JPH065707B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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- JPH065707B2 JPH065707B2 JP30311989A JP30311989A JPH065707B2 JP H065707 B2 JPH065707 B2 JP H065707B2 JP 30311989 A JP30311989 A JP 30311989A JP 30311989 A JP30311989 A JP 30311989A JP H065707 B2 JPH065707 B2 JP H065707B2
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に係り、特にバイポーラ
トランジスタ、MOSトランジスタ等の複数の半導体素
子を同一基板上の導電型の異なるウエル領域に形成した
半導体集積回路装置に関する。
トランジスタ、MOSトランジスタ等の複数の半導体素
子を同一基板上の導電型の異なるウエル領域に形成した
半導体集積回路装置に関する。
一つの半導体基板上に異なる半導体素子、例えばバイポ
ーラトランジスタと相補型MOSトランジスタ(Pチャ
ンネルとNチャンネルを同時に含むCMOSトランジス
タと呼ばれる)を形成する半導体集積回路装置(以後B
iCMOS LSIと呼ぶ)は、すでに1969年頃か
ら試みられている。BiCMOS LSIの特長は、バ
イポーラ集積回路の高速性、大電力駆動性とCMOS集
積回路の高集積、低消費電力という相互の特長を兼ね備
えたことにある。
ーラトランジスタと相補型MOSトランジスタ(Pチャ
ンネルとNチャンネルを同時に含むCMOSトランジス
タと呼ばれる)を形成する半導体集積回路装置(以後B
iCMOS LSIと呼ぶ)は、すでに1969年頃か
ら試みられている。BiCMOS LSIの特長は、バ
イポーラ集積回路の高速性、大電力駆動性とCMOS集
積回路の高集積、低消費電力という相互の特長を兼ね備
えたことにある。
第1図に、従来のBiCMOS LSIの断面構造を示
す。同図には、縦型NPNトランジスタとCMOSトラ
ンジスタとが形成された場合を示す。P−型半導体基板
1の表面にN+(高濃度N型)埋込層2が形成され、さ
らにN−(低濃度N型)のエピタキシャル層10が形成
される。NPNトランジスタ70は、N−エピタキシャ
ル層10の表面からP型不純物を選択的に拡散して形成
したP型ベース層3と、P型ベース層3の中に埋設され
たN型エミッタ層4とから構成されている。CMOSトラン
ジスタ60は、NPNトランジスタ70の場合と同様に
N+埋込層2の上に形成され、NMOS部61ではP型不純
物を拡散して形成したPウエル領域5、Pウエル領域5
内のN型ソース、ドレイン各領域6、ウエル領域5の表
面に設けた薄い酸化膜7(ゲート酸化膜)を介したゲー
ト電極8とで構成され、PMOS部62ではN−型エピ
タキシャル層10の表面にP型ソース、ドレイン各領域
9、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、とで構成されてい
る。
す。同図には、縦型NPNトランジスタとCMOSトラ
ンジスタとが形成された場合を示す。P−型半導体基板
1の表面にN+(高濃度N型)埋込層2が形成され、さ
らにN−(低濃度N型)のエピタキシャル層10が形成
される。NPNトランジスタ70は、N−エピタキシャ
ル層10の表面からP型不純物を選択的に拡散して形成
したP型ベース層3と、P型ベース層3の中に埋設され
たN型エミッタ層4とから構成されている。CMOSトラン
ジスタ60は、NPNトランジスタ70の場合と同様に
N+埋込層2の上に形成され、NMOS部61ではP型不純
物を拡散して形成したPウエル領域5、Pウエル領域5
内のN型ソース、ドレイン各領域6、ウエル領域5の表
面に設けた薄い酸化膜7(ゲート酸化膜)を介したゲー
ト電極8とで構成され、PMOS部62ではN−型エピ
タキシャル層10の表面にP型ソース、ドレイン各領域
9、ゲート酸化膜7、ゲート電極8、とで構成されてい
る。
第1図に於いて、P+(高濃度P型)拡散層20は、N
PNトランジスタ70のコレクタであるN−層10とP
−型シリコン基板1とを電気的に分離(アイソレイショ
ン)する為の層である。一方、第2図に基本的論理回路
であるCMOSインバータ回路を示すが、この回路に見
られる如くPMOS部62のN−層は最高電位VDD(正電
位)に固定される。このためN−層はP−型基板1と電
気的分離が要求される。従って、P+拡散層20は同時
にCMOS60のN−エピタキシャル層10を囲み、P
−基板とアイソレイションされている。
PNトランジスタ70のコレクタであるN−層10とP
−型シリコン基板1とを電気的に分離(アイソレイショ
ン)する為の層である。一方、第2図に基本的論理回路
であるCMOSインバータ回路を示すが、この回路に見
られる如くPMOS部62のN−層は最高電位VDD(正電
位)に固定される。このためN−層はP−型基板1と電
気的分離が要求される。従って、P+拡散層20は同時
にCMOS60のN−エピタキシャル層10を囲み、P
−基板とアイソレイションされている。
第3図は、上記構造のBiCMOS LSIをゲートア
レイに適用したときの一般的回路構成を示すブロック図
である。
レイに適用したときの一般的回路構成を示すブロック図
である。
CMOSの論理回路がLSIチップの中心部(A部)を
占め、その周辺にバイポーラ回路からなる入出力バッフ
ァ(B部)が構成されている。CMOS論理回路は、こ
の全体を囲むP+拡散層20を設けて基板1とアイソレ
イションされる構造であり、このためアイソレイション
用のPN接合100が著しく広い面積となっている。
占め、その周辺にバイポーラ回路からなる入出力バッフ
ァ(B部)が構成されている。CMOS論理回路は、こ
の全体を囲むP+拡散層20を設けて基板1とアイソレ
イションされる構造であり、このためアイソレイション
用のPN接合100が著しく広い面積となっている。
この様な構造では、CMOS回路を分離するためのPN
接合100の面積が広すぎるという問題がある。つま
り、PN接合を形成する場合、面積の広いPN接合ほ
ど、製造工程の段階で生じる歪、欠陥等の影響を受けや
すく、PN接合劣化による製造歩留りの低下がおきる。
接合100の面積が広すぎるという問題がある。つま
り、PN接合を形成する場合、面積の広いPN接合ほ
ど、製造工程の段階で生じる歪、欠陥等の影響を受けや
すく、PN接合劣化による製造歩留りの低下がおきる。
上記の問題点を改善する方法として、第4図に示す様な
構造が知られている。これは、アイソレイション用のP
型拡散層30をPMOS部62のN−型基板10の回に
それぞれ設けてアイソレイションのPN接合面積を小さ
くした構造であり、CMOS回路全体を1つの広いPN
接合でアイソレイションすることが避けられるので良好
な製造歩留りが実現できる。
構造が知られている。これは、アイソレイション用のP
型拡散層30をPMOS部62のN−型基板10の回に
それぞれ設けてアイソレイションのPN接合面積を小さ
くした構造であり、CMOS回路全体を1つの広いPN
接合でアイソレイションすることが避けられるので良好
な製造歩留りが実現できる。
しかし、第4図の従来例では、PMOS部62のそれぞ
れの周辺に設けたアイソレイション用のP型拡散層30
とNMOS部61の基板であるPウエル5とをそれぞれ
分離して設けている製造のため、CMOS回路の集積度
が著しく低下するという問題点がある。
れの周辺に設けたアイソレイション用のP型拡散層30
とNMOS部61の基板であるPウエル5とをそれぞれ
分離して設けている製造のため、CMOS回路の集積度
が著しく低下するという問題点がある。
この様な問題点は、BiCMOS LSIに限らず、C
MOS LSI、縦型NPNトランジスタと縦型PNP
トランジスタ、横型NPNトランジスタと横型PNPト
ランジスタ、PNPNサイリスタと縦型PNPトランジ
スタ、等の複数の半導体素子が同一基板上の導電型の異
なるウエル(高)領域に形成される半導体集積回路それ
ぞれに於いても同様に生じる。特に、前述の様なBiCMOS
LSIではその問題点が顕著である。
MOS LSI、縦型NPNトランジスタと縦型PNP
トランジスタ、横型NPNトランジスタと横型PNPト
ランジスタ、PNPNサイリスタと縦型PNPトランジ
スタ、等の複数の半導体素子が同一基板上の導電型の異
なるウエル(高)領域に形成される半導体集積回路それ
ぞれに於いても同様に生じる。特に、前述の様なBiCMOS
LSIではその問題点が顕著である。
さらに、第4図に示す従来装置には以下に示す問題点が
ある。従来、MOSの微細化を図り高集積性を上げるた
めには、MOSを形成する基板あるいはウエルの濃度を
増大させることが知られてする。第4図の構造ではPM
OS62の微細化を実現するにはN−型エピタキシャル
層10の濃度を上げることになる。この場合、N−型エ
ピタキシャル層10はバイポーラ素子70の低濃度コレ
クタ層として働いている。この部分の濃度が増大するこ
とは、バイポーラ素子70のベース層3とコレクタ層1
0との間のベース・コレクタ接合容量が大幅に増大し、
高速動作ができないことになる。つまり、高速バイポー
ラと微細PMOSトランジスタとが同一チップ上に形成
できないという問題点を有している。
ある。従来、MOSの微細化を図り高集積性を上げるた
めには、MOSを形成する基板あるいはウエルの濃度を
増大させることが知られてする。第4図の構造ではPM
OS62の微細化を実現するにはN−型エピタキシャル
層10の濃度を上げることになる。この場合、N−型エ
ピタキシャル層10はバイポーラ素子70の低濃度コレ
クタ層として働いている。この部分の濃度が増大するこ
とは、バイポーラ素子70のベース層3とコレクタ層1
0との間のベース・コレクタ接合容量が大幅に増大し、
高速動作ができないことになる。つまり、高速バイポー
ラと微細PMOSトランジスタとが同一チップ上に形成
できないという問題点を有している。
本発明の目的は複数の半導体素子が同一基板上の異なる
ウエル領域に形成される場合に、集積度が高い半導体集
積回路装置を提供することにある。
ウエル領域に形成される場合に、集積度が高い半導体集
積回路装置を提供することにある。
本発明の半導体集積回路装置は、一方導電型の半導体基
板上に形成される所定導電型の半導体層と、上記半導体
層の表面に露出した複数の他方導電型の第1ウエル領域
と、上記第1ウエル領域の底面を覆い、しかも、上記一
方導電型の半導体基板に隣接し、第1ウエル領域よりも
高い不純物濃度を有する複数の他方導電型の第1埋込み
領域と、上記半導体層の表面において、上記第1ウエル
領域を除く領域に露出した一方導電型の第2ウエル領域
と、上記第2ウエル領域と上記一方導電型の半導体基板
との間にそれぞれ隣接して設けられ且つ上記第1埋込み
領域を除く領域に上記第2ウエル領域よりも高い不純物
濃度を有する一方導電型の第2埋込み領域とからなるこ
とを特徴とする。
板上に形成される所定導電型の半導体層と、上記半導体
層の表面に露出した複数の他方導電型の第1ウエル領域
と、上記第1ウエル領域の底面を覆い、しかも、上記一
方導電型の半導体基板に隣接し、第1ウエル領域よりも
高い不純物濃度を有する複数の他方導電型の第1埋込み
領域と、上記半導体層の表面において、上記第1ウエル
領域を除く領域に露出した一方導電型の第2ウエル領域
と、上記第2ウエル領域と上記一方導電型の半導体基板
との間にそれぞれ隣接して設けられ且つ上記第1埋込み
領域を除く領域に上記第2ウエル領域よりも高い不純物
濃度を有する一方導電型の第2埋込み領域とからなるこ
とを特徴とする。
以下、本発明を実施例によりさらに詳述する。
断面構造及び各部の信号で、第1図以後に示したものと
同一物及び相当物は同一番号で示す。
同一物及び相当物は同一番号で示す。
第5図に本発明の第1の実施例であるBiCMOS LSIの
断面図を示す。半導体基板1としてP−型シリコンを用
い、N+及びP+埋込領域2,40の上にNウエル領域
50、Pウエル領域5がそれぞれ形成されている。Nウ
エル領域50の1つには、P型ベース層3とN+エミッ
タ層4によって構成された縦型NPNトランジスタ70
が形成され、他のNウエル領域50には、P+型ソー
ス、P+型ドレイン9、ゲート酸化膜7、ゲート電極8
によって構成されたPMOSトランジスタ62が形成さ
れている。また、Pウエル領域5内にはN+ソース、ド
レイン6によって構成されたNMOSトランジスタ61
が形成されている。
断面図を示す。半導体基板1としてP−型シリコンを用
い、N+及びP+埋込領域2,40の上にNウエル領域
50、Pウエル領域5がそれぞれ形成されている。Nウ
エル領域50の1つには、P型ベース層3とN+エミッ
タ層4によって構成された縦型NPNトランジスタ70
が形成され、他のNウエル領域50には、P+型ソー
ス、P+型ドレイン9、ゲート酸化膜7、ゲート電極8
によって構成されたPMOSトランジスタ62が形成さ
れている。また、Pウエル領域5内にはN+ソース、ド
レイン6によって構成されたNMOSトランジスタ61
が形成されている。
第5図に於いて、N+埋込領域2を設けることによって
NPNトランジスタ70におけるコレクタ抵抗が低減さ
れ、さらに、PMOS部62でP+型ドレイン9の空乏
層が伸びてP−型半導体基板1にパンチスルーするこ
と、および、P−型半導体基板1側からの空乏層の伸び
がP+型ソース、ドレインにパンチスルーすることがそ
れぞれ防止される。従って、N+埋込領域2をNウエル
領域50とP−型半導体基板1との間にそれぞれ隣接し
て設けることにより、縦型NPNトランジスタ70とP
MOSトランジスタ62とが共存できる。
NPNトランジスタ70におけるコレクタ抵抗が低減さ
れ、さらに、PMOS部62でP+型ドレイン9の空乏
層が伸びてP−型半導体基板1にパンチスルーするこ
と、および、P−型半導体基板1側からの空乏層の伸び
がP+型ソース、ドレインにパンチスルーすることがそ
れぞれ防止される。従って、N+埋込領域2をNウエル
領域50とP−型半導体基板1との間にそれぞれ隣接し
て設けることにより、縦型NPNトランジスタ70とP
MOSトランジスタ62とが共存できる。
P+埋込領域40をPウエル領域5とP−型半導体基板
1との間にそれぞれ隣接して設けることによってPウエ
ル領域5とP−型半導体基板1とが電位的に接続され、
NMOSトランジスタ61の基板電位が固定されて良好
な電気的特性が達成できる。さらに製造上でも、Pウエ
ル領域5形成時の引伸ばし拡散において、P+埋込領域
40の表面への拡散がおこるため拡散時間を短くできる
利点がある。
1との間にそれぞれ隣接して設けることによってPウエ
ル領域5とP−型半導体基板1とが電位的に接続され、
NMOSトランジスタ61の基板電位が固定されて良好
な電気的特性が達成できる。さらに製造上でも、Pウエ
ル領域5形成時の引伸ばし拡散において、P+埋込領域
40の表面への拡散がおこるため拡散時間を短くできる
利点がある。
上述の如く、Nウエル領域50及びPウエル領域5の下
にそれぞれN+埋込領域2とP+埋込領域40を設ける
構造によって、Nウエル領域50に縦型NPNトランジ
スタ70、PMOSトランジスタ62等の半導体素子
が、そして、導電型の異なるPウエル領域5にNMOS
トランジスタ61の半導体素子がそれぞれ同一基板上に
実現できる。
にそれぞれN+埋込領域2とP+埋込領域40を設ける
構造によって、Nウエル領域50に縦型NPNトランジ
スタ70、PMOSトランジスタ62等の半導体素子
が、そして、導電型の異なるPウエル領域5にNMOS
トランジスタ61の半導体素子がそれぞれ同一基板上に
実現できる。
以上の構造で、さらに特徴とする点は、Nウエル領域5
0がこれに接するPウエル領域5によって囲まれN+埋
込領域2がP+埋込領域40によって囲まれる様に形成
される点である。
0がこれに接するPウエル領域5によって囲まれN+埋
込領域2がP+埋込領域40によって囲まれる様に形成
される点である。
上記の構造では、Pウエル領域5がNウエル領域50の
アイソレイション層としての働きも兼ねるため、第4図
の従来例に見られる集積度の欠点が改善できる。
アイソレイション層としての働きも兼ねるため、第4図
の従来例に見られる集積度の欠点が改善できる。
さらに、上記構造で良好なアイソレイションが得られる
点を説明するため、第5図の構造を平面的に見た場合の
概略図を第6図に示す。但し、説明をわかり易くするた
めPウエル領域5とNウエル領域50とのPN接合につ
いてのみ考える。また、フィールド酸化膜11、縦型N
PNトランジスタ70のPベース層3、Nエミッタ層
4、各MOSトランジスタのソ−ス,ドレイン、ゲート
電極等の各半導体素子を構成する上で当然必要ではある
が、上記の説明の上では直接関係しない部分は省略し
た。
点を説明するため、第5図の構造を平面的に見た場合の
概略図を第6図に示す。但し、説明をわかり易くするた
めPウエル領域5とNウエル領域50とのPN接合につ
いてのみ考える。また、フィールド酸化膜11、縦型N
PNトランジスタ70のPベース層3、Nエミッタ層
4、各MOSトランジスタのソ−ス,ドレイン、ゲート
電極等の各半導体素子を構成する上で当然必要ではある
が、上記の説明の上では直接関係しない部分は省略し
た。
第6図から判るように、各Nウエル領域50は、それぞ
れの領域を囲む様に形成されたPウエル領域5とで作る
PN接合100によって基板とアイソレイションされ
る。本実施例のBiCMOS LSIでは、チップサイズを25m
m2とし、Nウエル領域を最少100μm2としている
ので、アイソレイション用のPN接合面積はせいぜい5
000μm2程度にすぎない。一方、上記規模のLSI
を第1図、第2図に示す従来の構造で製作する場合10
7μm2の大面積なPN接合となる。この様に、本実施例
ではアイソレイション用のPN接合面積が実に1/10
3に縮少でき良好なアイソレイションが実現されてい
る。
れの領域を囲む様に形成されたPウエル領域5とで作る
PN接合100によって基板とアイソレイションされ
る。本実施例のBiCMOS LSIでは、チップサイズを25m
m2とし、Nウエル領域を最少100μm2としている
ので、アイソレイション用のPN接合面積はせいぜい5
000μm2程度にすぎない。一方、上記規模のLSI
を第1図、第2図に示す従来の構造で製作する場合10
7μm2の大面積なPN接合となる。この様に、本実施例
ではアイソレイション用のPN接合面積が実に1/10
3に縮少でき良好なアイソレイションが実現されてい
る。
第7図に、本実施例のBiCMOS LSIの製造工程の一例を示
す。(第7図(a)) P−型シリコン基板1の表面にN+埋込領域2およびP
+埋込領域40を形成した後、不純物濃度分布がほぼ均
一なN型エピタキシャル層10を3〜4μm程度形成す
る。エピタキシャル層10の表面を酸化して50nm程
度の薄い酸化膜12を形成し、さらに窒化膜(Si3N
4)13を被覆する。次に、この窒化膜13のうちN+
埋込領域2のある部分の窒化膜を除去し、P+埋込領域
40の上の窒化膜は残すように選択的にエッチングす
る。選択エッチングの方法は公知のホトレジスト加工方
法による。次に、公知のイオン打込み法で窒化膜13の
無い部分にリンをドープする。リンは薄い酸化膜12を
通過してN型エピタキシャル層10の表面に打込まれる
が、窒化膜13のある部分では窒化膜13のマスキング
によりドープされない。(第7図(b)) リンのイオン打込み後、酸化性の雰囲気中で熱処理する
とリンをドープしてある表面の酸化膜はさらに厚く成長
するが、窒化膜で被覆されている部分の酸化は起らず、
もとの薄い酸化膜厚を維持する。この方法は、LOCOS (L
ocal-Oxidzation of Silicon)法と呼ばれる部分的に酸
化膜を形成する方法として公知である。本実施例では、
厚くなる部分14の膜厚は150nmである。
す。(第7図(a)) P−型シリコン基板1の表面にN+埋込領域2およびP
+埋込領域40を形成した後、不純物濃度分布がほぼ均
一なN型エピタキシャル層10を3〜4μm程度形成す
る。エピタキシャル層10の表面を酸化して50nm程
度の薄い酸化膜12を形成し、さらに窒化膜(Si3N
4)13を被覆する。次に、この窒化膜13のうちN+
埋込領域2のある部分の窒化膜を除去し、P+埋込領域
40の上の窒化膜は残すように選択的にエッチングす
る。選択エッチングの方法は公知のホトレジスト加工方
法による。次に、公知のイオン打込み法で窒化膜13の
無い部分にリンをドープする。リンは薄い酸化膜12を
通過してN型エピタキシャル層10の表面に打込まれる
が、窒化膜13のある部分では窒化膜13のマスキング
によりドープされない。(第7図(b)) リンのイオン打込み後、酸化性の雰囲気中で熱処理する
とリンをドープしてある表面の酸化膜はさらに厚く成長
するが、窒化膜で被覆されている部分の酸化は起らず、
もとの薄い酸化膜厚を維持する。この方法は、LOCOS (L
ocal-Oxidzation of Silicon)法と呼ばれる部分的に酸
化膜を形成する方法として公知である。本実施例では、
厚くなる部分14の膜厚は150nmである。
次に、窒化膜13を除去しボロンをイオン打込みする。
上述のLOCOS 法による局部酸化工程でリンが打込まれて
いる部分の酸化膜14を厚くしているのでこの部分では
ボロンが酸化膜中を通過できない。一方、リンがドープ
されていない部分12の酸化膜厚は薄いままであるか
ら、この薄い酸化膜12を通してボロンがN型エピタキ
シャル層10の表面に打込まれる。(第7図(c)) 上記方法でドープしたリン、ボロンを1000℃〜12
00℃の温度でそれぞれN+及びP+埋込領域2,40
に達するまで引伸し拡散してNウエル領域50、Pウエ
ル領域5を形成する。
上述のLOCOS 法による局部酸化工程でリンが打込まれて
いる部分の酸化膜14を厚くしているのでこの部分では
ボロンが酸化膜中を通過できない。一方、リンがドープ
されていない部分12の酸化膜厚は薄いままであるか
ら、この薄い酸化膜12を通してボロンがN型エピタキ
シャル層10の表面に打込まれる。(第7図(c)) 上記方法でドープしたリン、ボロンを1000℃〜12
00℃の温度でそれぞれN+及びP+埋込領域2,40
に達するまで引伸し拡散してNウエル領域50、Pウエ
ル領域5を形成する。
上述したウエル形成方法によれば、リンがドープされた
部分以外のところはすべてボロンがドープされ、本発明
の特徴であるNウエル領域50以外をすべてPウエル領
域5とする構造が実現できる。この製造方法は、Nウエ
ル領域50を位置決めして形成すればPウエル領域5は
位置決めする必要がないことから自己整合法、いわゆ
る、セルファライン(self-align)法と呼ぶ。(第7図
(d)) 次に、再び窒化膜13をマスクとするLOCOS法を用い
て、Nウエル領域50、Pウエル領域5の表面でその後
にバイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ等の半
導体素子が形成される部分(以後この部分をアクティブ
領域60と記す)以外の領域に1μmの厚さでアイソレ
イション用の厚い酸化膜11を形成する。(第7図
(e)) 次に、Nウエル領域50の表面で薄い酸化膜14(膜厚
〜150nm)部分を除去し、NPNトランジスタのP
型ベース層3を熱拡散法またはイオン打込法により深さ
0.6μm、層抵抗300Ω/□に形成し、次に、アクティ
ブ領域60の酸化膜を除去して再び良質のゲート酸化膜
7を50nmの厚さに形成した後、MOSトランジスタの
ゲートに用いるポリシリコン層8をCVD(Chemical V
apour Deposition)法により0.3μmの厚さに形成し
てからこのポリシリコン層8をホトレジスト法により所
定の形状にエッチング加工した後の状態を示す。(第7
図(f)) さらに、P型ベース層3の中に縦型NPNトランジスタ
のN+型エミッタ層4と、Pウエル領域5のアクティブ
領域表面にNMOSのソース、ドレイン6、及び、Nウ
エル領域50のアクティブ領域表面にPMOSのソー
ス、ドレイン9を形成する。本実施例では、N+型エミ
ッタ14及びNMOSのソース、ドレイン6はそれぞれひ素
をイオン打込みによりドープし、熱処理により0.4μ
mと0.3μmの深さに形成した。PMOSのソース、ド
レイン9はボロンのイオン打込み法と熱処理で0.4μ
mの深さに形成する。(第7図(g)) この後、パッシベーション膜としてリンガラス15をC
VD法により、0.5μmの厚さに形成し、次に各能動
素子のコンタクト窓を同時に形成する。それぞれコンタ
クト領域は、エミッタ41、ベース31、NMOSのソ
ース・ドレイン81、PMOSのソース・ドレイン91
である。
部分以外のところはすべてボロンがドープされ、本発明
の特徴であるNウエル領域50以外をすべてPウエル領
域5とする構造が実現できる。この製造方法は、Nウエ
ル領域50を位置決めして形成すればPウエル領域5は
位置決めする必要がないことから自己整合法、いわゆ
る、セルファライン(self-align)法と呼ぶ。(第7図
(d)) 次に、再び窒化膜13をマスクとするLOCOS法を用い
て、Nウエル領域50、Pウエル領域5の表面でその後
にバイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ等の半
導体素子が形成される部分(以後この部分をアクティブ
領域60と記す)以外の領域に1μmの厚さでアイソレ
イション用の厚い酸化膜11を形成する。(第7図
(e)) 次に、Nウエル領域50の表面で薄い酸化膜14(膜厚
〜150nm)部分を除去し、NPNトランジスタのP
型ベース層3を熱拡散法またはイオン打込法により深さ
0.6μm、層抵抗300Ω/□に形成し、次に、アクティ
ブ領域60の酸化膜を除去して再び良質のゲート酸化膜
7を50nmの厚さに形成した後、MOSトランジスタの
ゲートに用いるポリシリコン層8をCVD(Chemical V
apour Deposition)法により0.3μmの厚さに形成し
てからこのポリシリコン層8をホトレジスト法により所
定の形状にエッチング加工した後の状態を示す。(第7
図(f)) さらに、P型ベース層3の中に縦型NPNトランジスタ
のN+型エミッタ層4と、Pウエル領域5のアクティブ
領域表面にNMOSのソース、ドレイン6、及び、Nウ
エル領域50のアクティブ領域表面にPMOSのソー
ス、ドレイン9を形成する。本実施例では、N+型エミ
ッタ14及びNMOSのソース、ドレイン6はそれぞれひ素
をイオン打込みによりドープし、熱処理により0.4μ
mと0.3μmの深さに形成した。PMOSのソース、ド
レイン9はボロンのイオン打込み法と熱処理で0.4μ
mの深さに形成する。(第7図(g)) この後、パッシベーション膜としてリンガラス15をC
VD法により、0.5μmの厚さに形成し、次に各能動
素子のコンタクト窓を同時に形成する。それぞれコンタ
クト領域は、エミッタ41、ベース31、NMOSのソ
ース・ドレイン81、PMOSのソース・ドレイン91
である。
第8図は、本発明の第2の実施例の断面概略図である。
第5図の第1の実施例と異なるのは、埋込領域2,40
の構造であり、N+埋込領域2以外のところをすべてP
+埋込領域40とし、N+埋込領域2はP+埋込領域を
囲む様に設けられている。
の構造であり、N+埋込領域2以外のところをすべてP
+埋込領域40とし、N+埋込領域2はP+埋込領域を
囲む様に設けられている。
即ち、Nウエル領域50とN+埋込領域2とからなるN
型領域をP−型半導体基板1とアイソレイションする場
合、N+埋込領域2をP+埋込領域40の中に点在させ
る構造とすれば、アイソレイション用のPN接合を小さ
い面積にすることができる。
型領域をP−型半導体基板1とアイソレイションする場
合、N+埋込領域2をP+埋込領域40の中に点在させ
る構造とすれば、アイソレイション用のPN接合を小さ
い面積にすることができる。
第9図に、上記の埋込領域構造を形成する製造工程の一
例を示す。基本的には、第7図(a),(b)の場合と
同様である。(第9図(a)) まず、P−型シリコン基板1に選択的にアンチモンをド
ープしてN+埋込領域2を形成する。(第9図(b)) 次に窒化膜13をマスクとしてLOCOS法でN+埋込領域
2の部分に厚い酸化膜14を形成し、次にボロンをイオ
ン打込みして、セルファラインでP+埋込領域40を形
成する。その後、N型エピタキシャル層10を形成し、
第7図(a)以後の工程を経て半導体集積回路装置が完
成する。
例を示す。基本的には、第7図(a),(b)の場合と
同様である。(第9図(a)) まず、P−型シリコン基板1に選択的にアンチモンをド
ープしてN+埋込領域2を形成する。(第9図(b)) 次に窒化膜13をマスクとしてLOCOS法でN+埋込領域
2の部分に厚い酸化膜14を形成し、次にボロンをイオ
ン打込みして、セルファラインでP+埋込領域40を形
成する。その後、N型エピタキシャル層10を形成し、
第7図(a)以後の工程を経て半導体集積回路装置が完
成する。
本実施例の製造工程によれば、第7図に示す製造工程に
比べて、N+,P+埋込領域2,40をセルファライン
法で形成するためP+埋込領域40形成用のマスクが不
要となる。
比べて、N+,P+埋込領域2,40をセルファライン
法で形成するためP+埋込領域40形成用のマスクが不
要となる。
第10図は本発明の第3の実施例の断面概略図である。
本実施例に於いては、N+埋込領域2及びNウエル領域
50を形成するためのマスク、すなわち、第7図(a)
の工程と第9図(a)の工程で使用するホトマスクを共
用し、しかも、埋込領域とウエル領域はそれぞれセルフ
ァラインによる製造方法によって形成された構造を示
す。同一マスクを使用しているため、Pウエル領域5と
Nウエル領域50との境界と、P+埋込領域40N+埋
込領域2との境界とがほぼ同一になっているため点が構
造上の特長である。製造方法の上ではマスクの低減が利
点となる。
50を形成するためのマスク、すなわち、第7図(a)
の工程と第9図(a)の工程で使用するホトマスクを共
用し、しかも、埋込領域とウエル領域はそれぞれセルフ
ァラインによる製造方法によって形成された構造を示
す。同一マスクを使用しているため、Pウエル領域5と
Nウエル領域50との境界と、P+埋込領域40N+埋
込領域2との境界とがほぼ同一になっているため点が構
造上の特長である。製造方法の上ではマスクの低減が利
点となる。
本発明の第1、第2、第3の実施例によれば、P−型半
導体基板の上にN+埋込領域を介して形成されたNウエ
ル領域が、従来例の様なアイソレイション用P+型拡散
層を設けずにP−型半導体基板とアイソレイションでき
るので、上記Nウエル領域内にPMOSトランジスタを
形成すれば高集積CMOS LSIが、同じくNPNト
ランジスタを形成すれば、N+埋込領域の存在でコレク
タ抵抗が小さく、高速のバイポーラ素子が、それぞれ同
一チップ内に共存し、高集積、高速の複合LSIが実現
できる。
導体基板の上にN+埋込領域を介して形成されたNウエ
ル領域が、従来例の様なアイソレイション用P+型拡散
層を設けずにP−型半導体基板とアイソレイションでき
るので、上記Nウエル領域内にPMOSトランジスタを
形成すれば高集積CMOS LSIが、同じくNPNト
ランジスタを形成すれば、N+埋込領域の存在でコレク
タ抵抗が小さく、高速のバイポーラ素子が、それぞれ同
一チップ内に共存し、高集積、高速の複合LSIが実現
できる。
また、CMOS部分では、ウエル抵抗がN+及び、P+
埋込領域の存在によって小さくなるため、CMOS特有の寄
生サイリスタによるラッチアップ現象を防ぐ効果があ
る。さらに、N+埋込領域の存在するNウエルであるた
め、ウエル層を薄くしても、PMOSのドレイン空乏層
がP−型シリコン基板にパンチスルーすることはないの
で、さらにNPNトランジスタの高速化が図れる。
埋込領域の存在によって小さくなるため、CMOS特有の寄
生サイリスタによるラッチアップ現象を防ぐ効果があ
る。さらに、N+埋込領域の存在するNウエルであるた
め、ウエル層を薄くしても、PMOSのドレイン空乏層
がP−型シリコン基板にパンチスルーすることはないの
で、さらにNPNトランジスタの高速化が図れる。
この様に、MOS特性を損うことなく、バイポーラの高
速化が図れることは、コレクタとして高濃度層を設けた
効果によるもので、BiCMOS LSIの様に、バイポーラとM
OSが同一チップ上に形成されるLSIに対しては特に
大きな効果を発揮する。
速化が図れることは、コレクタとして高濃度層を設けた
効果によるもので、BiCMOS LSIの様に、バイポーラとM
OSが同一チップ上に形成されるLSIに対しては特に
大きな効果を発揮する。
また、実施例で述べたように表面にドープしたリン、ボ
ロンを高温で引伸し拡散すると、表面では不純物濃度が
高く、内部になる程不純物濃度が少ない分布を有するウ
エル領域が形成されることとなる。
ロンを高温で引伸し拡散すると、表面では不純物濃度が
高く、内部になる程不純物濃度が少ない分布を有するウ
エル領域が形成されることとなる。
ところで、PMOSの微細化、高速化を図るためには、
ゲート電極の幅を短くしてソース・ドレイン間の横方向
の寸法を短縮させることが不可欠である。本実施例で
は、上述のようにNウエル領域の不純物濃度は、半導体
層10の表面で高く、内部で低い分布になっているた
め、ウエル領域において、ソース・ドレインが形成され
ている表面近傍では濃度が高く、ソース・ドレイン間に
生じる空乏層の横方向のひろがりが抑えられてPMOSの微
細化と高速化が達成できる。同時に、バイポーラ素子部
では、ベース層3の下にNウエル領域の濃度が特性に影
響を与えるが、ここでの濃度は低くできている結果、ベ
ース・コレクタ接合容量は小さくバイポーラ素子の高速
性も同時に達成される。このように、高速バイポーラと
高集積MOS素子を同一の構造のN型領域内に両者の特
性を損うことなく形成することができる大きな利点があ
る。
ゲート電極の幅を短くしてソース・ドレイン間の横方向
の寸法を短縮させることが不可欠である。本実施例で
は、上述のようにNウエル領域の不純物濃度は、半導体
層10の表面で高く、内部で低い分布になっているた
め、ウエル領域において、ソース・ドレインが形成され
ている表面近傍では濃度が高く、ソース・ドレイン間に
生じる空乏層の横方向のひろがりが抑えられてPMOSの微
細化と高速化が達成できる。同時に、バイポーラ素子部
では、ベース層3の下にNウエル領域の濃度が特性に影
響を与えるが、ここでの濃度は低くできている結果、ベ
ース・コレクタ接合容量は小さくバイポーラ素子の高速
性も同時に達成される。このように、高速バイポーラと
高集積MOS素子を同一の構造のN型領域内に両者の特
性を損うことなく形成することができる大きな利点があ
る。
またNMOSトランジスタが形成されるPウエル領域も
半導体層の内部で不純物濃度が低い構造のため、NMO
Sトランジスタのソース、ドレイン接合容量が小さくで
き、同時に、基板バイアス依存性も低減することがで
き、高速素子を実現できる。このように本実施例では、
Nウエル領域とPウエル領域といずれも半導体層表面か
ら内部に向って不純物濃度が減少する濃度分布となって
いる。
半導体層の内部で不純物濃度が低い構造のため、NMO
Sトランジスタのソース、ドレイン接合容量が小さくで
き、同時に、基板バイアス依存性も低減することがで
き、高速素子を実現できる。このように本実施例では、
Nウエル領域とPウエル領域といずれも半導体層表面か
ら内部に向って不純物濃度が減少する濃度分布となって
いる。
本発明の実施例に於いては、PMOSトランジスタとN
MOSトランジスタとNPNトランジスタとが同一基板
上に形成されるものを例にして説明したが、これに限定
されずに、縦型NPNトランジスタと縦型PNPトラン
ジスタ、横型NPNトランジスタと縦型PNPトランジ
スタ、縦型NPNトランジスタと横型NPNトランジス
タ、PNPNサイリスタと縦型PNPトランジスタ、抵
抗、キャパシタンス等の一般的にウエル(島)領域が互
いに逆導電型の半導体素子が同一基板上に形成される半
導体集積回路装置に本発明は適用できる。
MOSトランジスタとNPNトランジスタとが同一基板
上に形成されるものを例にして説明したが、これに限定
されずに、縦型NPNトランジスタと縦型PNPトラン
ジスタ、横型NPNトランジスタと縦型PNPトランジ
スタ、縦型NPNトランジスタと横型NPNトランジス
タ、PNPNサイリスタと縦型PNPトランジスタ、抵
抗、キャパシタンス等の一般的にウエル(島)領域が互
いに逆導電型の半導体素子が同一基板上に形成される半
導体集積回路装置に本発明は適用できる。
本発明は、これ等の実施例に限定されることなく本発明
の思想の範囲内で種々の変形が可能である。
の思想の範囲内で種々の変形が可能である。
本構造の特徴は、半導体基体と逆導電型のため半導体基
体とは電気的に分離しなければならない半導体領域を形
成するにあたり、アクティブ素子が形成できるウエル領
域と高濃度埋込層との積層半導体領域を素子分離層とし
て兼ね、逆導電型の半導体領域をアイランド状に形成さ
せている点にある。このため、逆導電型の半導体領域の
囲りには、アクティブ素子を自由に任意の位置に配置さ
せることができ、半導体回路を高集積に構成することが
できる。
体とは電気的に分離しなければならない半導体領域を形
成するにあたり、アクティブ素子が形成できるウエル領
域と高濃度埋込層との積層半導体領域を素子分離層とし
て兼ね、逆導電型の半導体領域をアイランド状に形成さ
せている点にある。このため、逆導電型の半導体領域の
囲りには、アクティブ素子を自由に任意の位置に配置さ
せることができ、半導体回路を高集積に構成することが
できる。
第1図は従来例であるBiCMOS LSIの一例を示す断面図、
第2図は従来例であるBiCMOS LSIの平面概略図、第3図
は従来例であるCMOSインバータ回路を示す図、第4
図は従来例であるBiCMOSLSIの他の例を示す断面図、
第5図は本発明の第1の実施例であるBiCMOS LSIの断面
図、第6図は本発明の第1の実施例であるBiCMOS LSIの
概略平面図、第7図は本発明の第1の実施例の製造工程
の一例を示す図、第8図は本発明の第2の実施例である
BiCMOS LSIの断面図、第9図は本発明の第2の実施例の
製造工程の一例を示す図、第10図は本発明の第3の実
施例であるBiCMOS LSIの断面図である。 1…P−型半導体基板、2…N+埋込領域、5…Pウエ
ル領域、10…N−型エピタキシャル層、40…P+埋
込領域、50…Nウエル領域。
第2図は従来例であるBiCMOS LSIの平面概略図、第3図
は従来例であるCMOSインバータ回路を示す図、第4
図は従来例であるBiCMOSLSIの他の例を示す断面図、
第5図は本発明の第1の実施例であるBiCMOS LSIの断面
図、第6図は本発明の第1の実施例であるBiCMOS LSIの
概略平面図、第7図は本発明の第1の実施例の製造工程
の一例を示す図、第8図は本発明の第2の実施例である
BiCMOS LSIの断面図、第9図は本発明の第2の実施例の
製造工程の一例を示す図、第10図は本発明の第3の実
施例であるBiCMOS LSIの断面図である。 1…P−型半導体基板、2…N+埋込領域、5…Pウエ
ル領域、10…N−型エピタキシャル層、40…P+埋
込領域、50…Nウエル領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 充 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 向井 藤司 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 亀井 達弥 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−162363(JP,A) 特開 昭57−188862(JP,A) 特開 昭54−93981(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】一方導電型の半導体基板上に形成される所
定導電型の半導体層と、 前記半導体層の表面に露出し、露出表面から内部に向か
って不純物濃度が減少する複数の他方導電型の第1ウエ
ル領域と、 前記第1ウエル領域の底面を覆い、しかも前記一方導電
型の半導体基板に隣接し、前記第1ウエル領域よりも高
い不純物濃度を有する複数の他方導電型の第1埋込み領
域と、 前記半導体層の表面において、前記第1ウエル領域を除
く領域に露出し、露出表面から内部に向かって不純物濃
度が減少する一方導電型の第2ウエル領域と、 前記第2ウエル領域と前記一方導電型の半導体基板との
間にそれぞれ隣接して設けられ且つ前記第1埋込み領域
を除く領域に前記第2ウエル領域よりも高い不純物濃度
を有する一方導電型の第2埋込み領域とからなることを
特徴とする半導体集積回路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30311989A JPH065707B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 半導体集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30311989A JPH065707B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 半導体集積回路装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57204671A Division JPS5994861A (ja) | 1982-11-24 | 1982-11-24 | 半導体集積回路装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02161765A JPH02161765A (ja) | 1990-06-21 |
JPH065707B2 true JPH065707B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=17917111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30311989A Expired - Lifetime JPH065707B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 半導体集積回路装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH065707B2 (ja) |
-
1989
- 1989-11-24 JP JP30311989A patent/JPH065707B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02161765A (ja) | 1990-06-21 |
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