JPH0245972A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0245972A
JPH0245972A JP19613188A JP19613188A JPH0245972A JP H0245972 A JPH0245972 A JP H0245972A JP 19613188 A JP19613188 A JP 19613188A JP 19613188 A JP19613188 A JP 19613188A JP H0245972 A JPH0245972 A JP H0245972A
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JP
Japan
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type
pnp
type bipolar
bipolar element
npn
Prior art date
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JP19613188A
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English (en)
Inventor
Ryoichi Koike
良一 小池
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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] この発明は、半導体装置、特にBi−CMO5型半導体
装置に関するものである。
[従来の技術] 半導体装置特にB i−CMO5型半導体装置が最近注
目されつつある。
Abstract of’ 19th Confera
nce on 5olid 5tateDevice 
and Materlals、 Tokyo、1987
.pp5−9には、’BICMO8P’rocess 
and Device Technology for
旧gh 5peed VLSI“と題する報文があり、
こめ報文中には、Bi−CMOSインバータ NAND
回路が示されているが、この回路をインバータ構造に書
き直すと第4図の如(なる。
また従来のデバイス構造を第5図に示す。
第5図において、1はP−基板、2はN+埋め込み層、
3はP 埋め込み層、4はN−型エピタキシャル層、5
はPwell、 6はN wet l、 7はP型チャ
ネルストッパー、8はLOCO8,9はゲート酸化膜、
11はP型ベース拡散層、12aはN ポリシリコン、
16はN 拡散層、17はP 拡散層である。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、以上に述べた第4図の従来のBi−CM
O8の様に、出力ドライバーにNPNバイポーラトラン
ジスターをトーテムポール結合すると、NPN(2)の
トランジスターのコレクターは常に電源電位とは限らず
、入力の高・低により、はぼVccとGNDのレベルを
取ることになる。
従ってN P N (1)のコレクタとN P N (
2)のコレクタとは電気的に完全に分離される必要があ
り、そのため双方のコレクタは、第5図の従来のデバイ
ス構造に示される「P+埋め込み層3」と「P型ストッ
パー7」とにより分離される必要があり、素子分離中が
大きくなってしまう。
また同様に、従来のBi−CMOSインバータのP M
 OS (1)のNvell(従来のデバイス構造)6
とN P N (2)のコレクタ領域も同様の理由で電
気的に完全に分離される必要があり、「P 埋め込み層
3」と「P型ストッパー7」により、素子分離中が大き
くなってしまう等の問題がある。
即ち、本発明は、以上のような従来の半導体の問題点を
解決する、寄生容量を減らし、寄生抵抗をも減少し、高
周波特性に優れ、さらに従来のBi−CMO8工程と比
べて工程の増加を最小とした半導体を提供することを目
的とするものである。
[課題を解決するための手段] 即ち、本発明は、 Bi−CMOS半導体において、 ■CMO5により構成された、一論理回路単位(例えば
インバータ、NAND、NORなど)の出力端に、必要
に応じてPNP型バイポーラ素子及びNPN型バイポー
ラ素子が相補的にトーテムポール結合し配置され、 ■前記PNP型バイポーラ素子、NPN型バイポーラ素
子ともエミッタ電極は、ポリシリコンまたはアモルファ
スシリコンにより形成され、■前記PNP型バイポーラ
素子及びNPN型バイポーラ素子のエミッタ電極表面、
ベース拡散領域表面、コレクタ電極表面を高融点金属シ
リサイドにより覆い、 ■前記PNP型バイポーラ素子及びNPN型バイポーラ
素子のベース拡散深さを0.4−以下とし、 ■CMOSにおけるPMOS及びNMOSが夫々P型及
びN型のポリシリコンまたはアモルファスシリコンのゲ
ート電極をもつLDD型MOSとし、 ■CMOSにおいて、PMO8,NMOSともそれらの
ゲート電極表面、ソースドレイン拡散領域表面に高融点
金属シリサイドを形成している。
以上(1)〜(6)から構成されていることを特徴とす
る半導体装置である。
[作用] 本発明は、基本的には第4図に示す従来のBi−CMO
Sインバータ中のN P N (2)をPNP型のバイ
ポーラ素子により置換したものである。
それにより、出力は第1図に示す如く、NPHのエミッ
タとPNPのエミッタにより構成され、双方バイポーラ
のコレクタはNPN型がVcc。
PNP型がGNDに固定される。
従って、素子分離は第2図の本発明のデバイス構造に示
す様に、P vel l、 N wellの接合だけで
済み、素子分離中が大きく改善される。
また一般にPNPバイポーラは、NPNのバイポーラに
比べ高周波特性に劣るため、本発明で対象とする様な高
速なり1−CMOS論理回路においては不適とされるが
、本発明においては、PNPバイポーラ素子に、半導体
例えばポリシリコンにより構成されるエミッタ電極を用
いエミッタ面積を縮小化し、寄生容量を減らしている。
またベース拡散層表面及びエミッタ電極表面には、半導
体と高融点金属化合物が構成され、低抵抗化が可能にな
っており、寄生抵抗も減らされている。
さらにPNP型バイポーラのベースにはN型の不純物が
、PNP型バイポーラのベース層のP型不純物と同様、
0.4.a以下の接合を持つように形成され、真性ベー
ス幅を0.21JI11以下としており、高周波特性に
優れたPNPバイポーラを提供している。
またさらに、上述の様な高周波特性に優れたPNPバイ
ポーラを付加することによる工程の増加については、6
MO8の構造を次ぎのような構造即ち、PMOS及びN
MOSのゲート構造を夫々P型及びN型のポリシリコン
またはアモルファスシリコンとすることにより、多くの
CMOS工程をPNP、NPNPNPイポーラと共通化
することが出来、それにより、従来のBi−CMOS工
程と比べてPNPベース形成工程の一工程の増加にとど
めることが出来る。
次に本発明の実施例について述べる。
[実施例] 第1図に本発明によるBi−CMOSインバータの説明
図、第2図に本発明におけるデバイス構造説明図、第3
図(a)〜(c)に工程説明図を示す。
第2図及び第3図において、1はP″″基板、2はN 
埋め込み層、3はP+埋め込み層、4はN 型エピタキ
シャル層、5はPwell、  6はNwell、 7
はP型チャネルストッパー 8はLOGO8,9はゲー
ト酸化膜、10はN型ベース拡散層、11はP型ベース
拡散層、12aはN+ポリシリコン、12bはP ポリ
シリコン、13はN−拡散層、14はP″″拡散層、1
5はサイドウオール、16はN 拡散層、17はP+拡
散層。
18.19はエミッタ拡散層、20はT IS t 2
 +21はS iO2である。
まず第1図に基づき動作を説明する。
■入力器gh−” Low(V c c −G N D
 )のとき第1図のCMOS部のP M OS (1)
、(2)がONし、N M OS (1)、(2)がO
FFする。このときNP N (1)のベースにP M
 OS (1)を介してベース電流が流れ、N P N
 (1)がONする。
それと同時に、P N P (1)のベース中の過剰な
電子がP M OS (2)を通してVccに引き抜か
れスイッチング時に起こるNPN(1)、PNP(1)
を流れる貫通電流を防いでいる。
この状態ではNMOS(1)はOFFしているため、P
 N P (1)にベース電流は流れず、従ってPN 
P (1)は0FFL、N P N (1)により出力
端子が(Vcc−Vbe:エミッター、ベース接合電位
)に充電され、出力が旧gh状態となる。
■入力Low−*旧gh(GND →Vcc)のとき第
1図のCMO8部のP M OS (1)、(2)がO
FFし、N M OS (1)、(2)がONする。
このときP N P (1)のベースにNMOS(L)
を介してベース電流が流れ、P N P (1)がON
する。
それと同時に、N P N (1)のベース中の過剰な
正孔がNMOS(2)を通してGNDに引き抜かれスイ
ッチング時に起こるNPN(1)、PNP(1)を流れ
る貫通電流を防いでいる。
この状態ではPMOS(1)はOFFしており、N P
 N (1)にベース電流は流れず、従ってNPN(1
)は0FFL、P N P (1)により出力端子が(
GND+Vb e)に充電され、出力がLow状態とな
る。
これらの動作においては、出力端を充電するスピードは
N P N (1)及びP N P (1)の高周波特
性によっており、高速動作のためには、高周波特性の優
れたバイポーラ、特にPNPバイポーラ構造を取ってお
く必要がある。
次に本発明の半導体の製造工程を順を追って説明する。
第3図(a)〜(c)に工程説明図を示す。
まず、第3図(a)に示す様に、通常のB i−CMO
8流動工程と同様に、 (a)工程 ■P 基板1中にN 埋め込み層2. P  埋め込み
層3の形成を行う。
■N エピタキシャル層4を1.2−堆積する。
■P vel15 、 N vel16の形成を行う。
■所望の位置に、P型チャネルストッパー7゜LOGO
38を約7000人形成する。
■ゲート酸化膜9を200人形成する。
■その後、PNPバイポーラのベース拡散層形成領域に
N型の不純物を0.41Jm以下の接合を持つようにN
型不純物を導入し、N型ベース拡散層10を形成する。
■NPNバイポーラのベース拡散層形成領域にP型の不
純物を0.4μm以下の接合を持つようにP型不純物を
導入し、P型ベース拡散層11を形成する。
■エミッタ拡散領域となる部分のゲート酸化膜9をエツ
チングする。
(b)工程 第3図(b)に示す様に、 ■ポリシリコン12を4000人堆積し、所望のパター
ンになるようにエツチングする。
■その後、NMOS側のソースドレインにLDD構造の
ためのN−拡散領域13、PMOS側のソースドレイン
にLDD構造のためのP−拡散領域14を形成する。
■ソノ後、CV D S iO2膜を約5000人堆積
し、エッチバックを行うことによりポリシリコン12の
側壁にサイドウオール15を形成する。
■NMOSのソースドレイン及びNPNバイポーラのコ
レクタ領域にN 拡散層16をイオン注入により形成す
る。
このとき、NMO8のゲートポリシリコン、NPNのバ
イポーラのエミッタ電極ポリシリコンにも同時にN+不
純物が導入される。
■PMO5のソースドレイン及びPNPバイポーラのコ
レクタ領域にP 拡散層17をイオン注入により形成す
る。
このとき、PMOSのゲートポリシリコン、PNPのバ
イポーラのエミッタ電極ポリシリコンにも同時にP 不
純物が導入される。
■N+拡散層16.P+拡散層17の再結晶化。
活性化のためのアニールを行う。
このときN’PNバイポーラ及びPNPバイポーラのエ
ミッタ電極ポリシリコンよりそれぞれN型不純物、P型
不純物が基板に拡散し、エミッタ拡散層18.19が形
成される。
(c)工程 第3図(e)に示す様に、 ■N+拡散層16上、P+拡散層17上、及びポリシリ
コン12上のSiO2膜を除去し、Tiをスパッタする
その後シリサイド化のアニールを700℃程度で行い、
N 拡散層16上、P+拡散層上、及びポリシリコン上
にT iS i 220を形成する。
■その後、アンモニア水と過酸化水素水の混合液により
、絶縁物上のTiを除去する。
その後は通常のBi−CMOS工程に従い、配線工程を
経て終了する。
本発明の、半導体装置は以上の工程に従って製造される
が本実施例に限定されない。
[発明の効果] 本発明の半導体装置によれば、以下のような効果が得ら
れる。
■高周波特性に優れたPNPバイポーラにより、従来と
変らないか又はさらに高速な特性を持ちながら、前述の
様に素子分離幅を充分縮小した高集積なりi−CMO8
半導体装置を提供し得る。
■さらに本発明においては、PMOSについてはP型半
導体+(半導体と高融点金属の化合物)のゲートを持つ
、LDD型MOS、NMO8についてはN型半導体+(
半導体と高融点金属の化合物)のゲートを持つ、LDD
型MOSとすることにより、前述したような高周波特性
に優れたPNPバイポーラ構造を付加しても、従来に比
べて一工程(PNPベース形成工程)の増加にとどめる
ことが出来る。
■また本発明の高周波特性の優れたPNPバイポーラは
上述したBi−CMOS論理回路に使われるばかりでな
く、TTL入力回路等にも使用することにより、良好な
入力特性を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明におけるBi−CMOSインバータの回
路説明図、第2図は本発明におけるデバイス構造説明図
、第3図(a)〜(c)は従来半導体装置の製造工程説
明図、第4図は従来のBi−CMOSインバータの回路
説明図、第5図は従来のデバイス構造説明図である。 図において、1:P−基板、2:N+埋め込み層83:
P+埋め込み層、4:N 型エピタキシャル層、  5
 : Pvell、  6 : Nvell、  7 
: P型チャネルストッパー、8 : LOCO3,9
:ゲート酸化膜、10:N−型ベース拡散層、11;P
型ベース拡散層、12a:N+ポリシリコニ/、12b
:P+ポリシリコン、13:N−拡散層、14:P−拡
散層、15;サイドウオール、16:N”拡散層、17
:P+拡散層、18,19:エミッタ電極、20:Ti
Si  、21:5tO2゜尚各図中間−符号は同−又
は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 Bi−CMOS半導体において、 (1)CMOSにより構成され、一論理回路単位の出力
    端に、必要に応じてPNP型バイポーラ素子及びNPN
    型バイポーラ素子が相補的にトーテムポール結合し、配
    置され、 (2)前記PNP型バイポーラ素子、NPN型バイポー
    ラ素子ともエミッタ電極は、ポリシリコンまたはアモル
    ファスシリコンにより形成され、(3)前記PNP型バ
    イポーラ素子及びNPN型バイポーラ素子のエミッタ電
    極表面、ベース拡散領域表面、コレクタ電極表面を高融
    点金属シリサイドにより覆い、 (4)前記PNP型バイポーラ素子及びNPN型バイポ
    ーラ素子のベース拡散深さを0.4μm以下とし、 (5)CMOSにおけるPMOS及びNMOSが夫々P
    型及びN型のポリシリコンまたはアモルファスシリコン
    のゲート電極をもつLDD型MOSとし、 (6)CMOSにおいて、PMOS、NMOSともそれ
    らのゲート電極表面、ソースドレイン拡散領域表面に高
    融点金属シリサイドを形成している。 以上(1)〜(6)から構成されていることを特徴とす
    る半導体装置。
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