JPH05167023A - Bi−CMOSデバイスとその素子分離領域の製造方法 - Google Patents

Bi−CMOSデバイスとその素子分離領域の製造方法

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JPH05167023A
JPH05167023A JP35110191A JP35110191A JPH05167023A JP H05167023 A JPH05167023 A JP H05167023A JP 35110191 A JP35110191 A JP 35110191A JP 35110191 A JP35110191 A JP 35110191A JP H05167023 A JPH05167023 A JP H05167023A
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bipolar transistor
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Hiroyuki Miwa
浩之 三輪
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Sony Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、CMOSプロセスでBi−CMO
Sデバイスの素子分離領域を形成することで製造コスト
を低減するとともに、素子分離用拡散層の形成領域を縮
小して高集積化を図り、しかも寄生容量の低減を可能に
する。 【構成】 NPNバイポーラトランジスタ19とCMO
Sトランジスタ22とを、例えばエピタキシャル成長層
よりなる半導体層12に形成したBi−CMOSデバイ
ス10であって、バイポーラトランジスタ形成領域13
とCMOSトランジスタ形成領域14とを分離する素子
分離領域15を、バイポーラ,CMOS各トランジスタ
形成領域13,14の半導体層12の厚さよりも薄く形
成した半導体層16に設けたものである。またNPNバ
イポーラトランジスタ19のN+ コレクタ埋込み領域2
3を薄く形成した半導体層16に延長して形成するとと
もにコレクタ引き出し領域24を薄く形成した半導体層
16に設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バイポーラトランジス
タと相補形MOSトランジスタとよりなるBi−CMO
Sデバイスとその素子分離領域の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】大規模集積回路(LSI)は、大規模
化,高集積化が要求されている。特に、相補形MOSト
ランジスタ(以下CMOSトランジスタと称する)の高
集積,低消費電力という特徴とバイポーラトランジスタ
の高速性という特徴とを備えたBi−CMOSデバイス
の要求が高くなっている。
【0003】上記Bi−CMOSデバイスの一例を図7
に示す概略断面図により説明する。図に示すように、P
形半導体基板71のバイポーラトランジスタ形成領域7
2の下方にN+ コレクタ埋込み領域73と、当該P形半
導体基板71のP形MOSトランジスタ形成領域74の
下方にN+ コレクタ埋込み領域75とが形成されてい
る。上記P形半導体基板71の上面にはN形エピタキシ
ャル成長層76が形成されている。このN形エピタキシ
ャル成長層76のN形MOSトランジスタ形成領域77
には、P形ウェル領域78が形成されている。またN形
エピタキシャル成長層76には、P形MOSトランジス
タ形成領域74とN形MOSトランジスタ形成領域77
とバイポーラトランジスタ形成領域72とを分離するP
+ 素子分離用拡散層79,80が形成されている。また
+ コレクタ埋込み領域73の上面に接続する状態にし
て、N形エピタキシャル成長層76にはN+ コレクタ引
き出し領域81が形成されている。
【0004】さらに上記N形エピタキシャル成長層76
の上層には、P形MOSトランジスタ形成領域74とN
形MOSトランジスタ形成領域77とバイポーラトラン
ジスタ形成領域72とバイポーラトランジスタ形成領域
72内でN+ コレクタ引き出し領域81−ベース形成領
域82間とを分離するLOCOS酸化膜83が設けられ
ている。上記P形MOSトランジスタ形成領域74には
通常のP形MOSトランジスタ84が形成されていて、
N形MOSトランジスタ形成領域77には通常のN形M
OSトランジスタ85が形成されている。またバイポー
ラトランジスタ形成領域72には通常のNPNバイポー
ラトランジスタ86が設けられている。
【0005】ここで素子分離領域に着目する。図8に示
すように、例えばゲート長が0.3μm〜0.5μm程
度のCMOSトランジスタのプロセスでは、LOCOS
酸化時に生じる、いわゆるバーズビーク87による寸法
変換差を小さくするために、通常、LOCOS酸化膜8
3を0.25μm〜0.5μm程度の厚さに形成する。
【0006】一方バイポーラトランジスタのプロセスで
は、図9に示すように、1.0μm程度の厚さに形成し
たN形エピタキシャル成長層76をLOCOS酸化膜8
3またはLOCOS酸化膜83とPN接合(例えばP+
素子分離用拡散層88)とによって分離しなければなら
ない。このため、LOCOS酸化膜83の膜厚は、通常
0.8μm〜1.0μm程度になる。
【0007】上記したように、CMOSトランジスタの
プロセスのLOCOS酸化膜とバイポーラトランジスタ
のプロセスのLOCOS酸化膜とでは、膜厚が異なるの
で、それぞれのプロセスに対応したLOCOS酸化膜を
同時に形成することが困難である。
【0008】そこで、図10に示すように、CMOSプ
ロセスで形成するLOCOS酸化膜のように、LOCO
S酸化膜83を0.4μm程度の厚さに形成し、かつP
N接合を形成する。例えば、P+ 素子分離用拡散層88
を1.2μm程度の深さに形成することによりバイポー
ラトランジスタの素子分離領域を形成する。上記P+
子分離用拡散層88は、イオン注入法によって、不純物
をN形エピタキシャル成長層76に導入した後、アニー
ル処理によって、導入した不純物をエピタキシャル成長
層76とP形半導体基板71とに拡散して形成される。
【0009】また図11に示すBi−CMOSデバイス
90では、P形半導体基板91の上層にN+ 埋込み拡散
層92が形成されている。上記P形半導体基板91の上
面にはN形エピタキシャル成長層93が形成されてい
る。このN形エピタキシャル成長層93の上層には、L
OCOS酸化膜94が形成されている。また当該LOC
OS酸化膜94の下方のN形エピタキシャル成長層93
には、P形半導体基板91に達するトレンチ素子分離領
域95が形成されている。上記LOCOS酸化膜94と
トレンチ素子分離領域95とによって、バイポーラトラ
ンジスタ形成領域96と各MOSトランジスタ形成領域
97,98とが分離されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、素子分
離用拡散層を深く形成することによって素子分離領域を
形成した場合には、素子分離用拡散層が横方向にも拡散
されるために、素子分離領域が増大する。このため、素
子分離領域を形成する面積が大きくなり、高集積化の妨
げになって集積度が低下するとともに、コレクタ−基板
間の寄生容量などが増大して素子性能が低下する。また
トレンチ素子分離領域を用いた素子分離法は、トレンチ
を形成する工程とトレンチ内に絶縁体を埋め込む工程と
その後の平坦化工程とが必要になるので、大幅な工程増
になる。この結果、製造コストが高くなる。
【0011】本発明は、簡単なプロセスで素子性能と高
集積化に優れたBi−CMOSデバイスとその素子分離
領域の製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたBi−CMOSデバイスとその素
子分離領域の製造方法である。すなわち、バイポーラト
ランジスタと相補形MOSトランジスタとを半導体層に
形成したBi−CMOSデバイスであって、バイポーラ
トランジスタの形成領域と相補形MOSトランジスタの
形成領域とを分離するための素子分離領域を、各トラン
ジスタの形成領域の半導体層の厚さよりも薄く形成した
半導体層に設けたものである。またバイポーラトランジ
スタ形成領域とその周囲における別のデバイスのトラン
ジスタ形成領域とを分離するための素子分離領域を、各
トランジスタの形成領域の半導体層の厚さよりも薄く形
成した半導体層に設けたものである。上記各構成のBi
−CMOSデバイスの半導体層を、エピタキシャル成長
層で形成したものである。または上記各構成のBi−C
MOSデバイスのバイポーラトランジスタのコレクタ埋
込み領域を、薄く形成した半導体層に延長して形成する
とともに、コレクタ埋込み領域に接続するコレクタ引き
出し領域を薄く形成した半導体層に設けたものである。
【0013】また上記各Bi−CMOSデバイスの素子
分離領域の製造方法であって、第1の工程で、半導体基
板の上層にコレクタ埋込み領域を形成した後、半導体基
板の上面に半導体層を形成し、次いで第2の工程で、バ
イポーラトランジスタ形成領域と相補形MOSトランジ
スタの形成領域とを分離するための素子分離領域を形成
する半導体層の上層を除去して、薄く形成した半導体層
を設ける。その後第3の工程で、薄く形成した半導体層
に素子分離領域を設ける。または上記第2の工程で、バ
イポーラトランジスタ形成領域とその周囲における別の
デバイスのトランジスタ形成領域とを分離するための素
子分離領域を形成する半導体層の上層を除去して、薄く
形成した半導体層を設ける。
【0014】
【作用】上記構成のBi−CMOSデバイスでは、バイ
ポーラトランジスタ形成領域と他のトランジスタ形成領
域とを分離するための素子分離領域を、各トランジスタ
の形成領域における半導体層の厚さよりも薄く形成した
半導体層に設けたので、素子分離領域の深さが浅くて
も、十分に素子分離機能を果たす。このため、例えば素
子分離領域を拡散層で形成した場合には、素子分離用拡
散層の横方向の拡散が低減される。したがって、素子分
離領域の形成面積が縮小される。
【0015】上記構成のBi−CMOSデバイスの半導
体層を、エピタキシャル成長層で形成したので、バイポ
ーラトランジスタの性能の低下がなくなる。また上記各
構成のBi−CMOSデバイスでは、コレクタ引き出し
領域を薄く形成した半導体層に設けたので、コレクタ引
き出し領域の深さが浅くなる。このため、コレクタ引き
出し領域の横方向の拡散が低減されるので、コレクタ引
き出し領域の形成面積が縮小される。
【0016】また上記製造方法によれば、バイポーラト
ランジスタ形成領域と相補形MOSトランジスタの形成
領域とを分離する半導体層を薄く形成する。または、バ
イポーラトランジスタ形成領域とその周囲における別の
デバイスのトランジスタ形成領域とを分離する半導体層
を薄く形成する。その後、薄く形成した半導体層に素子
分離領域を形成する。このため、CMOSトランジスタ
のプロセスでバイポーラトランジスタの素子分離領域が
形成される。
【0017】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す概略構成断面図
により説明する。例えば半導体基板11としてP形単結
晶シリコン基板を用いる。この半導体基板11の上面に
はN形の半導体層12が形成されている。この半導体層
12は、バイポーラトランジスタ形成領域13と相補形
MOS(CMOS)トランジスタ形成領域14とを分離
する素子分離領域15が形成される部分が、バイポーラ
トランジスタ形成領域13とCMOSトランジスタ形成
領域14の各半導体層12の厚さよりも薄く形成されて
いる(以下上記薄く形成した半導体層の部分を薄く形成
した半導体層16とする)。例えばバイポーラトランジ
スタ形成領域13とCMOSトランジスタ形成領域14
との各半導体層12はおよそ1.0μmの膜厚に形成さ
れていて、また薄く形成した半導体層16はおよそ0.
4μmの膜厚に形成されている。
【0018】また、上記薄く形成した半導体層16に
は、バイポーラトランジスタ形成領域13とCMOSト
ランジスタ形成領域14とを分離する素子分離領域15
が形成されている。この素子分離領域15は、膜厚がお
よそ0.4μmのLOCOS酸化膜17とこのLOCO
S酸化膜17の下面より上記半導体基板11に達するP
+ 素子分離用拡散層18とにより形成されている。上記
バイポーラトランジスタ形成領域13の半導体層12に
は、NPNバイポーラトランジスタ19が形成されてい
る。またCMOSトランジスタ形成領域14の半導体層
12には、N形MOSトランジスタ20とP形MOSト
ランジスタ21とよりなるCMOSトランジスタ22が
形成されている。上記の如くに、Bi−CMOSデバイ
ス10は構成されている。
【0019】上記第1に実施例で説明したBi−CMO
Sデバイス10の半導体層12は、半導体基板11より
シリコンをエピタキシャル成長させたN形エピタキシャ
ル成長層で形成されている。なおイオン注入法によっ
て、半導体基板11の上層にN形不純物を導入して設け
たN形ウェル領域を上記半導体層12とすることも可能
である。
【0020】また上記図1に示す如く、N+ コレクタ埋
込み領域23は薄く形成した半導体層16に延長して形
成される。さらに薄く形成した半導体層16には、N+
コレクタ埋込み領域23に接続する状態に、N+ コレク
タ引き出し領域24が形成されている。
【0021】次にBi−CMOSデバイス10の素子分
離領域15の製造方法を、図2に示す製造工程図により
説明する。図2の(1)に示す第1の工程で、通常の埋
込み拡散層を形成する方法によって、半導体基板11の
上層にN+コレクタ埋込み領域23を形成する。この半
導体基板11は、例えば結晶方位が<100>の単結晶
シリコン基板を用いる。その後通常のエピタキシャル成
長法によって、当該半導体基板11の上面に、例えばN
形エピタキシャル成長層(ρ=1.0Ω・cm)よりな
る半導体層12を1.0μmの厚さに形成する。
【0022】次いで図2の(2)に示す第2の工程で、
通常のホトリソグラフィーによって、バイポーラトラン
ジスタ形成領域13とCMOSトランジスタ形成領域1
4とを分離する素子分離領域(図示せず)の形成領域と
を除く半導体層12を覆う状態に、レジストのエッチン
グマスク25を形成する。そして、通常のドライエッチ
ングによって、半導体層12の上層(2点鎖線で示す部
分)を除去して薄く形成した半導体層16を設ける。上
記エッチングのプロセス条件としては、エッチングガス
に四塩化ケイ素(SiCl4 )と窒素(N2)との混合
ガスを用い、通常の反応性イオンエッチングによって、
テーパエッチングを行う。そして、各段差部26にテー
パを形成する。このとき、基板エッチング量はおよそ6
00nmとする。
【0023】その後、エッチングマスク25を、例えば
アッシャー処理によって除去する。次いで第3の工程を
行う。図2の(3)に示すように、まず850℃の乾燥
酸素雰囲気で熱酸化して、半導体層12の表層に酸化シ
リコン膜27を、例えば5.0nmの厚さに形成する。
次いで通常の化学的気相成長法によって、酸化シリコン
膜27の上面に多結晶シリコン膜28を例えば50.0
nmの厚さに形成する。続いて通常の低圧化学的気相成
長法によって、多結晶シリコン膜28の上面に窒化シリ
コン膜29を、例えば100.0nmの厚さに形成す
る。その後レジストのエッチングマスク30を、バイポ
ーラトランジスタ形成領域(13)とCMOSトランジ
スタ形成領域(14)上に設けた後、トリフロロメタン
(CHF3 )と酸素(O2 )との混合ガスをエッチング
ガスに用いた通常の反応性イオンエッチングによって、
窒化シリコン膜29の2点鎖線で示す部分を除去する。
その後、例えばアッシャー処理によって、エッチングマ
スク30を除去する。
【0024】続いて図2の(4)に示す如く、素子分離
領域15を形成するには、例えば通常のLOCOS酸化
法によって、窒化シリコン膜29が形成されていない部
分に、およそ400nmの厚さの酸化シリコンよりなる
LOCOS酸化膜17を形成する。このLOCOS酸化
法では、950℃の蒸気雰囲気におよそ120分間放置
することによって、半導体基板11の上層を200nm
程度酸化する。このとき、薄く形成した半導体層16
は、実質上、半導体層12を800nm程度掘り下げた
のと同様になる。
【0025】また上記LOCOS酸化法のプロセスは、
通常のCMOSトランジスタの素子分離領域として形成
されるのLOCOS酸化プロセスと同様である。さらに
このLOCOS酸化法で形成したLOCOS酸化膜17
のバーズビーク長は、およそ0.1μm〜0.2μm程
度なので、ゲート長が0.5μm程度のMOSトランジ
スタの形成が可能になる。また前記半導体層12を除去
するときにテーパエッチングしたので、LOCOS酸化
時には、段差の角部に集中する応力が低減される。この
結果、半導体層12に結晶欠陥が発生し難くなる。
【0026】次いで、例えばリン酸溶液を用いたウェッ
トエッチングによって、窒化シリコン膜29(2点鎖線
で示す部分)を除去する。続いて水酸化カリウム溶液を
用いたウェットエッチングによって、多結晶シリコン膜
28(1点鎖線で示す部分)を除去する。さらにフッ化
水素酸溶液を用いたウェットエッチングによって、酸化
シリコン膜27(破線で示す部分)を除去する。
【0027】その後、半導体層12とLOCOS酸化膜
17との上面に、素子分離用拡散層を形成するためのイ
オン注入マスク(図示せず)を、例えばレジストで形成
する。次いでLOCOS酸化膜17を通して半導体層1
2にホウ素(B+ )をイオン注入して、P+ 素子分離用
拡散層18を形成する。このとき、同時にCMOSトラ
ンジスタのN形MOSトランジスタ形成領域の半導体層
12にホウ素(B+ )をイオン注入し、P形ウェル領域
32を形成する。上記イオン注入条件としては、例えば
イオン注入する不純物としてホウ素(B+ )を用い、打
ち込みエネルギーを150keV〜200keV、ドー
ズ量を1×1013/cm2 〜5×1013/cm2 に設定
する。その後、イオン注入マスクを、例えばアッシャー
処理によって除去する。次いで、例えば900℃の温度
雰囲気中でおよそ30分間のアニール処理を行って、P
+ 素子分離用拡散層18とP形ウェル領域32との拡散
処理を行う。
【0028】上記の如くして、バイポーラトランジスタ
形成領域13とCMOSトランジスタ形成領域14とを
分離する素子分離領域15が形成される。このように、
LOCOS酸化後にP+ 素子分離用拡散層18をイオン
注入法により形成することにより、P+ 素子分離用拡散
層18の必要以上の拡散がなくなるとともにエピタキシ
ャル成長時のオートドーピングが防止できる。
【0029】次に上記の如くに形成した素子分離領域を
用いたBi−CMOSデバイスの製造方法を、図3,図
4に示す各製造工程図(その1),(その2)により説
明する。図では、前記図1で説明した構造のBi−CM
OSデバイスを形成する場合を説明する。図3の(1)
に示すように、通常のイオン注入法によって、例えばヒ
素(As+ )を所定の半導体層12の領域にイオン注入
して、LOCOS酸化膜17,17間の半導体層12に
+ コレクタ引き出し領域24をN+ コレクタ埋込み領
域23に接続する状態に形成する。このN+ コレクタ引
き出し領域24は、P形ウェル領域32を形成する前に
行うことも可能である。
【0030】次いで上記処理した半導体基板11を85
0℃の蒸気酸化雰囲気中に15分間放置して、露出して
いる半導体層12の上層に、ゲート酸化膜33を例えば
15.0nmの厚さに形成する。続いて通常の化学的気
相成長法によって、LOCOS酸化膜17とゲート酸化
膜33との上面に第1の多結晶シリコン膜34を例えば
50.0nm程度の厚さに形成する。その後CMOSト
ランジスタの形成領域のゲート酸化膜33とバイポーラ
トランジスタのエミッタ形成領域上のゲート酸化膜33
とを覆うエッチングマスク35をレジストで形成する。
次いで例えばトリクロロトリフルオロエタン(C2 Cl
3 3 )と六フッ化イオウ(SF6 )との混合ガスをエ
ッチングガスに用いた反応性イオンエッチングによっ
て、第1の多結晶シリコン膜34の2点鎖線で示す部分
を除去し、続いてトリフルオロメタン(CHF3 )と酸
素(O2 )との混合ガスをエッチングガスに用いた反応
性イオンエッチングによって、ゲート酸化膜33の1点
鎖線で示す部分を除去する。
【0031】その後エッチングマスク35を、例えばア
ッシャー処理によって除去する。次いで図3の(2)に
示すように、例えば通常の化学的気相成長法によって、
第1の多結晶シリコン膜34側の全面に第2の多結晶シ
リコン膜36を250nmの厚さに形成する。さらに例
えば通常の化学的気相成長法によって、第2の多結晶シ
リコン膜36の上面に第1の酸化シリコン膜37を30
0nmの厚さに形成する。
【0032】続いて図3の(3)に示すように、通常の
ホトリソグラフィーと反応性イオンエッチングとによっ
て、第2の多結晶シリコン膜36でバイポーラトランジ
スタのエミッタ電極38,コレクタ電極39とを形成す
るとともに、第1,第2の多結晶シリコン膜34,36
でCMOSトランジスタのN形MOSトランジスタ(2
0)のゲート40とP形MOSトランジスタ(21)の
ゲート41とを形成する。上記第1の酸化シリコン膜3
7のエッチングでは、例えばトリフルオロメタン(CH
3 )と酸素(O2 )との混合ガスをエッチングガスに
用い、上記第1,第2多結晶シリコン膜34,36のエ
ッチングでは、例えばトリクロロトリフルオロエタン
(C2 Cl3 3 )と六フッ化イオウ(SF6 )との混
合ガスをエッチングガスに用いる。なおこのエッチング
時には、第1,第2多結晶シリコン膜34,36と第2
多結晶シリコン膜36との膜厚差に起因してバイポーラ
トランジスタ形成領域13の半導体層12の上層がエッ
チングされるが、そのエッチング深さは50nm〜10
0nmなので、バイポーラトランジスタの特性には影響
を及ぼさない。
【0033】次いで図4の(4)に示すように、通常の
イオン注入法によって、リン(P+ )を各ゲート40,
41の両側の半導体層12に導入して、N形MOSトラ
ンジスタ20のLDD拡散層42を形成する。続いて、
通常のイオン注入法によって、ホウ素(B+ )を各ゲー
ト40,41の両側の半導体層12に導入して、P形M
OSトランジスタ21のLDD拡散層43を形成する。
次いで通常の化学的気相成長法によって 第2の酸化シ
リコン膜44を200nmの厚さに形成する。次いで通
常のエッチバック処理を行って2点鎖線で示す部分の第
2のシリコン酸化膜44を除去し、幅0.1μm〜0.
15μmの第2の酸化シリコン膜44によるゲートサイ
ドウォール絶縁膜45を形成する。このとき、同時にエ
ミッタ−ベースコンタクト間にもエミッタサイドウォー
ル絶縁膜46が形成され、このエミッタサイドウォール
絶縁膜46と前記図3の(1)で説明したエミッタ形成
領域上の第1の多結晶シリコン膜47(34)とを合わ
せると、エミッタ−ベースコンタクト間の幅は0.25
μm程度になる。
【0034】その後、通常のイオン注入法によって、ホ
ウ素(B+ )を半導体層12の所定領域にイオン注入し
て、バイポーラトランジスタ形成領域13の半導体層1
2の上層にP+ グラフトベース領域48を形成する。
【0035】次いで通常のイオン注入法によって、例え
ばヒ素(As+ )をN形MOSトランジスタ形成領域4
9の半導体層12の上層にイオン注入して、N形MOS
トランジスタ20のソース・ドレイン領域50を形成す
る。続いて通常のイオン注入法によって、例えばホウ素
(B+ )をP形MOSトランジスタ形成領域51の半導
体層12の上層にイオン注入して、P形MOSトランジ
スタ21のソース・ドレイン領域52を形成する。
【0036】その後図4の(5)に示すように、通常の
イオン注入法によって、エミッタ電極38に、例えばホ
ウ素(B+ )をイオン注入した後、不純物拡散処理を行
ってエミッタ電極38中のホウ素を半導体層12の上層
に拡散し、P形ベース領域53を形成する。続いてエミ
ッタ電極38に、例えばヒ素(As+ )をイオン注入し
た後、不純物拡散層処理を行って、エミッタ電極38の
ヒ素(As+ )を半導体層12に拡散処理し、N+ エミ
ッタ領域54を形成する。なお上記熱処理時には、ソー
ス・ドレイン領域50,52の活性化処理が行われる。
上記の如くして、NPNバイポーラトランジスタ19と
N形MOSトランジスタ20とP形MOSトランジスタ
21とが完成する。
【0037】さらに図4の(6)に示すように、通常の
ホトリソグラフィーとエッチングとによって、エミッタ
電極38上の第1の酸化シリコン膜37にコンタクトホ
ール(図示せず)を形成するとともに、N+ コレクタ引
き出し領域24上の第1の酸化シリコン膜37にコンタ
クトホール55を形成する。また各ゲート40,41上
の第1の酸化シリコン膜37にコンタクトホール(図示
せず)を形成する。さらに、チタン(Ti)膜,窒化チ
タン(TiN)膜とアルミニウム・シリコン合金膜(ま
たは多結晶シリコン膜とタングステン(W)シリサイド
膜等)を積層してなる配線用膜56を成膜する。その後
通常のホトリソグラフィーとエッチングによって、配線
用膜56の2点鎖線で示す部分を除去して、各電極配線
57,58,59,60,61,62を形成する。なお
ここでは、エミッタ電極配線とゲート電極配線の図示を
省略している。上記の如くして、Bi−CMOSデバイ
ス10が完成する。
【0038】次に第2の実施例として、Bi−CMOS
デバイスのバイポーラトランジスタと別のデバイスとし
て例えばBi−CMOSデバイスのバイポーラトランジ
スタとを分離する素子分離領域の構造を、図5の概略構
成断面図により説明する。図5中の構成部品のうち、前
記第1の実施例で説明したと同様の構成部品には同一番
号を付す。図に示すように、半導体基板11(例えばP
形単結晶半導体基板)の上面にはN形の半導体層12が
形成されている。この半導体層12にうち、Bi−CM
OSデバイスのバイポーラトランジスタ形成領域13と
別のBi−CMOSデバイスのトランジスタ形成領域
(以下別のバイポーラトランジスタ形成領域と記す)6
3とを分離する素子分離領域64が形成される半導体層
の部分が、バイポーラトランジスタ形成領域13と別の
バイポーラトランジスタ形成領域63との各半導体層1
2の厚さよりも薄く形成されている(以下上記薄く形成
した半導体層の部分を薄く形成した半導体層65と記
す)。上記バイポーラトランジスタ形成領域13,別の
バイポーラトランジスタ形成領域63の各半導体層12
は、例えばおよそ1.0μmの膜厚に形成されていて、
また薄く形成した半導体層65は、例えばおよそ0.4
μmの膜厚に形成されている。
【0039】また、上記薄く形成した半導体層65に
は、バイポーラトランジスタ形成領域13と別のバイポ
ーラトランジスタ形成領域63とを分離する素子分離領
域64が形成されている。この素子分離領域64は、例
えば、膜厚がおよそ0.4μmのLOCOS酸化膜17
とこのLOCOS酸化膜17の下面より上記半導体基板
11に達するP+ 素子分離用拡散層18とにより形成さ
れている。上記バイポーラトランジスタ形成領域13の
半導体層12には、例えばNPNバイポーラトランジス
タ19が形成されている。また別のバイポーラトランジ
スタ形成領域63の半導体層12には、例えばNPNバ
イポーラトランジスタ66が形成されている。
【0040】上記第2の実施例で説明した半導体層12
は、半導体基板11よりシリコンをエピタキシャル成長
させたN形エピタキシャル成長層で形成されている。な
おイオン注入法によって、半導体基板11の上層にN形
不純物を導入して設けたN形ウェル領域を上記半導体層
12とすることも可能である。
【0041】また、上記NPNバイポーラトランジスタ
19,66の各N+ コレクタ埋込み領域(図示せず)を
薄く形成した半導体層65に延長して形成し、さらに薄
く形成した半導体層65に、各N+ コレクタ引き出し領
域(図示せず)を当該N+ コレクタ埋込み領域に接続す
る状態に形成することも可能である。
【0042】次に上記素子分離領域64の製造方法を、
図6に示す製造工程図により説明する。図では、Bi−
CMOSデバイスのNPNバイポーラトランジスタ19
と別のBi−CMOSデバイスのNPNバイポーラトラ
ンジスタ66との素子分離領域64の製造方法を示す。
図6の(1)に示す第1の工程で、通常の埋込み拡散層
を形成する方法によって、半導体基板11の上層にN+
コレクタ埋込み領域23,67を形成する。この半導体
基板11は、例えば結晶方位が<100>の単結晶シリ
コン基板を用いる。その後通常のエピタキシャル成長法
によって、当該半導体基板11の上面に、例えばN形エ
ピタキシャル成長層(ρ=1.0Ω・cm)よりなる半
導体層12を1.0μmの厚さに形成する。
【0043】次いで図6の(2)に示す第2の工程で、
通常のホトリソグラフィーによって、バイポーラトラン
ジスタ形成領域13と別のバイポーラトランジスタ形成
領域63とを分離する素子分離領域(図示せず)の形成
領域とを除く半導体層12を覆う状態に、レジストのエ
ッチングマスク25を形成する。そして、通常のドライ
エッチングによって、半導体層12の上層(2点鎖線で
示す部分)を除去して薄く形成した半導体層65を設け
る。上記エッチングのプロセス条件は、第1の実施例中
図2の(2)で説明したと同様なので、ここでの説明は
省略する。また第1の実施例で説明したと同様に、各段
差部26にはテーパを形成する。
【0044】その後、エッチングマスク25を、例えば
アッシャー処理によって除去する。次いで第3の工程を
行う。図6の(3)に示すように、例えば850℃の乾
燥酸素雰囲気で熱酸化して、半導体層12の表層に酸化
シリコン膜27を、例えば5.0nmの厚さに形成す
る。次いで通常の化学的気相成長法によって、酸化シリ
コン膜27の上面に多結晶シリコン膜28を例えば5
0.0nmの厚さに形成する。続いて通常の低圧化学的
気相成長法によって、多結晶シリコン膜28の上面に窒
化シリコン膜29を、例えば100.0nmの厚さに形
成する。その後通常のホトリソグラフィーと反応性イオ
ンエッチングによって、窒化シリコン膜29の2点鎖線
で示す部分を除去する。その後、例えばアッシャー処理
によって、エッチングマスク(図示せず)を除去する。
【0045】続いて図6の(4)に示す如く、素子分離
領域64を形成するには、例えば通常のLOCOS酸化
法によって、窒化シリコン膜29が形成されていない部
分に、およそ400nmの厚さの酸化シリコンよりなる
LOCOS酸化膜17を形成する。このLOCOS酸化
法では、950℃の蒸気雰囲気におよそ120分間放置
することによって、半導体基板11の上層を200nm
程度酸化する。このとき、薄く形成した半導体層65
は、実質上、半導体層12を800nm程度掘り下げた
のと同様になる。
【0046】また上記LOCOS酸化法のプロセスは、
通常のCMOSトランジスタの素子分離領域として形成
されるのLOCOS酸化プロセスと同様である。さらに
このLOCOS酸化法で形成したLOCOS酸化膜17
のバーズビーク長は、およそ0.1μm〜0.2μm程
度になる。また前記半導体層12を除去するときにテー
パエッチングしたので、LOCOS酸化時には、段差の
角部に集中する応力が低減される。この結果、半導体層
12に結晶欠陥が発生し難くなる。
【0047】次いで、前記第1の実施例で説明したと同
様にして、窒化シリコン膜29(2点鎖線で示す部
分)、多結晶シリコン膜28(1点鎖線で示す部分)、
酸化シリコン膜27(破線で示す部分)を順に除去す
る。
【0048】その後、半導体層12とLOCOS酸化膜
17との上面に、素子分離用拡散層を形成するためのイ
オン注入マスク(図示せず)を、例えばレジストで形成
する。次いで前記第1の実施例で説明したと同様にし
て、LOCOS酸化膜17を通して半導体層12にホウ
素(B+ )をイオン注入して、P+ 素子分離用拡散層1
8を形成する。その後、イオン注入マスクを、例えばア
ッシャー処理によって除去する。次いで、例えば900
℃の温度雰囲気中でおよそ30分間のアニール処理を行
って、P+ 素子分離用拡散層18の拡散処理を行う。
【0049】上記の如くして、バイポーラトランジスタ
形成領域13と別のバイポーラトランジスタ形成領域6
3とを分離する素子分離領域64が形成される。このよ
うに、LOCOS酸化後にP+ 素子分離用拡散層18を
イオン注入法により形成することにより、P+ 素子分離
用拡散層18の必要以上の拡散がなくなるとともにエピ
タキシャル成長時のオートドーピングが防止できる。
【0050】上記第1,第2の実施例で説明した素子分
離領域15,64の各製造方法では、各工程のプロセス
がほぼ同一なので、バイポーラトランジスタ形成領域
(13)と相補形MOSトランジスタ形成領域(14)
とを分離するための素子分離領域(15)と、当該バイ
ポーラトランジスタ形成領域(13)とその周囲におけ
る別のバイポーラトランジスタ形成領域(63)とを分
離するための素子分離領域(64)とを同時に形成する
ことが可能である。
【0051】
【発明の効果】以上、説明したように請求項1,請求項
2の各発明によれば、素子分離領域を形成する半導体層
の厚さを薄く形成したので、素子分離領域の深さが浅く
なる。このため、例えば素子分離用拡散層を形成する場
合には、それを形成する深さが浅くなるので素子分離用
拡散層の横方向の拡散が低減される。したがって、素子
分離領域の形成面積の縮小化が可能になるとともに、素
子形成面積の縮小化も可能になるのでコレクタ−基板間
の寄生容量を低減できる。よって、素子の高集積化,高
性能化が図れる。また請求項3の発明によれば、半導体
層をエピタキシャル成長層で形成したので、バイポーラ
トランジスタの電気的性能の低下がなくなる。請求項4
の発明によれば、薄く形成した半導体層にコレクタ引き
出し領域を設けたので、その深さを浅くできる。このた
め、コレクタ引き出し領域の横方向の拡散が低減される
ので、コレクタ引き出し領域の形成面積が縮小化でき
る。よって、コレクタ引き出し領域の微細化が図れるの
で、上記同様に素子の高集積化が可能になる。
【0052】また請求項5の発明によれば、バイポーラ
トランジスタ形成領域と相補形MOSトランジスタの形
成領域とを分離するための素子分離領域を形成する半導
体層を薄く形成したことにより、CMOSトランジスタ
のプロセスでバイポーラトランジスタの素子分離領域が
形成できる。したがって、プロセスの簡単化が図れるの
で低コストでBi−CMOSデバイスを製造することが
できる。請求項6の発明によれば、バイポーラトランジ
スタ形成領域と他のBi−CMOSデバイスのトランジ
スタ形成領域とを分離するための素子分離領域を形成す
る半導体層を薄く形成したことにより、上記請求項5の
発明と同様に、CMOSトランジスタのプロセスでバイ
ポーラトランジスタの素子分離領域が形成できる。した
がって、プロセスの簡単化が図れるので低コストでBi
−CMOSデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の概略構成断面図である。
【図2】素子分離領域の製造工程図である。
【図3】Bi−CMOSデバイスの製造工程図(その
1)である。
【図4】Bi−CMOSデバイスの製造工程図(その
2)である。
【図5】第2の実施例の概略構成断面図である。
【図6】素子分離領域の製造工程図である。
【図7】従来例の概略構成断面図である。
【図8】従来のCMOSトランジスタにおける素子分離
技術の説明図である。
【図9】従来のバイポーラトランジスタにおける素子分
離技術の説明図である。
【図10】従来のBi−CMOS技術における素子分離
技術の説明図である。
【図11】別の従来のBi−CMOS技術における素子
分離技術の説明図である。
【符号の説明】
10 Bi−CMOSデバイス 11 半導体基板 12 半導体層 13 バイポーラトランジスタ形成領域 14 相補形MOS(CMOS)トランジスタ形成領域 15 素子分離領域 16 薄く形成した半導体層 19 NPNバイポーラトランジスタ 20 N形MOSトランジスタ 21 P形MOSトランジスタ 22 CMOSトランジスタ 23 N+ コレクタ埋込み領域 24 N+ コレクタ引き出し領域 63 別のバイポーラトランジスタ形成領域 64 素子分離領域 65 薄く形成した半導体層 66 NPNバイポーラトランジスタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バイポーラトランジスタと相補形MOS
    トランジスタとを半導体層に形成したBi−CMOSデ
    バイスにおいて、 前記バイポーラトランジスタ形成領域と前記相補形MO
    Sトランジスタ形成領域とを分離するための素子分離領
    域を、前記各トランジスタの形成領域の半導体層の厚さ
    よりも薄く形成した前記半導体層に設けたことを特徴と
    するBi−CMOSデバイス。
  2. 【請求項2】 バイポーラトランジスタと相補形MOS
    トランジスタとを半導体層に形成したBi−CMOSデ
    バイスであって、 前記バイポーラトランジスタ形成領域とその周囲におけ
    る別のデバイスのトランジスタ形成領域とを分離するた
    めの素子分離領域を、前記各トランジスタの形成領域の
    半導体層の厚さよりも薄く形成した前記半導体層に設け
    たことを特徴とするBi−CMOSデバイス。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載のBi−C
    MOSデバイスの半導体層をエピタキシャル成長層で形
    成したことを特徴とするBi−CMOSデバイス。
  4. 【請求項4】 請求項1,請求項2または請求項3記載
    のBi−CMOSデバイスのバイポーラトランジスタの
    コレクタ埋込み領域を、薄く形成した半導体層に延長し
    て形成するとともに、当該コレクタ埋込み領域に接続す
    るコレクタ引き出し領域を薄く形成した半導体層に設け
    たことを特徴とするBi−CMOSデバイス。
  5. 【請求項5】 請求項1,請求項3または請求項4記載
    のBi−CMOSデバイスの素子分離領域の製造方法で
    あって、 半導体基板の上層にコレクタ埋込み領域を形成した後、
    当該半導体基板の上面に半導体層を形成する第1の工程
    と、 バイポーラトランジスタ形成領域と相補形MOSトラン
    ジスタ形成領域とを分離するための素子分離領域を形成
    する半導体層の上層を除去して、薄く形成した半導体層
    を設ける第2の工程と、 前記薄く形成した半導体層に素子分離領域を設ける第3
    の工程とよりなるBi−CMOSデバイスの素子分離領
    域の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項2,請求項3または請求項4記載
    のBi−CMOSデバイスの素子分離領域の製造方法で
    あって、 半導体基板の上層にコレクタ埋込み領域を形成した後、
    当該半導体基板の上面に半導体層を形成する第1の工程
    と、 前記バイポーラトランジスタ形成領域とその周囲におけ
    る別のデバイスのトランジスタ形成領域とを分離するた
    めの素子分離領域を形成する半導体層の上層を除去し
    て、薄く形成した半導体層を設ける第2の工程と、 前記薄く形成した半導体層に素子分離領域を設ける第3
    の工程とよりなるBi−CMOSデバイスの素子分離領
    域の製造方法。
JP35110191A 1991-10-24 1991-12-11 Bi−CMOSデバイスとその素子分離領域の製造方法 Pending JPH05167023A (ja)

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KR1019920019509A KR930009111A (ko) 1991-10-24 1992-10-23 바이폴라트랜지스터, Bi-CMOS 장치 및 그 제조방법
US07/966,085 US5324672A (en) 1991-10-24 1992-10-23 Manufacturing method for bipolar transistor

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