JPS62143452A - Bi−CMOS半導体装置の製造方法 - Google Patents

Bi−CMOS半導体装置の製造方法

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JPS62143452A
JPS62143452A JP60283012A JP28301285A JPS62143452A JP S62143452 A JPS62143452 A JP S62143452A JP 60283012 A JP60283012 A JP 60283012A JP 28301285 A JP28301285 A JP 28301285A JP S62143452 A JPS62143452 A JP S62143452A
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concentration impurity
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Mamoru Shinohara
衛 篠原
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01Manufacture or treatment
    • H10D84/0107Integrating at least one component covered by H10D12/00 or H10D30/00 with at least one component covered by H10D8/00, H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integrating IGFETs with BJTs
    • H10D84/0109Integrating at least one component covered by H10D12/00 or H10D30/00 with at least one component covered by H10D8/00, H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integrating IGFETs with BJTs the at least one component covered by H10D12/00 or H10D30/00 being a MOS device
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01Manufacture or treatment
    • H10D84/02Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies
    • H10D84/03Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology
    • H10D84/038Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology using silicon technology, e.g. SiGe

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、半導体装置、特にバイポーラトランジスタ
と、電界効果トランジスタとが共存するBi−CMOS
半導体装置の製造方法に関するものである。
(従来の技術) 従来、Bi −CMOSの特性に関しては、昭和58年
度、電子通信学会半導体・材料部門全国大会257で知
られテオリ、St ’r’ −トBi −CMOSプロ
セスを用いたFDD用リード/ライトICに関しては、
昭和59年度電子通信学会通信部門全国大会123で知
られている。
次に、まず、この発明の説明の便宜のために、従来一般
的なりi −CMOS集積回路装置につき説明する。
第5図は一般的なりi −CMOS集積回路装置の断面
構造を示す図である。この構造ではnpnバイポーラト
ランジスタT1と、nチャンネルMOSトランジスタT
2とがアイソレーション領域により分離されている。
このバイポーラトランジスタT1はp型半導体基板1内
に拡散された口型(n+)埋込み拡散層(n+型高不純
物濃度領域とも称する)2と、n型エピタキシャル層3
とをフレフタ領域とし、エピタキシャル層3内に拡散形
成されたP型(p+)拡散層4をベース領域とし、p型
拡散層4内のn型(n+)拡散層5をエミッタ領域とし
て形成されている。
−万、MOSトランジスタTtはエピタキシャル層3内
に低濃度で拡散形成されたP−ウェル層6内に形成され
た高濃度n型(n十)層7をソース領域およびドレイン
領域とし、これらソースおよびドレイン領域間のエピタ
キシャル層3の表面上に形成された絶R膜8を介してそ
の上側に形成した金属膜9をf−トとして形成されてい
る。
これら両トランジスタT1およびT2との間のアイソレ
ーションをアイソレーション領域10で行っている。
(発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記構造のBi−CMOS集積回路装置
では、nチャンネルMO8)ランジスタT、のPウェル
層6の下に埋込拡散層2があるため、P−ウェル層6の
底部が埋込拡散層2によシ押し上げられることのないよ
うにエピタキシャル層3の厚さく図中X)を6〜7μm
以上の厚みにしなければならず、結果的にnpnバイポ
ーラトランジスタT1のコレクタ抵抗を高くしてしまう
など、素子特性上の問題点や、アイソレーション領域1
0t−深<形成しなければならないなど、製造上の問題
点があった。
次に、エピタキシャル層の厚さを6〜7μm以上にしな
ければならないということについて、詳しく述べる。た
とえば、この構造のままでエピタキシャル層3の厚さを
薄くすると、nチャンネルMOS TtのP−ウェル層
6は、底部が埋込拡散層2によって押し上げられ、接合
深さが浅くなってしまうO このことは、nチャンネルMOSトランジスタT、のソ
ースまたはドレインをエミッタとし、P−ウェル層6を
ベース、埋込拡散層2をコレクタとする寄生npn ト
ランジスタのβを高くし、nチャンネルMOSトランジ
スタT!の耐圧低下やラッチアップの発生などの問題が
生じる。
また、P−ウェル層6の下のN+埋込み拡散層2をなく
し、P−ウェル層6とP型半導体基板1を接続すること
により、ラッチアップを発生させないようにすることが
できるが、この構造では、P−ウェル層6とP型半導体
基板1が電気的に導通状態とナルoテ、 p−ウェル層
6にパックバイアスなど単独の電位を加えて使用するこ
とができない。
この発明は、前記従来技術がもっている問題点のウチ、
エピタキシャル層を薄くできない点と、エピタキシャル
層と′電気的にP−ウェル層と電気的に、絶はできない
点と、バイポーラトランジスタのコレクタ抵抗が制い点
と、アイソレーション9J[を深くしなければならない
点について解決したBi−CMOS半導体装置の製造方
法を提供するものである。
(問題点全解決するための手段) この発明は、Bi−CMOS半導体装置の製造方法にお
いて、半導体基板にそれとは反対の導電型の高濃度不純
物層と低濃度不純物層を形成後半導体基板とは反対の導
電型のエピタキシャル層を形成シ;’l&、nチャンネ
ルMOSトランジスタのP−ウェル層を低濃度の不純物
層の上部と、低濃度不純物層と高濃度不純物以外の上部
とに形成する工程を導入したものである。
(作用) この発明によれば、Bi−CMOS半導体装置の製造方
法において、以上のような工程を導入したので、半導体
基板と′電気的に独立したP−ウェル層とエピタキシャ
ル層を電気的に分離する層を同時に形成するように作用
し、したがって前記問題点を除去できる。
(実施例) 以下、この発明のBi−CMOS半導体装置の製造方法
の実施例について、第1図ないし第3図の工程説明図に
より説明する。
まず、第1図に示すように、P型で抵抗率が10〜40
Ω−閏の半導体基板1を用意し、この半導体基板1の主
表面のバイポーラトランジスタT、の形成部分に比較的
拡散定数の小さいn型のAm度不純物層21を形成し、
続いて半導体基板1の主表面のnチャンネルM OS 
T2の形成部分に比較的拡散定数の大きいN型の低濃度
不純物層22を形成する。
この高濃度不純物層21を形成する不純物として、ヒ素
(AS)、アンチモン(Sb )などといった比較的拡
散定数の小さい不純物を使用する。通常はこの高濃度不
純物層21をアンチモンの熱拡散によって形成する。
また、この高濃度不純物層21のシート抵抗を20Ω/
口、表面濃度を1×10加11−とするのが好適である
一万、低濃度不純物層22を形成する不純物として、リ
ン(P)のように比較的拡散定数の大きい不純物を使用
する。通常は、この低濃度不純物層22をリンのイオン
インプランテーションによって形成する。たとえば、リ
ンを100 KeVの打込みエネルギで、I X 10
13 jan号−のドーズ前で打ち込む。
次に、これらN型の高濃度不純物層21.低濃度不純物
層22を含む半導体基板1の主表面上に第2図に示すよ
うにN型のエピタキシャル層3を形成する。
このN型のエピタキシャル層3を、  1180℃前後
の温度で3〜4μm程度の厚さに形成し、抵抗率を2〜
4Ω−備としたリンドーグのエピタキシャル層とするの
が好適である。
次に、比較的濃度の薄いN不純物層、すなわち、低濃度
不純物層22の上方のエピタキシャル層3の表面部分と
、これら埋込層以外の上方のエピタキシャル層30表面
部分に、PMの低不純物濃度層、すなわち、P−不純物
層を形成し、この層41述するウェル層とアイソレーシ
ョン層の拡散ソースとする。
このP−不純物層6は、たとえば、打込み量をIX 1
013ffA/ad 、打込みエネルギを100 Ke
Vとして、イオン注入によりボロンをドーグする。この
P−不純物層の不純物濃度を低濃度としたのは、このド
ーズ量がhチャンネル電界効果トランジスタのスレッシ
ョルド電圧を決定するので、むやみに高くすることがで
きないからである。
次に、このようにして得られたウェハを、たとえば、1
200℃の温度で、約4時間にわたりアニールすること
により、第2図に示すような構造を得る。
すなわち、P型の半導体基板1中に拡散されたnウェル
層、すなわち低濃度不純物層22の中に、P−ウェル層
6を形成するとともに、n型埋込層以外の上方に形成さ
れたP型不純物をP型の半導体基板IK到達させてアイ
ソレーション層1oを形成する。
このようにして得られた第2図に示すウェハのA −A
’線の断面の不純物濃度分布状態を第4図に示す。この
第4図において縦軸に不純物濃度をプロットして示し、
横軸にエピタキシャル層3の表面から半導体基板1側へ
と測った距離をプロットして示しである。
この第4図において、■はP形の半導体基板1の不純物
濃度グロファイル、■はエピタキシャル層3の不純物濃
度プロファイル、■はN型の低濃度不純物層22の不純
物濃度プロファイル、tVはP″″″クエル純物濃度グ
ロファイルである。
この第4図かられかる通り、N型の低濃度不純物層22
の存在により、3μm厚のエピタキシャル層3の中に接
合深さ4.5μmのP−ウェル層6が、P型の半導体基
板1と電気的に独立して形成されている。
次に、第2図に示す構造のウェハの所定の個所に、バイ
ポーラトランジスタT1および電界効果トランジスタT
2を、既知の技術により、それぞれ作υ込み、第3図に
示すような半導体装置を得る。
なお、この第3図においては、−例として、電界効果ト
ランジスタkNMO8型としたBi−CMOS集積回路
を示しである。
この第3図において、4,5.7〜9は第5図で示した
のと同様であり、4はベースとなるP型拡散層、5はエ
ミッタとなるN型拡散層、7はソース・ドレインとなる
高濃度N型層、8は絶縁膜、9はf−トとしての金属膜
である。
なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではないこと明らかである。たとえば、上述したドープ
の方法、拡散方法あるいは拡散源は他の方法または拡散
源を用いてもよい。
また、電界効果トランジスタとしては種々のタイプの電
界効果トランジスタとすることができる。
さらに、半導体基板などに使用する半導体材料としては
シリコンとか、化合物半導体材料とか、その他の好適な
材料を使用できる。
また、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型とする
こともできる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、この発明によれば、埋込み
N型不純物層の中にP−ウェル層を形成するようにした
ので、薄いエピタキシャル層の中に電気的に独立したP
−ウェル層を形成できる。
また、このとき、埋込みN型層を形成していない領域に
おいては、このP−ウェル層がP型基板に到達してアイ
ソレーション層となシホトリソ回数を増すことなく、薄
いエピタキシャル層による特性の良好なバイポーラトラ
ンジスタと、基板と電気的に独立したウェル層を有する
MOSを同一基板に混在したBi−CMOS集積回路の
実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】 第1図ないし第3図はこの発明のBi−CMOS半導体
装置の製造方法の一実施例の工程説明図、第4図は第2
図のA−A’線によって切断したエピタキシャル層の表
面からの深さ方向に対する不純物濃度グロファイル、第
5図は従来のBi−CMOS集積回路装置の断面図であ
る。 1・・・半導体基板、3・・・エピタキシャル層、4・
・・p型拡散層、5・・・n型拡散層、6・・・P−ウ
ェル層、7・・・高濃度N型層、8・・・絶縁膜、9・
・・金属層、10・・・アイソレーション層、21・・
・高濃度不純物層、22・・・低濃度不純物層。 ニ          ュ 玉          互 A′ 4ζ苓E日目の製産 工手呈≦えU目 間第2図 f発明の詳細な説明図 第3図 Or   2  3  4  5  6  7  8 
 9 10工し゛タヤシイル層jへ表面rう引泉ざ C
βm)オZ図A−A′!I漿1h面3イ千七寸別験千を
示す国策4図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (a)第1導電型の半導体基板の表面に第2導電型の高
    濃度不純物層と第2導電型の低濃度不純物層を形成する
    工程と、 (b)上記高濃度不純物層と低濃度不純物層の領域を含
    む上記半導体基板の全表面に第2導電型のエピタキシャ
    ル層を形成する工程と、 (c)上記低濃度不純物層の領域の上方の上記エピタキ
    シャル層の表面に第1導電型の不純物を挿入して上記半
    導体基板内に形成された上記低濃度不純物層内に第1導
    電型の不純物層を上記半導体基板と電気的に独立した状
    態で上記エピタキシャル層表面から形成する工程と、 よりなるBi−CMOS半導体装置の製造方法。
JP60283012A 1985-12-18 1985-12-18 Bi−CMOS半導体装置の製造方法 Pending JPS62143452A (ja)

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