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JPH01144669A - バイポーラ及びmosトランジスタの混成集積回路の製造方法 - Google Patents

バイポーラ及びmosトランジスタの混成集積回路の製造方法

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Publication number
JPH01144669A
JPH01144669A JP63206219A JP20621988A JPH01144669A JP H01144669 A JPH01144669 A JP H01144669A JP 63206219 A JP63206219 A JP 63206219A JP 20621988 A JP20621988 A JP 20621988A JP H01144669 A JPH01144669 A JP H01144669A
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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] 本発明は集積回路(IC)、特にバイポーラ型トランジ
スタとMOSFET(絶縁ゲート電界効果トランジスタ
)とを含む回路を共通のICチップ上に製造するバイポ
ーラ及びMOSトランジスタの混成集積回路及びその製
造方法に関する。
[従来の技術及び発明が解決しようとする課題]半導体
チップのメーカーは、一般にBiVO4及びBiCMO
3と呼ばれているバイポーラと0MO3との混合回路の
方がいずれか一方のみの回路よりも高速且つ高密度に製
造可能であることを知っている。しかし、これら混成I
Cが必要とする複雑な製造技術を会得するのに長時間を
要した。
BiVO4の利点は1970年代の初期から知られてい
る(例えば・、特公昭55−10980号公報参照)。
しかし、当時はバイポーラとMOSとは製造に全く異な
る技術とツールとを必要とした。
従って、BiVO4を設計することは極めて高価になる
事を意味した。
いくつかのICメーカーが同じチップにバイポーラとM
OS)ランジスクを併合又は混合する方法を研究してB
iVO4又はBiCMO3として販売している。この技
術分野の進歩を要約してB。
C,コールが雑誌エレクトロニクスの1986年3月3
日号の第27〜31ページの「混合製法チップが主流に
なりつつある」の記事中で説明している。この記事はエ
ンジニアが満足の行くハイブリッドBiCMO3製法を
試みた広範囲の製造方法を開示している。このうち大部
分のものは実質的にMOS製法から始め、全体の製造工
程中にでバイポーラ用の別の工程を含めている。しかし
、中にはこの逆工程のものもある。
また、上記と同じ雑誌の1985年12月23日号の第
45〜47ページのrcMO3を追放するバイポーラ製
法」にはBiVO4の製造工程が解説されると共に、バ
イポーラ製造工程が図示されている。BiCMO3回路
の1例が1984I EEEナショナル半導体回路会議
技術論文ダイジェスト第224−225.344ページ
(1984年)の「バイポーラセンス増幅器を有する2
8nS  0MO3SRAMJにJ、ミャモト等により
開示されている。また、Proc、IEEE  Vol
、74  No、12第1678〜1702及び169
4ページ(1986年12月)のプラウ、ンD、M、等
の「最新製造技術の傾向−1ミクロン以下のCMOSデ
バイスの設計及び製造要件」には、BiMO3製造工程
が簡単に説明され、更に参照文献が記載されている。
しかし、これら技法の主要欠点は、BiMO3製造工程
では超高速のバイポーラトランジスタを製造することが
出来ないことである。上述したコールの記事にあったB
i’MO3製造工程ではバイポーラトランジスタの動作
速度は一般に2〜3GHzである。ヒユーズエアークラ
フト社の製法のみが5GHzを超す遮断周波数のNPN
 )ランジスクと2.5GHz以上のPNP トランジ
スタの製造を報告しているに過ぎない。しかし、この製
法は20に及ぶマスキング工程を必要としており、他の
製法に比較して複雑であり且つ高価である。
他のBiMO3製法がIEEE半導体回路ジャーナルV
o ]、 5C−21No、  5第681〜685ペ
ージ(1986年10月)のrHI−BI CMOS技
法を用いる1 3ns、500mW。
54MW、64にビットECL  RAMj にK。
オギネ等により開示されている。この論文によると、遮
断周波数は4GHzである。
このバイポーラトランジスタの動作速度はバイポーラト
ランジスタのみを製造する最新技法から判断すると遅い
。最近市販する大半のバイポーラデバイスの動作速度は
5〜7GHzであり、最近報告された新世代のデバイス
では9〜17GHzの速度のものがある。これらデバイ
スは総て5〜7GHz帯のB1MOSデバイス又はバイ
ポーラのみのデバイスに比較して遥かに複雑且つ微妙で
ある。
最新のバイポーラ技法は一般に自己整合製造工程を用い
、極めて高速度を達成している。この例を列挙すると、
ホ等の発明による米国特許第4381953号、アイザ
ック等による米国特許第4483726号、Proc、
IEEE  Vol。
12第1669〜1677ページ(1986年12月)
のT、ニン等による「バイポーラの傾向」及び第16回
半導体デバイス及び材料拡張要約第209〜212ペー
ジ(1984年)のS、コナカによる「超自己整合技法
を用いる30psシリコンバイポーラICj等に開示さ
れている。IEEEエレクトロン デバイス レター 
VO2゜EDL−6No、4 第181〜183ページ
(1985年4月)には、コナカ等の「S1バイポ一ラ
超自己整合製造技術を用いる9GHz周波数分周器」に
基づき製造された回路を開示している。
従来のMO3型電界効果トランジスタ(MOSFET)
の構成を第3図に示す。従来のpチャンネル型MO3F
ET(20>はp十型シリコン基板(22)と、この基
板の上面(2,8)直下に形成されたn+のソース領域
(24)及びドレイン領域(26)より構成される。こ
のソース及びドレイン領域はフィールド酸化物層(29
)で囲まれ且つp十の基板材料が上面(28)に達する
チャンネル領域(30)で分離している。p+シリコン
と各n十領域間にはPN接合が形成される。
ソース及びドレイン領域間の間隔がチャンネル領域(3
0)の幅を決める。加熱形成するか気相成長法(cVD
)の二酸化シリコンにより形成した絶縁薄層(32)が
ソース及びドレイン領域(24)−(26)間のチャン
ネル領域(30)上に形成され、ポリシリコンのゲート
 (34)が絶縁層(32)上に形成される。CVD二
酸化シリコン層(36)をソース及びドレイン領域上及
びゲー)(34)上に形成する。この層(36)に開口
(38)及び(40)を形成して夫々ソース及びドレイ
ン領域(24)及び(26)を露出する。
第3の開口(図示せず)を形成してゲー)(34)を露
出させる。例えばアルミニウムの如き金属を層(36)
上及びその開口内に被着させる。次に、この金属層を選
択的に除去してソース接触電極(42)、ドレイン接触
電極(44)及びゲート接触電極(図示せず)を形成す
る。電極(42)、(44)を夫々接地と正電圧源に接
続し、ゲートを(接地レベルの上又は下であり得るスレ
ッシュホールド電圧Vtに応じて)略接地電位又は負電
位に接続する。ソースとドレイン間はドレイン領域(2
6)とチャンネル領域(30)間のPN接合により電気
的に隔離されている。ゲー)(34)のゲート電圧を増
加すると、その直下のチャンネル領域内に反転層が形成
される。この反転層を介して電子がソース領域(24)
からドレイン領域(26)に流れる。
第3図に示す従来のMOSFETでは、開口(38)及
び(40)はゲート(34)に対してマスクを整合し、
電極(42)及び(44)が夫々ソース及びドレイン領
域に直接接触するようにする光処理により形成していた
。マスクの配置及び整合に多少の誤差を許容するために
、ソース及びドレイン領域は充分に大きくして電極(4
2)及び(44)がソース及びドレイン領域と確実に接
触するようにしなければならない。バルク半導体材料と
夫々ソース及びドレイン間のPN接合のキャパシタンス
は、このバルク材料とソース及びドレイン間のずり合わ
せ面積に依存する。更に、この面積はゲート酸化物(3
2)の両側に露出している表面(28)の面積に依存す
る。高速動作を得るには、PN接合のキャパシタンスを
最小にする必要がある。従って、表面(28)の露出面
積を少なくする必要がある。チャンネル幅が一定とする
と、ゲート酸化物とフィールド酸化物間の間隔を最小に
する必要がある。
I EEE電子デバイスレターズVol、EDL−5,
1984年第400〜402ページのC1S、オー及び
C,に、キム著「自己整合ポリシリコンソース及びドレ
イン電極を有する新しいM○5FET構造」には、ソー
ス及びドレインコンタクトがソース及びドレイン領域と
自己整合するMOSFETの製造工程を開示している。
ソース及びドレイン電極をフィールド酸化物上に配置し
ている。従って、ゲート酸化物とフィールド酸化物間の
間隔は第1図のデバイスの場合よりも充分に小さくなり
、その結果、高速動作が実現できる。
同様の目的の別のMO3製造工程がI EEE電子デバ
イスレターズVo1.EDL−7,No、5.1986
年5月第314〜316ページのT。
Y、ファン等著の「自己整合ポリシリコンソース・ドレ
インを有するMOS)ランジスク」に開示されている。
この製造工程はオー及びキムの製造工程を多くの点で逆
にしている。ポジシリコンとそれを覆う絶縁層を最初に
形成する。次に、逆のゲートマスク及びエツチング工程
により能動チャンネル領域を作る。ゲート酸化物層を加
熱成長させ、第2のポリシリコン層を被着してゲートコ
ンタクトを形成する。
チャンネル長を最短にする(即ち、動作速度を最大にす
る)ために、チャンネル領域に隣接するPN接合領域の
ドーピング(不純物濃度)は低くなければならない。ま
た、MOSFETのソース/ドレイン間の破壊電圧を最
大にするために、チャンネル領域に隣接するドレイン領
域のドーピングも低くするのが好ましい。ソース領域と
ドレイン領域の主要部は高ドーピングによりMOSFE
Tが導通状態のときソース/ドレイン間抵抗を最小にす
るべきである。よって、ドレイン領域は少なくとも一部
がゲート下方に延びる低ドーピング部と、この低ドーピ
ング部をドレイン電極に接続する高ドーピング部の2つ
の部分に分けるのが好ましい。
MOSFETのドレイン領域に異なるレベルのドーピン
グを行う既知の方法を第4図に示す。同図(a)に示す
如く、ゲート構体(32/34)を半導体基板(22)
上に形成する。次に、第1イオン打ち込み操作を行いゲ
ート構体の両側の領域(40)に比較的低電荷キャリア
濃度部を形成する。均一な厚さの二酸化シリコン層(4
4)をゲート構体上及びその近傍の基板上面に形成する
(同図(b)参照)。この二酸化シリコン層(44)を
反応性イオンエツチングにより層(44)の厚さと同じ
深さに選択的に除去して、ゲート構体の両側に延びる側
壁部(46)を残して基板表面(28)を露出する(同
図(c)参照)。次に、第2イオン打ち込みを行い、側
壁部(46)をマスクとして電荷キャリアの高濃度部を
形成する。
従って、ソース及びドレイン領域が共に高及び低濃度の
2つの部分(48)及び(50)を有する。
処理を簡単にするため、ゲートの両側に同じ処理をする
オー及びキムが説明する上述の方法は、ドレイン領域内
に異なるレベルのドーピングを行うことはできない。フ
ァン等の製造工程についても同様である。上述したブラ
ウン等の記事中第1682ページ第7図及び第1690
ページ第22図に示す工程は、この異なるレベルのドー
ピングが可能であるが、シリコン基板に金属のソース及
びドレインコンタクトを使用するので製造工程が増加す
ると言う欠点がある。
IEDMテクニカルダイジェスト1984年の第634
〜637ページのS、S、 ウォン等による「ソース/
ドレイン持ち上げMO3FETJには、シリコンのエピ
タキシャル層をゲート構体上を除くソース及びドレイン
上に形成し且つエピタキシャル層とゲート構体にイオン
打ち込みして、MOSFETのソース及びドレイン上に
高導電度層を形成する方法を開示している。しかし、こ
の方法の欠点は、エピタキシャル層の形成を高温で実施
し且つ低ドーピングのドレインを有するMOSFETの
製造に高温は好ましくないと考えられている事である。
S、S、  ウォンは、半導体構造に関するコーネルプ
ログラム(1985年)の「サブミグ020MO3用コ
ンタクト技術」でソース及びドレイン領域上に金属ケイ
化物のコンタクト層を使用してソース/ドレイン抵抗を
最小にする事を説明している。このケイ化物層は、ソー
ス及びドレイン領域上にポリシリコン層を被着して、次
にポリシリコン上に耐熱性金属層を被着して形成する。
次に、このデバイスをアニールして金属ケイ化物層を形
成する。
バイポーラトランジスタのポリシリコ、ンエミッタとベ
ースコンタクト間の間隔を決めるために酸化物の側壁構
造を使用することは周知である。これはVLS I科学
及び技術/1982年プロシーディングVo1,82−
7第306〜314ページの「自己整合バイポーラトラ
ンジスタ」に、8゜F チュウなどによ開示されている
。ここに示す工程は一連のイオン打ち込み及び拡散工程
により、エミッタコンタクトを作るポリシリコン層から
真性ベース及びエミッタを形成する。この工程の詳細は
同じ雑誌の第282〜287ページの別の論文にF、ハ
ーソン等の「打ち込みポリシリコンから拡散形成する浅
いバイポーラトランジスタ」に開示されている。これは
極めて高速で遮断周波数が15GHzに達するバイポー
ラトランジスタが得られる事を示すが、この高速バイポ
ーラトランジスタを高密度且つ低消費電力のCMOSと
いかにして集積するかについては一切説明がない。
従って、前述したCMOSとバイポーラトランジスタ製
造工程の欠点を克服する必要性がある。
更に、バイポーラとMO3回路との混成回路を容易に製
造する工程の開発が望まれている。
本発明は共通IC基板にBiMO3を製造する簡単且つ
比較的安価な、しかもバイポーラとMOSの双方の特長
を有する製造技術に関する。
[課題を解決するための手段及び作用]本発明によると
、バイポーラトランジスタとMOSFETとが第1極性
の電荷キャリアとなる不純物イオンを含む主面を有する
共通の半導体基板に製造される。この基板はバルク結晶
シリコン材料でも良いが、均一にドーピングしたエピタ
キシャル層であるのが好ましく、そこにバイポーラ、P
MO3及びNMOSデバイスを形成する。ここで、基板
と言う用語は、好適実施例において特に限定しない限り
これら両方を意味するものとする。
能動デバイス領域の極性又は不純物のタイプはデバイス
のタイプに依存する。NPN型のバイポーラトランジス
タとPMOSデバイスでは、エピタキシャル層はN型で
あるのが好ましく、N M OSデバイスではP型の井
戸が形成される。MOSとバイポーラデバイスは同時並
列的な工程で製造される。しかし、より明瞭にするため
、MOSデバイスの工程を先に要約する。
細長い絶縁ゲート構体を各MOS領域の基板主面上に形
成する。主面の第1及び第2エリアをゲD −ト構体の互いに逆の第1及び第2側に夫々形成する。
第1極性と反対の第2極性の電荷キャリアとなる不純物
原子を主面の少なくとも第1エリアを介して基板内に注
入して主面の第1エリアに近接する基板のドレイン領域
内に所定濃度の第2極性の電荷キャリアを得る。これは
好ましくはイオン打ち込みにより行い、低レベルでドー
ピングしたドレイン及びソース領域を形成する。好まし
くはポリシリコンであるゲート構体は不純物原子に対し
て不透明であるので、ドレイン領域が完全にゲート構体
の下まで延びることはない。それにも拘らず、ゲートの
第1側では、ゲートの下に入り込むチャンネル側の部分
がある。二酸化シリコン等の選択した材料の側壁を構体
の第1側に沿って、形成して、主面の第1エリアのスト
リップを側壁で覆い、第1エリアの他の部分を側壁に近
接して露出したままにする。ゲート構体と側壁が不透明
である選択した不純物原子を、側壁に近接して露出する
第1エリアの部分を介して基板内に注入する。この選択
した不純物原子は第2極性の電荷キヤリアとなる。ドレ
イン領域内に一部延び且つ側壁下部まで完全には延びな
いゾーンを形成する。
このゾーンでは導電度は第2極性の電荷キャリアにより
決まり、ドレイン領域のチャンネル側ゾーンの導電度よ
りも高い。次に、自己整合型のソース及びドレインコン
タクトを好ましくは次の方法で形成する。好ましくはポ
リシリコンである導電材料層を側壁近傍に露出した主面
の第1エリア部分の上に形成する。この層は側壁上及び
ゲート構体上に延びる。平坦化合成ポリマの如き選択し
た材料の層を導電材料層上に主面上略均一な高さに形成
する。選択した材料の層の自由面の高さは少なくともゲ
ート構体上の導電材料層の最大高さと同じである。この
選択した材料を均一に薄くしてゲート上の導電材料層を
露出させる。これはその領域の最大高さと一致する。こ
れにより、少なくともゲート構体と同じ高さの導電材料
は除去される。導電材料を更に少し除去してこの構体の
最適化に使用しても良い。そこで個別のドレインコンタ
クトが形成される。第2エリアの第2側と隣接ストリッ
プを同様に覆い且つドーピングして個別のソースコンタ
クトを上述の方法で形成する。ソース及びドレインコン
タクトは好ましくはポリシリコン層であり、MOSデバ
イアスのタイプにより適切な不純物原子を注入し且つド
ライブイン処理を行いコンタクトの下方に高ドーピング
濃度部を形成する。
バイポーラデバイスはMOSデバイスと平行して実質的
に同じ製造工程で製造されるが、バイポーラ構造に最適
なパクーニングを採用する。ベースコンタクトはゲート
構体を製造する際に形成され、画部分は好ましくは直線
で囲まれた環状の基板表面の第3露出部の周りに離間し
ている。基板のこの第3部分は、好ましくはMOSデバ
イスの同じドーパント型のドレインをドーピングすると
き(即ち、NPNトランジスタの場合にはPMO8のソ
ース/ドレインがドーピングされるとき)第2不純物原
子のイオンを低レベルでドーピングする。製造を容易に
するには両デバイスに同じドーピング濃度と断面を使用
するのが好ましいが、両デバイスの特性を最適化するに
は別のイオン打ち込みを使用してもよい。次に、MOS
ゲート構体を形成する際にベースコンタクトの側部に側
壁を形成して第3部分の影響を軽減し且つそのストリッ
プ境界部をシールドする。これに続いて第2ドーピング
工程に入る。これはMOSデバイスの第1及び第2エリ
アの第2ドーピングに対応する。
エミッタ及びエミッタコンタクトが形成される。
これらの工程はソース/ドレインコンタクトの形成に使
用されるものと同じ第2ポリシリコン被着工程と合体し
、その後にイオン打ち込み及びドライブイン工程を行う
。ポリシリコンの打ち込みは好ましくは次の2つの工程
で行う。先ず、第1工程はベースへの第2極性の不純物
のドーピングであり、高濃度で、幅が狭く、しかもイオ
ン打ち込、み工程で形成した低ドーピングのベース領域
よりも深くない。次に、第2工程は第1極性であって、
ベースよりも狭く且つ浅くエミッタを形成する。
この工程により、上述した低ドーピングのドレインと同
様であるがバイポーラトランジスタでは異なる効果を有
する基板内での低ドーピングのベース接続を行う。この
低ドーピングのベース接続ハ比較的低い破壊電圧であり
、各バイポーラデバイス間;ご殆ど差異はない。
[実施例] P型で40〜100Ω−cmの抵抗を有する[100]
方向のシリコンのウェハ(122)を第5図の説明図に
示す工程により処理して第1図(a)に示す基板を得る
。これら工程は同図のバイポーラCMO3混成構造中間
体の製造に使用するマスキング工程と共に説明する。第
1図(a)〜(j)に示す如<、NPNトランジスタが
領域(114)に、抵抗が領域(1’16)に、PM○
5FETが領域(118)に、またNMOS F ET
が領域(120)に形成される。
酸化物層(図示せず)がウェハ上に加熱成長されパター
ン化及びエツチングされて埋め込み層のイオン打ち込み
のマスクとなる。この工程により、希望するバイポーラ
及びPM○7SMOSデバイス領 域0 下部にN十(a度1016)の埋込層(124)及び(
125)を得る。次に、アニーリング工程を実施する。
次に、ステップ7で酸化物層を除去して1.3〜1.6
μm(i常1.5μm)の厚さのエピタキシャル層(1
23)をウェハ表面に被着する。
この層は−様なN型であり、その濃度は厚さ1.3μm
で0.2〜0.3Ω−cmである。次に、加熱酸化及び
プラズマ酸化物被着工程を実施して別の酸化物マスク層
(図示せず)を形成する。
この層はP型井戸打ち込みマスクとして作用し、ステッ
プ10でパターン化及びエツチングしてNMO3領域(
120)内にエビクキシャルシリコンの表面を露出させ
る。ステップ11及び12で、P型イオンを注入及び加
熱拡散してエピタキシャル層から基板(122)のバル
ク内に延びるP型領域(131)を形成する。これは後
工程で領域(120)に形成するNMOSデバイス用の
P型井戸となる。PMO3FET (領域(118)に
形成)は、後工程で基板表面の埋込層(124)9つ 上に形成される。領域(114)のNPNバイポーラト
ランジスタは後続の工程で埋込層(125>上に形成す
る。
P井戸の形成に続き、ステップ13−14で、第2マス
キングを行い、シリコンを島状にパターン化及びエツチ
ングを行う。この上に能動デバイスを形成し、これは基
板の凹状部で囲まれている。
この凹部はエピタキシャル層(123)を介してバルク
基板材料(122)まで又はその中まで延びる。ステッ
プ17と18で凹部に二酸化シリコンを満たし、能動シ
リコンの島を電気的に隔離する。しかし、初めにP型の
フィールド打ち込みステップを実施して能動デバイス領
域間のバルク基板材料内にチャンネルストップ(12’
6)を定める(ステップ15)。マスク酸化物を除去し
た後(ステップ16)、露出しているシリコン表面全体
を約1000オングストロームの深さに加熱酸化する。
その後、低温CVDステップを実施して基板全表面に二
酸化シリコン層を被着する。加熱酸化ステップは凹部領
域に酸化物層(127a)を形成する。この被着ステッ
プはこれら凹部の残りの空間を二酸化シリコン(127
b)で満たす。
反応性イオンエツチング(RIE)により、酸化物を平
坦化して・俺動領域のエビクキシャルシリコンが露出し
ている表面高さ(128)まで下げる(ステップ19)
。二の工程により平坦で、凹部状で且つバードビークの
ないフィールド酸化物領域(129)が形成される。
次の工程は加熱酸化、マスキング、P型打ち込み及びド
ライブインであり (ステップ2O−23)能動P型領
域(131)の打ち込みを行う。領域(120>のNM
O3FETはこの領域上の基板に後続の工程により形成
される。酸化ステップにより、PMO3及びNMO3領
域(118’)及び(120)の表面で200〜300
オングストロームのゲート酸化物層(132)を形成す
る(ステップ24)。別のスレッショールド電圧マスキ
ング及び打ち込みステップを領域(118)及び(12
0)において行い、各タイプのMOSデバイスのゲート
スッレショールド電圧を決定する(ステップ25)。次
に、深いコレクタマスキング及び打ち込みステップを実
行して、高濃度N十のコレクタコンタクト領域(130
)を形成する(ステップ26−27)。次は、酸化物フ
ォトリングラフィ及びエツチングステップ(ステップ2
8)であっ−C1領域(114)の酸化物層(132)
の一部を除きバイポーラデバイス領域(114)内のシ
リコン表面(133)を選択的に露出し、後続のステッ
プを実行する。
次に、第1ポリシリコン層(134)をCVDにより厚
さ4000〜5000オングストロームに形成する(ス
テップ29)。その後この層をマスクして、PMO3及
びNMO3能動デバイス領域とコレクタコンタクト領域
(130)上のポリ、シリコン層にN+のイオン打ち込
みを行う(ステップ30及び31)。このN+イオン打
ち込みマスクを取り除き、基板に再度マスクをして、N
PNバイポーラ能動領域のポリシリコン層にP十のイオ
ン打ち込みを行う(ステップ32−33)、。
次に、このフォトレジストを除去する。
希望すれば、適当な金属材料の層をポリシリコン上に被
着させ、反応させ且つ除去してポリシリコン層(136
)を形成する。この為に、ポリシリコン層上にチタンな
どの耐熱性の金属層を被着させ、次にこの耐熱性の金属
層をアニーリングして半導体構造に関するコーネルプロ
グラムのS。
S、ウォン著「サブミクロンCMO3用コンタクト技術
」に開示する如き低抵抗のケイ化物(TiS12〉を形
成する。イオン打ち込みと組み合わせることにより、ポ
リシリコンのケイ化物の抵抗は2桁程度低減することが
できる。
次に、ステップ34で、二酸化シリコン層(138)を
約5000オングストロームの厚さにCVDで形成する
次に、第1図(b)を参照して説明すると、ゲート/ベ
ース/コレクタのマスキング及びエツチングステップ3
5−36を実施してベースコンタクト (140) 、
コレクタコンタクト (142)、抵抗(144)及び
MOS F ETゲート電極(146)及び(148)
を定める。マスキングとホウ素打ち込みステップ37−
38により、領域(114)にバイポーラトランジスタ
のP型ベース領域(15’0)と領域(118)に低濃
度P型のpMoSFETのソース及びドレイン領域(1
52)、(154)を形成する。これらのステップの詳
細については第2図(a)〜(e)を参照して、後述す
る。同様に、マスキング及びイオン打ち込みステップ3
9−40は、領域(120)にNMO3FET用のN型
ソース及びドレイン領域(156)、(158)を形成
する。
第1図(c)(d)は製造ステップ41−44を示す。
二酸化シリコンの0.5〜1.0μmの層(160)を
被着し且つアニーリングする。次に、この層を反応・性
イオンエツチングして、シリコン表面に平行の水平部分
を除去し、垂直部分即ち側壁(162)を残す。これに
より酸化物層(138)と側壁(162)により酸化物
のボ・ソクス構造が得られる。このボックス構造は下方
のシリコン電極、特にベースコンタクト部分(140)
とゲート電極(146)−(148)を覆う。またこの
ステップは、ゲート電極の両側のシリコン表面(164
)とベースコンタクト部(140)間の表面(133)
を露出する。
次に、第1図(e)を参照してステップ45−51を説
明する。ポリシリコンの第2層を基板、酸化物ボックス
構造又はカバー(138)、(162)及びフィールド
酸化領域(129)上に形成する。この層はケイ化して
順次マスク及びイオン打ち込みにより選択的にドーピン
グし、更にパターン化しエツチングしてN十エミッタコ
ンタクト (166)、P+ソース/ドレインコンタク
ト構体(168)及びN+ソース/ドレイン構体(17
0)を形成する。これらの工程についての詳細は第2図
(a)〜(e)を参照して後述する。第1図(f)〜(
h)は製造工程52−54を示す。これ等の工程により
ソース/ドレインコンタクト構体が分離され、別個の自
己整合ソース及びドレインコンタクトが形成される。合
成ポリマー材料の層(172)が第1図(e)の構体上
に被着される。このポリマー層はポリマー平坦化法によ
り形成される。この方法はジャーナル・エレクトロケム
・ソサエティVol、128  (2)1981年第4
23ページのA、C,アダム及びC,D、キャピオ著「
燐をドーピングした二酸化シリコンの平坦化」、真空科
学技術ジャーナルVow、Bl  (4>、1983年
第1235ページのり、に、  ホワイト著「多層レジ
スト処理における平坦化現象」及びジャーナル・エレク
トロケム・ソサエティV○1.130 (7)、198
3年第1543ページのり、に、ホワイト著「レジスト
及びポリイミド被膜の平坦化特性」に開示するもので良
い。これにより得られた層(172)の自由端、即ち上
面は平坦でありウェハの上面と平行である。層(174
)の初期最大深さ(174)はポリシリコンのコンタク
ト構体(166)、(168)及び(170)が完全に
覆われるようにする。
次に、ポリマー材料をエツチング剤に露出してポリマー
を異方性エツチングする。即ぢ、主に基板表面(133
)に垂直方向にエツチングする。
このエツチングはコンタクト構体(168)及び(17
0)が表面(174)から酸化物ボックス(138)、
(162)上に露出するまで継続する。または、ポリマ
ーとポリシリコンの双方を略同じ速度でエツチングする
エツチング剤を選択しても良い。好ましくはこの工程の
後にマスキング工程を行い、第1図(g)に示す如くエ
ミッタコンタクトをフォトレジスト層(176)で保護
する。次に、第1図(h)に示す如く制御可能な異方性
を生じる第2エツチング操作を実施する。この工程には
ポリシリコンはエツチングするがポリマー材料及び二酸
化シリコンはエツチングしないエツチング剤を使用する
。この第2エツチング操作は基板の上面(133)に垂
直方向に、・ポリシリコンの自由面がゲート構体(14
6)、(148)を取り囲む酸化物のボックス(138
)、(162)の上面の下になるまで行う。これにより
、ポリシリコンのソース/ドレインコンタクト構体(1
68)(170)は2つの部分に分けられる。この工程
により、夫々ソース及びドレイン領域(152)、(1
54)の上に別個のソース及びドレインコンタクト (
168A)及び(168B)が、また領域(156)、
(158)上に夫々ソース及びドレインコンタクト (
170A)及び(170B)が形成される。その後、ポ
リマー材料(172)を取り除く。
次に、第1図(i)を参照するに、二酸化シリコン層(
179)をコンタクト (168A/B)及び(170
A/B)上及び酸化物ボックス構体(138)、(16
2)上を含む基板上に被着する(ステップ55)。更に
、ステップ56で基板のアニーリングを行い、ドーパン
トイオンをポリシリコン層からその下のシリコン基板中
に拡散する。このステップにより、(領域(114)に
)バイポーラトランジスタのN十エミッタ(178)及
びP子ベースコンタクト領域(180)、(領域(11
8)に>PMO3FETのP+ソース及びドレインコン
タクト領域(182)、(184)、(領域(120)
に)NMO3FETのN+ソース及びドレインコンタク
ト領域(186)、(188)を形成する。ベース及び
ゲートコンタノド拡散により、バイポーラ及びMOSト
ランジスタの抵抗を低下する。この方法により形成され
た拡散エミッタ接合は、極めて浅く典型的にはひ素の場
合0,1μm未満ホウ素の場合には0. 2μm未満で
あり、これにより極めて高速のバイポーラ動作が得られ
る。ソー・ス及びドレインコンタクト領域の拡散は同様
に制限してドーパント濃度の徐々の変化を生じさせ、夫
々領域(182)、(184)から領域(152)、(
154)へまた領域(186)、(188)から領域(
156)、(158)へ徐々に下方及び横方向に減少す
る濃度分布を生じさせる。このドーピングにより、ゲー
ト幅が狭く高速のFETが得られ、破壊電圧は高くソー
ス及びドレイン抵抗は低くなる。
第1図(j)において、従来・方法にて層(179)に
穴をあけバイポーラトランジスタのベース(B)エミッ
タ (E)及びコレクタ (c)、抵抗コンタクト(R
)及びFETデバイスのソース(S)及びドレイン(D
)コンタクトを露出する。図示せずも、第3の穴をあけ
て各FETデバイスのゲートを露出する。従来技法によ
り層(179)上及び酸化物層の大向に金属(図示せず
)を被着する。
この金属を選択的に除去して個別のベース、エミッタ及
びコレクク電極、抵抗(116)への接続、ソース、ド
レイン及びゲート電極及び設計者が必要とする金属相互
接続を形成する。
[変更変形例] 本発明はここに説明した特定の実施例の構造や方法に限
定するものではないことが理解できよう。
N型の埋め込み層を有するエピタキシャル基板の代わり
に、デバイス速度を多少犠牲にすれば、NMOSデバイ
スとバイポーラトランジスタにはN井戸を有するP子基
板を用いても良い。一方又は両方のケイ化工程を省略す
るか、適当なマスキングにより選択的に形成して抵抗を
変化しても良い。
その他の変形として、コレクタコンタクト(Li2)と
抵抗(144)とを、第1ではなく第2ポリシリコン層
の一部として形成しても良い。
更に他の変形例として、バイポーラトランジスタのベー
ス領域(150)はステップ37及び38で直接イオン
打ち込みで形成しないでも良い。
それは動作可能なバイポーラトランジスタを生じるが、
最終的なベース深さ及び幅を制御するのは困難である。
好ましくは、領域(150)をステップ46で形成する
(第2図(b)参照)ともに高レベルドーピングの真性
ベース(177)とベースコンタクト拡散(180)間
の低レベルドーピングの接続として形成される。簡単の
ために、領域(150)−(154)は総て約10の1
3乗の濃度で、深さは真性ベース(177)の最大希望
深さ未満の略2000オングストロームで同時にイオン
打ち込みしても良い。バイポーラとPMOSデバイス間
でイオン打ち込み濃度を変えたい場合には、それほどク
リチカルな位置合わせを必要とすることなく、2つのマ
スキングとP型イオン打ち込みを用いて実現できる。ス
テップ46と47は中間のベースドライブイン工程を有
し、ステップ48と49の後に行う。この手順はベース
(177)と(178)の双方をホウ素とひ素のイオン
打ち込みを順次エミッタコンタクト(166)内に拡散
するように設計されている。
これは本発明による混成バ・1′ポーラ及びCMOS製
造工程の複雑さを大幅に増加する事なく実行できる。
この技法にあっては、第2図(a)、(b)に示す如く
、ドーピングを行っていないポリシリコンにホウ素イオ
ンを打ち込み且つ拡散して浅い真性ベース(177)を
形成する。次に、第2図(c)、(d)に示す如く、ひ
素イオンを同じエミッタポリシリコンに打ち込み、拡散
して浅いエミッタ(178)を形成する。低レベルドー
ピング領域(150)の打ち込み後に、前述した一連の
イオン打ち込み操作を第2図(e)に示す。
本発明の要旨を逸脱する事なく更に他の変形変更が可能
であること当業者は容易に理解出来よう。
[発明の効果] 本発明によるバイポーラ及びMOSトランジスタ混成集
積回路及びその製造方法によると、バイポーラトランジ
スタとMOSデバイスの主要素子、即ちベースとゲート
及びエミッタとソース/ドレインコンタクトが同時並行
して形成出来るので、製造工程が少なく、従って安価に
製造出来る。また、ベース及びソースをボックス状又は
低イオン透過性材料のカバーをマスクとして使用するの
で自己整合となり、バイポーラトランジスタ及びM○S
デバイス共に独立して製造した場合と同様に高速且つ低
抵抗等の電気的特性の最適化が可能である。
本発明の好適実施例によるバイポーラ/MOS混成IC
の電気的諸特性の測定結果は次の通りである。自己整合
型のTiSi2層をエミッタポリシリコン上に形成して
いるので、このエミッタポリサイドはエミッタポリシリ
コン(As+イオンを打ち込んだ厚さ2500オングス
トローム)のシート抵抗をひ素打ち込み濃度3E15〜
5E15イオン/平方cmで300Ω/平方がら3〜1
0Ω/平方に低減する。その結果、このパイポ−ラトラ
ンジスタをベース及びエミッタ双方を直接打ち込み、及
びエミッタは拡散しベースはイオン打ち込みした゛同時
製造の2つのトランジスタと比較する1表−1は各トラ
ンジスタの接合の深さを比較し、表−2はこれらデバイ
スのパラメータを比較する。
表−1 各種処理法によるエミッタ・ベース接合の深さ拡散  
  打ち込み  拡散E及び F、B    E−B    打ち込みBXje   
500A  1400A    500AXjb  1
500A  3200A   3300AW(b)10
0OA  1800A   280OA注:表中Aはオ
ングストロームを表す。
表−2 デバイスのパラメータ 拡散    打ち込み  拡散E及び E−B    F、−B    打ち込みBE(μm2
)  0.5x4 0.5x4 0.5x4hfe、 
   60      100    38LVcao
(V)   6. 8    7. 5    8BV
cbo(V)   19     21     16
BVeba(V)   8. 5    3     
  3. 5VA(V)    20     28 
    68Rb(Ω)400− Re(Ω)  60     70     −Rc(
Ω)220    300    −ft(GHz) 
  5. 6    8. 9    5. 2Fm(
GHz)  1 5. 9   −Nb(cm−3)1
.6E18 7E17   4E18ポリシリコンのエ
ミッタコンタクトから拡散したベース(177)及びエ
ミッタ(178)を有するNPNトランジスタにおいて
、打ち込み領域(150)を有するデバイスの破壊電圧
特性BVceoは、この領域を有しない同じデバイス構
造のものより優れている。Irev= I E −06
では、前者は平均B Vceoが6.016標準偏差が
0.525で比較的一定しているのに対し、後者3只 の場合は0.4から4 7:ilでの広い範囲に分布し
ている。hFE特性についても同様に広い範囲に分散し
ており、Ic=IE−04及びVcb−2では、前者の
場合85から125の範囲であって、平均値は105.
3で標準偏差値は12.06であるのに対し、後者の場
合は約50〜130の範囲であり、大部分は60〜90
の間である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(j)は本発明によるバイポーラ/CM
O3混成ICの製造工程を示す断面図、第2図(a)〜
(e)は第2図(e)の中間工程におけるバイポーラト
ランジスタのベース及びエミッタ拡散工程図、第3図は
従来のMO3FET断面図、第4図(−a)〜(d)は
MOSFETのゲートの周囲に酸化物のカバーを形成す
る従来の工程図、第5A図乃至第5C図は本発明の好適
主要処理工程の説明のための流れ図である。 (122)  ・・・・・・・・半導体基板(132)
  ・・・・・・・・ゲート絶縁膜(146)、(14
8)  ・・ゲート構体(140)  ・・・・・・・
・ベース構体(168A)(170A)  ・ソースコ
ンタクト(168B)  (170B)  ・ドレイン
コンタクト(180)  ・・・・・・・・ベースコン
タクト(138)  (162)  ・・・カバー化 
 理  人     伊  藤     頁間    
    松  隈  秀  盛の 匡 q         0xide Depplasma
 oxide 3000^10    2    P−
well  phot。 11         P−well  1ff1pl
ant12           P−well  c
lrive−in133Si  1sland pho
t。 14           Si  1sland  
etch15          Field  im
plant16        5trip mask
 oyAde17          0+:1dat
ion18           R2fill  o
xide19         Field plan
a。 20          0xidation21  
    4      Deep  call  ph
ot。 22         DeI!p coll  im
plant23          [1rive−4
nphoto  +  o)!Ide  etch1/
I     P、  170に、 7E12−2E13
Strip ρ、「。 1100C60−60−18O。 5Iisland photo 十duvRIE   
  Si  1sland  etch1/I    
 11+4”、 40に、 3−IQEI2     
!1itrip p、r。 5trip oxide 300OA thermal  oxide 100QACVD  
     LTO2,2u  deposi七1onR
IE     SAW f421d plana、  
    5trip p、r。 thermal  5i02 300Acoal  i
mplant phot。 1/1    31P+、  170に、 5Ei4−
IEI5  5itrip p、r。 25   5   νt phot。 26             Deep  11B+
  implant     I/I27      
   Shallow lIB+ 1IIlplant
  I/12El    6   C1ear gat
e phot。 29        1d poly deposit
    CVD30    7    N+ poly
 phot。 !I             N+  poiy  
implant       I/132     8
     P+ poiy  phD七〇33    
        P+ poiy  implant 
      +/134DeρoSiLaxrd2C−
ノDνt phot。 11B+1 150+て、  2−5E12     
 5trip  p、r、11B+、 301て、  
1−2E12poly deposit 4θ0O−5
000AN+ poly implant phot。 31P+、  ム0−BO1:、  5E15    
  5trip  p、r。 P+ poly impiant phota!IB+
、  30に、 5Ei5      5trip p
、r。 LTO(or  plaslla  o+++  50
00八:5       9       Gate/
base)coll  phot。 31!l         0xide/poly e
tch     RrE37  10   ^ct b
ase/P−LDD phot。 :!8          Act  baSe/P−
LDD      I/Iimplant 39   11    N14DSLDD phot。 40         NMO!; LDD impl
ant    I/141Deposito+:1d2
CVD42Annealo:+1de 43        0xid+i  5tch   
       RIE44        0xy p
lasya clean45        2nd 
poly deposit    C〜ID46   
12    N+ poly’phot。 poly photo + duv RIεoxide102 pla/poly   5t
rip’p、r。 act base/PMD!i LDD phot。 1110、25−3θに、 5−10E13Strip
 p、r。 NMO5LDD I/I phot。 75八s4.  Look、  1E14      
 5trip  p、r。 LT[l  (or plasnla oxl  、5
−1uoxide  anneal  850−900
C〕θ min Sidewall  oxide etCh    5
trip p、r。 PIC400111torr  I(l min   
)tF dippoly 2500−:(OOOA N本 poiy  im’plant  phot。 FIG、5C 47N+ poly iff□plant48   1
3    P+ poly phot。 49     P+ pOIY 1w1plant50
   14    Eqitter/!E−D pho
t。 51        Po1y etch52    
    P、R,plana。 5:5   15    Emitter prot 
phot。 54        POLY etch55    
    Deposit oxide56      
   Final  drlve−ih’57    
 16      Contact  phot。 58Contact oxide 2tch59   
     Plate−up basemeta160
    +7    Metal phot。 61        Au plate−upb2  
      Plate−up base etch6
3             Po5t  metal
  annealTEC処珪条4牛       副工
を1/+       75As十、  +2011.
 5E15       5trip  p、r。 P+ poly implant phot。 1/IIIB+、30に、l−5EI5Stripp、
r。 erhitter/S−D photo + duvR
IE    iso dry poly etch  
  5trip p、r。 emitter protection phot。 RIE       SAM  pony  etch
             5trip  p、r。 CVD       LTロ or  plasma 
 OX  3−5000^clrive−4n 930
−950C30m1ncontact  phot。 RIE    oxldeetch        5
trip p、r。 Au  plate−up  phot。 ^u plate−up 1−1.5u    5tr
ip p、r。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1極性の不純物を含む半導体基板の主面にこれと
    絶縁して形成したゲート構体と、上記基板主面の上記ゲ
    ート構体の一側に形成したベースコンタクト構体と、上
    記基板主面に形成した第2極性の不純物を含む第1、第
    2及び第3領域と、上記ベース及びゲートコンタクト構
    体の表面及び両側面を覆う誘電体のカバーと、上記第1
    及び第2領域に形成したソース及びドレインコンタクト
    と、上記第3領域内の上記基板に形成したエミッタとを
    具える共通半導体基板に形成されたバイポーラ及びMO
    Sトランジスタの混成集積回路。 2、下記(a)〜(g)の工程を含み、第1極性の不純
    物を含む共通半導体基板にバイポーラ及びMOSトラン
    ジスタの混成集積回路を製造する方法。 (a)基板の主面に絶縁層を介して互いに反対側の第1
    及び第2エリアを有するゲート構体を形成すること、 (b)基板主面の第3エリアにベースコンタクトを形成
    すること、 (c)第2極性の不純物イオンを上記基板の第1及び第
    2エリアに上記ゲート構体をマスクとして注入すること
    、 (d)上記ゲート及びベースコンタクト構体の上面及び
    側面に特定イオンに対して低透過性のカバーを形成する
    こと、 (e)上記カバーを有する基板の露出部に第2極性の不
    純物イオンを注入すること、 (f)上記第1、第2及び第3エリア及び上記ゲート構
    体上に導電層を形成すること、 (g)上記ゲート構体上の導電層を除去してソース及び
    ドレインコンタクトを形成すること。
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