JPH11312745A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH11312745A
JPH11312745A JP10134461A JP13446198A JPH11312745A JP H11312745 A JPH11312745 A JP H11312745A JP 10134461 A JP10134461 A JP 10134461A JP 13446198 A JP13446198 A JP 13446198A JP H11312745 A JPH11312745 A JP H11312745A
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JP
Japan
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type
bipolar
mos
field insulating
insulating film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10134461A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruo Shimada
晴夫 島田
Minoru Sakai
稔 酒井
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.)
Mitsumi Electric Co Ltd
Original Assignee
Mitsumi Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to form not only a bipolar element but also an MOS element only by a bipolar process, by providing a capacitor hole in a field insulating film, and forming the gate film for the MOS element. SOLUTION: A bipolar element 40 is formed by utilizing a p-type silicon semiconductor substrate 1, an n<+> -type embedded layer 2, an n<-> -type epitaxial growing layer 3 and an n<-> -type isolation region 4 as the structure of e.g. a PMOS element 30P. However, the points different from the MOS element are the point where a p-type base region 20 is formed at the n<-> -type growing layer 3, and the point wherein an n<+> -type collector region 22 is formed on the surface of the growing layer 3 and an npn-type bipolar element 40 is formed. The surface of this bipolar element is uniformly convered with a field insulating film 8. Finally, metal layers 23, 24 and 25 are connected to regions 20, 21 and 22 through the windows formed in the field insulating layer 8.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラプロセ
スだけで共通の半導体基板にバイポーラ素子とMOS素
子を形成する半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a bipolar element and a MOS element are formed on a common semiconductor substrate only by a bipolar process.

【0002】[0002]

【従来の技術】アナログ機能とデジタル機能を併せ持つ
混載LSI技術の1つに、BiCMOSプロセスがあ
る。このBiCMOSプロセスは、通常のバイポーラプ
ロセスにMOS工程の一部を追加することで、バイポー
ラ素子とMOS素子を同じ半導体基板に同時に形成でき
るようにしたものである。このような混載LSIでは、
バイポーラ素子はアナログ処理や大電力ドライブに、ま
たMOS素子はスイッチ等に使用される。
2. Description of the Related Art One of the embedded LSI technologies having both an analog function and a digital function is a BiCMOS process. In this BiCMOS process, a bipolar element and a MOS element can be formed simultaneously on the same semiconductor substrate by adding a part of a MOS process to a normal bipolar process. In such an embedded LSI,
Bipolar elements are used for analog processing and high power drive, and MOS elements are used for switches and the like.

【0003】バイポーラ素子とMOS素子を同一基板に
形成する場合、問題となるのは両素子のプロセスパラメ
ータである。特に重要なのは、MOS素子のスレショル
ド電圧VTHとバイポーラ素子の電流増幅率hfeの制
御である。
[0003] When a bipolar element and a MOS element are formed on the same substrate, what matters is the process parameters of both elements. Particularly important is the control of the threshold voltage VTH of the MOS element and the current amplification factor hfe of the bipolar element.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のBiCMOSプ
ロセスでは、MOS素子のVTHを制御するために、フ
ィールド絶縁膜より薄い専用のゲート膜形成工程および
イオン打ち込みによるVTH制御工程を準備している。
これらはバイポーラ素子の形成には必要のない工程であ
るため、従来のBiCMOSプロセスは単純なバイポー
ラプロセスより工程が複雑化している。この点が本発明
で解決しようとする課題である。
In the conventional BiCMOS process, in order to control the VTH of a MOS device, a dedicated gate film forming step thinner than a field insulating film and a VTH control step by ion implantation are prepared.
Since these are steps that are not necessary for forming a bipolar element, the steps of the conventional BiCMOS process are more complicated than those of a simple bipolar process. This is a problem to be solved by the present invention.

【0005】本発明は、バイポーラプロセスだけでバイ
ポーラ素子のみならずMOS素子を形成できるようにし
た半導体装置の製造方法を提供することを目的としてい
る。
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which not only a bipolar element but also a MOS element can be formed only by a bipolar process.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、バ
イポーラプロセスによって共通の半導体基板内にバイポ
ーラ素子とMOS素子を形成する工程と、前記半導体基
板の表面に厚いフィールド絶縁膜を形成する工程と、前
記フィールド絶縁膜に容量穴開けを施して前記MOS素
子用の薄いゲート膜を形成する工程と備える半導体装置
の製造方法で達成できる。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to form a bipolar element and a MOS element in a common semiconductor substrate by a bipolar process, and to form a thick field insulating film on the surface of the semiconductor substrate. And forming a thin gate film for the MOS element by making a hole in the field insulating film to form a capacitor hole.

【0007】本発明の好ましい実施の形態によれば、前
記ゲート膜の厚みは、前記MOS素子の所望とするスレ
ショルド電圧に応じて制御されたものである。この場
合、前記フィールド絶縁膜は、シリコン酸化膜でもシリ
コン窒化膜でもよい。
According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the gate film is controlled according to a desired threshold voltage of the MOS device. In this case, the field insulating film may be a silicon oxide film or a silicon nitride film.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態を参
照して、本発明を詳細に説明する。図1は本発明に係る
製造方法で形成された半導体装置の一実施形態における
PMOS素子30Pを示す断面図である。使用される半
導体基板1はp型のシリコン素材である。この基板1の
素子領域にはn+型の埋め込み層が形成されている。更
に、基板1の表面上には連続して、n-型のエピタキシ
ャル成長層3が厚く形成されている。この成長層3の素
子領域はp+型のアイソレーション領域4で分離されて
いる。この素子領域にバイポーラプロセスのベース形成
工程で、PMOSのp型ソース領域5およびドレイン領
域6が形成されている。また、成長層3を正電位+BG
に保持するためのn+型コンタクト領域7がバイポーラ
プロセスで形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a PMOS element 30P in one embodiment of a semiconductor device formed by a manufacturing method according to the present invention. The semiconductor substrate 1 used is a p-type silicon material. An n + type buried layer is formed in the element region of the substrate 1. Further, an n -type epitaxial growth layer 3 is continuously formed thick on the surface of the substrate 1. The element region of the growth layer 3 is separated by a p + -type isolation region 4. In this element region, a p-type source region 5 and a drain region 6 of a PMOS are formed in a base forming step of a bipolar process. Further, the growth layer 3 is set to a positive potential + BG
N + -type contact region 7 for holding is formed by a bipolar process.

【0009】成長層3の表面には全面に厚いフィールド
絶縁膜8が形成されている。この絶縁膜8は、シリコン
酸化膜(SiO2)またはシリコン窒化膜(Si34
である。ソース領域5、ドレイン領域6、コンタクト領
域7は、それぞれフィールド絶縁膜8に窓開けしてAl
(アルミニウム)等の配線金属層9,10,11に接続
される。これに対し、Alゲート電極12は、薄いゲー
ト膜13の上に形成されている。このゲート膜13は、
MOS工程で形成されたものではなく、厚いフィールド
絶縁膜8を容量穴開け工程で薄くした部分である。一般
にMOS素子のスレショルド電圧VTHは、次式で示さ
れる。
On the entire surface of the growth layer 3, a thick field insulating film 8 is formed. This insulating film 8 is made of a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film (Si 3 N 4 ).
It is. The source region 5, the drain region 6, and the contact region 7 are formed by opening windows in the field insulating film 8, respectively.
It is connected to wiring metal layers 9, 10, 11 such as (aluminum). On the other hand, the Al gate electrode 12 is formed on the thin gate film 13. This gate film 13
This is not a portion formed in the MOS process but a portion in which the thick field insulating film 8 is thinned in the capacitor hole forming process. Generally, a threshold voltage VTH of a MOS element is expressed by the following equation.

【0010】[0010]

【数1】 (Equation 1)

【0011】但し、ψB=(kT/q)・ln(ND
/nI)、Tは絶対温度、kはボルツマン定数、qは電
荷、NDはドナー密度、nIは真性シリコンの自由電子
密度、εoは自由空間の誘電率、εsはシリコンの比誘
電率、Coは絶縁膜容量である。
However, ΔB = (kT / q) · ln (ND
/ NI), T is the absolute temperature, k is the Boltzmann constant, q is the charge, ND is the donor density, nI is the free electron density of intrinsic silicon, εo is the permittivity of free space, εs is the relative permittivity of silicon, and Co is This is the insulation film capacity.

【0012】通常のバイポーラプロセスでは、成長層3
の濃度は低いため、ドナー密度NDは小さい。このた
め、ソース領域5とドレイン領域6の間のスレショルド
電圧VTHも10数ボルトしかない。このままではMO
S素子としては利用しにくいため、絶縁膜容量Coを上
昇させて、VTHを更に低くする。このために、上述し
たようにフィールド絶縁膜8に容量穴開けを施して薄い
ゲート膜13を形成する。このようにして、バイポーラ
プロセスに特別なMOS工程を追加することなく、PM
OS素子30Pを形成することが可能になる。
In a normal bipolar process, the growth layer 3
Is low, the donor density ND is small. Therefore, the threshold voltage VTH between the source region 5 and the drain region 6 is only about 10 volts. MO as it is
Since it is difficult to use as an S element, the insulating film capacitance Co is increased to further lower VTH. For this purpose, a thin gate film 13 is formed by making a hole in the field insulating film 8 as described above. In this way, the PM process can be performed without adding a special MOS process to the bipolar process.
The OS element 30P can be formed.

【0013】図2は本発明に係る製造方法で形成された
半導体装置の他の実施形態におけるNMOS素子30N
を示す断面図である。使用するp型シリコン半導体基板
1、n+型埋め込み層2、n-型エピタキシャル成長層
3、p+型アイソレーション領域4、金属層9〜12は
図1と同様である。n-型成長層3にNMOS素子を形
成するには、VTH制御のためにチャネル部分に濃度の
低いp拡散を必要とする。p-型領域(ウエル)14は
このためのものであり、好ましくは高抵抗のイオン打ち
込みによって拡散する。このp-型領域13の表面にn+
型ソース領域15とn+型ドレイン領域16を形成す
る。更に、厚いフィールド絶縁膜8を一様に形成し、こ
れに窓開けして金属層9,10,11を接続する。Al
ゲート電極12の下側の薄いゲート膜13は、厚いフィ
ールド絶縁膜8を容量穴開け工程で薄くした部分であ
る。このようにして、バイポーラプロセスだけでNMO
S素子30Nを完成する。
FIG. 2 shows an NMOS device 30N in another embodiment of a semiconductor device formed by the manufacturing method according to the present invention.
FIG. The p-type silicon semiconductor substrate 1, the n + -type buried layer 2, the n -- type epitaxial growth layer 3, the p + -type isolation region 4, and the metal layers 9 to 12 are the same as those in FIG. In order to form an NMOS element in the n -type growth layer 3, a low concentration p-diffusion is required in a channel portion for VTH control. The p - type region (well) 14 is for this purpose and is preferably diffused by high-resistance ion implantation. The surface of this p - type region 13 has n +
Form source region 15 and n + -type drain region 16 are formed. Further, a thick field insulating film 8 is formed uniformly, and a window is opened in this to connect the metal layers 9, 10, 11 to each other. Al
The thin gate film 13 below the gate electrode 12 is a portion in which the thick field insulating film 8 is thinned in a capacity punching step. In this way, NMO can be performed only by the bipolar process.
The S element 30N is completed.

【0014】図3は、MOS素子、例えば図1のPMO
S素子30Pと、バイポーラ素子40とをバイポーラプ
ロセスだけで混載した本発明のLSIの一部を示す断面
図である。PMOS素子30Pの構造は、図1で説明し
た通りである。バイポーラ素子40も同じp型シリコン
半導体基板1、n+型埋め込み層2、n-型エピタキシャ
ル成長層3、p+型アイソレーション領域4を使用して
形成される。MOS素子と異なる点は、n-型成長層3
にp型のベース領域20を形成し、その表面にn+型の
エミッタ領域21を形成する点、および成長層3の表面
にn+型コレクタ領域22を形成してnpn型のバイポ
ーラ素子40を形成する点である。このバイポーラ素子
40の表面は厚いフィールド絶縁膜8で一様に覆われ
る。最後に、フィールド絶縁膜8に形成された窓を介し
て金属層23,24,25が領域20,21,22に接
続され、バイポーラ素子40が完成される。
FIG. 3 shows a MOS device such as the PMO of FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a part of an LSI of the present invention in which an S element 30P and a bipolar element 40 are mounted together only by a bipolar process. The structure of the PMOS element 30P is as described with reference to FIG. The bipolar element 40 is also formed using the same p-type silicon semiconductor substrate 1, n + -type buried layer 2, n -- type epitaxial growth layer 3, and p + -type isolation region 4. The difference from the MOS device is that the n - type growth layer 3
A p-type base region 20 and an n + -type emitter region 21 on the surface thereof, and an n + -type collector region 22 on the surface of the growth layer 3 to form an npn-type bipolar element 40. It is a point to form. The surface of the bipolar element 40 is uniformly covered with the thick field insulating film 8. Finally, the metal layers 23, 24, and 25 are connected to the regions 20, 21, and 22 via the windows formed in the field insulating film 8, and the bipolar element 40 is completed.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上述べたように本発明に係る半導体装
置の製造方法によれば、バイポーラプロセスだけでバイ
ポーラ素子とMOS素子を形成することができ、MOS
専用の工程を使用しない分だけ、一般的なBiCMOS
プロセスより製造工程が簡略化される。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a bipolar element and a MOS element can be formed only by a bipolar process.
General BiCMOS because only dedicated process is not used
The manufacturing process is simplified compared to the process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る製造方法で形成された半導体装置
の一実施形態におけるPMOS素子を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a PMOS element in one embodiment of a semiconductor device formed by a manufacturing method according to the present invention.

【図2】本発明に係る製造方法で形成された半導体装置
の他の実施形態におけるNMOS素子を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an NMOS element in another embodiment of a semiconductor device formed by a manufacturing method according to the present invention.

【図3】MOS素子とバイポーラ素子とをバイポーラプ
ロセスだけで混載した本発明のLSIの一部を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of an LSI of the present invention in which a MOS element and a bipolar element are mixed only by a bipolar process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン半導体基板 2 埋め込み層 3 エピタキシャル成長層 4 アイソレーション領域 5 ソース領域 6 ドレイン領域 7 コンタクト領域 8 厚いフィールド絶縁膜 9 ソース電極金属層 10 ドレイン電極金属層 11 電源電極金属層 12 ゲート電極金属層 13 薄いゲート膜 14 ウエル 15 ソース領域 16 ドレイン領域 20 ベース領域 21 エミッタ領域 22 コレクタ領域 23 ベース電極金属層 24 エミッタ電極金属層 25 コレクタ電極金属層 30P PMOS素子 30N NMOS素子 40 バイポーラ素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon semiconductor substrate 2 Buried layer 3 Epitaxial growth layer 4 Isolation region 5 Source region 6 Drain region 7 Contact region 8 Thick field insulating film 9 Source electrode metal layer 10 Drain electrode metal layer 11 Power supply electrode metal layer 12 Gate electrode metal layer 13 Thin Gate film 14 Well 15 Source region 16 Drain region 20 Base region 21 Emitter region 22 Collector region 23 Base electrode metal layer 24 Emitter electrode metal layer 25 Collector electrode metal layer 30P PMOS element 30N NMOS element 40 Bipolar element

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バイポーラプロセスによって共通の半導
体基板内にバイポーラ素子とMOS素子を形成する工程
と、 前記半導体基板の表面に厚いフィールド絶縁膜を形成す
る工程と、 前記フィールド絶縁膜に容量穴開けを施して前記MOS
素子用の薄いゲート膜を形成する工程と備えることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a bipolar element and a MOS element in a common semiconductor substrate by a bipolar process; a step of forming a thick field insulating film on a surface of the semiconductor substrate; and forming a capacity hole in the field insulating film. Applying the MOS
Forming a thin gate film for an element.
【請求項2】 前記ゲート膜の厚みは、前記MOS素子
の所望とするスレショルド電圧に応じて制御されたもの
であることを特徴とする請求項1の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the gate film is controlled in accordance with a desired threshold voltage of the MOS device.
【請求項3】 前記フィールド絶縁膜は、シリコン酸化
膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項
1または2の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the field insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film.
JP10134461A 1998-04-28 1998-04-28 Manufacture of semiconductor device Withdrawn JPH11312745A (en)

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JP10134461A JPH11312745A (en) 1998-04-28 1998-04-28 Manufacture of semiconductor device

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1332424C (en) * 2000-03-01 2007-08-15 国际商业机器公司 Method of fabricating a polysilicon capacitor utilizing FET and bipolar base polysilicon layers
CN102117780A (en) * 2010-01-06 2011-07-06 上海华虹Nec电子有限公司 PIP (Polysilicon-Insulator-Polysilicon) capacitor forming method based on BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor) process

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Effective date: 20040325