JPH04286154A - 電界効果トランジスタ及びバイポーラトランジスタ構造の製造方法、集積回路製造方法、半導体デバイス製造方法、及び半導体構造の製造方法 - Google Patents
電界効果トランジスタ及びバイポーラトランジスタ構造の製造方法、集積回路製造方法、半導体デバイス製造方法、及び半導体構造の製造方法Info
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- JPH04286154A JPH04286154A JP3326331A JP32633191A JPH04286154A JP H04286154 A JPH04286154 A JP H04286154A JP 3326331 A JP3326331 A JP 3326331A JP 32633191 A JP32633191 A JP 32633191A JP H04286154 A JPH04286154 A JP H04286154A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
)の製造に関し、より詳細に言えば、バイポーラ相補形
酸化物半導体(BiCMOS)回路に関する半導体IC
の製造に関する。
OS(pチャネル金属酸化物半導体)及びNMOS(n
チャネル金属酸化物半導体)トランジスタ双方を含むC
MOSトランジスタ及びバイポーラトランジスタがBi
CMOSプロセスに於て同一基板上に製造される。Bi
CMOS技術及び装置の特徴については、(i)ティー
・イケダ(T. Ikeda)他による論文「Adva
nced BiCMOS Technology fo
r High Speed VLSI」、IEDM t
echnical digest、Internati
onal Electron Devices Mee
ting、米国ロサンジェルス、1986年12月7〜
10日、第408〜411頁、及び(ii)ピー・トン
(P. Tong)他による論文「A Product
ion Proven Hight Performa
nce 1.0 μm Double−level P
olysilicon BiCMOS Tecnolo
gy」、Semiconductor Technic
al Journal、vol.5、No.1、199
0年、第106〜112頁に記載されている。図1乃至
図8には、BiCMOS集積回路の製造方法が示されて
いる。
される半導体構造であって、フォトレジスト層103の
パターンをそのすぐ下にあるポリサイド層104をエッ
チングするための準備として形成した後の工程を示して
いる。ポリサイド層104は、例えばケイ化タングステ
ン/ポリシリコン積層体とすることができる。エッチン
グ過程によってポリサイド層104から食刻された構造
が、NMOSトランジスタのゲートを形成する。図1に
示されるように、領域100及び101は、それぞれバ
イポーラトランジスタ及びNMOSトランジスタが形成
されるべき領域である。領域100は、コレクタ・プラ
グ領域109を有するNウエル110の下にn型埋込み
層108を有する。領域101は、Pウエル106の下
にp型埋込み層107を有する。
ウエル110の上にゲート酸化膜105a及びフィール
ド酸化膜105b領域を含む酸化膜が示されている。ポ
リサイド層104が酸化膜105a、105bの上に形
成されている。図示されるプロセスでは、ポリサイド層
104がリンをドーピングしたポリシリコンの上に形成
されたケイ化タングステンからなる。
して前記NMOSトランジスタのゲートを形成しかつフ
ォトレジスト層103を除去した後の半導体構造を示し
ている。次に、ポリサイドゲート104のアニーリング
工程が行なわれ、その後に図3に示す低温酸化膜111
を被着させる。この低温酸化膜111は、次にポリサイ
ドゲート104の側壁に酸化膜スペーサと称される部分
111a、111b(図4)を残すように異方性エッチ
ングが行われる。一般に、ウエハ全体に亘ってMOSト
ランジスタのソース及びドレイン領域に一様な接合深さ
及び面抵抗を達成するために、酸化膜111はスペーサ
111a、111bを形成する際にオーバエッチングさ
れる。これらの領域に於ける均一性は、2フッ化ヒ素ま
たは2フッ化ホウ素のようなドーパント種の注入範囲が
前記スペーサのエッチング後に前記活性領域の上部に残
された酸化膜の膜厚に敏感であることから重要である。 均一な接合深さ及び面抵抗は、実際の電気的特性がそれ
らの設計に於て使用される予測値により近いデバイスを
製造するために必要である。
ン種を注入してバイポーラトランジスタのベース113
を形成するために(図5)、フォトレジスト層112を
被着させかつパターニングする。この過程に於て、ホウ
素のようなイオン種が前記スペーサのエッチング後に露
出された生のシリコン表面に注入される。この注入過程
によって、特別な予防策が全く取られていない場合には
、「チャネリング」を生じる場合がある。チャネリング
は、注入された種の原子が結晶格子内に、非常に深い位
置に来るまで原子相互間の空隙に於てほとんど抵抗無く
出合うような角度で導入された時に生じる。この効果は
、小さいが重要な「チャネリング・テイル」と称される
打込み表面の深い位置まで不純物濃度を生じさせる。 このチャネリング・テイルは、高度なバイポーラデバイ
スに望ましい小さなベース幅を達成するための大きな障
害となっている。
つの方法は、格子構造に対してイオン種を注入する面の
法線に対して或る例えば7度の角度で注入することであ
る。しかしながら、半導体表面上の他の構造によって生
じる「影」によって基板表面上に不均一な濃度を生じさ
れることから、このような偏軸注入は他のデバイス性能
の問題を生じさせ、デバイスの特性に逆効果を与えて、
周辺部のパンチスルーやトンネル漏れ電流のような効果
を生じさせる。このような効果の例が、シー・ティー・
チャン(C.T. Chuang)他による「Effe
ct of off−axis Implant on
thecharacteristics of Ad
vaced Self−aligned Bipola
r Transistors」、IEEE Elect
ron Device Letters、Vol.ED
L−8、No.7、1987年7月、第321〜323
頁に記載されている。
112を剥離させた後に、新たなフォトレジスト層11
4を被着させかつパターンニングして、バイポーラ領域
100のバイポーラトランジスタのコレクタ・プラグ領
域109の内部にコレクタ・コンタクト114cを開口
させる。領域101のNMOSトランジスタのソース領
域114a及びドレイン領域114bを同様にこの過程
に於て露出させる。次にこれらの露出領域にn型イオン
種を注入する(図6)。一般に灰化(ashing)と
して知られる酸素プラズマ清浄過程を行なってフォトレ
ジスト層114を除去した後に、フォトレジスト層11
5を適当にパターニングしてp型イオン種を注入するこ
とによって、バイポーラトランジスタのベース・コンタ
クト領域116a、116b及び図示されないPMOS
トランジスタのソース領域及びドレイン領域を形成する
(図7)。
低温酸化物からなるブランケット層117bを、電子状
態のリッチな生のシリコンベース領域113を含む、全
表面に被着させる。次に、この低温酸化層をパターニン
グしかつ選択的にエッチングして、後述する第2のポリ
シリコン薄膜、例えば図示されるエミッタ・コンタクト
117aについて使用するためのコンタクト領域を形成
する。
Y II」)を被着させる。その後に、このPOLY
II層の上にフォトレジスト層を形成し、かつPO
RY IIマスクに従って適当にパターンニングして
、バイポーラ領域100のバイポーラトランジスタ11
7のエミッタを含む、第2ポリシリコン層を画定する。 前記POLY II層の残余の部分は、適当にパター
ニングしかつPOLY II注入マスクに従ってイオ
ン注入のための導電部分を露出させるように成長させた
フォトレジスト層によって被覆される。このようなイオ
ン注入領域には、前記POLY II層の前記残余部
分に将来のエミッタ領域が含まれる。次に、n型ドーパ
ントを用いてPOLY II層にイオン注入を行なう
。
を画定する前記フォトレジスト層を除去する。前記PO
LY II部分に注入されたn型導電ドーパントは、
酸化サイクルによってエミッタ・コンタクト117aを
通過してベース領域113内にドライブされる。次に、
前記ウエハの表面にドープされていない酸化膜を設け、
かつその次にホウ素−リン−硅酸塩ガラス(BPSG)
の層119を設け、これをパターニングしかつ選択的に
エッチングして、回路素子を金属間絶縁層120によっ
て絶縁された1個または2個以上の金属層118によっ
て接続できるようにする。次に表面全体をパッシベーシ
ョン層によって不活性化する。完成した半導体構造が図
8に示されている。
的なバイポーラトランジスタが過度のエミッタ・ベース
接合再結合電流を生じる傾向がある。このような電流に
ついては、エム・エイチ・エル−ディワニー(M.H.
Gl−Diwany)他による異なる関連の特殊な事
例研究「Increased Current Gai
n and Suppression of Peri
pheral Base Currents in S
ilicided Self−Aligned Nar
row−Width Polysilicon−Emi
tterTransistors of an Adv
anced BiCMOS Technology」、
IEEE Electron Device Lett
ers、vol.EDL−9、No.5、第247〜2
49頁、1988年5月、に記載されている。
の損傷を防止するために、前記活性領域の上部に適当に
膜厚の酸化膜(例えば、150オングストローム)を残
すように前記酸化膜スペーサ・エッチング過程が設計さ
れていた。しかしながらこの方法では、(i)元々酸化
膜111(酸化膜スペーサ111a、111bを形成す
る)の膜厚に変動があり、かつ(ii)酸化膜エッチン
グ装置によって生じるエッチングの選択性及び均一性の
ために、CMOSデバイスの性能が変化すると言う好ま
しくない結果が生じる。この主な原因は、ウエハの中央
部と該ウエハの周辺部とで異なる割合でエッチングを行
なう前記酸化膜エッチング装置の構成に起因することが
認められる。一般に、ウエハ全体に亘って最大350オ
ングストロームまでの変動が生じ得る。
れば、バイポーラトランジスタ活性領域の上にゲート材
料から保護構造を形成することによってバイポーラトラ
ンジスタ内の低ベース再結合電流を達成するBiCMO
S回路の半導体構造を製造するための方法が提供される
。ソース及びドレイン領域が電界効果ランジスタノード
領域内に形成されるのに対して、バイポーラトランジス
タノード領域の上の前記保護構造がそのままに維持され
ることによって、電界効果トランジスタの形成に関連す
る過酷な処理ステップ(例えば、スペーサ・エッチング
過程)からベース領域が保護される。
膜が形成されることを防止するのに適した材料から保護
構造をバイポーラトランジスタの活性領域の上に選択的
に形成することによって、低ベース再結合電流を達成す
るBiCMOS回路からなる半導体構造を製造するため
の方法が提供される。ここでは、半導体構造が保護構造
によって保護されない位置に半導体酸化膜が形成される
。この保護構造は、その後に、前記バイポーラトランジ
スタのベース領域の形成前に、前記バイポーラトランジ
スタの活性領域を露出させるように除去される。
トランジスタの製造を容易にすることに加えて、本発明
によれば、バイポーラトランジスタ及びCMOSトラン
ジスタのプロセスに関連する性能パラメータの相互作用
が切断される。本発明の方法によれば、LTO成膜工程
に於て微粒子の汚染から保護されたベース活性領域が提
供され、かつNMOSトランジスタソース/ドレイン注
入過程に続く灰化過程及びレジスト剥離過程に於いてプ
ラズマ損傷が防止される。
てホウ素のチャネリングが防止されることである。以下
に、添付図面を参照しつつ実施例を用いて本発明を詳細
に説明する。
ャネル、ソース、ドレイン、及びバイポーラトランジス
タのベース−エミッタ接合及びベース−コレクタ接合が
形成される領域を、それぞれ電界効果トランジスタの活
性領域、及びバイポーラトランジスタの活性領域と称す
る。このような活性領域は、シリコンまたは他の適当な
半導体の基板、エピタキシャルシリコンまたは半導体デ
バイスの製造に適した他の材料に形成することができる
。
MOS電界効果トランジスタのポリサイドゲートの側壁
に酸化膜スペーサを形成することは、実際には前記活性
領域内までエッチングされる場合があることが知られて
いる。このオーバエッチング工程は、生のシリコン内に
形成された電子状態に類似する表面状態を前記低温酸化
膜の下側に形成するものと考えられる。このような表面
状態は、順方向バイアスされたエミッタ−ベース接合再
結合電流を大幅に増加させ、最終的なバイポーラトラン
ジスタ内の電流利得(「ベータ」)を低下させることに
なり、バイポーラデバイスの信頼性にとって好ましくな
い。本発明によれば、バイポーラトランジスタ内の表面
状態による再結合電流の問題が軽減される。
至図18に示されている。図9は、初期製造段階に於け
るBiCMOS半導体構造を示している。領域200、
201は、それぞれバイポーラトランジスタ及びNMO
Sトランジスタが形成されるべき半導体ウエハの領域で
ある。(以後、領域200をバイポーラ領域200と言
い、かつ領域201をNMOS領域201と呼ぶことに
する。)同図にはPMOSトランジスタは図示されてい
ない。バイポーラ領域200は、コレクタ・プラグ領域
209を含むNウエル210の下にn型埋込み層208
を有する。同様にNMOS領域201は、Pウエル20
6の下にp型埋込み層207を有する。
上には、適当な手法によってゲート酸化膜205a及び
フィールド酸化膜205bの領域を含む酸化膜が形成さ
れている。前記ゲート酸化膜及びフィールド酸化膜は一
般に別個の製造工程に於て形成される。また、ゲート酸
化膜205a及びフィールド酸化膜205bは多くの場
合に異なる品質を有する。
ランジスタのゲートを形成するために使用される材料で
あるポリサイド層204が、酸化膜205a、205b
の上に設けられている。このポリサイド層204は、ケ
イ化タングステン及びリンをドーピングしたポリシリコ
ンからなる。このポリサイド層204は、米国カリフォ
ルニア州のテルムコ・コーポレイション(Thermc
o Corporation)から市販されているLP
CVD管のような適当な成膜装置を用いて、615℃の
成膜温度でポリシリコン薄膜を約3000オングストロ
ームの膜厚で被着させる最初の成膜工程によって形成さ
れる。前記ポリシリコン薄膜は、同じくテルムコ・コー
ポレイションから市販されているPOCl3管のような
適当な装置を用いて24Ω/平方にドーピングされる。
カリフォルニア州マウンテンビュウのジーナス・コーポ
レイション(Genus Corporation)か
ら市販されているモデル#8402 CVD反応器の
ような適当な装置を用いて膜厚約2000オングストロ
ームののケイ化タングステンの薄膜を形成する。リンを
ドープしたポリシリコン及びケイ化タングステンの組合
せを、集合的にポリサイド層204と言う。ポリサイド
以外のモリブデンのような材料を用いてNMOS及びP
MOSトランジスタのゲートを形成することもできる。
からポリサイド・マスク203を形成する。ポリサイド
・マスク203は、単にNMOS領域201のNMOS
トランジスタのゲート領域をマスクしかつ他の電界効果
トランジスタのゲート領域を概ねマスクするだけでなく
、バイポーラ領域200の前記バイポーラトランジスタ
の活性領域及び他のバイポーラトランジスタの前記活性
領域を概ねマスクする。NMOS領域201内に前記N
MOSトランジスタのゲート204a及び、バイポーラ
領域200(図10)の前記バイポーラトランジスタの
前記活性領域の上に保護構造204bが残るように、ポ
リサイド層204を選択的にエッチングする。図示され
ないPMOSトランジスタのゲートが同様にこの工程に
於て形成される。
04a及び保護構造204b)のアニーリング工程の後
に、膜厚約3000オングストロームの低温酸化膜(L
TO)211を、米国カリフォルニア州サンノゼのアニ
コン・インコーポレイテッド(Anicon Inc.
)から市販されているCVD反応器を用いる等の適当な
方法で形成する。(図11)。図11から容易に理解さ
れるように、保護構造204bがLTO膜211をバイ
ポーラ領域200の前記活性領域から分離する。ゲート
酸化膜205aがバイポーラ活性領域200の表面を被
覆しているので、この表面は当然ながらこの熱成長させ
たゲート酸化膜205aによって不活性化され、シリコ
ン表面に於ける電子トラップの密度を低下させることに
なる。LTO成膜工程に於て、バイポーラ領域200の
前記活性領域は、保護構造204bによって微粒子の汚
染から保護される。
領域の上に保護構造204bを形成する材料には、電界
効果トランジスタのゲートを形成するのに適当な様々な
材料を用いることができる。この材料の選択は、基本的
に前記電界効果トランジスタの条件によって決定される
。例えば、純粋なタングステンは、電界効果トランジス
タのソース及びドレインを形成するために使用されるよ
うなイオン注入工程に於いてチャネリング効果に対して
敏感な性質を有するので好ましくない。チャネリングは
、前記トランジスタのチャネル領域内の注入されたイオ
ン種によって汚染を生じるので、動作特性に悪影響を与
える。
活性領域200の上の保護構造204bについてゲート
材料を選択することから、前記バイポーラ領域の表面は
当然ながら熱成長させたゲート酸化膜205aによって
不活性化される。このような不活性化即ちパッシベーシ
ョンは、前記ベース領域に於けるシリコン表面の電子ト
ラップの密度を大幅に低下させて、理想的なバイポーラ
トランジスタにより近い電気的特性を有するより安定し
たバイポーラトランジスタが得られる。この効果につい
ては、イー・エイチ・ニコリアン(E.H. Nico
llian)他による「MOS(Metal Oxys
ide Semiconducdor) PHYSI
CS and Technology」、John W
ilwy and Sons(米国ニューヨーク)、1
982年発行、第756〜759頁に記載されている。
カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリア
ルズ,インコーポレイテッド(AppliedMate
rials, Inc.)から市販されているAMT8
310 RIEプラズマエッチング装置を用いて異方
性エッチングを行ない、ゲート204aの側壁に酸化膜
スペーサ211a、211b及び保護構造204bの側
壁に酸化膜スペーサ211c、211dを形成する。前
記ウエハの酸化膜の厚さには元来変動があること、エッ
チングを行なう際に使用される反応性イオンの選択性、
及びウエハの中央と周辺とに於てエッチング率の異なる
エッチングを行なう性質があるエッチング装置の構成等
のために、前記ウエハの全体に於て酸化膜の膜厚を正確
に制御することは困難である。ウエハの中央部と分周辺
部分との間には最大350オングストロームの変動が見
られる。
LTO膜211とその下の熱成長によるゲート酸化膜2
05aとの間に障壁が設けられ、それがバイポーラ領域
200の前記ベース領域シリコン表面を不活性化するこ
とから、NMOS領域201内のような電界効果トラン
ジスタの活性領域の上のLTO膜211を、ゲート酸化
膜205aに有害な影響を与えたりバイポーラ領域20
0内に欠陥を生じさせることなく実質的に完全にエッチ
ングすることができ(図12)、それによって最終的な
バイポーラトランジスタに於て過大なベース再結合電流
が防止される。このように本発明によれば、前記活性領
域の上に酸化膜を正確に膜厚を制御して残すという条件
が不必要になり、前記バイポーラトランジスタのベース
領域への損傷が回避される。同時に、電界効果トランジ
スタの活性領域から全酸化膜を実質的に除去することに
よって、同じソース/ドレインの注入によって形成され
るレジスタ及び電界効果レジスタに均一なかつ制御可能
な電気的特性が与えられる。
ターンニングして、バイポーラ領域200のコレクタ・
プラグ領域209内部のコレクタ・コンタクト212c
と、NMOS領域201のソース領域212a及びドレ
イン領域212bとにn型イオン注入を行なうための開
口を形成する。このイオン注入に使用されるn型イオン
種はリン、砒素またはこれらの双方とすることができる
。砒素及びリンの両方を用いた場合には、適当なイオン
注入のドーズ量はそれぞれ65KeVに於て8.0×1
015及び65KeVに於て1.5×1014である。
を用いる灰化工程及びそれに続く「ピラニア」溶液とし
て一般に知られる試薬を使用するレジスタ剥離工程によ
って除去される。前記灰化及びレジスタ剥離工程の間、
保護構造204bはバイポーラ領域200の不活性化さ
れた前記活性領域を保護する。
、パターニングしてバイポーラ領域200の活性領域に
イオンを注入するための開口を形成する(図14)。 フッ化水素とフッ化アンモニウムとの7:1(容積比)
溶液を30℃で使用する緩衝酸化膜エッチングと称され
るウエット・エッチング工程によって、保護構造204
bの側壁から酸化膜スペーサ構造211c、211dを
除去する。緩衝酸化膜エッチングの後に、米国カリフォ
ルニア州フリモントのエルエーエム・リサーチ・コーポ
レイション(LAM Research Corpor
ation)から市販されているLAMモデル490の
ような適当なプラズマエッチング装置を用いてポリサイ
ド・エッチングを行ない、保護構造204bを除去して
バイポーラ領域200の前記活性領域の上にゲート酸化
膜205aを露出させる。
する前記ウエット・エッチング工程によって平担性が向
上するが、必要に応じて酸化膜スペーサ211c、21
1dを所定位置に残すことができる。平担性の改善によ
って、後の工程で被着される前記BPSG層が薄過ぎる
場合に生じることがある金属配線の破断を防止できる。 このポリサイド・エッチング工程は、ポリサイド構造2
04bの完全な除去を確保するために15%までオーバ
エッチングすることが可能である。
域の上のゲート酸化膜205a内にp型イオンを注入す
る。ホウ素のような注入イオンは、ゲート酸化膜205
aの下のシリコンを貫通して、バイポーラ領域200内
にバイポーラトランジスタのベース215を形成する(
図16)。保護構造204bによって保護される酸化膜
205aを介して前記ホウ素イオンが注入されることか
ら、生のシリコンへのホウ素の注入に関連するチャネリ
ング・テイル効果は、チャネリングが酸化膜内で生じな
いことから防止される。この結果、高性能のバイポーラ
トランジスタに必要な非常に狭いベース幅が達成される
。更に、ゲート酸化膜205aは、前記シリコン表面に
於けるトラップ部分及びタングリングボンドの形成を排
除することによって前記ベース活性領域の表面を不活性
化する機能を有する。このパッシベーション効果によっ
てバイポーラトランジスタの信頼性が向上する。
薬をそれぞれ用いて灰化工程及びレジスト剥離工程によ
ってフォトレジスト層214を除去した後に、フォトレ
ジスト層217を設け、かつバイポーラトランジスタの
ベース・コンタクト領域216a、216b(図17)
及びPMOSトランジスタ(図示せず)のソース及びド
レイン領域にイオン注入を行なうための開口を形成する
ようにパターンニングする。PMOSトランジスタのソ
ース領域及びドレイン領域を形成するのに適したイオン
種の1つに2フッ化ホウ素(BF2)があり、その場合
にドーズ量は45KeVに於て3.0×1015である
。
、米国カリフォルニア州サンノゼのアニコン・インコー
ポレイテッドから市販されているCVD反応器のような
低温酸化膜を形成する適当な方法によって、膜厚200
0オングストロームの低温酸化膜(LTO)224を被
着させる。次に、この低温酸化膜224をパターニング
し、かつ更に選択的にエッチングして、第2ポリシリコ
ン層(「Poly II」)のためのコンタクト領域
を形成する。このようなコンタクト領域にはエミッタ・
コンタクト領域217aが含まれる。
はポリシリコン層218によってバイポーラトランジス
タのエミッタが得られる(図18)。このエミッタは、
前記ポリシリコン内の砒素のようなn型ドーパントが下
側のシリコン表面内に拡散する際に形成される。次に前
記ウエハ表面にホウ素−リン−硅酸塩ガラス(BPSG
)の層220を設け、パターニングしかつ選択的にエッ
チングして、回路素子を金属間絶縁層221によって絶
縁された1個または2個以上の金属層219によって接
続できるようにする。この絶縁層221は、上述したア
ニコン・インコーポレイテッドから市販されているAC
VD反応器のような適当な装置によって被着された膜厚
約15500オングストロームの低温酸化膜(LTO)
から形成される。
に膜厚17500オングストロームの酸化膜が残るまで
LTO膜221をエッチングすることによって達成され
る。このエッチバック工程の後に、米国カリフォルニア
州サンノゼのノベルス・システムズ・インコーポレイテ
ッド(Novellus Systems Inc.)
から市販されているようなConcept One(
登録商標)反応装置のような適当な装置を用いて膜厚約
8000オングストロームのドープされていないプラズ
マ酸化物の薄膜が形成される。バイア(via)及び第
2金属層の双方を適当にパターニングして、当業者に良
く知られているような特別の配線を設けることができる
。
によって不活性化される。パッシベーション層222は
、後に同様の膜厚の窒化物を被着させる膜厚約6000
オングストロームのポリシリコンガラス薄膜のような適
当なパッシベーション層とすることができる。両薄膜は
、上述したノベルス社の反応器によって、絶縁層221
に於けるプラズマ酸化膜の被着と共に形成することがで
きる。完成した半導体構造が図18に示されている。
とすることなくBiCMOS技術に於て最小のベース再
結合電流を有する高度な製造可能なバイポーラトランジ
スタを得るための方法について説明した。しかしながら
、保護構造204bについて上述したゲート材料以外の
別の薄膜を保護構造として用いることもできる。
を示している。図19は、それぞれバイポーラトランジ
スタ及びNMOSトランジスタの形成を目的とする領域
300及び301を有する半導体構造の断面を示してい
る。図19に示されるように、領域302は、適当な方
法によって形成されたNウェル310の下に同じく適当
な方法で形成されたn型埋込み層308が設けられてい
る。領域301には、適当な方法によって形成されたp
型埋込み層307が、同じく適当な方法で形成されたP
ウェル306の下に設けられている。
のパッド酸化膜305aを領域300及び301の表面
上に設ける。窒化物の膜303を、ジクロロシラン及び
アンモニアの3対1の混合ガス内で800℃で1時間に
亘ってLPCVD技術を用いて約1700オングストロ
ームの膜厚にまで形成し、かつ選択的にパターニングす
る。
目的を有する。第1に、次に形成されるべきフィールド
酸化膜の酸化マスクとして機能する。第2に、バイポー
ラ領域300に於ける窒化膜303が、図9乃至が15
の保護構造304bが達成する目的と同様の目的を有す
る保護構造をバイポーラ活性領域300の上に形成する
。
って標準的なシリコンの局部酸化(LOCOS)を行う
ことによって、膜厚6000オングストロームのフィー
ルド酸化膜305bが得られる。窒化膜303によって
前記シリコン表面の多くの部分が酸化から保護されるに
も拘らず、図19に膜303aとして示される酸化物の
薄膜が形成される。図19は、前記LOCOS工程の完
了後に於ける半導体構造を示している。
次の酸化膜ウェット・エッチング及び窒化膜ウェット・
エッチングの工程に於てバイポーラ領域300の前記ベ
ース領域の上の薄い酸化膜303a、窒化シリコン膜3
03及びパッド酸化膜305aを保護するように適当に
パターニングする(図20)。
NMOSトランジスタ301及び図示されないPMOS
トランジスタを露出させるようにパターニングし、それ
によって領域300内の窒化膜303の一部分を、上述
した酸化膜スペーサの形成の際に次のオーバエッチング
の後まで残すことができるようになっている。
、窒化膜303の上にある薄い酸化膜303aを除去す
ることである。この酸化膜ウェット・エッチングは、フ
ッ化水素HFとフッ化アンモニウムとの7:1緩衝酸化
膜エッチングであって30℃で約25秒間行われ、それ
によってNMOS領域301のような電界効果トランジ
スタ領域内の窒化膜303を露出させるようにする。 窒化膜ウェット・エッチングは、170℃の高温リン酸
塩内で75分間に亘って行われる。このウェット・エッ
チングは、別の緩衝化酸化膜エッチングを10秒間行う
清浄化工程によって半導体表面の不純物または凸凹を取
り除くことによって完了する。
ッチング工程の後に於ける半導体構造を示している。
グ工程の後に、フォトレジスト層303bを剥離させる
。犠牲的酸化工程を行って、窒化膜エッチングによって
露出された前記シリコン表面の上に膜厚約260オング
ストロームの酸化膜を成長させる。次に、この酸化膜を
フッ化水素HFとフッ化アンモニウムとの7:1(容積
比)緩衝酸化膜エッチングによって除去する。この犠牲
的酸化及び除去は、NMOS領域301のような電界効
果トランジスタ領域から窒化膜の除去が完全に行われる
ことを保証するためのものである。この犠牲的酸化及び
除去によって「コオイ(Kooi)効果」即ち「ホワイ
トリボン」現象が防止される。
半導体表面を、図21の領域309として示されるコレ
クタ・プラグ領域の深いN+イオン注入のために適当に
パターニングする。この深いN+イオン注入には、イオ
ン種としてリンを100KeVでドーズ量5.0×10
15で使用する。
に、図21のゲート酸化膜305cを乾燥した酸素雰囲
気内で950℃の温度で約50分間に亘って膜厚245
オングストロームまで成長させる。(前記犠牲的酸化膜
、コレクタ・プラグイオン注入、及びゲート酸化膜の各
工程については、ピー・トン(P. Tong)他によ
る「A Production Proven Hig
h Performance 1.0 μm Doub
le−level Polysilicon BiCM
OS Technology」、Semiconduc
tor Technical Journal、199
0年6月、第106〜112頁に記載されている。)
レイションから市販されているLPCVD管のような適
当な成膜装置を615℃の成膜温度で用いて最初に膜厚
500オングストロームのポリシリコンからなる中間膜
303dを付着させることによってポリサイド層304
を形成する。この中間ポリシリコン層を介して、45K
eVで8.5×1011のドーズ量でホウ素イオンのV
T(閾値電圧)イオン注入を行う。このVTイオン注入
によって、前記NMOS及びPMOS電界効果トランジ
スタ双方の閾値電圧を調整する。(図21)
】上述した第1実施例では、前記VTイオン注入を図9
のポリサイド層204の成膜前に行うことによって、前
記VTイオン注入が前記MOS及びPMOS活性領域だ
けでなく、前記バイポーラベース活性領域についても同
様に進行する。対照的に、前記第2実施例の窒化膜構造
303は、前記VTイオン注入の際にイオン種から前記
ベース活性領域を保護する。
コーポレイションから市販されているLPCVD管のよ
うな適当な成膜装置を使用し、615℃の成膜温度で別
の膜厚2500オングストロームのポリシリコン薄膜を
形成する。このポリシリコン薄膜は、同じくテルムコ・
コーポレイションから市販されているPOCl3管のよ
うな適当な装置を用いて24Ω/平方にドーピングする
。艶消し及び硫酸塩清浄工程の後に、米国カリフォルニ
ア州マウンテンビュウのジーナス・コーポレイションか
ら市販されているモデル#8402 CVD反応器の
ような適当な装置を用いて、膜厚約2000オングスト
ロームのケイ化タングステンの薄膜を形成する。リンで
ドーピングしたポリシリコン及びケイ化タングステンの
組み合わせを本明細書ではポリサイド層304と称する
。
かつ前記電界効果トランジスタのゲート領域を画定する
ように成長させる。図22は、フォトレジスト303c
を付着させかつ成長させた後の半導体構造の断面である
。
本発明の第1実施例に関して記述したポリサイドのエッ
チングである。LTOの成膜及びその後のスペーサ・エ
ッチングの後に酸化膜スペーサ311a、311bを形
成する。このスペーサ311a、311bの成膜工程は
、図9乃至図18に示される本発明の第1実施例の酸化
膜スペーサ211a、211bに関して記述したものと
同じである。窒化物の保護構造303によって、バイポ
ーラ領域300のベース活性領域の表面はオーバエッチ
ングによる損傷から保護されている。従って、第1実施
例に関連して上述した保護構造204bの利点が、この
第2実施例の保護構造303によっても実現されている
。
領域301のソース領域312a及びドレイン領域31
2bの形成に関連する本第2実施例の次のステップは、
第1実施例の対応する構造を形成する前記工程と同じで
ある。
304から分離された構造が、保護構造303の側壁に
ゲート304a及びポリサイド・スペーサ304b、3
04cを形成する(図23)。
かつパターニングして、バイポーラ領域300の活性領
域内にイオン注入のための開口を形成する(図23)。 米国カリフォルニア州フリモントのエルエーエム・リサ
ーチ・コーポレイションから市販されているモデル49
0のような適当なプラズマ・エッチング装置を使用する
ポリサイド・エッチングによって、保護構造303の側
壁からポリサイド・スペーサ304b、304cを除去
し、かつその後に、同じくエルエーエム・リサーチ・コ
ーポレイションから市販されているLAM 490−
2のような適当なプラズマ・エッチング装置を用いて短
いウェット酸化膜浸漬に続けて窒化膜プラズマ・エッチ
ングを行うことによって保護構造303を除去する。
ッド酸化膜305a内にp型イオン注入を行う。注入さ
れたホウ素はパッド酸化膜305aの下のシリコン内に
浸透して、バイポーラ領域300内にバイポーラトラン
ジスタのベースを形成する(図示せず)。この時点以降
の後に続く全工程は、第1実施例について上述したベー
スのイオン注入に続く工程と同じである。
説明したが、本発明はその技術的範囲内に於て様々な変
形・変更を加えて実施することができる。例えば、本発
明は上述した特定のBiCMOSプロセスに限定される
ものではなく、また上述した特定のプロセス・パラメー
タの範囲及び材料に限定されるものではなく、当業者に
とって周知のように所望の集積回路デバイスの特性に従
ってパラメータ値及び材料を選択することができる。更
に、本発明はバイポーラNMOSプロセスのような電界
効果トランジスタ及びバイポーラトランジスタの形成に
関連するプロセスに広く適用することができる。従って
、本発明は、その技術的範囲内に於て上述した実施例に
様々な変形・変更を加えることができる。
て製造される半導体構造の初期段階を示す断面図である
。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
ける半導体構造を示す断面図である。
面図である。
断面図である。
断面図である。
である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
造を示す断面図である。
於ける半導体構造を示す断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
形成しかつパターニングする工程に於ける半導体構造を
示す断面図である。
トレジスト層 113 ベース 114 フォトレジスト層 114a ソース領域 114b ドレイン領域 115 フォトレジスト層 116a、116b ベース・コンタクト領域117
a エミッタ・コンタクト 117b ブランケット層 118 金属層 119 BPSG層 200 バイポーラ領域 201 NMOS領域 203 フォトレジスト層、ポリサイド・マスク20
4 ポリサイド層 205a ゲート酸化膜 205b フィールド酸化膜 206 Pウェル 207 p型埋込み層 208 n型埋込み層 209 コレクタ・プラグ領域 210 Nウェル 211 低温酸化膜 211a〜211d 酸化膜スペーサ212a ソ
ース領域 212b ドレイン領域 212c コレクタ・コンタクト 213、214 フォトレジスト層 215 ベース 216a、216b ベース・コンタクト領域217
フォトレジスト層 217a エミッタ・コンタクト領域218 第2
ポリシリコン層 219 金属層 220 BPSG層 221 絶縁層、LTO層 222 パッシベーション層 300 バイポーラ領域 301 NMOS領域 303 窒化膜 303a 酸化膜 303b フォトレジスト層 305a パッド酸化膜 305b フィールド酸化膜 306 Pウェル 307 p型埋込み層 308 n型埋込み層 309 コレクタ・プラグ領域 310 Nウェル 311a、311b スペーサ 312a ソース領域 312b ドレイン領域 314 フォトレジスト層
Claims (27)
- 【請求項1】 電界効果トランジスタ構造及びバ
イポーラトランジスタ構造をそれぞれの活性領域に形成
する方法であって、前記電界効果トランジスタ活性領域
及びバイポーラトランジスタ活性領域の上にゲート材料
の層を形成する過程と、前記電界効果トランジスタ活性
領域の第1領域の上に前記ゲート材料の層からゲートを
形成し、かつ前記バイポーラトランジスタ活性領域の上
に保護構造を形成する過程と、前記電界効果トランジス
タ活性領域の前記第1領域近傍に、前記保護構造を前記
バイポーラトランジスタ活性領域の上に残した状態でソ
ース及びドレイン領域をイオン注入する過程とからなる
ことを特徴とする電界効果トランジスタ構造及びバイポ
ーラトランジスタ構造の形成方法。 - 【請求項2】 前記ゲートが、ゲート酸化膜の上
に形成された導電層からなることを特徴とする請求項1
に記載の方法。 - 【請求項3】 前記導電層がポリシリサイド薄膜
からなることを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記導電層がドープド・ポリシリ
コン薄膜からなることを特徴とする請求項2記載の方法
。 - 【請求項5】 前記イオン注入過程の後に、前記
保護構造を除去する過程と、前記バイポーラトランジス
タ活性領域内にベースコレクタ及びエミッタベース接合
を形成する過程とを更に含むことを特徴とする請求項1
に記載の方法。 - 【請求項6】 前記ゲート及び保護構造形成過程
が単一のマスキング過程であることを特徴とする請求項
1に記載の方法。 - 【請求項7】 電界効果トランジスタ及びバイポ
ーラトランジスタ双方を有する集積回路の製造方法であ
って、半導体基板に電界効果トランジスタ活性領域とバ
イポーラトランジスタ活性領域とを形成する過程と、前
記半導体基板にコレクタ・コンタクト領域を形成する過
程と、前記電界効果トランジスタ活性領域及び前記バイ
ポーラトランジスタ活性領域の上にゲート酸化膜を形成
する過程と、前記ゲート酸化膜の上に導電薄膜を形成す
る過程と、前記電界効果トランジスタ活性領域のチャネ
ル領域の上に前記導電薄膜のゲート部分を、前記全バイ
ポーラトランジスタ活性領域の上に前記導電薄膜の保護
部分をそれぞれ残して、前記電界効果トランジスタのソ
ース及びドレイン領域の上から、及び前記コレクタ・コ
ンタクト領域の上から前記導電薄膜の部分を除去する過
程と、前記ソース領域、ドレイン領域およびコレクタ・
コンタクト領域内にドーパントを打込む過程と、前記導
電薄膜の前記保護部分を除去する過程とからなることを
特徴とする集積回路の製造方法。 - 【請求項8】 前記導電薄膜の部分除去過程と前
記ドーパント打込み過程との間に、前記電界効果トラン
ジスタ及びバイポーラトランジスタの前記活性領域を有
する前記基板の面に酸化膜を形成する過程と、前記酸化
膜をエッチングして、前記導電薄膜の前記ゲート部分及
び前記導電薄膜の前記保護部分の上に酸化膜スペーサを
残す過程とを更に含むことを特徴とする請求項7に記載
の方法。 - 【請求項9】 前記電界効果トランジスタがNM
OSトランジスタであり、前記バイポーラトランジスタ
がNPNトランジスタであり、かつ前記ドーパントがN
型ドーパントであることを特徴とする請求項7に記載の
方法。 - 【請求項10】 前記保護部分の除去過程の後に
、前記バイポーラトランジスタ活性領域にドーパントを
打込んで前記バイポーラトランジスタのベースを形成す
る過程と、前記バイポーラトランジスタのエミッタを形
成する過程とを更に含むことを特徴とする請求項7に記
載の方法。 - 【請求項11】 前記電界効果トランジスタがN
MOSトランジスタであり、かつ前記バイポーラトラン
ジスタがNPNトランジスタであって、前記ソース・ド
レイン・コレクタ・コンタクト領域打込み過程がN型ド
ーパントを打込む過程からなり、かつ前記ベース打込み
過程がP型ドーパントを打込む過程からなることを特徴
とする請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 前記半導体構造がPMOS電界
効果トランジスタ及びNMOS電界効果トランジスタを
有し、前記ベース・コンタクト打込み過程が、更にPM
OSトランジスタ能動領域に前記P型ドーパントを打込
んで、前記PMOSトランジスタのソース領域及びドレ
イン領域を形成する過程を含むことを特徴とする請求項
11に記載の方法。 - 【請求項13】 バイポーラトランジスタ活性領
域及び電界効果トランジスタ活性領域がゲート絶縁層の
上にゲート材料の層を有する中間体内にあり、前記電界
効果トランジスタ活性領域内にソース領域及びドレイン
領域を形成しつつ、前記バイポーラトランジスタ活性領
域を保護するための半導体デバイス製造方法であって、
前記ゲート材料から前記電界効果トランジスタの活性領
域内のチャネル領域の上にゲートを、及び前記バイポー
ラトランジスタの活性領域の上に保護構造を形成する過
程と、前記バイポーラトランジスタの前記活性領域の上
にある前記保護構造をそのままにして、前記電界効果ト
ランジスタの前記活性領域にソース領域およびドレイン
領域を形成する過程とからなることを特徴とする半導体
デバイスの製造方法。 - 【請求項14】 前記ゲート及び保護構造の形成
過程が単一のマスキング過程からなることを特徴とする
請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】 前記導電層がポリシリサイド薄
膜からなることを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 【請求項16】 前記導電層がドープド・ポリシ
リコン薄膜からなることを特徴とする請求項13に記載
の方法。 - 【請求項17】 前記ソース領域及びドレイン領
域形成過程が、イオン種を選択的に注入する過程からな
ることを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 【請求項18】 電界効果トランジスタ及びバイ
ポーラトランジスタをそれぞれの活性領域内に形成した
半導体構造を製造する方法であって、前記バイポーラト
ランジスタ活性領域の上に選択的に半導体酸化膜の形成
を防止するのに適した保護構造を形成する過程と、前記
保護構造によって保護されない前記半導体構造の表面に
半導体酸化膜を形成する過程と、前記バイポーラトラン
ジスタのベースを形成する前に前記バイポーラトランジ
スタ活性領域の表面を露出させるように前記保護構造を
除去する過程とからなることを特徴とする半導体構造の
製造方法。 - 【請求項19】 前記保護構造が窒化ケイ素から
なることを特徴とする請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 前記半導体酸化膜形成過程と前
記保護構造除去過程との間に、前記電界効果トランジス
タのゲート領域及びチャネル領域を形成する過程を更に
含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 【請求項21】 前記電界効果トランジスタのゲ
ート領域及びチャネル領域形成過程が、前記電界効果ト
ランジスタの閾値電圧を所定の範囲内に画定するように
、前記電界効果トランジスタ内にイオン種を注入する過
程を更に含むことを特徴とする請求項20に記載の方法
。 - 【請求項22】 前記電界効果トランジスタの前
記ゲート領域及びチャネル領域形成過程の間に、前記バ
イポーラトランジスタ活性領域及び前記電界効果トラン
ジスタ活性領域の表面に酸化膜を形成する過程と、前記
電界効果トランジスタの前記ゲートの側に酸化膜スペー
サを残すように前記酸化膜をエッチング除去する過程と
を更に含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。 - 【請求項23】 前記半導体酸化膜形成過程と前
記保護構造除去過程との間に、前記バイポーラトランジ
スタのコレクタ・プラグ領域を形成する過程を更に含む
ことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 【請求項24】 前記半導体酸化膜形成過程と前
記保護構造除去過程との間に、前記バイポーラトランジ
スタのコレクタ・コンタクト領域を形成する過程を更に
含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 【請求項25】 前記半導体酸化膜形成過程と前
記保護構造除去過程との間に、前記電界効果トランジス
タのソース及びドレイン領域を形成する過程を更に含む
ことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 【請求項26】 前記保護構造除去過程の後に、
前記バイポーラトランジスタのベースを形成するように
前記バイポーラトランジスタ活性領域内にドーパントを
注入する過程と、前記バイポーラトランジスタのエミッ
タを形成する過程と更に含むことを特徴とする請求項1
7に記載の方法。 - 【請求項27】 前記半導体構造がPMOS電界
効果トランジスタ及びNMOS電界効果トランジスタを
有し、前記バイポーラトランジスタがNPNトランジス
タからなり、かつ前記ベース・コンタクトのドーパント
注入過程が、前記PMOSトランジスタドレイン領域及
びソース領域を形成するようにPMOSトランジスタ活
性領域内にP型ドーパントを注入する過程からなること
を特徴とする請求項26に記載の方法。
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