JP3097095B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にBiCMOS
集積回路の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
高速で低消費電力のLSIを実現する技術として、近年B
iCMOS技術が注目されている。しかしながら、BiCMOS L
SIはCMOS LSIと比較すると、新たにバイポーラ素子の
分離のために多くの面積が必要となることから高集積化
が難かしいとされていた。このような困難を克服するた
めに例えば「高速BiCMOSゲートアレーの一検討」(電子
通信情報学会シリコンデバイス材料研究会SDM89−67,PP
27〜PP32)に記載されているようにPMOSトランジスタの
ソース・ドレインと接してBipトランジスタのベースを
作り、その中にエミッタを作ることによりBipトランジ
スタ及び分離のための面積を大幅に削減するという試み
がなされている。
第3図(a)(b)に従来のBiCMOS LSIの高集積化
の手法を適用した場合の実例を示す。
第3図(a)は従来のBiCMOS LSIの平面図であり、
説明の簡略化のために、PMOSトランジスタ及びBipトラ
ンジスタが形成された部分のみを示す。第3図(b)は
第3図(a)のA−B線断面図である。P型基板1の表
面よりN+埋込層2を形成した後、N型エピタキシャル層
3を成長させ、このN型エピタキシャル層3の表面に厚
さ100〜300Åのゲート酸化膜4を形成した後、ゲートポ
リシリコン5を加工形成する。その後、PMOSFETのソー
ス・ドレインとなるP+拡散層6をボロンをイオン注入す
ることにより形成する。この時、バイポーラトランジス
タのベース拡散層となるべき部分は、高濃度(1×1019
〜1×1020cm-3)のP+拡散層が形成されないように例え
ばフォトレジスト等でマスクする。このため、ベース拡
散層7とゲートポリシリコン5の間に目合せマージンX1
が必要となる。
次に、不純物濃度1×1017〜1×1018cm-3程度のベー
ス拡散層7をボロンをイオン注入法により形成する。続
いてエミッタ拡散層8を例えばヒ素をイオン注入するこ
とにより形成する。この時、エミッタ拡散層8が高濃度
のP+拡散層6と接触しないように、目合せマージンX2
必要となる。
その後、層間絶縁膜の形成,メタライゼーション,及
びパッシベーションを施すことにより所望のBiCMOS LS
Iを得ていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
このように、従来より採用されているBiCMOSLSIの高
集積化のための方法では、第3図(a)に示されている
ようにゲートポリシリコン6とベース拡散層7の間のマ
ージンX1(1〜2μm)及びエミッタ拡散層8とP+拡散
層6の間のマージンX2(1〜2μm)が新たに必要とな
る。さらに、実際のメタライゼーションを施す際にはエ
ミッタ拡散層8とコンタクト孔9の間にマージンXC(1
〜2μm)が必要となる。
したがって従来の方法によれば、バイポーラトランジ
スタを形成した場合のPMOSトランジスタピッチXPは、純
粋なPMOSトランジスタのみを形成した場合に比べて2×
(X1+X2)=4〜8μmほども大きくなってしまう。こ
のようなトランジスタピッチの大幅な増大は、特に、ゲ
ートアレーのように、規則的な素子配列を有するLSIの
集積度を大幅に劣化させてしまうという問題点があっ
た。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導
体層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜
上に第1のゲート導電膜、第2のゲート導電膜、第1の
ゲート導電膜と第2のゲート導電膜との間にダミー導電
膜をそれぞれ離間して形成する工程と、第1のゲート導
電膜、ダミー導電膜、及び第2のゲート導電膜をマスク
として使用することにより第1のゲート導電膜及びダミ
ー導電膜との間の半導体層内の第1の領域及び第2のゲ
ート導電膜及びダミー導電膜との間の半導体層内の第2
の領域に夫々第2導電型の第1及び第2の拡散層を形成
する工程と、第1の導電膜上から第1の拡散層、ダミー
導電膜、及び第2の拡散層上を介して第2の導電膜上に
わたって第2の絶縁膜を形成する工程と、ダミー導電膜
上に堆積している第2の絶縁膜及び該ダミー導電膜を選
択的に除去して第2の絶縁膜に第1の開口部を形成する
工程と、残存した第2の絶縁膜をマスクとして不純物を
第1の開口部から導入することにより第2の導電型の第
3の拡散層を第1及び第2の拡散層と接するように半導
体層内に形成する工程と、第1の開口部により露出して
いる第2の絶縁膜の側面に第3の絶縁膜を形成して第1
の開口部よりも径の小さい第2の開口部を形成する工程
と、第2の開口部から不純物を導入して第3の拡散層内
に第1導電型の第4の拡散層を形成する工程とを備える
ことを特徴とする。
また、本発明の別の半導体装置の製造方法は、夫々が
順に並んだ第1、第2、第3、第4及び第5の領域を備
える第1導電型の第1の半導体層上に第1の絶縁膜を形
成する工程と、選択的に第1の半導体層の第1、第3、
第5の領域の上に形成された第1の絶縁膜上に夫々第1
のゲート導電膜、ダミー導電膜、及び第2のゲート導電
膜を形成する工程と、第1及び第2のゲート導電膜並び
にダミー導電膜をマスクとして使用することにより第1
の半導体層の第2及び第4の領域に夫々第2導電型の第
1及び第2の拡散層を形成する工程と、第1及び第2の
ゲート導電膜並びにダミー導電膜の側面に第2の絶縁膜
を形成しつつ第1の絶縁膜を選択的に除去して第1の半
導体層の第2及び第4の領域を露出させる工程と、第1
のゲート導電膜上から第2のゲート導電膜上にかけて全
面に第3の絶縁膜を形成する工程と、ダミー導電膜上に
形成された第3の絶縁膜及びダミー導電膜を除去する工
程と、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜をマスクとして使
用することにより第1の半導体層の第3の領域の一部に
第1及び第2の拡散層と接続するように第2導電型の第
3の拡散層を形成する工程と、第3の拡散層内に第1導
電型の第4の拡散層を形成する工程とを備えることを特
徴とする。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。第1図
(a)〜(g)は本発明の第1の実施例の半導体チップ
の断面図であり、説明を簡略にするためにPMOSトランジ
スタ及びNPNバイポーラトランジスタが形成される半導
体表面のみを示し、それ以外のP型基板,N+埋込層,フ
ィールド酸化膜等は省略してある。第1図(a)におい
てN型エピタキシャル層3の表面に厚さ100〜300Åのゲ
ート酸化膜4を形成する。次に第1図(b)において例
えばポリシリコン層をCVD法により厚さ4000〜6000Å成
長し、このポリシリコン層にリンを拡散し、N+型ポリシ
リコン層とした後、PMOSトランジスタのゲートポリシリ
コン5及びバイポーラトランジスタのベース・エミッタ
部分をマスクするためのダミーポリシリコン10を同時に
加工形成する。
次いて第1図(c)に示すように例えばボロンを注入
エネルギー30KeV,ドーズ量5.0×1015cm-2でイオン注入
することによりPMOSトランジスタのソース・ドレイン及
びバイポーラトラジスタの外部ベースとなるP+拡散層6
を形成する。この際ダミーポリシリコン10はイオン注入
マスクとなり、バイポーラトランジスタの内部ベース領
域に高濃度のボロンを侵入することを阻止する。その後
CVD法により厚さ1000〜10000Åの絶縁膜11(例えばSi
O2)を成長する。
次に第1図(d)に示すようにダミーポリシリコン10
上の絶縁膜11をフォトレジストマスク等を用いて選択的
に除去し、ダミーポリシリコン10の上部を露出させる。
次に第1図(e)に示すように、ダミーポリシリコン
10と絶縁膜11のエッチング選択比が充分に大きなドライ
エッチング雰囲気(例えばCF4)中でダミーポリシリコ
ン10を除去し、続いてボロンを例えばエネルギー30KeV,
ドーズ量1〜5×1013cm-2なる条件でイオン注入するこ
とによりベース拡散層7を形成する。この時、外部ベー
ス領域のP+拡散層6とベース拡散層7は、P+拡散層6の
横方向拡散によるひろがりがあるために、自己整合的に
連結される。
次に第1図(f)に示すように、CVD法等により半導
体基板表面に厚さ1000〜2000Åのシリコン酸化膜を成長
し、これをエッチバックすることによりサイドウォール
12を形成すると同時に、エミッタ形成のためのコンタク
ト孔を開孔する。
次に第1図(g)に示すように、CVD法によりポリシ
リコンを厚さ2000〜4000Å成長し、このポリシリコン層
に例えばヒ素をエネルギー50KeV,ドーズ量1×1016cm-2
イオン注入した後、900℃で30分程度の熱処理を施すこ
とによりエミッタ14を形成し、その後、フォトレジスト
マスクを用いてエミッタポリシリ13を加工形成する。
以後、必要に応じて層間絶縁膜の成長,メタライゼー
ション及びパッシベーションを施すことにより所望のBi
CMOS集積回路を得る。
〔第2の実施例〕 第2図(a)〜(h)は本発明の第2の実施例の半導
体チップの断面図である。第1の実施例は、シングルド
レイン構造のPMOSFETとBipトランジスタを組み合わせた
場合について述べたが、本第2の実施例では、LDD(Lig
htly Doped Drain)構造をもつPMOSFETとBipトランジス
タを組み合わせた場合について述べる。第2図(a)に
おいてN型エピタキシャル層3の表面に厚さ100〜300Å
のゲート酸化膜4を形成する。次に第2図(b)におい
て例えばポリシリコン層にリンを拡散し、N+型ポリシリ
コン層とした後、PMOSトランジスタのゲートポリシリコ
ン5及びバイポーラトランジスタのベースエミッタ部分
をマスクするためのダミーポリシリコン10を同時に加工
形成する。その後、P型LDD層15を、例えばボロンをエ
ネルギー50KeV,ドーズ量1〜5×1013cm-2なる条件でイ
オン注入することにより形成する。
次に第2図(c)に示すように厚さ1000〜2000ÅのCV
D酸化膜16を成長する。
次に第2図(d)に示すようにCVD酸化膜16を異方性
ドライエッチングによりエッチバックしてサイドウォー
ル18を形成し、その後、例えばボロンを注入エネルギー
30KeV,ドーズ量5×1015cm-2なる条件でイオン注入する
ことによりP+拡散層17を形成する。
次に第2図(e)に示すようにCVD法により厚さ1000
〜10000Åの絶縁膜11(例えばSiO2)を成長する。
次に第2図(f)に示すように、ダミーポリシリコン
10上の絶縁膜11を、フォトレジストマスク等を用いて選
択的に除去し、ダミーポリシリコン10の上部を露出させ
る。
次に第2図(g)に示すように、ダミーポリシリコン
10と絶縁膜11のエッチング選択比が充分に大きなドライ
エッチング雰囲気(例えばCF4)中でダミーポリシリコ
ン10を除去し、続いてボロンを例えばエネルギー30KeV,
ドーズ量1〜5×1013cm-2なる条件でイオン注入するこ
とによりベース拡散層7を形成する。この時、外部ベー
ス領域のP型LDD層15とベース拡散層7は、自己整合的
に連結される。
次に第2図(h)に示すように、ベース拡散層7上に
残存する厚さ100〜300Åのゲート酸化膜4をエッチング
除去した後、エミッタポリシリコン13及びエミッタ14を
加工形成する。
このときサイドウォール18の横方向の厚さ(1000〜20
00Å)分だけ、エミッタ14とP+拡散層17が隔てられてい
ることにより、例えばエミッタ・ベース間耐圧の劣化等
を未然に防ぐことができる。
以後、必要に応じて層間絶縁膜の成長,メタライゼー
ション及びパッシベーションを施すことにより所望のBi
CMOS集積回路を得る。
本第2の実施例は、LDD構造のMOSFETとバイポーラト
ランジスタを同時に作成しているため、LDD構造を構成
するサイドウォールがバイポーラトランジスタの外部ベ
ース領域とエミッタを自己整合的に分離しているため、
第1の実施例に較べて、バイポーラトランジスタを作成
する工程が簡略化されている。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、ゲートポリシリコン層
で、バイポーラトランジスタのエミッタ・ベース領域を
覆った状態で、PMOSFETのソース・ドレイン及び外部ベ
ース領域となるP+拡散層を形成し、次に、このゲートポ
リシリコン層を除去した後、このゲートポリシリコン層
のあった部分に自己整合的にバイポーラトランジスタの
ベース及びエミッタを形成することにより、PMOSFETの
ソース・ドレイン領域内に、素子の配列ピッチを乱すこ
となく高性能のバイポーラトランジスタを形成できるの
で、超高集積なBiCMOS集積回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(g)は本発明の第一の実施例の断面
図、第2図(a)〜(h)は本発明の第二の実施例の断
面図、第3図(a)は従来のBiCMOS集積回路の平面図、
第3図(b)は従来のBiCMOS集積回路の断面図である。 1……P型基板、2……N+埋込層、3……N型エピタキ
シャル層、4……ゲート酸化膜、5……ゲートポリシリ
コン、6,17……P+拡散層、7……ベース拡散層、8,14…
…エミッタ、9……コンタクト孔、10……ダミーポリシ
リコン、11……絶縁膜、12,18……サイドウォール、13
……エミッタポリシリ、15……P型LDD層、16……CVD酸
化膜。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体層上に第1の絶縁膜を
    形成する工程と、 前記第1の絶縁膜上に第1のゲート導電膜、第2のゲー
    ト導電膜、前記第1のゲート導電膜と前記第2のゲート
    導電膜との間にダミー導電膜をそれぞれ離間して形成す
    る工程と、 前記第1のゲート導電膜、前記ダミー導電膜、及び前記
    第2のゲート導電膜をマスクとして使用することにより
    前記第1のゲート導電膜及び前記ダミー導電膜との間の
    前記半導体層内の第1の領域及び前記第2のゲート導電
    膜及び前記ダミー導電膜との間の前記半導体層内の第2
    の領域に夫々第2導電型の第1及び第2の拡散層を形成
    する工程と、 前記第1の導電膜上から前記第1の拡散層、前記ダミー
    導電膜、及び第2の拡散層上を介して前記第2の導電膜
    上にわたって第2の絶縁膜を形成する工程と、 前記ダミー導電膜上に堆積している前記第2の絶縁膜及
    び該ダミー導電膜を選択的に除去して前記第2の絶縁膜
    に第1の開口部を形成する工程と、 残存した前記第2の絶縁膜をマスクとして不純物を前記
    第1の開口部から導入することにより前記第2の導電型
    の第3の拡散層を前記第1及び前記第2の拡散層と接す
    るように前記半導体層内に形成する工程と、 前記第1の開口部により露出している前記第2の絶縁膜
    の側面に第3の絶縁膜を形成して前記第1の開口部より
    も径の小さい第2の開口部を形成する工程と、 前記第2の開口部から不純物を導入して前記第3の拡散
    層内に前記第1導電型の第4の拡散層を形成する工程と
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】夫々が順に並んだ第1、第2、第3、第4
    及び第5の領域を備える第1導電型の第1の半導体層上
    に第1の絶縁膜を形成する工程と、 選択的に前記第1の半導体層の前記第1、第3、第5の
    領域の上に形成された前記第1の絶縁膜上に夫々第1の
    ゲート導電膜、ダミー導電膜、及び第2のゲート導電膜
    を形成する工程と、 前記第1及び第2のゲート導電膜並びに前記ダミー導電
    膜をマスクとして使用することにより前記第1の半導体
    層の前記第2及び第4の領域に夫々第2導電型の第1及
    び第2の拡散層を形成する工程と、 前記第1及び第2のゲート導電膜並びに前記ダミー導電
    膜の側面に第2の絶縁膜を形成しつつ前記第1の絶縁膜
    を選択的に除去して前記第1の半導体層の前記第2及び
    前記第4の領域を露出させる工程と、 前記第1のゲート導電膜上から前記第2のゲート導電膜
    上にかけて全面に第3の絶縁膜を形成する工程と、 前記ダミー導電膜上に形成された前記第3の絶縁膜及び
    前記ダミー導電膜を除去する工程と、 前記第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜をマスクとして使用
    することにより前記第1の半導体層の前記第3の領域の
    一部に前記第1及び前記第2の拡散層と接続するように
    前記第2導電型の第3の拡散層を形成する工程と、 前記第3の拡散層内に前記第1導電型の第4の拡散層を
    形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
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