JP3134778B2 - 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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JP3134778B2 JP08177761A JP17776196A JP3134778B2 JP 3134778 B2 JP3134778 B2 JP 3134778B2 JP 08177761 A JP08177761 A JP 08177761A JP 17776196 A JP17776196 A JP 17776196A JP 3134778 B2 JP3134778 B2 JP 3134778B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はBi−CMOS半導
体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バイポーラトランジスタ(以下、Bip
−Trと略称する)とCMOSFETを混載させたBi
−CMOSの製造方法として、CMOSFETのゲート
電極とBip−Trのエミッタ電極を同一の多結晶シリ
コンをエッチングし、形成する方法が知られている。こ
の方法について、図1〜図5を参照して説明する。
【0003】まず図1に示すように、P型半導体基板1
上へCMOSFETとBip−Trを形成する領域を分
離するために、LOCOS法などによりフィールド酸化
膜4を形成する。次に図2に示すように、イオン注入時
の基板表面ダメージ防止のために犠牲酸化膜5を形成
し、PchMOSFETを形成する領域にはn型ウェル
領域6、NchMOSFETを形成する領域にはP型ウ
ェル領域7、並びにBip−Trを形成する領域にはn
型高濃度層を含むn型コレクタ領域8及びP型ベース領
域9をそれぞれレジストパターンをマスクとして、イオ
ン注入により形成する。
【0004】次に図3に示すように、希フッ酸を用いて
犠牲酸化膜を全面除去した後、ゲート酸化膜10を形成
し、更にエミッタ開口時のマスクとなる第1の多結晶シ
リコン11を形成し、レジストパターンをマスクとして
エミッタ開口部12の第1の多結晶シリコン11を除去
する。更に希フッ酸を用いてエミッタ開口部12のゲー
ト酸化膜10を除去した後、第2の多結晶シリコン13
を形成する。次に図4に示すように、全面にヒ素をイオ
ン注入して多結晶シリコンを高濃度のn型にドープし
て、公知のPR技術とRIE工程によってゲート電極1
4及びエミッタ電極15を形成する。更に熱処理によっ
てエミッタ電極15から、エミッタ開口部12を介して
ヒ素を拡散させエミッタ拡散層16を形成する。次にレ
ジストパターンをマスクとして、高濃度のボロンをイオ
ン注入して、P型ソース・ドレイン領域17と外部ベー
ス領域18を形成する。更にレジストパターンをマスク
として、n型ソース・ドレイン領域19とコレクタ電極
領域20を形成し、熱処理工程によって各拡散層をアニ
ールする(図5)。その後は通常の層間絶縁膜及び配線
層の形成によって半導体装置を完成させる。この方法に
よればゲート電極14とエミッタ電極15が同時に形成
されるので、多結晶シリコンへの不純物ドープとRIE
工程が一回で済む。
【0005】しかしながら、上記方法ではエミッタ電極
の開口部に対する合わせ余裕の領域において、多結晶シ
リコンの下に位置する絶縁膜が膜厚の薄いゲート酸化膜
のみからなるため、寄生容量が大きくなるという問題が
ある。
【0006】これに対し、特開平4−346263号公
報では、エミッタ電極の多結晶シリコン層の下に熱酸化
膜を設けることにより寄生容量を低減する方法が開示さ
れている。この方法について図14〜図18を参照して
説明する。
【0007】まず、PchMOSFETを形成する領域
にはn型ウェル領域6、NchMOSFETを形成する
領域にはP型ウェル領域7、Bip−Trを形成する領
域にはn型高濃度層を含むn型コレクタ領域8をそれぞ
れ形成する。つづいてパッド酸化膜2、シリコン窒化膜
3を順次形成し、素子領域以外のシリコン窒化膜3を選
択的に除去し、LOCOS法によってフィールド酸化膜
4を形成する(図14)。
【0008】次に、シリコン窒化膜3、パッド酸化膜2
を全面除去した後、熱酸化膜21を形成する(図1
5)。次いでBip−Trを形成する領域にレジストパ
ターンを形成し、それをマスクとしてMOSFETの素
子領域の熱酸化膜を除去する(図16)。つづいて、ゲ
ート酸化膜10、第1の多結晶シリコン11を形成し、
Bip−Trを形成する領域にベース領域9を形成した
後、エミッタ開口部12を設け、第2の多結晶シリコン
13を形成する(図17)。次にRIE工程によってゲ
ート電極、エミッタ電極を形成し、熱処理によりエミッ
タ拡散層を形成し、ソース・ドレイン領域、外部ベース
領域、コレクタ電極領域を形成する(図18)。最後に
通常の層間絶縁膜及び配線層を形成して半導体装置を完
成させる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Bi−CMOS形成方法については、いずれも以下のよ
うな問題点がある。
【0010】前述のように、図1〜図5に示した第1の
方法はエミッタ電極の開口部に対する合わせ余裕の領域
で寄生容量が大きくなることが問題となる。これは、多
結晶シリコンの下に位置する絶縁膜が、膜厚の薄いゲー
ト酸化膜のみからなることによる。
【0011】また、図14〜18に示した第2の方法
は、寄生容量低減のための工程数が多いことが問題とな
る。この方法では、フィールド酸化膜を形成した後、シ
リコン窒化膜、パッド酸化膜を除去し、次いで全面に熱
酸化膜を形成する。次いでBip−Trを形成する領域
にレジストパターンを形成し、それをマスクとしてMO
SFETの素子領域の熱酸化膜を除去するという工程を
要する。ここで、熱酸化膜を形成し、その一部を除去す
るという工程は、寄生容量の低減のために特に設けられ
る工程であり、通常の製造方法に比べて工程数が増加す
る点が問題となる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、Bi−
CMOS半導体装置の製造方法において、フィールド酸
化膜を形成した後、MOSFETを形成する第1の領域
とバイポーラトランジスタを形成する第2の領域を有す
る半導体基板全面に第1の絶縁膜を形成する工程と、前
記第1の絶縁膜を介してイオン注入を行い、ウェルを形
成する工程と、前記第1の絶縁膜のうち前記第1の領域
に存在する部分を選択的に除去する工程と、全面にゲー
ト絶縁膜となる第2の絶縁膜を形成し、さらにその上に
第1の多結晶シリコンを形成する工程と、前記第2の領
域の所定部に、前記第1の多結晶シリコン、前記第1の
絶縁膜および第2の絶縁膜に開口部を設ける工程と、半
導体基板全面に第2の多結晶シリコンを形成する工程を
含むことを特徴とするBi−CMOS半導体装置の製造
方法、が提供される。また、本発明によれば、Bi−C
MOS半導体装置の製造方法において、半導体基板全面
にパッド酸化膜および窒化膜を順次形成した後、所望の
領域の前記パッド酸化膜および前記窒化膜を順次除去
し、その後、LOCOS法によりフィールド酸化膜を形
成し、MOSFETを形成するMOSFET形成領域と
バイポーラトランジスタを形成するバイポーラトランジ
スタ形成領域とを形成する工程と、その後、前記MOS
FET形成領域およびバイポーラトランジスタ形成領域
上の窒化膜を除去する窒化膜除去工程と、その後、全面
に犠牲酸化膜を形成し、次いで前記MOSFET形成領
域にウェルイオン注入を行う工程と、その後、MOSF
ET形成領域上の酸化膜からなる絶縁膜を除去する工程
と、つづいて、全面にゲート酸化膜および第1の多結晶
シリコン膜を形成し、次いでバイポーラトランジスタ形
成領域の所定位置にエミッタ開口部を設ける工程と、そ
の後、全面に第2の多結晶シリコンを形成する工程と、
を有することを特徴と するBi−CMOS半導体装置の
製造方法、が提供される。このBi−CMOS半導体装
置の製造方法において、前記窒化膜除去工程の後、前記
犠牲酸化膜を形成する前に、前記半導体基板上に残され
ているパッド酸化膜を除去する構成とすることもでき
る。
【0013】本発明によれば、ウェル形成時に基板のダ
メージ防止のために設ける絶縁膜をBip−Tr形成領
域の部分について残しておくことにより、エミッタ電極
の絶縁膜を大幅に厚くすることができる。これにより、
工程数をほとんど増やすことなく、Bip−Trのエミ
ッタ電極の開口部に対する合わせ余裕の領域での寄生容
量を効果的に低減することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の一例を図6〜
図11を参照して説明する。まず、図6に示すように、
P型半導体基板1へ200〜300オングストロームの
パッド酸化膜2と1000〜2000オングストローム
のシリコン窒化膜3を順次形成し、素子領域以外のシリ
コン窒化膜3を選択的に除去し、LOCOS法によって
3000〜5000オングストロームのフィールド酸化
膜4を形成する。次に、図7に示すように、犠牲酸化膜
およびウェル領域の形成を行う。まず、前工程で形成さ
れたシリコン窒化膜3とパッド酸化膜2を除去し、10
0〜300オングストロームの犠牲酸化膜5を形成す
る。本発明では、この犠牲酸化膜がイオン注入時の基板
表面ダメージ防止の役割を果たすとともに、エミッタ電
極の酸化膜を厚くし、寄生容量を低減する役割を果た
す。つづいてレジストパターンをマスクとしてPchM
OSFETを形成する領域にはnウェル領域6、Nch
MOSFETを形成する領域にはP型ウェル領域7をイ
オン注入により形成する。イオン注入後、希フッ酸など
によりCMOSFET上の犠牲酸化膜5を選択的に除去
する。ここで、Bip−Tr形成領域には犠牲酸化膜を
残しておく。
【0015】次に、図8に示すように、ゲート酸化膜1
0を形成し、更にエミッタ開口時のマスクとなる500
オングストローム程度の第1の多結晶シリコン11を形
成した後、レジストパターンをマスクとして、Bip−
Trを形成する領域へn型高濃度層を含むn型コレクタ
領域8及びP型ベース領域9をイオン注入により形成す
る。次に、図9に示すように、レジストパターンをマス
クとしてエミッタ開口部12の第1の多結晶シリコン1
1をRIE工程により除去した後、希フッ酸を用いてエ
ミッタ開口部のゲート酸化膜10と犠牲酸化膜5を除去
し、全面に第2の多結晶シリコン13を形成する。この
ときCMOSFET部のゲート酸化膜は第1の多結晶シ
リコン11で覆われているのでレジストパターンの剥離
や希フッ酸などの処理を行っても、ゲート酸化膜の安定
性が損なわれることはない。次に図10に示すように、
全面に1015〜1016(atoms/cm2 )のヒ素を
イオン注入し、レジストパターンをマスクとしてRIE
工程によって第1及び第2の多結晶シリコン11,13
をエッチングして、ゲート電極14及びエミッタ電極1
5を形成し、850〜900℃10分程度の熱処理によ
ってエミッタ拡散層16を形成する。このときエミッタ
開口部12とエミッタ電極15の合わせ余裕の領域につ
いては犠牲酸化膜5とゲート酸化膜10が存在すること
から、この領域の寄生容量を小さくすることができる。
次に図11に示すようにレジストパターンをマスクとし
て1014〜1015(atoms/cm2 )のボロンをイ
オン注入して、P型ソース・ドレイン領域17と外部ベ
ース領域18を形成する。更に、レジストパターンをマ
スクとして、n型ソース・ドレイン領域19とコレクタ
電極領域20を形成し、850℃〜900℃の熱処理工
程によって、各拡散層をアニールする。その後は、通常
の層間絶縁膜及び配線層の形成によって半導体装置を形
成させる。
【0016】次に本発明の実施形態の第2の例について
図12〜図13を参照して説明する。前記第1の例では
エミッタ開口部とエミッタ電極の合わせ余裕の領域へ犠
牲酸化膜を残すことで、この領域の寄生容量を小さくし
たが、第2の例では犠牲酸化膜の下へパッド酸化膜も残
すことで、さらに寄生容量の低減を行う。
【0017】まず、第1の例と同様に素子分離のために
LOCOS法によりフィールド酸化膜を形成する。次に
図12に示すように、シリコン窒化膜を除去した後、イ
オン注入時の基板ダメージ防止のために100〜300
オングストロームの犠牲酸化膜5を形成する。次に図1
3に示すように、レジストパターンをマスクとしてPc
hMOSFETを形成する領域にはn型ウェル領域6、
NchMOSFETを形成する領域にはP型ウェル領域
をイオン注入により形成する。次いで希フッ酸などによ
りMOSFET上の犠牲酸化膜5とパッド酸化膜2の除
去を行う。後は第1の例と同様に図8〜図11に示した
工程と同様の工程を経て半導体装置を完成させる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、ウェル形成時に基板の
ダメージ防止のために設ける絶縁膜のうちBip−Tr
形成領域の部分を残しておくことにより、エミッタ電極
の絶縁膜を大幅に厚くすることができる。これにより、
工程数をほとんど増やすことなく、Bip−Trのエミ
ッタ電極の開口部に対する合わせ余裕の領域での寄生容
量を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のBi−CMOS半導体装置の製造工程を
説明するための図である。
【図2】図1に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。
【図3】図2に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。
【図4】図3に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。
【図5】図4に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。
【図6】本発明の第1の例を説明するための製造工程を
示す図である。
【図7】図6に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。
【図8】図7に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。
【図9】図8に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。
【図10】図9に示す製造工程に続く製造工程を示す図
である。
【図11】図10に示す製造工程に続く製造工程を示す
図である。
【図12】本発明の第2の例を説明するための製造工程
を示す図である。
【図13】図12に示す製造工程に続く製造工程を示す
図である。
【図14】従来のBi−CMOS半導体装置の製造工程
を説明するための図である。
【図15】図14に示す製造工程に続く製造工程を示す
図である。
【図16】図15に示す製造工程に続く製造工程を示す
図である。
【図17】図16に示す製造工程に続く製造工程を示す
図である。
【図18】図17に示す製造工程に続く製造工程を示す
図である。
【符号の説明】
1 P型半導体基板 2 パッド酸化膜 3 シリコン窒化膜 4 フィールド酸化膜 5 犠牲酸化膜 6 n型ウェル領域 7 P型ウェル領域 8 n型コレクタ領域 9 P型ベース領域 10 ゲート酸化膜 11 第1の多結晶シリコン 12 エミッタ開口部 13 第2の多結晶シリコン 14 ゲート電極 15 エミッタ電極 16 エミッタ拡散層 17 P型ソース・ドレイン領域 18 外部ベース領域 19 n型ソース・ドレイン領域 20 コレクタ電極領域 21 熱酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8249 H01L 21/8222 H01L 27/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Bi−CMOS半導体装置の製造方法に
    おいて、フィールド酸化膜を形成した後、 MOSFETを形成す
    る第1の領域とバイポーラトランジスタを形成する第2
    の領域を有する半導体基板全面に第1の絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記第1の絶縁膜を介してイオン注入を行い、ウェルを
    形成する工程と、 前記第1の絶縁膜のうち前記第1の領域に存在する部分
    を選択的に除去する工程と、全面に ゲート絶縁膜となる第2の絶縁膜を形成し、さら
    にその上に第1の多結晶シリコンを形成する工程と、 前記第2の領域の所定部に、前記第1の多結晶シリコ
    ン、前記第1の絶縁膜および第2の絶縁膜に開口部を設
    ける工程と、 半導体基板全面に第2の多結晶シリコンを形成する工程
    を含むことを特徴とするBi−CMOS半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 Bi−CMOS半導体装置の製造方法に
    おいて、半導体基板全面にパッド酸化膜および窒化膜を
    順次形成した後、所望の領域の前記パッド酸化膜および
    前記窒化膜を順次除去し、その後、LOCOS法により
    フィールド酸化膜を形成し、MOSFETを形成するM
    OSFET形成領域とバイポーラトランジスタを形成す
    るバイポーラトランジスタ形成領域とを形成する工程
    と、 その後、前記MOSFET形成領域およびバイポーラト
    ランジスタ形成領域上の窒化膜を除去する窒化膜除去工
    程と、 その後、全面に犠牲酸化膜を形成し、次いで前記MOS
    FET形成領域にウェルイオン注入を行う工程と、 その後、MOSFET形成領域上の酸化膜からなる絶縁
    膜を除去する工程と、 つづいて、全面にゲート酸化膜および第1の多結晶シリ
    コン膜を形成し、次いでバイポーラトランジスタ形成領
    域の所定位置にエミッタ開口部を設ける工程と、その
    後、全面に第2の多結晶シリコンを形成する工程と、を
    有することを特徴とするBi−CMOS半導体装置の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 前記窒化膜除去工程の後、前記犠牲酸化
    膜を形成する前に、 前記半導体基板上に残されているパ
    ッド酸化膜を除去することを特徴とする請求項2に記載
    のBi−CMOS半導体装置の製造方法。
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