance of 2 to 5 μm from the base region and with a width of 2 to 4 μm. In addition, in vertical PNP transistors, the base width is 2 to 5 μm in order to ensure a breakdown voltage of 15 V or more between -3UB and 2 to 4 μm in width.
μm and ensure a CE breakdown voltage of 1.5V or more, and 50V
In order to secure the above early voltage, the n-type well diffusion layer 10 is required.

また、上記n型ウェル拡散層9は、N−MOSトランジ
スタのnウェル領域と共に縦型PNPトランジスタのコ
レクタ低濃度領域に使用する。
Further, the n-type well diffusion layer 9 is used in the collector low concentration region of the vertical PNP transistor as well as the n-well region of the N-MOS transistor.

上記n型コレクタ電極部8.n型ウェル拡散層9、n型
ウェル拡散層10に対するイオン注入の条件は、次の引
き伸ばし工程と合わせて、次に示しデバイス側からの要
求を満たす必要がある。すなわち、■n型ウェル拡散層
10及びn型ウェル拡散層9の拡散距離Xjは、第2エ
ピタキシャル層7の厚さの1/2であること、■n型コ
レクタ電極部8の拡散深さXjは、第2エピタキシャル
層の厚さ以上であること、■n型ウェル拡散層10及び
n型ウェル拡散層9の表面濃度は3〜7 X1016c
m−’であること、が必要である。この値は、縦型PN
Pトランジスタの耐圧、ニー電流、N−MOS及びP−
MOSトランジスタのソース・ドレイン耐圧、縦型NP
N トランジスタ及び縦型PNP トランジスタのアイ
ソレーション耐圧、横型PNP トランジスタのCE耐
圧の全ての要求を満足させる重要なパラメータである。
Said n-type collector electrode section 8. The conditions for ion implantation into the n-type well diffusion layer 9 and the n-type well diffusion layer 10, together with the following stretching process, must satisfy the following requirements from the device side. That is, ■ the diffusion distance Xj of the n-type well diffusion layer 10 and the n-type well diffusion layer 9 is 1/2 of the thickness of the second epitaxial layer 7, and ■ the diffusion depth Xj of the n-type collector electrode section 8. is greater than or equal to the thickness of the second epitaxial layer; ■The surface concentration of the n-type well diffusion layer 10 and the n-type well diffusion layer 9 is 3 to 7×1016c.
It is necessary that m-'. This value is for vertical PN
P transistor breakdown voltage, knee current, N-MOS and P-
Source/drain breakdown voltage of MOS transistor, vertical NP
This is an important parameter that satisfies all the requirements of the isolation breakdown voltage of N transistors and vertical PNP transistors, and the CE breakdown voltage of horizontal PNP transistors.

例えば、N−MOS トランジスタのnウェル領域等を
形成するn型ウェル拡散層9の表面濃度を3〜7×10
16CI11−3とし、月つこの拡散層のx4を1.0
〜1.5μmの範囲に設定し、第2エピタキシャル層7
の厚さを1.5〜3.5μmに設定することにより、p
゛埋込層5及び6と、5XIO”〜2×10”cm−”
の範囲で接触さセるようにし、これにより縦型PNP 
トランジスタのCE耐圧が12V以上、[1がIGII
z以上可能となる。
For example, the surface concentration of the n-type well diffusion layer 9 forming the n-well region of an N-MOS transistor is set to 3 to 7×10
16CI11-3, and x4 of the moontsuko diffusion layer is 1.0.
The second epitaxial layer 7 is set to a range of ~1.5 μm.
By setting the thickness of p to 1.5 to 3.5 μm, p
゛Buried layers 5 and 6 and 5XIO"~2x10"cm-"
The vertical PNP
The CE breakdown voltage of the transistor is 12V or more, [1 is IGII]
z or more is possible.

次に第5図に示すように、十分な熱処理を行ってウェル
領域の引き伸ばし拡散を行う。次いでアイソレーション
領域にボロンをイオン注入してチャネルストッパ層11
を形成する。なおこのチャネルストッパ層11は、縦型
PNPI−ランジスタのベース−n“引き上げ部及びN
−MOS トランジスタのチャネルリーク防止にも使用
されている。
Next, as shown in FIG. 5, sufficient heat treatment is performed to stretch and diffuse the well region. Next, boron ions are implanted into the isolation region to form the channel stopper layer 11.
form. Note that this channel stopper layer 11 covers the base-n" raised portion of the vertical PNPI transistor and the N
- Also used to prevent channel leakage of MOS transistors.

次に第6図に示すように、通常のSi3Nm膜をマスク
とした選択酸化方式により、活性層及び電極取り出し部
を残して選択酸化する。続いてn型拡散層12を縦型N
PNトランジスタのベース領域と横型PNr’ トラン
ジスタのコレクタ領域にイオン注入により形成する。次
いでn型拡散層13を縦型PNP トランジスタのベー
ス領域にイオン注入により形成する。この2種類の拡散
層12.13は、バイポーラトランジスタの電流増幅率
hFEの制御を容易にし、且つ高性能化を図るために、
エネルギドーズ量共に別々の独立したイオン打ち込みに
より形成する。
Next, as shown in FIG. 6, selective oxidation is performed using a conventional Si3Nm film as a mask, leaving the active layer and the electrode lead-out portions. Next, the n-type diffusion layer 12 is formed into a vertical type N
The base region of the PN transistor and the collector region of the lateral PNr' transistor are formed by ion implantation. Next, an n-type diffusion layer 13 is formed in the base region of the vertical PNP transistor by ion implantation. These two types of diffusion layers 12 and 13 are designed to facilitate control of the current amplification factor hFE of the bipolar transistor and to improve performance.
They are formed by separate and independent ion implantation with different energy doses.

次に第7図に示すように、全面に200〜300人の薄
いゲート酸化膜14を形成し、その後直らに減圧CVD
法によって多結晶シリコンを積層する。次いで多結晶シ
リコンにP又はAsを拡散し、通常のフォトリソグラフ
ィーを用いてゲート電極15を形成する。なおポリシリ
コンゲート電極の厚さは400〜500n111で、ρ
、は30〜50Ω/□以下にするのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 7, a thin gate oxide film 14 of 200 to 300 layers is formed on the entire surface, and then immediately subjected to low pressure CVD.
Polycrystalline silicon is laminated by a method. Next, P or As is diffused into the polycrystalline silicon, and a gate electrode 15 is formed using normal photolithography. The thickness of the polysilicon gate electrode is 400 to 500n111, and ρ
, is preferably 30 to 50Ω/□ or less.

次にマスク枚数及び工程数を低減するために、縦型PN
P トランジスタのエミッタ16とコレクタ引き上げ電
極17.縦型NPN トランジスタの外部ベース18.
 横型p N P トランジスタのエミッタ19と外部
コレクタ20.21.  P−MOS トランジスタの
ソース・ドレイン部22及び基板引き」二げ電極を兼ね
て形成するシャローなp゛拡散層を設け、また縦型NP
N トランジスタのエミッタ23とコレクタ引き上げ電
極24.縦型PNPトランジスタの外部ベース25とN
端子引き上げ電極26.横型PNPトランジスタの外部
ベース電極27.及びN−MOSトランジスタのソース
・ドレイン部28を兼ねて形成するシャローなn゛拡散
層を設ける。
Next, in order to reduce the number of masks and the number of steps, vertical PN
P transistor emitter 16 and collector raising electrode 17. External base of vertical NPN transistor 18.
Emitter 19 and external collector 20.21 of the lateral pNP transistor. A shallow P diffusion layer is provided which also serves as the source/drain part 22 of the P-MOS transistor and the lower electrode of the substrate, and a vertical NP diffusion layer is provided.
N transistor emitter 23 and collector raising electrode 24. External base 25 and N of vertical PNP transistor
Terminal lifting electrode 26. External base electrode 27 of lateral PNP transistor. Also, a shallow n' diffusion layer is provided which also serves as the source/drain part 28 of the N-MOS transistor.

シャローなp1拡散層は、BFz”を用いて、30〜5
QkeV、  3〜1(IXIO”cm−’のイオン注
入で形成し、シャローなn゛拡散層は、As’を用いて
、100−180keV 、  3−10XIO”cm
−”のイオン注入で形成する。次いで欠陥を除去し活性
化させるための熱処理を行い、CVD法によって酸化膜
(通常はBPSG又はpscを用いる)を形成し、通常
のフォトリソグラフィーでコンタクトホールを開ける。
The shallow p1 diffusion layer is made using BFz”, 30~5
QkeV, 3-1 (IXIO"cm-' ion implantation, shallow n' diffusion layer is formed using As', 100-180keV, 3-10XIO"cm)
-" is formed by ion implantation. Next, a heat treatment is performed to remove defects and activate it, and an oxide film (usually using BPSG or PSC) is formed by CVD method, and a contact hole is opened by normal photolithography. .

次いで電極材料であるA1又はSiを含んだAI。Next, the electrode material A1 or AI containing Si.

好ましくは1%のSiを含んだ八1をスパッタ法や真空
蒸着法で電極を形成し、次いでパターンを形成すること
により第1図に示す本発明に係るバイポーラ・CMOS
半導体装置が得られる。
The bipolar CMOS according to the present invention as shown in FIG.
A semiconductor device is obtained.

以上述べたように、本発明による製造方法は、極めて多
彩な構成素子を高性能番こ作成できるにも拘わらず、個
々の工程はフォトリソグラフィーとイオンプランテーシ
ョンを主体とした極めて単純でオーツドックスな方法で
あり、原価の低減に極めて有効なものである。
As described above, although the manufacturing method according to the present invention can produce a high-performance plate with an extremely wide variety of components, each individual process is an extremely simple and conventional method that mainly uses photolithography and ion plantation. This is extremely effective in reducing costs.

そして以上の製法における縦型NPN トランジスタに
おいては、エミッタベース拡散層形成条件として、界面
においてさまざな問題点のあるポリシリコンエミッタを
使用せず、これを補うためエミッタのイオン注入時のエ
ネルギーを100〜180ke■と大きくし、エミッタ
のXjを0.2μm以上確保して電極耐熱性を向上させ
ている。またベースを形成するイオン注入におけるエネ
ルギーも、通常のシャロー化NPN トランジスタと異
なり、40〜7Gke Vという比較的高エネルギーが
用いられる。
In the vertical NPN transistor manufactured by the above manufacturing method, as a condition for forming an emitter base diffusion layer, a polysilicon emitter, which has various problems at the interface, is not used, and in order to compensate for this, the energy during emitter ion implantation is The electrode is made large to 180 ke■, and the emitter Xj is ensured to be 0.2 μm or more to improve the electrode heat resistance. Also, the energy used in ion implantation to form the base is different from that of ordinary shallow NPN transistors, and a relatively high energy of 40 to 7 Gke V is used.

また縦型PNPトランジスタにおいては、エミッタベー
ス拡散層形成条件として、エミッタのシャロー化のため
にボロンをB F 2の形態で、30〜50ke Vで
形成してx7−0.3μmを達成している。
In addition, in vertical PNP transistors, as conditions for forming an emitter base diffusion layer, boron is formed in the form of B F 2 at 30 to 50 ke V to make the emitter shallow, achieving x7-0.3 μm. .

またベース形成のイオン注入条件もこれに合わ一ロてベ
ースのシャロー化のために、リンを120〜180ke
Vの高エネルギーでイオン注入している。
In addition, the ion implantation conditions for base formation are consistent with these, and in order to make the base shallower, phosphorus is added at 120 to 180 ke.
Ions are implanted with high energy of V.

また横型PNP トランジスタにおいては、エミッタへ
の注入効果を上げるためできるだけ高濃度な層を形成す
るのに、P−MOSトランジスタのソース・ドレイン層
を形成するp゛拡散層を用い、且つコレクター領域には
キャリアーの捕獲効率を上げるため、縦型NPN トラ
ンジスタのベース領域を形成するp型拡散層を用いてい
る。
In addition, in lateral PNP transistors, in order to increase the injection effect into the emitter, a p diffusion layer, which forms the source and drain layers of a P-MOS transistor, is used to form a layer with as high a concentration as possible, and in the collector region. In order to increase carrier capture efficiency, a p-type diffusion layer is used to form the base region of the vertical NPN transistor.

またアイソレーションは、低濃度p1埋込層6とpウェ
ル拡散層9とチャネルストッパ層11の3層重ねで構成
され、且つ基板引き上げ部は高濃度p゛埋込層が用いら
れている。
Further, the isolation is composed of a three-layer stack of a low concentration p1 buried layer 6, a p well diffusion layer 9, and a channel stopper layer 11, and a high concentration p1 buried layer is used for the substrate pulling part.

以上のように構成された各構成素子の深さ方向に対する
不純物濃度分布を示す不純物プロファイルを第9図に示
す。八は縦型PNP トランジスタ、■)は縦型NPN
 トランジスタ、(C1は横型N−MOSトランジスタ
、fD)は横型P−MOSトランジスタの不純物プロフ
ァイルであり、符号は第1図に同一符号で示した部分に
おける濃度を示している。
FIG. 9 shows an impurity profile showing the impurity concentration distribution in the depth direction of each component configured as described above. 8 is a vertical PNP transistor, ■) is a vertical NPN
In the transistor, (C1 is a lateral N-MOS transistor, fD) is an impurity profile of a lateral P-MOS transistor, and the symbols indicate the concentrations in the portions indicated by the same symbols in FIG.

次に以上のように得られたバイポーラ・CMO8半導体
装置における各構成素子において実現されたデバイス性
能を下記に示す。
Next, the device performance achieved in each component of the bipolar CMO8 semiconductor device obtained as described above will be shown below.

(1)縦型PNPトランジスタにおいては、従来にない
高速性と高い利得と高いニー電流をもつ、縦型NPN 
トランジスタと相補的なデバイスが得られた。すなわち 利得帯域幅:最大1.0〜1.5 GHz (特に低電
流0.1mAで0.8Gllz以上)電流利得 :50
〜100 ニー電流 : 5mA以上(エミッタサイズ4μmX1
0μm) CE間耐圧=12V以上 (2)N型NPN トランジスタにおいては、ビデオ帯
域を含むアナログ回路に必要な十分な利得帯域幅をもち
、且つ素子サイズの小さなデバイスが得られた。
(1) Vertical PNP transistors have unprecedented high speed, high gain, and high knee current.
A device complementary to the transistor was obtained. That is, gain bandwidth: maximum 1.0 to 1.5 GHz (especially at low current 0.1 mA, 0.8 Gllz or more) current gain: 50
~100 Knee current: 5mA or more (emitter size 4μm x 1
(0 μm) CE-to-CE breakdown voltage = 12 V or more (2) In the N-type NPN transistor, a device with a sufficient gain bandwidth necessary for analog circuits including a video band and a small element size was obtained.

利得帯域幅:最大3.0〜5.0 GHz (特に低電
流0.1mAで]、5CIlz以上)電流利得 :10
0〜200 ニー電流 : 5mA以上(エミッタサイズ2μm X
 5μm) CE間耐圧:12v以上 横型PNP トランジスタにおいては、エピタキシャル
領域に蓄積されるホールによる利得帯域幅の低いデバイ
スが得られる。これにより回路的に遅延回路等の特殊な
用途に使用できる。
Gain bandwidth: max. 3.0-5.0 GHz (especially at low current 0.1 mA], 5 CIlz or more) Current gain: 10
0~200 Knee current: 5mA or more (emitter size 2μm
5 μm) CE breakdown voltage: 12 V or more In a lateral PNP transistor, a device with a low gain bandwidth due to holes accumulated in the epitaxial region can be obtained. This allows the circuit to be used for special purposes such as delay circuits.

またベース幅のレイアウトによる簡単な変更により、C
E間耐圧を大きくできる。
Also, by simply changing the base width layout, C
The withstand voltage between E can be increased.

利得帯域幅: 20〜50 M llz電流利得 =2
0〜50 CE間耐圧:20■以上 +41  N−MOSトランジスタにおいては、マイク
ロプロセッサとのインターフェース回路に好適な特性が
得られた。
Gain Bandwidth: 20-50 Mllz Current Gain = 2
Breakdown voltage between 0 and 50 CE: 20■ or more +41 In the N-MOS transistor, characteristics suitable for an interface circuit with a microprocessor were obtained.

飽和時相互コンダクタンス:50〜65s/mSD耐圧
:12■以上 (51P−MOSトランジスタにおいては、上記NMO
Sトランジスタと合わせて相補回路を組むのに十分な特
性が得られた。
Mutual conductance at saturation: 50 to 65 s/mSD withstand voltage: 12■ or more (in the 51P-MOS transistor, the above NMO
Sufficient characteristics were obtained to form a complementary circuit with the S transistor.

飽和時相圧コンダクタンスー20〜35s/mSD耐圧
=12v以上 以上、各構成素子のもつ特性は、映像信号の処理を中心
としたアナログデータ処理を行うバイポーラ・CMOS
回路に最適なものである。特に高い利得帯域幅、電流利
得、ニー電流が縦型PNPトランジスタで得られること
により、PNP トランジスタによる差動増幅器やPC
I−回路、また従来にない高速性と高精度を合わせもつ
相補的な回路構成が可能となる。
Saturation phase pressure conductance: 20 to 35 s/m SD withstand voltage = 12 V or more, characteristics of each component are bipolar CMOS that performs analog data processing centered on video signal processing.
It is the most suitable for the circuit. Particularly high gain bandwidth, current gain, and knee current can be obtained with vertical PNP transistors, making them ideal for differential amplifiers and PCs using PNP transistors.
I-circuits and complementary circuit configurations that combine unprecedented high speed and high accuracy are possible.

上記第1図に示した実施例においては、素子耐圧を上げ
且つ素子の寄生容量を丁げるため、高濃度拡散層を接触
させないようにしたものを示したが、低耐圧で且つ高集
積化を目的とする場合には、n゛埋込層3とp゛埋込層
6とを接触させて作ることも可能である。この場合、合
わせ精度の問題から、約2〜4μmの素子サイズの縮小
が図られる。またこの際は、縦型NPN トランジスタ
におけるnウェル拡散層10は、活性層全体に配置する
方が効果的である。但しCB耐圧、cB耐圧、CS面1
圧は共に1/2に低下し、且つetc、  CTSが2
〜5倍増加する。
In the embodiment shown in Fig. 1 above, in order to increase the element breakdown voltage and reduce the parasitic capacitance of the element, the highly concentrated diffusion layer was not brought into contact with the other. For this purpose, it is also possible to make the n-buried layer 3 and the p-buried layer 6 in contact with each other. In this case, due to problems with alignment accuracy, the element size is reduced by about 2 to 4 μm. Further, in this case, it is more effective to arrange the n-well diffusion layer 10 in the vertical NPN transistor over the entire active layer. However, CB withstand voltage, cB withstand voltage, CS surface 1
Both pressures decreased to 1/2, and etc., CTS decreased to 2
~5 times increase.

また第1図に示した実施例では、構成素子として能動素
子のみを形成したものを示したが、本発明に係るバイポ
ーラ・CMOS半導体装置には、抵抗、MOS容量、拡
散容量を同時に一体的に形成することも可能である。抵
抗の場合は、n型拡散抵抗、n型拡散抵抗、ポリシリコ
ン抵抗、n型ピンチ抵抗、p型ピンチ抵抗の6種類の抵
抗が得られ、また別の拡散層を追加して抵抗を形成する
こともできる。
Furthermore, although the embodiment shown in FIG. 1 shows an example in which only active elements are formed as constituent elements, the bipolar CMOS semiconductor device according to the present invention has a resistor, a MOS capacitor, and a diffusion capacitor integrated at the same time. It is also possible to form In the case of resistors, six types of resistors are available: n-type diffused resistor, n-type diffused resistor, polysilicon resistor, n-type pinch resistor, and p-type pinch resistor, and another diffusion layer is added to form the resistor. You can also do that.

第10図に、n型拡散抵抗を示す。抵抗値を決定するの
は拡散層12であり、縦型NPNトランジスタのベース
形成用拡散層と同一のものである。この拡散層による抵
抗値は1.5〜2.5にΩ/□である。これより低いシ
ート抵抗が必要な場合や、更に高精度で制御する必要が
ある場合は、別個の拡散抵抗を通常のフォトリソグラフ
ィーと拡散層を用いて作成することも可能である。なお
第10図で示した拡散抵抗の電極部はコンタクト抵抗を
低減するため、高濃度p゛拡散層18を利用する。
FIG. 10 shows an n-type diffused resistance. The diffusion layer 12 determines the resistance value, and is the same as the diffusion layer for forming the base of the vertical NPN transistor. The resistance value due to this diffusion layer is 1.5 to 2.5 Ω/□. If a lower sheet resistance is required or more precise control is required, a separate diffused resistor can be created using conventional photolithography and a diffused layer. Note that the electrode portion of the diffused resistor shown in FIG. 10 utilizes a high concentration p diffusion layer 18 in order to reduce contact resistance.

第11図は、同じく縦型NPN トランジスタのベース
領域を用いたピンチ高抵抗を示し、31はn゛拡散層で
ある。第12図は、縦型PNP トランジスタのベース
領域を形成するn拡散層13を利用したn型拡散抵抗を
示す。第13図は、選択酸化膜32−1:に形成された
ポリシリコン33を用いたポリシリコン抵抗を示し、第
14図は、MOSトランジスタを作成する時に自動的に
形成されるゲート電極用ポリシリコン34で構成される
MOS容量を示している。また第1図に示した半導体装
置においては、高濃度p゛埋込層5を用いて、高電流を
流せるp型抵抗を形成することもできる。
FIG. 11 similarly shows a pinch high resistance using the base region of a vertical NPN transistor, and 31 is an n diffusion layer. FIG. 12 shows an n-type diffused resistor using an n-diffused layer 13 forming the base region of a vertical PNP transistor. FIG. 13 shows a polysilicon resistor using polysilicon 33 formed on a selective oxide film 32-1, and FIG. 14 shows a polysilicon resistor using polysilicon for a gate electrode, which is automatically formed when creating a MOS transistor. 34 is shown. Furthermore, in the semiconductor device shown in FIG. 1, the heavily doped p-buried layer 5 can be used to form a p-type resistor through which a high current can flow.

また第1図に示した実施例においては、製造時のマスク
枚数を低減するため、バイポーラトランジスタのエミッ
タ拡散層を、MOSトランジスタのソース・ドレインと
同一拡散層で形成したものを示した。しかしバイポーラ
トランジスタの電流増幅率hFEの制御や、ベース領域
のシャロー化を、より進めるために、MOSトランジス
タとは別の拡散層で形成したり、あるいはエミッタ部の
パソシヘーションCvD膜(通常はBPSGやPSG)
に開口部を先に形成してから、セルファライン的にエミ
ッタ部にn”拡散層を形成したり、またはポリシリコン
を電極として用い、そのポリシリコン中からの同相拡散
によりシャローな接合を得る方法なども適用可能である
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, in order to reduce the number of masks during manufacturing, the emitter diffusion layer of the bipolar transistor is formed of the same diffusion layer as the source and drain of the MOS transistor. However, in order to control the current amplification factor hFE of the bipolar transistor and to make the base region shallower, it is necessary to form the bipolar transistor with a diffusion layer separate from that of the MOS transistor, or with a passivation CvD film (usually BPSG or PSG) in the emitter region. )
A method of forming an opening first and then forming an n'' diffusion layer in the emitter section in a self-aligned manner, or using polysilicon as an electrode and obtaining a shallow junction by in-phase diffusion from within the polysilicon. etc. are also applicable.

また電極構造に関しては、簡単なAI又はSiを含むA
1電極を使用したものを示したが、電極の耐熱性の向上
や特にエミッタ抵抗の低減を考慮して、PtSiやTi
Si等の高融点金属によるシリサイド化、及びTiN、
TiW、W等の高融点金属あるいは合金によるバリアメ
タルの使用も可能である。
Regarding the electrode structure, simple AI or A containing Si
Although the one using one electrode is shown, in consideration of improving the heat resistance of the electrode and especially reducing the emitter resistance, PtSi or Ti is used.
Silicidation with high melting point metals such as Si, and TiN,
It is also possible to use a barrier metal made of a high melting point metal such as TiW or W or an alloy.

以−ヒのとおり、本発明によれば、利得帯域幅IG 1
17以上で且つ縦型NPNトランジスタと相補性のある
高性能な縦型PNP トランジスタを組み合わせてバイ
ポーラ・CMOS半導体装置を構成したので、例えば1
)INダイオードやAPダイオード、ひいては1次元、
2次元のフォトアレイセンサーの信号を処理したいとき
、その出力信号が低く、GNDレベルに近い場合がある
が、これを縦型PNP トランジスタで差分増幅するこ
とができるため、単一電源で且つ高速に高いゲインで高
精度に制御することができる。したがって本発明に係る
半導体装置によれば、民生用、産業用を問わず、従来の
縦型トランジスタを用いて信号を処理してきたICに、
センサー用のインターフェースやマイクロプロセッサ用
インターフェース等を集積する場合に、大きな能力を引
き出せるばかりでなく、従来になかった高速、高精度な
ICの作成が可能である。
As shown below, according to the present invention, the gain bandwidth IG 1
Since a bipolar CMOS semiconductor device is constructed by combining high-performance vertical PNP transistors that are 17 or more and are complementary to vertical NPN transistors, for example, 1
) IN diode, AP diode, and even one-dimensional,
When you want to process the signal of a two-dimensional photo array sensor, the output signal may be low and close to the GND level, but since it can be differentially amplified using a vertical PNP transistor, it can be processed at high speed with a single power supply. High gain allows for highly accurate control. Therefore, the semiconductor device according to the present invention can be applied to ICs that process signals using conventional vertical transistors, whether for consumer use or industrial use.
When integrating sensor interfaces, microprocessor interfaces, etc., not only can great capabilities be brought out, but it is also possible to create high-speed, high-precision ICs that have never existed before.

〔発明の技術〕[Technology of invention]

以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、CB耐圧が高く利得帯域幅の大なる高速高性能の縦型
PNPトランジスタが得られるので、縦型NPNトラン
ジスタと、それと相補的に使用できる縦型PNP トラ
ンジスタと、横型PNPトランジスタと、CMOSトラ
ンジスタとを一体的に構成したバイポーラ・CMOS半
導体装置を提供することができる。また本発明の製造方
法によれば、各構成素子の高性能化を容易に図ることの
できるバイポーラ・CMO8#、導体装置の製法を提供
することができる。
As described above based on the embodiments, according to the present invention, a high-speed, high-performance vertical PNP transistor with a high CB breakdown voltage and a large gain bandwidth can be obtained. It is possible to provide a bipolar CMOS semiconductor device in which a usable vertical PNP transistor, a horizontal PNP transistor, and a CMOS transistor are integrated. Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a bipolar CMO8# and conductor device that can easily improve the performance of each component.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に係るバイポーラ・CMOS半導体装
置の一実施例を示す断面図、第2図〜第7図は、それぞ
れ第1図に示す半導体装置の製造工程を示す図、第8図
は、第2エピタキシャル層の厚さに対する、縦型NPN
トランジスタ及び縦型PNP トランジスタのCE o
耐圧と、縦型PNPトランジスタのB−N端子のパンチ
スルー耐圧との関係を示す図、第9図へ〜(0)は、第
1図に示した半導体装置の各構成素子の不純物プロファ
イルを示ず図、第10図は、n型拡散抵抗を示す図、第
11図は、ピンチn型拡散抵抗を示す図、第12図は、
n型拡散抵抗を示す図、第13図は、ポリシリコン抵抗
を示す図、第14図は、MOS容量を示す図である。 図において、1は基板、2は酸化膜、3はn型埋込層、
4は第1エピタキシャル層、5は高濃度p型埋込層、6
は低濃度p型埋込層、7は第2エピタキシャル層、8は
n型コレクタ電極部、9はp型ウェル層、10はn型ウ
ェル層、11はp型チャネルストッパ層、12はp型拡
散層、13ばn型拡散層、14はゲート酸化膜、15は
ゲー1へ電極、16は縦型PNPトランジスタのエミッ
タ、17はコレクタ引き上げ電極、18は縦型NPN 
トランジスタの外部ベース、19は横型PNPトランジ
スタのエミッタ、20.21はそのコレクタ、22はP
−MOSトランジスタのソース・ドレイン部、23は縦
型NPNトランジスタのエミッタ、24はコレクタ引き
」二げ電極、25は縦型PNP トランジスタの外部ベ
ース、26はN端子引き上げ電極、27は横型PNP 
トランジスタの外部ベース、28はN−MOS +・ラ
ンジスタのソース・ドレイン部を示す。 特許出願人 オリンパス光学工業株式会社手
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a bipolar CMOS semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 2 to 7 are views showing the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1, and FIG. is the vertical NPN with respect to the thickness of the second epitaxial layer.
CE o of transistors and vertical PNP transistors
A diagram showing the relationship between the breakdown voltage and the punch-through breakdown voltage of the B-N terminal of a vertical PNP transistor, Figure 9-(0) shows the impurity profile of each component of the semiconductor device shown in Figure 1. Figure 10 shows an n-type diffused resistor, Figure 11 shows a pinch n-type diffused resistor, and Figure 12 shows a
FIG. 13 is a diagram showing an n-type diffused resistance, FIG. 13 is a diagram showing a polysilicon resistance, and FIG. 14 is a diagram showing a MOS capacitance. In the figure, 1 is a substrate, 2 is an oxide film, 3 is an n-type buried layer,
4 is a first epitaxial layer, 5 is a high concentration p-type buried layer, 6 is a first epitaxial layer;
is a low concentration p-type buried layer, 7 is a second epitaxial layer, 8 is an n-type collector electrode section, 9 is a p-type well layer, 10 is an n-type well layer, 11 is a p-type channel stopper layer, and 12 is a p-type Diffusion layer, 13: n-type diffusion layer, 14: gate oxide film, 15: electrode to gate 1, 16: emitter of vertical PNP transistor, 17: collector pull-up electrode, 18: vertical NPN
external base of the transistor, 19 is the emitter of the lateral PNP transistor, 20.21 is its collector, 22 is the P
-The source/drain part of the MOS transistor, 23 is the emitter of the vertical NPN transistor, 24 is the collector pull-out electrode, 25 is the external base of the vertical PNP transistor, 26 is the N terminal pulling electrode, 27 is the horizontal PNP
The external base of the transistor, 28 indicates the source/drain portion of the N-MOS + transistor. Patent applicant: Olympus Optical Industry Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、低いドーピングレベルの少なくとも2回に分けて成
長させたエピタキシャル成長層を形成した、該エピタキ
シャル成長層とは異なるタイプの低いドーピングレベル
を有する単一のモノリシック半導体基板上に、複数の回
路構成素子を構成した半導体装置において、少なくとも
高いドーピングレベルを有する埋込p型コレクタ層をも
つ分離された縦型PNPトランジスタと、縦型NPNト
ランジスタと、横型PNPトランジスタと、横型N−M
OSトランジスタと、横型P−MOSトランジスタとを
備えていることを特徴とするバイポーラ・CMOS半導
体装置。 2、前記低いドーピングレベルの半導体基板は、ボロン
がドープされた2〜20Ω・cmの抵抗率を有するp^
−単結晶シリコンウェハーで構成されており、前記エピ
タキシャル成長層は、0.5〜3×10^1^6cm^
−^3のP又はSbをドープした厚さ1.0〜2.0μ
mのn型第1エピタキシャル層と、2〜10×10^1
^5cm^−^3のP又はSbをドープした厚さ1.5
〜3.5μmのn型第2エピタキシャル層で構成されて
おり、前記縦型PNPトランジスタのコレクタ埋込層は
、ボロンを高濃度にドープして形成され前記第1エピタ
キシャル層と第2エピタキシャル層間に配置されており
、また前記コレクタ埋込層と同一又は低濃度にボロンを
ドープして素子間分離領域及びN−MOSトランジスタ
のウェル引き出し電極部が形成されていることを特徴と
する請求項1記載のバイポーラ・CMOS半導体装置。 3、前記基板と第1エピタキシャル層の間に形成された
Sbをドープしたn型埋込層と、第1エピタキシャル層
及び第2エピタキシャル層からリンを拡散させて形成し
たn型拡散層により縦型PNPトランジスタをPN接合
で囲み、縦型PNPトランジスタのコレタク領域と基板
領域とを電気的に分離し、且つ前記n型埋込層の電位設
定用の電極取り出し部を形成した縦型PNPトランジス
タ部を備えていることを特徴とする請求項1又は2記載
のバイポーラ・CMOS半導体装置。 4、前記基板と第1エピタキシャル層の間に形成された
Sbドープn型埋込層をコレクタ領域とし、第2エピタ
キシャル層から拡散したn型拡散領域をベース・基板間
のパンチスルー及びチャンネル性リーク防止層とした縦
型NPNトランジスタを備えていることを特徴とする請
求項1〜3のいずれかに記載のバイポーラ・CMOS半
導体装置。 5、前記P−MOSトランジスタ直下の基板と第1エピ
タキシャル層の間に形成した高濃度n型埋込層に対して
縦方向の位置を空間的にずらして、第1エピタキシャル
層と第2エピタキシャル層の間に形成した比較的低濃度
のp型埋込層と、前記縦型PNPトランジスタの低濃度
コレクタ層と同時に形成される拡散層により形成され、
表面濃度を3〜7×10^1^6cm^−^3に制御さ
れたpウェル領域とを有し、ウェル間耐圧を15V以上
に維持したままウェル下の比抵抗を低減してラッチアッ
プ耐性を向上させたN−MOSトランジスタを備えてい
ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のバ
イポーラ・CMOS半導体装置。 6、低いドーピングレベルの少なくとも2回に分けて成
長させたエピタキシャル成長層を形成した、該エピタキ
シャル成長層とは異なるタイプの低いドーピングレベル
を有する単一のモノリシック半導体基板上に、少なくと
も縦型NPNトランジスタと、縦型PNPトランジスタ
と、横型PNPトランジスタと、横型N−MOSトラン
ジスタと、横型P−MOSトランジスタとを備えたバイ
ポーラ・CMOS半導体装置の製造方法において、前記
基板と第1エピタキシャル層との間にSbをドープして
高濃度拡散層を形成する工程と、第1及び第2エピタキ
シャル層間にボロンをドープしてコレクタ埋込層を形成
する工程と、第2エピタキシャル層の上部よりN−MO
Sトランジスタのウェル拡散層と同一のボロンをドーピ
ングしてウェル拡散層を形成する工程とを有し、熱処理
により前記コレクタ埋込層とウェル拡散層を上方及び下
方から同時に引き伸ばして接触させ、コレクタ低濃度層
を1〜2×10^1^6cm^−^3になるようにし、
コレクタ・エミッタ間耐圧を12V以上、コレクタ埋込
層のシート抵抗を100〜500Ω/□とした縦型PN
Pトランジスタが得られるようにしたことを特徴とする
バイポーラ・CMOS半導体装置の製造方法。 7、縦型PNPトランジスタのエミッタ及びコレクタ引
き上げ電極領域、縦型NPNトランジスタの外部ベース
領域、P−MOSトランジスタのソース・ドレイン領域
、並びに必要に応じ横型PNPトランジスタのエミッタ
・コレクタ領域を、総電荷量3〜20×10^1^5c
m^−^2のp型高濃度拡散層で同時に形成し、また縦
型NPNトランジスタのエミッタ及びコレクタ領域、縦
型PNPトランジスタの外部ベース領域、並びにN−M
OSトランジスタのソース・ドレイン領域を、総電荷量
5〜15×10^1^5cm^−^2のAsドープのn
型高濃度拡散層で同時に形成することを特徴とする請求
項6記載のバイポーラ・CMOS半導体装置の製造方法
。 8、前記縦型PNPトランジスタのベース領域は、エネ
ルギー40〜70keV、ドーズ量5〜10×10^1
^3cm^−^2の独立したイオン注入工程によりシャ
ローな拡散を行って形成することを特徴とする請求項6
又は7記載のバイポーラ・CMOS半導体装置の製造方
法。 9、第2エピタキシャル層から拡散形成する縦型NPN
トランジスタのベース・基板間の分離領域、横型PNP
トランジスタのベース領域及びP−MOSトランジスタ
のnウェル領域を、表面濃度2〜5×10^1^6cm
^−^2のn型拡散層で同時に形成し、横型PNPトラ
ンジスタのコレクタ・エミッタ耐圧及びP−MOSトラ
ンジスタのソース・ドレイン耐圧を向上させるようにし
たことを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のバ
イポーラ・CMOS半導体装置の製造方法。
Claims: 1. A plurality of epitaxially grown layers on a single monolithic semiconductor substrate having a low doping level of a different type than the epitaxially grown layers grown in at least two separate stages with a low doping level. A semiconductor device configured as a circuit component comprising at least a separated vertical PNP transistor with a buried p-type collector layer having a high doping level, a vertical NPN transistor, a lateral PNP transistor, and a lateral N-M transistor.
A bipolar CMOS semiconductor device comprising an OS transistor and a lateral P-MOS transistor. 2. The low doping level semiconductor substrate is boron-doped p^ with a resistivity of 2-20 Ωcm.
- It is composed of a single crystal silicon wafer, and the epitaxial growth layer is 0.5 to 3 x 10^1^6 cm^
-^3 P or Sb doped thickness 1.0~2.0μ
m n-type first epitaxial layer, and 2 to 10×10^1
^5cm^-^3 P or Sb doped thickness 1.5
The collector buried layer of the vertical PNP transistor is formed by doping boron at a high concentration between the first epitaxial layer and the second epitaxial layer. 2. The element isolation region and the well lead-out electrode portion of the N-MOS transistor are formed by doping boron at the same concentration or at a low concentration as the collector buried layer. bipolar CMOS semiconductor device. 3. The vertical type is formed by the Sb-doped n-type buried layer formed between the substrate and the first epitaxial layer and the n-type diffusion layer formed by diffusing phosphorus from the first epitaxial layer and the second epitaxial layer. A vertical PNP transistor portion is provided in which a PNP transistor is surrounded by a PN junction, a collector region and a substrate region of the vertical PNP transistor are electrically separated, and an electrode extraction portion for setting the potential of the n-type buried layer is formed. 3. The bipolar CMOS semiconductor device according to claim 1, further comprising a bipolar CMOS semiconductor device. 4. The Sb-doped n-type buried layer formed between the substrate and the first epitaxial layer is used as a collector region, and the n-type diffusion region diffused from the second epitaxial layer is used for punch-through and channel leakage between the base and the substrate. 4. The bipolar CMOS semiconductor device according to claim 1, further comprising a vertical NPN transistor serving as a prevention layer. 5. The first epitaxial layer and the second epitaxial layer are spatially shifted in the vertical direction with respect to the highly doped n-type buried layer formed between the substrate and the first epitaxial layer directly under the P-MOS transistor. formed by a relatively low concentration p-type buried layer formed between the layers and a diffusion layer formed simultaneously with the low concentration collector layer of the vertical PNP transistor,
It has a p-well region whose surface concentration is controlled to 3 to 7 x 10^1^6 cm^-^3, and it has latch-up resistance by reducing the resistivity under the well while maintaining the interwell breakdown voltage at 15V or more. 5. The bipolar CMOS semiconductor device according to claim 1, further comprising an N-MOS transistor with improved performance. 6. at least a vertical NPN transistor on a single monolithic semiconductor substrate having a low doping level of a different type than the epitaxially grown layer grown in at least two separate growths with a low doping level; In the method for manufacturing a bipolar CMOS semiconductor device including a vertical PNP transistor, a lateral PNP transistor, a lateral N-MOS transistor, and a lateral P-MOS transistor, Sb is provided between the substrate and the first epitaxial layer. A step of doping to form a high concentration diffusion layer, a step of doping boron between the first and second epitaxial layers to form a collector buried layer, and a step of doping N-MO from above the second epitaxial layer.
forming a well diffusion layer by doping the same boron as that of the well diffusion layer of the S transistor, and by heat treatment, the collector buried layer and the well diffusion layer are simultaneously stretched from above and below to contact each other, and the collector low Make the concentration layer 1 to 2 x 10^1^6 cm^-^3,
Vertical PN with collector-emitter breakdown voltage of 12V or more and collector-buried layer sheet resistance of 100 to 500Ω/□
A method for manufacturing a bipolar CMOS semiconductor device, characterized in that a P transistor is obtained. 7. The emitter and collector raised electrode regions of the vertical PNP transistor, the external base region of the vertical NPN transistor, the source/drain region of the P-MOS transistor, and the emitter/collector region of the lateral PNP transistor as necessary, with the total charge amount 3~20×10^1^5c
m^-^2 p-type heavily doped diffusion layer, and also forms the emitter and collector regions of the vertical NPN transistor, the external base region of the vertical PNP transistor, and the N-M
The source/drain regions of the OS transistor are formed by As-doped n-type transistors with a total charge of 5 to 15 x 10^1^5 cm^-^2.
7. The method of manufacturing a bipolar CMOS semiconductor device according to claim 6, wherein a high concentration diffusion layer is formed at the same time. 8. The base region of the vertical PNP transistor has an energy of 40 to 70 keV and a dose of 5 to 10×10^1
Claim 6 characterized in that it is formed by performing shallow diffusion by an independent ion implantation process of ^3 cm^-^2.
Or the method for manufacturing a bipolar CMOS semiconductor device according to 7. 9. Vertical NPN formed by diffusion from the second epitaxial layer
Isolation region between base and substrate of transistor, horizontal PNP
The base region of the transistor and the n-well region of the P-MOS transistor are coated with a surface concentration of 2 to 5 x 10^1^6 cm.
9. Any one of claims 6 to 8, characterized in that ^-^2 n-type diffusion layers are formed at the same time to improve the collector-emitter breakdown voltage of the lateral PNP transistor and the source-drain breakdown voltage of the P-MOS transistor. A method for manufacturing a bipolar CMOS semiconductor device according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0897226A (en) * 1994-09-26 1996-04-12 Nec Corp Pnp transistor, semiconductor integrated circuit, manufacture of semiconductor device, and manufacture of semiconductor integrated circuit
EP0746033A2 (en) * 1995-06-02 1996-12-04 Texas Instruments Incorporated Improvements in or relating to semiconductor processing

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