JPH0774275A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH0774275A
JPH0774275A JP21662293A JP21662293A JPH0774275A JP H0774275 A JPH0774275 A JP H0774275A JP 21662293 A JP21662293 A JP 21662293A JP 21662293 A JP21662293 A JP 21662293A JP H0774275 A JPH0774275 A JP H0774275A
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JP
Japan
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insulating film
bipolar transistor
around
semiconductor device
transistor
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Application number
JP21662293A
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English (en)
Inventor
Takayuki Gomi
孝行 五味
Hiroyuki Miwa
浩之 三輪
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 大幅な工程の増加や、MOSトランジスタお
よびバイポーラトランジスタの特性の劣化無しに段差を
軽減でき、ホトリソグラフィ工程および多層配線工程へ
の負担を軽減する。 【構成】 バイポーラトランジスタ分離用選択絶縁膜7
0の厚さが、MOSトランジスタ分離用選択絶縁膜71
よりも厚く形成してある。バイポーラトランジスタ周囲
の半導体層をエッチングして溝部54を形成した後、バ
イポーラトランジスタ周囲の溝部54およびMOSトラ
ンジスタ周囲の半導体層を同時に選択酸化して選択酸化
絶縁膜60を形成し、これら選択酸化絶縁膜60が形成
された半導体基板の表面に、バイポーラトランジスタ周
囲に形成された溝部54を埋め込むように、平坦化用絶
縁膜68を形成し、この平坦化用絶縁膜68を、選択酸
化絶縁膜60を形成するためのマスク層58をストッパ
として、ケミカルメカニカルポリッシュ技術等により平
坦化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高性能なバイポーラト
ランジスタおよびMOSトランジスタを混載した大規模
集積回路(以下、BiCMOSLSIと記す)に適した
素子分離領域の構造とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的な高速バイポーラトランジスタの
素子分離構造を図10に示す。図10に示すように、P
型半導体基板2上にN型エピタキシャル層4が形成して
あり、エピタキシャル層4の下部には、N+ のコレクタ
埋め込み層6が形成してある。エピタキシャル層4の表
面には、選択酸化による素子分離絶縁膜(LOCOS)
8が形成してあり、その下部に、P+ の接合分離領域1
0が形成してある。一般的な高速バイポーラトランジス
タでは、LOCOS8の膜厚は、約0.8μm程度であ
る。
【0003】これに対し、ゲート長が0.2〜0.5μ
mの高性能BiCMOSLSIに於ける素子分離構造で
は、CMOS部分には0.2〜0.5μm厚のLOCO
Sが使われることから、バイポーラ部分には、0.2〜
0.5μm厚のLOCOSと、接合分離領域(図11)
あるいはトレンチ分離領域(図12)が兼用されてい
る。LOCOSの膜厚が通常の高速バイポーラトランジ
スタに用いるLOCOSの膜厚に比較して薄いのは、C
MOS部分においては、LOCOS時に生じるいわゆる
バーズビークによる変換差を小さくするために、素子分
離用酸化膜の膜厚は余り厚くできないためである。一
方、バイポーラ部分においては、1〜2μm厚のエピタ
キシャル領域を完全に分離するため、より深い分離領域
が必要であるため、LOCOS技術以外に接合分離技術
あるいはトレンチ分離技術を兼用している。
【0004】図11に示すBiCMOSLSIのバイポ
ーラトランジスタの素子分離構造について説明すると、
P型半導体基板2a上にN型エピタキシャル層4aが形
成してあり、エピタキシャル層4aの下部には、N+
コレクタ埋め込み層6aが形成してある。エピタキシャ
ル層4aの表面には、選択酸化による素子分離絶縁膜
(LOCOS)8aが形成してあり、その下部に、P+
の接合分離領域10aが形成してある。このBiCMO
SLSIのバイポーラトランジスタの素子分離構造で
は、LOCOS8aの膜厚が、図10に示す通常の高速
バイポーラトランジスタのLOCOS8の膜厚に比較し
て、0.3〜0.6μm程度薄くなっている。
【0005】次に、図12に示すBiCMOSLSIの
バイポーラトランジスタの素子分離構造について説明す
る。P型半導体基板2b上にN型エピタキシャル層4b
が形成してあり、エピタキシャル層4bの下部には、N
+ のコレクタ埋め込み層6bが形成してある。エピタキ
シャル層4bの表面には、LOCOS8bが形成してあ
り、その下部に、トレンチ構造の素子分離領域10bお
よびP+ の接合分離領域16が形成してある。トレンチ
構造の素子分離領域10bでは、トレンチ内に、酸化シ
リコン膜14とポリシリコン膜12とが埋め込まれてい
る。
【0006】このBiCMOSLSIのバイポーラトラ
ンジスタの素子分離構造では、LOCOS8bの膜厚
が、図10に示す通常の高速バイポーラトランジスタの
LOCOS8の膜厚に比較して、0.3〜0.6μm程
度薄くなっている。
【0007】
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1
1に示す接合分離兼用構造においては、深い接合分離領
域を形成するために素子面積が大きくなり、集積度およ
び素子性能の低下が生じる。また、図12に示すトレン
チ分離兼用構造においては、集積度は向上するが、大幅
な工程の増加があり、コスト増につながる。
【0008】このような実情に鑑みて、図13に示すよ
うな製造工程で得られる素子分離構造が本出願人により
提案されている。図13に示す方法は、バイポーラトラ
ンジスタの素子分離領域に相当するエピタキシャル層を
エッチングし、その後、MOSおよびバイポーラトラン
ジスタの素子分離用LOCOS酸化を同時に行う方法で
ある。
【0009】すなわち、この方法では、図13(A)に
示すように、半導体基板2c上に、N+ Kコレクタ埋め
込み層6cおよびN型エピタキシャル層4cを形成した
後、エピタキシャル層4cの表面に、テーパ状溝部16
を形成する。テーパ状溝部16の溝深さは、たとえば6
00nm程度である。その後、図13(B)に示すよう
に、パッド用酸化シリコン膜18、ポリシリコン膜20
および窒化シリコン膜22を形成する。その後、レジス
ト膜23により窒化シリコン膜22をLOCOS形成パ
ターンでエッチングした後、窒化シリコン膜22をマス
クとして熱酸化し、図12(C)に示すように、LOC
OS24を形成する。
【0010】その後、窒化シリコン膜22、ポリシリコ
ン膜20およびパッド用酸化シリコン膜18をエッチン
グにより除去し、接合分離領域25形成のためのイオン
注入、コレクタ用プラグ層27形成のためのイオン注
入、およびMOS部のためのウェル領域26形成のため
のイオン注入を行う。
【0011】その後、図13(D)に示すように、バイ
ポーラトランジスタ部分には、真性ベース28、グラフ
トベース29、エミッタ領域30、エミッタ電極32、
ベース取り出し電極34、コレクタ電極35、コレクタ
取り出し電極36およびエミッタ取り出し電極(図示せ
ず)を形成する。また、MOSトランジスタ部分では、
ゲート絶縁膜37、ゲート電極38、LDD構造のソー
ス/ドレイン39、ソース取り出し電極40およびドレ
イン取り出し電極41を形成する。
【0012】この提案中の素子分離構造では、バイポー
ラトランジスタ部分のLOCOS24下部に形成する接
合分離領域25の形成深さを浅くすることができる。し
かしながら、図13に示す提案中の素子分離構造では、
バイポーラトランジスタ部分の素子分離領域と、MOS
トランジスタ部分のそれとに段差が生じ、その後のホト
リソグラフィ工程、多層配線工程等への負担が大きくな
る。すなわち、段差の存在により、ホトリソグラフィ工
程時の合わせズレが大きくなると共に、多層配線のため
の平坦化が困難になる。
【0013】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタとが
同一半導体基板上に形成される半導体装置において、大
幅な工程の増加や、MOSトランジスタおよびバイポー
ラトランジスタの特性の劣化無しに段差を軽減でき、ホ
トリソグラフィ工程および多層配線工程への負担を軽減
することができる半導体装置およびその製造方法を提供
することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体装置は、バイポーラトランジス
タ分離用選択絶縁膜の厚さが、MOSトランジスタ分離
用選択絶縁膜よりも厚く形成してある。
【0015】本発明に係る半導体装置の製造方法は、バ
イポーラトランジスタ周囲の半導体層をエッチングして
溝部を形成した後、バイポーラトランジスタ周囲の溝部
およびMOSトランジスタ周囲の半導体層を同時に選択
酸化して選択酸化絶縁膜を形成し、これら選択酸化絶縁
膜が形成された半導体基板の表面に、バイポーラトラン
ジスタ周囲に形成された溝部を埋め込むように、平坦化
用絶縁膜を形成し、この平坦化用絶縁膜を、上記選択酸
化絶縁膜を形成するためのマスク層をストッパとして、
ケミカルメカニカルポリッシュ技術等により平坦化を行
う。
【0016】
【作用】本発明に係る半導体装置では、バイポーラトラ
ンジスタ分離用絶縁膜の厚さが、MOSトランジスタ分
離用絶縁膜よりも厚いので、バイポーラトランジスタ分
離用絶縁膜の下部に形成する接合分離領域の形成深さを
浅くすることができる。その結果、素子面積の増大を抑
制することができ、集積度が向上すると共に、素子性能
が向上する。
【0017】本発明に係る半導体装置の製造方法では、
大幅な工程の増加や、MOSトランジスタおよびバイポ
ーラトランジスタの特性の劣化無しに、段差を軽減する
ことができ、リソグラフィー工程、多層配線工程への負
担を軽減することができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づき、
詳細に説明する。図1は本発明の一実施例に係るBiC
MOS型半導体装置の要部概略断面図、図2(A)〜
(C)は同実施例のBiCMOS型半導体装置の製造過
程を示す要部概略断面図、図3(D),(E)は図2の
次の製造過程を示す要部概略断面図、図4(F)〜
(H)は図3の次の製造過程を示す要部概略断面図、図
5は本発明の他の実施例に係るBiCMOS型半導体装
置の要部概略断面図、図6(A)〜(C)は同実施例の
BiCMOS型半導体装置の製造過程を示す要部概略断
面図、図7(D),(E)は図6の次の製造過程を示す
要部概略断面図、図8(F)〜(H)は図7の次の製造
過程を示す要部概略断面図、図9(A)〜(C)は本発
明のその他の実施例に係るBiCMOS型半導体装置の
製造過程の一部を示す要部概略断面図である。
【0019】第1実施例 図1に示すように、本発明の第1実施例に係る半導体装
置は、ダブルポリシリコン・エミッタ/ベース(Em/
Base)セルフアラインのバイポーラトランジスタと
CMOSトランジスタとを結合したBiCMOS型半導
体装置である。
【0020】また、図1に示すBiCMOS型半導体装
置は、たとえばBiCMOS型SRAMとして用いられ
る。図1では、単一のバイポーラトランジスタと一対の
MOSトランジスタ(CMOS)とがそれぞれ同一の半
導体基板50上に形成してある状態を示している。実際
の半導体装置では、バイポーラトランジスタ形成領域お
よびMOSトランジスタ形成領域に、それぞれ複数のト
ランジスタが形成される。
【0021】本実施例の半導体装置では、P型の半導体
基板50上に、N型のエピタキシャル層52が形成して
ある。まず、バイポーラトランジスタ形成領域について
説明する。バイポーラトランジスタ形成領域では、エピ
タキシャル層52下部に、N型のコレクタ埋め込み層5
1が形成してある。コレクタ埋め込み層51には、エピ
タキシャル層52中に形成されたN型のコレクタプラグ
74が接続してある。
【0022】エピタキシャル層52の表面には、P型の
真性ベース105およびグラフトベース106が形成し
てある。真性ベース105の表面側一部に、N型のエミ
ッタ107が形成してある。エミッタ107には、エミ
ッタ電極104が接続してある。グラフトベース106
には、ベース電極90が接続してある。ベース電極上に
は、層間絶縁膜98が積層してある。層間絶縁膜98に
は、開口部110,112が形成してある。これら開口
部には、それぞれベース取り出し電極122およびコレ
クタ取り出し電極126が埋め込み形成してある。ま
た、エミッタ電極104上には、エミッタ取り出し電極
124が形成してある。
【0023】MOSトランジスタ形成領域では、N型の
エピタキシャル層52中に、N型のウェル領域75と、
P型のウェル領域76が形成してある。N型のウェル領
域75には、Pチャネル型MOSトランジスタが形成さ
れる。P型のウェル領域76には、Nチャネル型MOS
トランジスタが形成される。
【0024】MOSトランジスタは、それぞれ、ゲート
絶縁膜と、ゲート電極88a,88bと、LDD構造の
ソース/ドレイン94a,94bとを有している。層間
絶縁膜98には、開口部114,116,118,12
0が形成してあり、これら開口部内に入り込むように、
ソース/ドレイン取り出し電極128,130,13
2,134が形成してある。
【0025】本実施例では、バイポーラトランジスタ分
離用絶縁膜70の厚さを、MOSトランジスタ分離用絶
縁膜71よりも厚く構成してある。そのため、バイポー
ラトランジスタ分離用絶縁膜70の下部に形成する接合
分離領域62の形成深さを浅くすることができる。その
結果、素子面積の増大を抑制することができ、集積度が
向上すると共に、素子性能が向上する。
【0026】次に、本実施例に係る半導体装置の製造方
法を、工程フローに従って説明する。図2(A)に示す
ように、まず半導体基板50を準備する。半導体基板2
0は、たとえばシリコンウェーハで構成される。本実施
例では、NPNバイポーラトランジスタと、MOSトラ
ンジスタとを同一の半導体基板に作り込むために、P型
の半導体基板20を用いる。PNPバイポーラトランジ
スタと、MOSトランジスタとを同一の半導体基板に作
り込む場合には、本実施例で用いる構成材の導電型を全
て逆にすればよい。以下の説明では、NPNバイポーラ
トランジスタと、MOSトランジスタとを同一の半導体
基板50に作り込む場合を例として説明する。
【0027】本実施例では、<100>結晶面を有する
P型の半導体基板50の表面に、コレクタ埋め込み層5
1を約1200℃のSbの気相拡散にて形成する。この
時ρsは、たとえば20〜40Ω/□、拡散深さXjは
1〜2μm程度にする。次に、抵抗率1〜5Ωcm、厚
さ約1μmのN型エピタキシャル成長層52を形成す
る。
【0028】その後、バイポーラトランジスタ周囲のエ
ビタキシャル成長層を、約600nm程度エッチング
し、溝部54を形成する。この時のエッチングは、図示
するようにテーパ状に行うことが好ましい。その後の選
択酸化(LOCOS)工程により、基板に過度の応力や
結晶欠陥が発生するのを防ぐためである。テーパ状に溝
部54を形成するためのエッチング手段としては、例え
ばSiCl2 とN2 との混合ガスを用いたRIE等が知
られている。
【0029】次に、図2(B)に示すように、LOCO
Sのためのバッファー酸化膜を酸化にて約5nm形成
し、その上に減圧CVDによりポリシリコン膜56を約
20〜100nm形成する。次にLOCOSのマスクと
なる窒化シリコン膜(Si3 4 )58を約50〜15
0nm程度、減圧CVDにて形成する。これらの膜厚
は、LOCOSバースビークの長さ、LOCOSに伴う
応力や欠陥発生の制御、後で述べる平坦化に於ける平坦
度等の条件に応じて決定される。
【0030】次に、これら薄膜56,58に、RIEな
どのエッチング手段で、LOCOS酸化する領域の窓開
けを行う。この時、バイポーラトランジスタ形成領域
は、前述のテーパ状溝部54よりも内側に成るようにす
る。それにより、通常のLOCOSにより素子領域が決
定されるので、素子特性への悪影響は無い。テーパ状溝
部54に素子を形成すると、エピタキシャル成長層52
の残り厚が薄くなるので、寄生容量の増加や耐圧低下等
の問題が生じるおそれがある。
【0031】次に、950℃にて約2時間のスチーム酸
化を行い、約400nmの選択酸化絶縁膜(LOCOS
酸化膜)60を形成する。さらに、レジストマスクでバ
イポーラトランジスタ周囲に、ボロンB+ を約200〜
500KeVで、1E13〜1E14cm-2のドーズ量
でイオン注入し、P+ の接合分離領域62を形成する。
【0032】次に、平坦化のための平坦化用絶縁膜68
を、約600〜800nmの膜厚で形成する。平坦化用
絶縁膜68は、たとえばCVDにより得られる酸化シリ
コン膜で構成される。必要であれば、約900℃にて、
酸化シリコン膜の致密化処理(densify)を行
う。
【0033】次に、この平坦化用絶縁膜68の表面を、
ケミカル&メカニカルポリッシュ技術によって研磨す
る。条件としては、例えば、研磨液としてエチレンジア
ミン+水を用い、pHを約10〜11に設定し、温度は
室温程度、クロス加圧は約200g/cm2 、クロス周
速約150m/min程度の条件を採用する。研磨は、
前述のLOCOS酸化時のマスクと成る窒化シリコン膜
58がストッパとなることで自然に止まり、平坦化が達
成される。酸化シリコンと窒化シリコン(SiO 2 /S
34 )との選択比は一般に100以上とれるからで
ある。この時、素子形成領域は、ポリシリコン膜56お
よび窒化シリコン膜58で保護されているのでダメージ
が入らない。
【0034】この実施例では、ケミカル&メカニカルポ
リッシュ技術により平坦化を行ったが、本発明では、一
般的に用いられている薄膜塗布技術およびRIEエッチ
バック技術を用いて平坦化を行っても良い。その場合で
も、ポリシリコン膜56および窒化シリコン膜58が素
子形成領域を保護しているので、RIEによるダメージ
発生を防ぐことができる。しかしながら、でき上がりの
平坦度と言う観点では、ケミカル&メカニカルポリッシ
ングの方が安定している。オーバーエッチによりLOC
OS酸化膜60が後退するのを防げるからである。
【0035】平坦化後に、熱リン酸により窒化シリコン
膜58を、KOH水溶液によりポリシリコン膜56をエ
ッチングする。平坦化後に、窒化シリコン膜58および
ポリシリコン膜56を除去した後の状態を図2(C)に
示す。図2(C)に示すように、平坦化後には、比較的
厚いバイポーラトランジスタ分離用絶縁膜70と、比較
的薄いMOSトランジスタ分離用絶縁膜71とを得るこ
とができる。
【0036】次に、図2(C)に示すように、パッド膜
72を形成する。パッド膜72は、900℃の酸化によ
る得られる、10〜30nmの薄い酸化シリコン膜で構
成する。その後、レジスト膜を成膜し、このレジスト膜
に所定のパターンで窓開けを行い、コレクタ取り出し領
域に相当する部分に、リンPhos+ を、50〜100
KeVで、1E15〜1E16cm-2 のドーズ量で、
イオン注入し、N+ のプラグ領域74を形成する。同様
に、CMOSトランジスタのP型ウェル領域76および
N型ウェル領域75をイオン注入法により形成する。イ
オン注入条件としては、例えば各々ボロンB+ 、リンP
hos+ を用い、100〜400KeVで、ドーズ量が
1E12〜13cm-2のオーダーである。イオン注入後
には、900〜1000℃にて30分程の熱アニール処
理を行う。その後必要であれば、レジストマスクでVth
アジャストのためのイオン注入を行う。
【0037】次に、パッド膜72をエッチングにより除
去し、図3(D)に示すように、エピタキシャル成長層
52の表面に、MOSトランジスタのためのゲート絶縁
膜78を形成する。ゲート絶縁膜78の膜厚は、15n
m程度である。ゲート絶縁膜78は、酸化シリコン膜な
どで構成され、その形成条件は、たとえば850℃、約
15分のスチーム酸化である。
【0038】次に、ゲート絶縁膜78の上に、第1導電
膜80を形成する。第1導電膜80の膜厚は、約50n
m程度である。第1導電膜80は、減圧CVDにより堆
積されるポリシリコン膜などで構成される。次に、バイ
ポーラトランジスタのベース電極部およびMOSトラン
ジスタ部をカバーするように、第1導電膜80およびゲ
ート絶縁膜78を、RIEなどのエッチング加工により
パターン加工し、ACT窓開け部81,82,83を形
成する。そのRIE条件としては、例えば、ポリシリコ
ン膜で構成される第1導電膜80は、SF6 /C2 Cl
33 ガスで、酸化シリコン膜で構成されるゲート絶縁
膜78はO2 /CHF3 ガスによるエッチング条件とす
る。
【0039】次に、図3(E)に示すように、第1導電
膜80が形成された半導体基板上に、第2導電膜84お
よび第3導電膜85を順次形成する。第2導電膜84
は、たとえばポリシリコン膜で構成してある。第3導電
膜85は、たとえばタングステンシリサイドなどのシリ
サイド膜で構成してある。これらはCVD法により堆積
される。
【0040】次に、レジスト膜をマスクとして用いて、
バイポーラトランジスタのグラフトベース部に相当する
第2導電層84へ、ボロンB+ を、約10〜30Ke
V、ドーズ量1E15cm-2のオーダーで、イオン注入
を選択的に行う。また、MOSトランジスタのゲート電
極部分に相当する第2導電膜84には、リンPhos +
を、約30〜50KeV、ドーズ量1E15cm-2のオ
ーダーでイオン注入を行う。
【0041】次に、微細窓開けを行うために、第3導電
膜85の上に、反射防止膜86を形成する。反射防止膜
86の膜種としては、アモルファスシリコン(a−S
i)、ポリシリコン、酸化膜、チッ化膜、チッ化酸化膜
等が一般に用いられており、ステッパ光の波長、それに
より決定される膜厚、プロセスの利便性等を考慮して選
択される。
【0042】次に、図4(F)に示すように、第3導電
膜85および第2導電膜84をRIEなどで選択的にパ
ターン加工し、バイポーラトランジスタのベース電極9
0およびMOSトランジスタのゲート電極88a,88
bを形成する。ゲート電極88aは、P型チャネルMO
Sトランジスタのためのゲート電極であり、ゲート電極
88bは、N型チャネルMOSトランジスタのためのゲ
ート電極である。本実施例では、第3導電膜85をタン
グステンシリサイドで構成してあることから、ゲート電
極88a,88bは、ポリサイド構造になる。
【0043】エッチング条件としては、例えば、C2
33 /SF6 ガスでタングステンシリサイドで構成
される第3導電膜85およびポリシリコンで構成される
第2導電膜84および第1導電膜80をエッチングす
る。この時、バイポーラトランジスタのコレクタ用プラ
グ層74に相当するシリコン基板表面(エピタキシャル
成長層の表面)が、図3(D)に示す工程でエッチング
した第1導電膜80の厚さ50nm分と、オーバーエッ
チ分とを合わせて約50〜100nm程度エッチングさ
れ、段差91ができる。それを防ぎたい場合は、後述す
る図5以降に示す第2実施例の構造および製造方法を採
用すれば良い。その詳細は後述する。
【0044】次に図示しないが、レジスト膜でマスク
し、比較的低濃度のイオン注入を行い、N型LDDのた
めの低濃度拡散領域およびP型LDDのための低濃度拡
散領域を形成する。引続き、LDDスペーサを形成する
ための絶縁膜(たとえば酸化シリコン膜)を、約200
m程度、CVDで堆積し、この絶縁膜をRIEなどの異
方性エッチングすることで、ゲート電極88a,88b
の側部に、幅約100〜150nmの絶縁膜から成るL
DDスペーサ92を形成する。
【0045】次に、タングステンシリサイド(WS
x )で構成される第3導電膜85の剥がれ防止のため
に、約10〜20nmのパッド膜(たとえば酸化シリコ
ン膜)96をCVDにより堆積し、図示しないがレジス
ト膜によるマスクで、比較的高濃度のイオン注入を行
い、N+ のソース/ドレイン94bおよびP+ のソース
/ドレイン94aを形成する。これらソース/ドレイン
94a,94bは、上記低濃度のイオン注入による不純
物拡散領域と組み合わされてLDD構造のソース/ドレ
インとなる。
【0046】次に、図4(G)に示すように、300〜
500nm程度の膜厚で、層間絶縁膜98を形成する。
層間絶縁膜98は、たとえばCVDにより堆積される酸
化シリコン膜で構成される。次に、レジスト膜によるマ
スクで、層間絶縁膜98およびベース電極90(第3導
電膜85および第2導電膜84で構成される)を選択的
に、RIEによりエッチング加工し、真性ベース用開口
部100を形成する。この真性ベース用開口部100を
利用して、真性ベースに相当する領域99に、真性ベー
ス形成のためのイオン注入を行う。イオン注入の条件
は、例えばBF2+を用い、30〜100KeV、ドーズ
量が1E13〜1E14cm-2のオーダーの条件が良
い。
【0047】次に、図4(H)に示すように、真性ベー
ス用開口部100の内周部に、絶縁性サイドウォール1
02を形成するために、絶縁膜を約300〜600nm
程度堆積させる。絶縁膜は、たとえばCVDにより堆積
される酸化シリコン膜で構成される。その後、真性ベー
ス105およびグラフトベース106を形成するための
アニール処理を、850〜950℃で30〜60分行
う。なお、グラフトベース106は、ベース電極90に
含まれる不純物の拡散により形成される。その後、RI
Eなどの異方性エッチング処理を行うことにより、絶縁
膜で構成されたサイドウォール102を真性ベース用開
口部100内に形成する。
【0048】次に、サイドウォール102が形成された
開口部100内に入り込むように、第4導電膜104を
堆積する。第4導電膜104は、CVDにより堆積され
るポリシリコンで構成され、その膜厚は、たとえば50
〜200nm程度である。次に、この第4導電膜104
に対し、イオン注入を行い、不純物をドープする。イオ
ン注入の条件は、例えば砒素As+ を用い、30〜10
0KeV、ドーズ量1E15〜1E16cm-2のオーダ
ーで行う。このポリシリコンから成る導電膜104を、
抵抗としても併用する場合には、高抵抗部には、低ドー
ズ量、低抵抗部には、高ドーズ量とイオン注入を打ち分
けることが好ましい。
【0049】次に、図示しないが、酸化膜を約300n
mCVDし、導電膜104からの拡散によりエミッタ1
07を形成するためのアニールを、900〜1100℃
で、5秒から30分行う。次に、ウェットエッチング処
理を行い、図示しない酸化膜をエッチングにより除去
し、必要部分のみに導電膜104を残す。
【0050】次に、図1に示すように、レジスト膜をマ
スクとして用いたRIEなどにより、層間絶縁膜98に
対し、ベース取り出し開口部110、コレクタ取り出し
開口部112、ソース/ドレイン取り出し開口部11
4,118,116,120を形成する。その後、ニッ
ケル,チタンなどのバリアメタルおよびアルミニウムな
どの金属配線層をスパッタリングで形成し、この金属配
線層をRIEなどでパターン加工し、取り出し電極12
2,124,126,128,130,132,134
を得る。その後、シンター用熱処理を行い、以降は多層
配線の行程となり、BiCMOS型半導体装置を製造す
る。
【0051】なお、図1中、電極122が、ベース取り
出し電極、電極124がエミッタ取り出し電極、電極1
26がコレクタ取り出し電極、電極128,130が、
Pチャネル型MOSトランジスタのソース/ドレイン取
り出し電極、電極132,134がNチャネル型MOS
トランジスタのソース/ドレイン取り出し電極である。
【0052】本実施例の半導体装置の製造方法では、大
幅な工程の増加や、MOSトランジスタおよびバイポー
ラトランジスタの特性の劣化無しに、従来生じる可能性
のあった段差を軽減することができ、リソグラフィー工
程、多層配線工程への負担を軽減することができる。
【0053】実施例2 次に、本発明の第2実施例に係るBiCMOS型半導体
装置について説明する。図5に示すように、本発明の第
2実施例に係るBiCMOS型半導体装置は、コレクタ
プラグ74とコレクタ取り出し電極126aとの接続部
以外は、第1実施例と同様な構成を有する。そのため、
この実施例では、第1実施例と共通する部材には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0054】本実施例の半導体装置は、上記第1実施例
において、バイポーラトランジスタのコレクタ取り出し
領域に相当する基板表面が、前述したように約50〜1
00nmエッチングされて段差91(図4(F)参照)
ができるのを防ぐために改良された半導体装置である。
すなわち、第2実施例では、バイポーラトランジスタの
コレクタ取り出し電極とコレクタプラグ74との間に、
タングステンシリサイド(WSix )膜とポシリコン膜
とから成るコレクタ用中間電極89を残すように構成し
てある。その他の部分は、上記第1実施例と同様であ
る。
【0055】本実施例の半導体装置の製造プロセスを、
図6〜8に示す。図6,7に示す製造プロセスは、図
2,3に示す製造プロセスと同様なので、その説明を省
略する。図7(E)に示す工程後、本実施例では、図8
(F)に示すように、第3導電膜85および第2導電膜
84をRIEなどで選択的にパターン加工し、バイポー
ラトランジスタのベース電極90、MOSトランジスタ
のゲート電極88a,88bおよびコレクタ用中間電極
89を形成する。ゲート電極88aは、P型チャネルM
OSトランジスタのためのゲート電極であり、ゲート電
極88bは、N型チャネルMOSトランジスタのための
ゲート電極である。
【0056】本実施例では、第3導電膜85をタングス
テンシリサイドで構成してあることから、ゲート電極8
8a,88bは、ポリサイド構造になる。また、特に本
実施例では、コレクタプラグ74の上(シリコン基板表
面)に、第3導電膜(タングステンシリサイド膜)と第
2導電膜(ポリシリコン膜)とから成るコレクタ用中間
電極89を残すことから、第1実施例では生じていた段
差91(図4(F)参照)をなくすることができる。
【0057】その後の工程(図8(G)および(H))
は、コレクタ用中間電極89が形成されている以外は、
第1実施例と同様である。第3実施例 次に、本発明の第3実施例に係るBiCMOS型半導体
装置の製造方法について説明する。本実施例の製造方法
は、上記第1実施例または上記第2実施例の製造方法の
変形例であり、下記の点が相違するのみである。
【0058】本実施例の半導体装置の製造方法は、上記
第1,第2実施例の半導体装置の製造方法に比較し、図
9(B),(C)に示すように、P+ の接合分離領域6
2aを形成する順序が相違する。すなわち、上記第1,
第2実施例では、図2(B)または図6(B)に示すよ
うに、LOCOS酸化膜60の形成後に、P+ の接合分
離領域62を形成する。これに対し、本実施例では、図
9(C)に示すように、平坦化処理後に形成されるバイ
ポーラトランジスタ分離用絶縁膜70を通して、ボロン
+ を用い、300〜500KeVで、ドーズ量1E1
3〜1E14cm-2の条件でイオン注入を行い、接合分
離領域62aを形成する。
【0059】なお、接合分離領域は、MOSトランジス
タにおいて、MOSトランジスタ分離用絶縁膜71の下
部に形成することもできる。図9に示す実施例に用いる
部材において、上記第1,第2実施例に示す部材と共通
する部材には、同一番号を付し、その説明は一部省略す
る。また、図9に示す工程後の工程は、上記第1実施例
の工程図(図2〜4)または上記第2実施例の工程図
(図6〜8)と同一なので、その図面は省略する。
【0060】本実施例の半導体装置の製造方法でも、上
記第1,第2実施例と同様な作用を有する。なお、本発
明は、上述した実施例に限定されず、本発明の範囲内で
種々に改変することができる。
【0061】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
半導体装置およびその製造方法によれば、高性能なバイ
ポーラトランジスタおよびMOSトランジスタを混載し
た大規模集積回路において、大幅な行程の増加や素子面
積の増大を伴わずに、段差を軽減でき、リソグラフィー
工程および多層配線工程への負担を軽減することができ
る。すなわち、本発明では、確実な素子分離と平坦化を
両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例に係るBiCMOS型
半導体装置の要部概略断面図である。
【図2】図2(A)〜(C)は同実施例のBiCMOS
型半導体装置の製造過程を示す要部概略断面図である。
【図3】図3(D),(E)は図2の次の製造過程を示
す要部概略断面図である。
【図4】図4(F)〜(H)は図3の次の製造過程を示
す要部概略断面図である。
【図5】図5は本発明の他の実施例に係るBiCMOS
型半導体装置の要部概略断面図である。
【図6】図6(A)〜(C)は同実施例のBiCMOS
型半導体装置の製造過程を示す要部概略断面図である。
【図7】図7(D),(E)は図6の次の製造過程を示
す要部概略断面図である。
【図8】図8(F)〜(H)は図7の次の製造過程を示
す要部概略断面図である。
【図9】図9(A)〜(C)は本発明のその他の実施例
に係るBiCMOS型半導体装置の製造過程の一部を示
す要部概略断面図である。
【図10】図10は一般的な高速バイポーラトランジス
タの素子分離構造を示す概略断面図である。
【図11】図11は従来例に係るBiCMOS型半導体
装置のバイポーラトランジスタに用いる素子分離構造を
示す概略断面図である。
【図12】図12はその他の従来例に係るBiCMOS
型半導体装置のバイポーラトランジスタに用いる素子分
離構造を示す概略断面図である。
【図13】図13(A)〜(D)は提案中のBiCMO
S型半導体装置の製造過程を示す要部概略断面図であ
る。
【符号の説明】
50… 半導体基板 51… コレクタ埋め込み層 52… エピタキシャル層 54… 溝部 58… 窒化シリコン膜(選択酸化時に用いるマスク
層) 60… 選択酸化絶縁膜(LOCOS酸化膜) 62,62a… 接合分離領域 68… 平坦化用絶縁膜 70… バイポーラトランジスタ分離用絶縁膜 71… MOSトランジスタ分離用絶縁膜 74… コレクタプラグ 88a,88b… ゲート電極 89… コレクタ用中間電極 90… ベース電極 94a,94b… ソース/ドレイン 104… エミッタ電極 105… 真性ベース 106… グラフトベース 107… エミッタ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一半導体基板上にバイポーラトランジ
    スタとMOSトランジスタを形成する半導体装置におい
    て、バイポーラトランジスタ分離用絶縁膜の厚さが、M
    OSトランジスタ分離用絶縁膜よりも厚い半導体装置。
  2. 【請求項2】 同一半導体基板上にバイポーラトランジ
    スタとMOSトランジスタを形成する半導体装置におい
    て、バイポーラトランジスタ分離用絶縁膜の厚さが、M
    OSトランジスタ分離用膜よりも厚く、しかもそれらの
    分離用絶縁膜の表面が平坦化された半導体装置。
  3. 【請求項3】 同一半導体基板上にバイポーラトランジ
    スタとMOSトランジスタを形成する半導体装置を製造
    する方法において、 バイポーラトランジスタ周囲に溝部を形成した後、 バイポーラトランジスタ周囲の溝部およびMOSトラン
    ジスタ周囲の半導体層表面を同時に選択酸化して選択酸
    化絶縁膜を形成し、 選択酸化絶縁膜が形成された半導体基板の表面に、バイ
    ポーラトランジスタ周囲に形成された溝部を埋め込むよ
    うに、平坦化用絶縁膜を形成し、 この平坦化用絶縁膜を平坦化する半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 同一半導体基板上にバイポーラトランジ
    スタとMOSトランジスタを形成する半導体装置におい
    て、 バイポーラトランジスタ周囲の半導体層をエッチングし
    て溝部を形成した後、 バイポーラトランジスタ周囲の溝部およびMOSトラン
    ジスタ周囲の半導体層の表面を同時に選択酸化して選択
    酸化絶縁膜を形成し、 この選択酸化時に用いるマスク層を残したまま、半導体
    基板の表面に、バイポーラトランジスタの周囲に形成さ
    れた溝部を埋め込むように、平坦化用絶縁膜を形成し、 上記マスク層をストッパとして利用して、上記平坦化用
    絶縁膜を平坦化する半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 同一半導体基板上にバイポーラトランジ
    スタとMOSトランジスタを形成する半導体装置におい
    て、 バイポーラトランジスタ周囲の半導体層をエッチングし
    て溝部を形成した後、 バイポーラトランジスタ周囲の溝部およびMOSトラン
    ジスタ周囲の半導体層を同時に選択酸化して選択酸化絶
    縁膜を形成し、 この選択酸化絶縁膜を通して、イオン注入を行い、トラ
    ンジスタ周囲の選択酸化絶縁膜の下部に接合分離領域を
    形成し、 選択酸化絶縁膜が形成された半導体基板の表面に、バイ
    ポーラトランジスタ周囲に形成された溝部を埋め込むよ
    うに、平坦化用絶縁膜を形成し、 その後、上記平坦化用絶縁膜を平坦化する半導体装置の
    製造方法。
  6. 【請求項6】 同一半導体基板上にバイポーラトランジ
    スタとMOSトランジスタを形成する半導体装置におい
    て、 バイポーラトランジスタ周囲の半導体層をエッチングし
    て溝部を形成した後、 バイポーラトランジスタ周囲の溝部およびMOSトラン
    ジスタ周囲の半導体層を同時に選択酸化して選択酸化絶
    縁膜を形成し、 この選択酸化絶縁膜を通して、イオン注入を行い、バイ
    ポーラトランジスタ周囲の選択酸化絶縁膜の下部に接合
    分離領域を形成し、 選択酸化絶縁膜が形成された半導体基板の表面に、バイ
    ポーラトランジスタ周囲に形成された溝部を埋め込むよ
    うに、平坦化用絶縁膜を形成し、 その後、上記平坦化用絶縁膜を平坦化する半導体装置の
    製造方法。
  7. 【請求項7】 同一半導体基板上にバイポーラトランジ
    スタとMOSトランジスタを形成する半導体装置におい
    て、 バイポーラトランジスタ周囲の半導体層をエッチングし
    て溝部を形成した後、 バイポーラトランジスタ周囲の溝部およびMOSトラン
    ジスタ周囲の半導体層を同時に選択酸化して選択酸化絶
    縁膜を形成し、 選択酸化絶縁膜が形成された半導体基板の表面に、バイ
    ポーラトランジスタ周囲に形成された溝部を埋め込むよ
    うに、平坦化用絶縁膜を形成し、 この平坦化用絶縁膜を平坦化することにより、比較的厚
    いバイポーラトランジスタ分離用絶縁膜と、比較的薄い
    MOSトランジスタ分離用絶縁膜とを形成し、 これら分離用絶縁膜を通して、イオン注入を行い、トラ
    ンジスタ周囲の分離用絶縁膜の下部に接合分離領域を形
    成する半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 同一半導体基板上にバイポーラトランジ
    スタとMOSトランジスタを形成する半導体装置におい
    て、 バイポーラトランジスタ周囲の半導体層をエッチングし
    て溝部を形成した後、 バイポーラトランジスタ周囲の溝部およびMOSトラン
    ジスタ周囲の半導体層を同時に選択酸化して選択酸化絶
    縁膜を形成し、 選択酸化絶縁膜が形成された半導体基板の表面に、バイ
    ポーラトランジスタ周囲に形成された溝部を埋め込むよ
    うに、平坦化用絶縁膜を形成し、 この平坦化用絶縁膜を平坦化することにより、比較的厚
    いバイポーラトランジスタ分離用絶縁膜と、比較的薄い
    MOSトランジスタ分離用絶縁膜とを形成し、 バイポーラトランジスタ分離用絶縁膜を通して、イオン
    注入を行い、バイポーラトランジスタトランジスタ周囲
    の分離用絶縁膜の下部に接合分離領域を形成する半導体
    装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 上記選択酸化絶縁膜を形成するための選
    択酸化に用いるマスク層の上に、上記平坦化用絶縁膜を
    形成し、この平坦化用絶縁膜の平坦化処理に際して、当
    該マスク層が、平坦化処理時のストッパとして作用する
    請求項5〜8のいずれかに記載の半導体装置の製造方
    法。
  10. 【請求項10】 上記溝部が形成される半導体基板の表
    面が、エピタキシャル層である請求項3〜9のいずれか
    に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 上記平坦化用絶縁膜が、薄膜の塗布工
    程により形成され、この平坦化用絶縁膜の平坦化処理
    が、エッチバック処理により行われる請求項3〜10の
    いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 上記平坦化絶縁膜の平坦化処理が、ケ
    ミカルメカニカルポリッシングで行う請求項3〜10の
    いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 上記溝部が、テーパ状の溝である請求
    項3〜12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002016158A (ja) * 2000-06-27 2002-01-18 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP2005244251A (ja) * 1996-07-10 2005-09-08 Fujitsu Ltd 半導体装置とその製造方法
US7151025B2 (en) 1996-07-10 2006-12-19 Fujitsu Limited Method of manufacturing a semiconductor device with self-aligned contacts

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