JPH04364067A - BiCMOS半導体装置 - Google Patents

BiCMOS半導体装置

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JPH04364067A
JPH04364067A JP13886991A JP13886991A JPH04364067A JP H04364067 A JPH04364067 A JP H04364067A JP 13886991 A JP13886991 A JP 13886991A JP 13886991 A JP13886991 A JP 13886991A JP H04364067 A JPH04364067 A JP H04364067A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductivity type
buried layer
well
substrate
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP13886991A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Higuchi
哲夫 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はバイポーラトランジス
タとCMOS(相補型電界効果)トランジスタとを同一
の半導体チップ上に混載したBiCMOS半導体装置に
関し、特に、耐電圧を低下させることなく多電源系の回
路を構成し得るBiCMOS半導体装置に間するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、バイポーラデバイスの高速性およ
び高駆動能力性の長所とCMOSデバイスの高集積性お
よび低消費電力性の長所とを兼ね備えたデジタル・アナ
ログ混載型のBiCMOSデバイスが注目されている。
【0003】図9を参照して、先行技術によるBiCM
OSデバイスの一例が概略的な断面図で示されている。 このBiCMOSデバイスにおいて、p半導体基板1上
にn+ 埋込層2とp+ 埋込層3が形成されている。 これらの埋込層2,3および基板1を覆うように、nエ
ピタキシャル層4が形成されている。nエピタキシャル
層4内には、p− ウェル層5が形成されている。エピ
タキシャル層4上には、フィールド酸化膜13が形成さ
れており、フィールド酸化膜13の下には、p+ チャ
ンネルカット領域7が形成されている。エピタキシャル
層4内のnウェルの1つ内に、n+ コレクタウォール
6,p+ 外部ベース層10,pベース層11,エミッ
タ拡散用のn+ ポリシリコン膜12を含むNPNバイ
ポーラトランジスタが形成されている。エピタキシャル
層4内のp− ウェル5内には、n+ ソース・ドレイ
ン9とポリシリコンゲート膜14を含むnチャンネルF
ET(電界効果トランジスタ)が形成されている。さら
に、エピタキシャル層4内に設けられた1つのnウェル
内には、p+ ソース・ドレイン8とポリシリコンゲー
ト膜15を含むpチャンネルFETが形成されている。
【0004】これらのトランジスタは、絶縁酸化膜27
とその上のBPSG(ボロン・リン・シリケートガラス
)膜29で覆われており、それらの膜を貫通する電極と
接続されている。コレクタ電極16はn+ コレクタウ
ォール6に接続されており、エミッタ電極17とベース
電極18は、それぞれエミッタ拡散用n+ ポリシリコ
ン膜12とp+ 外部ベース層10に接続されている。 また、nチャンネルFETのソース・ドレイン電極19
,20は、n+ ソース・ドレイン9に接続されている
。さらに、pチャンネルFETのソース・ドレイン電極
21,22は、p+ ソース・ドレイン8に接続されて
いる。
【0005】図9に示されているような先行技術におけ
るBiCMOSデバイスにおいては、nチャンネルFE
Tの形成されるp− ウェル5は、pシリコン基板1上
のp+ 埋込層3に到達する深さまで形成されている。 これは、n+ ソース・ドレイン9とp− ウェル5と
nエピタキシャル層4との間に寄生するnpnトランジ
スタの低い耐電圧によってnチャンネルFETの見かけ
上の耐電圧が制限されてしまうことのないようにするた
めである。しかし、このような構造では、nチャンネル
FETの形成されているp− ウェル5は、バイポーラ
トランジスタの基板1の接地電位に固定されるので、回
路的に電源数を増やすことが不可能である。そこで、図
10に示されているような構造を有するもう1つのBi
CMOSデバイスが先行技術において提案されている。
【0006】図10に示されたBiCMOSデバイスは
、図9のものと類似しているが、nチャンネルFETが
形成されるp− ウェル5をpシリコン基板1から電気
的に分離するために、p+ 埋込層3とpシリコン基板
1との間に付加的に設けられたn+ 埋込層2aをさら
に備えている。しかし、この付加的なn+ 埋込層2a
は、他のn+ 埋込層2と同一の工程で形成されるので
、いずれも高不純物濃度を有するp+ 埋込層3とn+
 埋込層2aとの間の耐電圧が低いという課題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のBiCMOSデ
バイスは、以上のように構成されているので、多電源系
の回路を構成することが困難であるか、または、多電源
系の回路を構成することが可能であってもデバイスの耐
電圧が低いという課題がある。
【0008】そこで、本発明の目的は、耐電圧を低下さ
せることなく多電源系の回路を構成し得るBiCMOS
デバイスを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によるBiCMO
S半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、半導体基
板上に形成されたエピタキシャル層と、エピタキシャル
層内に形成された1以上の第1導電型ウェルおよび1以
上の第2導電型ウェルと、第1導電型ウェルの1つ内に
形成された第2導電型の電界効果トランジスタと、第2
導電型ウェルの1つ内に形成された第1導電型の電界効
果トランジスタと、ウェルのもう1つの中に形成された
バイポーラトランジスタとを備え、第1導電型ウェルと
基板との間に形成された第2導電型の埋込層は、第2導
電型のウェルと基板との間に形成された第2導電型の埋
込層に比べて低不純物濃度でさらに深くまで形成されて
いることを特徴としている。
【0010】
【作用】本発明によるBiCMOSデバイスにおいては
、第2導電型の電界効果トランジスタが形成される第1
導電型のウェルと第1導電型の基板との間に形成される
第2導電型の埋込層は、第2導電型のウェルと第1導電
型基板との間に形成される第2導電型の埋込層に比べて
、低不純物濃度でさらに深くまで形成されているので、
デバイスの耐電圧を低下させることなく第1導電型ウェ
ルを第1導電型基板から電気的に分離することができ、
多電源系の回路を構成することが可能となる。
【0011】
【実施例】図1を参照して、本発明の一実施例によるB
iCMOSデバイスが概略的な断面図で示されている。 図1のBiCMOSデバイスは、図10のものに類似し
ているが、nチャンネルFETが形成されるp− ウェ
ル5をp基板1から電気的に分離するための付加的なn
埋込層23が、他のn+埋込層2より低不純物濃度でよ
り深くまで形成されている。したがって、低不純物濃度
のこの付加的なn埋込層23は、図10における高不純
物濃度の付加的な埋込層2aと比べてp+ 埋込層3と
の界面において高い耐電圧を有し、また、それは十分な
深さまで形成されているので、p− ウェル5とp基板
1との間の電気的分離を確実に達成することができる。 図2ないし図8の断面図において、図1に示されている
ようなBiCMOSデバイスの製造過程が示されている
【0012】図2(A)において、バイポーラトランジ
スタ形成領域とpチャンネルFET形成領域とに対応し
て、pシリコン基板1上に、拡散またまはイオン注入に
よってn+ 埋込層2が形成される。その後、基板1の
表面に均一で薄い酸化膜1aが形成される。
【0013】図2(B)において、nチャンネルFET
形成領域に対応して、n+ 埋込層2より深くかつ低不
純物濃度のn埋込層23が、イオン注入によって基板1
内に形成される。
【0014】図2(C)を参照して、n埋込層23が形
成された後に、新たに均一で薄い酸化膜1bが形成され
る。そして、バイポーラトランジスタの分離領域および
nチャンネルFET用pウェルの一部としてp+ 埋込
層3がイオン注入によって形成される。このとき、nチ
ャンネルFET用のp+埋込層3はn埋込層23の内部
に形成される。
【0015】図3(D)を参照して、酸化膜1bを除去
した後に、nエピタキシャル層4が基板1上に形成され
る。
【0016】図3(E)において、nエピタキシャル層
4上に酸化膜24,窒化膜25,およびフォトレジスト
層26aが形成される。フォトレジスト層26aと窒化
膜25がパターニングされ、それらのパターンをマスク
として、nチャンネルFET用pウェルおよびバイポー
ラトランジスタの分離領域を形成するために、ボロンイ
オンB+ がnエピタキシャル層4の表面層内に注入さ
れる。
【0017】図4(F)を参照して、さらに、チャンネ
ルカット領域を形成するためのイオン注入後に、窒化膜
25をマスクとして選択酸化法によってフィールド酸化
膜15が形成される。このとき、注入されたイオンが拡
散し、p−ウェル5とp+ チャンネルカット領域7が
形成される。
【0018】図4(G)を参照して、nコレクタウォー
ル6を形成した後にゲート酸化膜を形成し、FETのゲ
ート電極としてのポリシリコン膜14,15が形成され
る。
【0019】図5(H)を参照して、CVD(化学気相
析出)酸化膜の異方性エッチングによって、ゲート電極
14,15の側面に側壁酸化膜30が形成される。その
後、フォトレジストパターン26bが形成され、nチャ
ンネルFETのp+ ソース・ドレインを形成するため
に砒素イオンAs+ がp− ウェル5内に注入される
【0020】図5(I)を参照して、nチャンネルFE
Tのn+ ソース・ドレイン9を形成した後に、pチャ
ンネルFETのソース・ドレインおよびバイポーラトラ
ンジスタのp外部ベースを形成するために、フォトレジ
ストパターン26cをマスクとしてボロンイオンB+ 
がnウェル4内に注入される。
【0021】図6(J)を参照して、フォトレジストパ
ターン26cを除去した後に新たなフォトレジストパタ
ーン26dを形成し、それをマスクとしてバイポーラト
ランジスタのベース層を形成するためにボロンイオンB
+ が所定のnウェル4内に注入される。
【0022】図6(K)を参照して、フォトレジストパ
ターン26dを除去した後に焼鈍が行なわれ、pチャン
ネルFETのp+ ソース・ドレイン8とバイポーラト
ランジスタのp+ 外部ベース10およびp+ ベース
11が形成される。
【0023】図7(L)において、上側の全自由表面を
覆うように酸化膜27がCVD法で形成される。
【0024】図7(M)において、バイポーラトランジ
スタのエミッタ形成領域およびコレクタウォール6に対
応する位置において酸化膜27に開口を設けた後、酸化
膜27全面を覆うようにポリシリコン膜28が約0.2
μmの厚さに形成される。その後、ポリシリコン膜28
の全面に砒素イオンAs+ を注入する。
【0025】図8(N)を参照して、バイポーラトラン
ジスタのエミッタ拡散用n+ ポリシリコン膜部分12
を残して、ポリシリコン膜27が除去され、その後全面
を覆うようにBPSG膜29が約0.8μmの厚さにC
VD法で形成される。
【0026】図8(O)において、BPSG膜29の上
にフォトレジストパターン26eが形成され、BPSG
膜29や酸化膜27を貫通してコンタクトホール31が
開けられる。その後、フォトレジストパターン26eを
除去した後、コンタクトホール31内に電極16ないし
22が形成され、これによって、図1のBiCMOSデ
バイスが完成する。
【0027】以上のようにBiCMOSデバイスを形成
することによって、nチャンネルFET用のpウェル5
,3は、pシリコン基板1から電気的に分離される。 したがって、バイポーラトランジスタ,nチャンネルF
ET,およびpチャンネルFETの各々のトランジスタ
の電源電圧を独立に設定することが可能となる。また、
nチャンネルFET形成後のn埋込層23の拡散深さを
従来の約2〜3μmから約8〜10μmに増大させると
ともに、不純物濃度を従来の5×1019cm−3から
5×1017cm−3に低減することによって、p+ 
埋込層(約1×1018cm−3の不純物濃度を有する
)3との間の耐電圧を向上させることができる。
【0028】なお、以上のBiCMOSデバイスにおい
てはnpnバイポーラトランジスタを搭載する場合につ
いて説明されたが、基板浮遊型の垂直pnpトランジス
タを搭載する場合には、そのコレクタ用p+ 埋込層3
の下にもn埋込層23を形成することができ、同じ製造
工程で垂直pnpバイポーラトランジスタを搭載するこ
とも可能である。
【0029】また、以上の実施例ではnチャンネルFE
T用のpウェルはp+ 埋込層3とエピタキシャル層4
の両面から形成されたpウェル層5とで形成されていた
が、エピタキシャル層4の上面からのpウェル層5のみ
で形成してもよいことが理解されよう。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、トラン
ジスタの見掛けの耐電圧を低下させることなく多電源系
の回路を構成し得るBiCMOS装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるBiCMOSデバイス
の概略的な断面図である。
【図2】図1のデバイスの製造工程を示す断面図である
【図3】図1のデバイスの製造工程を示す断面図である
【図4】図1のデバイスの製造工程を示す断面図である
【図5】図1のデバイスの製造工程を示す断面図である
【図6】図1のデバイスの製造工程を示す断面図である
【図7】図1のデバイスの製造工程を示す断面図である
【図8】図1のデバイスの製造工程を示す断面図である
【図9】先行技術によるBiCMOSデバイスの断面図
である。
【図10】先行技術によるもう1つのBiCMOSデバ
イスの断面図である。
【符号の説明】
1  pシリコン基板 2  n+ 埋込層 3  p+ 埋込層 4  nエピタキシャル層 5  pウェル層 6  n+ コレクタウォール 7  p+ チャンネルカット層 8  p+ ソース・ドレイン 9  n+ ソース・ドレイン 10  p+ 外部ベース 11  pベース 12  エミッタ拡散用n+ ポリシリコン膜13  
フィールド酸化膜 14  nチャンネルFETのゲート電極15  pチ
ャンネルFETのゲート電極16  コレクタ電極 17  エミッタ電極 18  ベース電極 19〜22  ソース・ドレイン電極 23  n埋込層 24  酸化膜 25  窒化膜 26a〜26d  フォトレジストパターン27  酸
化膜 28  ポリシリコン膜 29  BPSG膜 30  ゲート電極用側壁酸化膜 なお、各図において、同一符号は同一内容または相当部
分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1導電型の半導体基板と、前記半導
    体基板上に形成されたエピタキシャル層と、前記エピタ
    キシャル層内に形成された1以上の第1導電型および1
    以上の第2導電型のウェルと、前記第1導電型ウェルの
    1つ内に形成された第2導電型の電界効果トランジスタ
    と、前記第2導電型ウェルの1つ内に形成された第1導
    電型の電界効果トランジスタと、前記ウェルのもう1つ
    の中に形成されたバイポーラトランジスタとを備えたB
    iCMOS半導体装置において、前記第1導電型ウェル
    と前記基板との間に形成された第2導電型の埋込層は、
    前記第2導電型のウェルと前記基板との間に形成された
    第2導電型の埋込層に比べて、低不純物濃度でさらに深
    くまで形成されていることを特徴とするBiCMOS半
    導体装置。
JP13886991A 1991-06-11 1991-06-11 BiCMOS半導体装置 Withdrawn JPH04364067A (ja)

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Effective date: 19980903