JP3077168B2 - Bi-MOS semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Bi-MOS semiconductor device and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、Bi−MOS半導体装置およびその製造方法
に関し、さらに詳しくは、半導体基板上のバイポーラト
ランジスタ領域に形成されるバイポーラトランジスタ
と、半導体基板上のMOSトランジスタ領域に形成されるM
OSトランジスタとによって構成されたBi−MOS半導体装
置およびその製造方法に係るものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Bi-MOS semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a bipolar transistor formed in a bipolar transistor region on a semiconductor substrate, M formed in the upper MOS transistor area
The present invention relates to a Bi-MOS semiconductor device including an OS transistor and a method for manufacturing the same.
一般に、論理回路において、少ない消費電力と速い動
作速度とを得るための半導体装置として、この場合、N
チャネルとPチャネルとの絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ(以下,それぞれNMOSトランジスタおよびPMOSト
ランジスタと呼ぶ)を含む相補型回路であるCMOS(Comp
lementary−MOS)トランジスタに加えて、NPN型バイポ
ーラトランジスタを同一半導体基板上に混在して配置さ
せたBi−CMOS半導体装置が、従来からよく知られてお
り、さらに、異なる論理閾値と電源電圧とを有する回
路,例えば、ECL(Emitter Coupled Logic)論理回路と
CMOS論理回路とを同一半導体基板上に構成させたBi−CM
OS半導体装置もまた、従来からよく知られている。Generally, in a logic circuit, as a semiconductor device for obtaining low power consumption and high operation speed, in this case, N
CMOS (Comp.) Which is a complementary circuit including an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as an NMOS transistor and a PMOS transistor, respectively) of a channel and a P channel.
In addition to complementary transistors, a Bi-CMOS semiconductor device in which NPN bipolar transistors are mixedly arranged on the same semiconductor substrate in addition to a transistor is well known in the related art. Circuits, such as ECL (Emitter Coupled Logic) logic circuits
Bi-CM with CMOS logic circuit on the same semiconductor substrate
OS semiconductor devices are also well known in the art.
第3図は、このような従来のBi−CMOS半導体装置から
なる半導体集積回路装置での概要構成の一部を模試的に
表わした断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a part of a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit device including such a conventional Bi-CMOS semiconductor device.
こゝで、この第3図に示す半導体集積回路装置は、同
一半導体基板上にあって、NPN型バイポーラトランジス
タ100と、PMOSトランジスタ200,およびNMOSトランジス
タ300からなるCMOSトランジスタとをそれぞれに形成し
たものであって、当該半導体集積回路装置の構成と、そ
の製造方法につき、次に、第4図(a)ないし(d)を
参照して詳細に述べる。Here, the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 3 has a NPN type bipolar transistor 100 and a CMOS transistor including a PMOS transistor 200 and an NMOS transistor 300 formed on the same semiconductor substrate, respectively. Next, the configuration of the semiconductor integrated circuit device and the manufacturing method thereof will be described in detail with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (d).
まず、P型半導体基板1上でのNPN型バイポーラトラ
ンジスタ100を形成するバイポーラトランジスタ形成領
域A,およびPMOSトランジスタ200とNMOSトランジスタ300
とを形成するCMOSトランジスタ形成領域Bに対して、N
型不純物を選択的にイオン注入後、熱処理を施すことに
よって、N+型埋め込み層2a,2bを形成すると共に、バイ
ポーラトランジスタ形成領域Aに対応するN+型埋め込み
層2aをとり囲むようにして、P型不純物を選択的にイオ
ン注入後、熱処理を施すことによって、当該バイポーラ
トランジスタ形成領域Aの分離領域としてのP型埋め込
み層3を形成する(第4図(a))。そして、これらの
各N+型埋め込み層2a,2bおよびP型埋め込み層3のそれ
ぞれを覆うようにしてN型エピタキシャル成長層4を形
成する(同図(b))。First, a bipolar transistor formation region A for forming an NPN type bipolar transistor 100 on a P type semiconductor substrate 1, and a PMOS transistor 200 and an NMOS transistor 300
Are formed in the CMOS transistor formation region B where
After selectively ion-implanting the type impurities, heat treatment is performed to form N + -type buried layers 2a and 2b and to surround the N + -type buried layer 2a corresponding to the bipolar transistor formation region A, thereby forming a P-type buried layer. After the impurity is selectively ion-implanted, heat treatment is performed to form a P-type buried layer 3 as an isolation region of the bipolar transistor formation region A (FIG. 4A). Then, an N-type epitaxial growth layer 4 is formed so as to cover each of the N + -type buried layers 2a and 2b and the P-type buried layer 3 (FIG. 2B).
ついで、前記N型エピタキシャル成長層4上でのCMOS
トランジスタ形成領域B中のNMOSトランジスタ形成領域
Ba部分,およびバイポーラトランジスタ形成領域Aの分
離領域となる部分に、P型不純物を選択的にイオン注入
後、熱処理を施すことによってP型ウエル領域5,P型拡
散領域6を形成するが、このようにして残されたN型エ
ピタキシャル成長層4上でのCMOSトランジスタ形成領域
B中のPMOSトランジスタ形成領域Bb部分,およびバイポ
ーラトランジスタ形成領域A部分のそれぞれがN型ウエ
ル領域7a,7bとなる。こゝで、当該各N型ウエル領域7a,
7bについては、P型ウエル領域5の場合と同様に、N型
不純物を選択的にイオン注入後、熱処理を施すことによ
って形成してもよい。そして、NMOSトランジスタ形成領
域BaでのP型ウエル領域5については、N型ウエル領域
7bおよびN+型埋め込み層2bによりP型半導体基板1から
分離されており、また、バイポーラトランジスタ形成領
域AのN型ウエル領域7aについては、P型埋め込み層3
およびP型拡散領域6によってPMOSトランジスタ形成領
域BbのN型ウエル領域7bと分離されている(同図
(c))。さらに、所定の各位置部分にそれぞれ分離酸
化膜8を選択的に形成する(同図(d))。Next, the CMOS on the N-type epitaxial growth layer 4
NMOS transistor formation region in transistor formation region B
The P-type well region 5 and the P-type diffusion region 6 are formed by selectively ion-implanting a P-type impurity into a Ba portion and a portion serving as an isolation region of the bipolar transistor formation region A and then performing a heat treatment. The portion of the PMOS transistor forming region Bb and the portion of the bipolar transistor forming region A in the CMOS transistor forming region B on the N-type epitaxial growth layer 4 thus remaining become the N-type well regions 7a and 7b. Here, the respective N-type well regions 7a,
As in the case of the P-type well region 5, 7b may be formed by selectively ion-implanting N-type impurities and then performing a heat treatment. The P-type well region 5 in the NMOS transistor formation region Ba is an N-type well region.
7b and the N + -type buried layer 2b are separated from the P-type semiconductor substrate 1, and the N-type well region 7a of the bipolar transistor formation region A is a P-type buried layer 3b.
And the P-type diffusion region 6 is separated from the N-type well region 7b of the PMOS transistor formation region Bb (FIG. 3C). Further, isolation oxide films 8 are selectively formed at predetermined positions (FIG. 4D).
その後、第3図に示されているように、公知手段によ
って、前記バイポーラトランジスタ形成領域AでのN型
ウエル領域7aと、前記PMOSトランジスタ形成領域Bbでの
N型ウエル領域7bには、それぞれにコレクタ電極領域で
あるN+型拡散層9を形成すると共に、バイポーラトラン
ジスタ形成領域Aに対しては、ベース領域を構成するP
型拡散層10,およびエミッタ領域を構成するN型拡散層1
1をそれぞれ選択的に形成してNPN型バイポーラトランジ
スタ100を構成し、また、NMOSトランジスタ形成領域Ba
に対しては、P型ウエル領域5上にゲート酸化膜を介し
てゲート電極12を設け、かつその両側にN型ソース・ド
レイン領域13を形成してNMOSトランジスタ300を構成
し、さらに、PMOSトランジスタ形成領域Bbに対しては、
N型ウエル領域7b上にゲート酸化膜を介してゲート電極
14を設け、かつその両側にP型ソース・ドレイン領域15
を形成してPMOSトランジスタ200を構成するもので、こ
のようにして所期のBi−CMOS半導体装置を得るのであ
る。Thereafter, as shown in FIG. 3, the N-type well region 7a in the bipolar transistor formation region A and the N-type well region 7b in the PMOS transistor formation region Bb are respectively formed by known means. An N + -type diffusion layer 9 serving as a collector electrode region is formed, and a bipolar transistor forming region A has a P region forming a base region.
Diffusion layer 10 and N-type diffusion layer 1 constituting the emitter region
1 are selectively formed to form an NPN-type bipolar transistor 100, and an NMOS transistor formation region Ba is formed.
In contrast, an NMOS transistor 300 is formed by providing a gate electrode 12 on a P-type well region 5 via a gate oxide film, and forming N-type source / drain regions 13 on both sides thereof. For the formation region Bb,
Gate electrode on N-type well region 7b via gate oxide film
14 and P-type source / drain regions 15 on both sides thereof.
Is formed to form the PMOS transistor 200. Thus, the intended Bi-CMOS device is obtained.
従来のBi−CMOS半導体装置などのBi−MOS半導体装置
は、以上のように構成されており、結果的には、NMOSト
ランジスタ300のN型ソース・ドレイン領域13,P型ウエ
ル領域5およびN+型埋め込み層2bのそれぞれによって、
こゝでは、寄生のNPNトランジスタが構成されることに
なる。A conventional Bi-MOS semiconductor device such as a Bi-CMOS semiconductor device is configured as described above. As a result, the N-type source / drain region 13, the P-type well region 5 and the N + By each of the mold buried layers 2b,
In this case, a parasitic NPN transistor is formed.
ところで、前記した従来装置の製造方法においては、
N+型埋め込み層2bの形成後に行なわれる熱処理のため
に、当該N+型埋め込み層2bからP型ウエル領域5中にN
型の不純物の拡散が生じて、このN+型埋め込み層2bとの
界面付近でのP型ウエル領域5のP型の不純物濃度が薄
くなるもので、これは、前記寄生NPNトランジスタでの
ベース領域の不純物濃度が薄くなることを意味してお
り、この結果,当該寄生NPNトランジスタの耐圧が低下
する。By the way, in the method of manufacturing the conventional device described above,
Due to the heat treatment performed after the formation of the N + -type buried layer 2b, the N + -type buried layer 2b
Is diffused, and the P-type impurity concentration of the P-type well region 5 near the interface with the N + -type buried layer 2b is reduced. This is because the base region in the parasitic NPN transistor is reduced. Means that the impurity concentration of the NPN transistor becomes low, and as a result, the breakdown voltage of the parasitic NPN transistor decreases.
そして、この耐圧低下を防止するためには、寄生NPN
トランジスタのベース領域となるP型ウエル領域5の厚
さを厚く(例えば、4μm程度以上)すればよいのであ
るが、一方で、P型ウエル領域5の厚さと、NPN型バイ
ポーラトランジスタ100のコレクタ領域となるN型ウエ
ル領域7aの厚さとが等しいので、単に、このP型ウエル
領域5の厚さを厚くするだけでは、当該コレクタ領域と
なるN型ウエル領域7aの厚さも厚くなってしまい、こゝ
でのNPN型バイポーラトランジスタ100の遮断周波数の低
下などを招くことになり、このために装置自体の高性能
化が図れないという問題点があった。In order to prevent this decrease in breakdown voltage, the parasitic NPN
The thickness of the P-type well region 5 serving as the base region of the transistor may be increased (for example, about 4 μm or more), while the thickness of the P-type well region 5 and the collector region of the NPN-type bipolar transistor 100 may be increased. Since the thickness of the N-type well region 7a is equal to that of the P-type well region 5, simply increasing the thickness of the P-type well region 5 also increases the thickness of the N-type well region 7a as the collector region. As a result, the cutoff frequency of the NPN-type bipolar transistor 100 is reduced, and the performance of the device itself cannot be improved.
この発明は、従来のこのような問題点を解消するため
になされたもので、その目的とするところは、MOSトラ
ンジスタ領域に形成される寄生NPNトランジスタの耐圧
を維持した状態で、同時にバイポーラトランジスタ領域
でのNPN型バイポーラトランジスタの高性能化を図り得
るようにした,この種のBi−MOS半導体装置およびその
製造方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to simultaneously maintain a withstand voltage of a parasitic NPN transistor formed in a MOS transistor region while simultaneously maintaining a bipolar transistor region. An object of the present invention is to provide a Bi-MOS semiconductor device of this kind and a method of manufacturing the same, which can improve the performance of an NPN-type bipolar transistor.
前記目的を達成するために、この発明に係るBi−MOS
半導体装置およびその製造方法は、バイポーラトランジ
スタ形成領域に対応して、半導体基板上に以降の比較的
厚さの薄いN-型埋め込み層と同一の不純物を含んだ比較
的厚さの厚いN+型埋め込み層を形成させ、また、CMOSト
ランジスタ形成領域に対応して、同一半導体基板上に比
較的厚さの薄いN-型埋め込み層を形成させたものであ
る。In order to achieve the above object, a Bi-MOS according to the present invention is provided.
The semiconductor device and the method of manufacturing the same have a relatively thick N + -type layer containing the same impurity as the subsequent relatively thin N -- type buried layer on the semiconductor substrate corresponding to the bipolar transistor formation region. A buried layer is formed, and a relatively thin N − -type buried layer is formed on the same semiconductor substrate corresponding to a CMOS transistor forming region.
すなわち、この発明は、第1導電型の半導体基板上で
のバイポーラトランジスタ形成領域に形成されるバイポ
ーラトランジスタと、当該半導体基板上でのMOSトラン
ジスタ形成領域に形成されるMOSトランジスタとによっ
て構成されたBi−MOS半導体装置であって、前記バイポ
ーラトランジスタには、前記バイポーラトランジスタ形
成領域での半導体基板上に形成された第2導電型の比較
的厚さの厚い比較的高不純物濃度の埋め込み層を設け、
また、前記MOSトランジスタには、前記MOSトランジスタ
形成領域の半導体基板上に形成された第2導電型の比較
的厚さの薄い比較的低不純物濃度の埋め込み層を設け、
前記比較的厚さの厚い比較的高不純物濃度の埋め込み層
は、前記比較的厚さの薄い比較的低不純物濃度の埋め込
み層と同一の元素の不純物を含んで構成したことを特徴
とするBi−MOS半導体装置である。That is, the present invention provides a Bi transistor formed by a bipolar transistor formed in a bipolar transistor formation region on a first conductivity type semiconductor substrate and a MOS transistor formed in a MOS transistor formation region on the semiconductor substrate. -A MOS semiconductor device, wherein the bipolar transistor is provided with a relatively high impurity concentration buried layer of a relatively thick second conductivity type formed on a semiconductor substrate in the bipolar transistor formation region;
Further, the MOS transistor is provided with a buried layer of a second conductive type having a relatively small thickness and a relatively low impurity concentration, which is formed on the semiconductor substrate in the MOS transistor formation region,
The buried layer having a relatively large thickness and a relatively high impurity concentration includes an impurity of the same element as the buried layer having a relatively small thickness and a relatively low impurity concentration. It is a MOS semiconductor device.
また、この発明は、第1導電型の半導体基板上でのバ
イポーラトランジスタ形成領域に形成されるバイポーラ
トランジスタと、当該半導体基板上でのMOSトランジス
タ形成領域に形成されるMOSトランジスタとによって構
成されたBi−MOS半導体装置の製造方法であって、前記
半導体基板上での前記バイポーラトランジスタ形成領域
に対応して第2導電型の比較的厚さの厚い比較的高不純
物濃度の埋め込み層を形成する工程と、前記半導体基板
上での前記MOSトランジスタ形成領域に対応して第2導
電型の比較的厚さの薄い比較的低不純物濃度の埋め込み
層を形成する工程と、前記各埋め込み層を含めた前記半
導体基板上に第2導電型の比較的厚さの薄い比較的低不
純物濃度の単結晶層を形成する工程と、前記各埋め込み
層から前記単結晶層内へ第2導電型の不純物を拡散させ
る工程とを、少なくとも含むことを特徴とするBi−MOS
半導体装置の製造方法である。Further, the present invention provides a Bi transistor formed by a bipolar transistor formed in a bipolar transistor formation region on a first conductivity type semiconductor substrate and a MOS transistor formed in a MOS transistor formation region on the semiconductor substrate. Forming a buried layer of a relatively high impurity concentration of a relatively thick second conductivity type corresponding to the bipolar transistor formation region on the semiconductor substrate, the method comprising: Forming a buried layer of a second conductivity type having a relatively small thickness and a relatively low impurity concentration corresponding to the MOS transistor formation region on the semiconductor substrate; and forming the semiconductor including the respective buried layers. Forming a relatively thin single-crystal layer of a second conductivity type and a relatively low impurity concentration on the substrate; and forming a second crystal from each of the buried layers into the single-crystal layer. Bi-MOS that the step of diffusing the impurity of a conductivity type, characterized in that it comprises at least
6 shows a method for manufacturing a semiconductor device.
従つて、この発明では、半導体基板上でのバイポーラ
トランジスタ形成領域に第2導電型の比較的厚さの厚い
比較的高不純物濃度の埋め込み層と、同一半導体基板上
でのMOSトランジスタ形成領域に第2導電型の比較的厚
さの薄い比較的低不純物濃度の埋め込み層とを配した上
で、熱処理を施すことにより、バイポーラトランジスタ
形成領域には、当該第2導電型の比較的厚さの厚い比較
的高不純物濃度の埋め込み層を、MOSトランジスタ形成
領域には、当該第2導電型の比較的厚さの薄い比較的低
不純物濃度の埋め込み層をそれぞれに形成できるため
に、MOSトランジスタ形成領域にMOSトランジスタを構成
させた場合に生成される寄生NPNトランジスタのベース
領域の実効的なベース幅を厚くでき、また、バイポーラ
トランジスタ形成領域でのバイポーラトランジスタのコ
レクタ領域の実効的なコレクタ幅を薄くしたまゝで、当
該寄生NPNトランジスタの耐圧を維持できると共に、併
せて、バイポーラトランジスタにおける遮断周波数の低
下などの性能劣化を効果的に抑制し得るのである。Therefore, according to the present invention, a second conductive type relatively thick buried layer having a relatively high impurity concentration is formed in a bipolar transistor forming region on a semiconductor substrate, and a MOS transistor forming region is formed in a MOS transistor forming region on the same semiconductor substrate. By arranging a heat treatment after arranging a relatively thin buried layer of a two-conductivity type and a relatively low impurity concentration, a relatively thick second-conductivity-type thick region is formed in the bipolar transistor formation region. A relatively high impurity concentration buried layer can be formed in the MOS transistor formation region in the MOS transistor formation region because the second conductivity type relatively thin buried layer with a relatively low impurity concentration can be formed in the MOS transistor formation region. The effective base width of the base region of the parasitic NPN transistor generated when a MOS transistor is formed can be increased, and the bipolar region in the bipolar transistor formation region can be increased. As long as the effective collector width of the collector region of the bipolar transistor is reduced, the breakdown voltage of the parasitic NPN transistor can be maintained, and at the same time, the performance deterioration of the bipolar transistor, such as a decrease in cutoff frequency, can be effectively suppressed. You get.
以下、この発明に係るBi−MOS半導体装置およびその
製造方法の一実施例につき、第1図および第2図を参照
して詳細に説明する。Hereinafter, an embodiment of a Bi-MOS semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 and FIG.
第1図はこの実施例を適用したBi−CMOS半導体装置の
概要構成を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a schematic configuration of a Bi-CMOS device to which this embodiment is applied.
こゝでも、この第1図に示す実施例構成による半導体
集積回路装置は、前記した従来例装置の場合と同様にし
て、同一半導体基板上にNPN型バイポーラトランジスタ1
00とPMOSトランジスタ200とNMOSトランジスタ300とを形
成したものであって、従来例装置との相違点は、バイポ
ーラトランジスタ形成領域Aに対応して、半導体基板1
上に比較的厚さの厚いN+型埋め込み層2aを形成させ、ま
た、CMOSトランジスタ形成領域Bに対応して、同一半導
体基板1上に比較的厚さの薄いN-型埋め込み層2bを形成
させたことである。In this case, the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment shown in FIG. 1 also has an NPN-type bipolar transistor 1
00, a PMOS transistor 200 and an NMOS transistor 300 are formed. The difference from the conventional device is that the semiconductor substrate 1 corresponds to the bipolar transistor formation region A.
A relatively thick N + -type buried layer 2a is formed thereon, and a relatively thin N -- type buried layer 2b is formed on the same semiconductor substrate 1 corresponding to the CMOS transistor formation region B. It was done.
次に、当該半導体集積回路装置の構成と、その製造方
法につき、第2図(a)ないし(d)を参照して詳細に
述べる。Next, the configuration of the semiconductor integrated circuit device and the manufacturing method thereof will be described in detail with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (d).
まず、P型半導体基板1上でのNPN型バイポーラトラ
ンジスタ100のバイポーラトランジスタ形成領域Aをと
り囲むようにP型不純物を選択的にイオン注入して、当
該バイポーラトランジスタ形成領域Aの分離領域として
のP型埋め込み層3を形成した後、当該バイポーラトラ
ンジスタ形成領域A側と、同一P型半導体基板1上での
PMOSトランジスタ200およびNMOSトランジスタ300からな
るCMOSトランジスタのCMOSトランジスタ形成領域B側と
をそれぞれに開口するレジスト20を形成すると共に、当
該レジスト20をマスクに用いてN型不純物を低注入量で
選択的にイオン注入することにより、これらのバイポー
ラトランジスタ形成領域AおよびCMOSトランジスタ形成
領域Bに対して、それぞれに比較的厚さの薄いN-型埋め
込み層2c,2bを形成する。(第2図(a))。First, a P-type impurity is selectively ion-implanted so as to surround the bipolar transistor formation region A of the NPN bipolar transistor 100 on the P-type semiconductor substrate 1, and a P-type impurity as an isolation region of the bipolar transistor formation region A is formed. After forming the mold buried layer 3, the bipolar transistor formation region A side and the same P-type semiconductor substrate 1
A resist 20 is formed to open a CMOS transistor formed region B side of a CMOS transistor including a PMOS transistor 200 and an NMOS transistor 300, and an N-type impurity is selectively implanted at a low dose using the resist 20 as a mask. By ion implantation, relatively thin N - type buried layers 2c and 2b are formed in the bipolar transistor formation region A and the CMOS transistor formation region B, respectively. (FIG. 2 (a)).
また、前記マスクに用いたレジスト20を除去した後、
今度は、前記P型半導体基板1上でのバイポーラトラン
ジスタ形成領域Aの前記N-型埋め込み層2cのみを開口す
るレジスト30を形成すると共に、当該レジスト30をマス
クに用いてN型不純物を高注入量で選択的にイオン注入
することにより、バイポーラトランジスタ形成領域Aに
おける当該N-型埋め込み層2cのN型不純物量を増加させ
て、比較的厚さの厚いN+型埋め込み層2aを形成する。こ
ゝで、このようにしてそれぞれに形成される比較的厚さ
の厚いN+型埋め込み層2aと、比較的厚さの薄いN-型埋め
込み層2bとの各形成については、そのほかにも、例え
ば、バイポーラトランジスタ形成領域A側のみを開口す
るレジストをマスクに用い、N型不純物を高注入量で選
択的にイオン注入して、当該バイポーラトランジスタ形
成領域Aにだけ比較的厚さの厚いN+型埋め込み層2aを形
成させ、かつまた同様に、CMOSトランジスタ形成領域B
側のみを開口するレジストをマスクに用い、N型不純物
を低注入量で選択的にイオン注入して、当該CMOSトラン
ジスタ形成領域Bにだけ比較的厚さの薄いN-型埋め込み
層2bを形成させるようにしてもよい(同図(b))。After removing the resist 20 used for the mask,
Next, a resist 30 for opening only the N − -type buried layer 2c in the bipolar transistor formation region A on the P-type semiconductor substrate 1 is formed, and N-type impurities are implanted at a high dose using the resist 30 as a mask. by selective ion implantation in an amount, the N in the bipolar transistor formation region a - to increase the N-type impurity of type buried layer 2c, to form a thick N + -type buried layer 2a having a relatively thick. Here, the formation of the relatively thick N + -type buried layer 2a and the relatively thin N -- type buried layer 2b, which are respectively formed in this manner, are also For example, a resist having an opening only on the side of the bipolar transistor formation region A is used as a mask, and N-type impurities are selectively ion-implanted at a high dose, so that N + having a relatively large thickness is formed only in the bipolar transistor formation region A. Mold buried layer 2a is formed, and similarly, a CMOS transistor forming region B
Using a resist having an opening only on the side as a mask, N-type impurities are selectively ion-implanted with a small implantation amount to form a relatively thin N − -type buried layer 2b only in the CMOS transistor formation region B. This may be done as shown in FIG.
ついで、前記マスクに用いたレジスト30を除去した
後、前記バイポーラトランジスタ形成領域Aでの比較的
厚さの厚いN+型埋め込み層2a,CMOSトランジスタ形成領
域Bでの比較的厚さの薄いN-型埋め込み層2b,およびバ
イポーラトランジスタ形成領域Aをとり囲むP型埋め込
み層3をそれぞれに含む半導体基板1上にあって、比較
的薄い膜厚(例えば、4μm程度以下)のN型エピタキ
シャル成長層4を形成する(同図(c))。Then, after removing the resist 30 used for the mask, the relatively thick N + type buried layer 2a in the bipolar transistor formation region A and the relatively thin N − in the CMOS transistor formation region B are used. An N-type epitaxial growth layer 4 having a relatively small thickness (for example, about 4 μm or less) is provided on the semiconductor substrate 1 which includes the P-type buried layer 2b and the P-type buried layer 3 surrounding the bipolar transistor formation region A. (FIG. 3C).
また次に、前記比較的薄い膜厚のN型エピタキシャル
成長層4上での前記CMOSトランジスタ形成領域B中のNM
OSトランジスタ形成領域Ba部分,およびバイポーラトラ
ンジスタ形成領域Aの分離領域となる部分,こゝでは前
記P型埋め込み層3に対応する部分に対し、選択的なP
型不純物のイオン注入をなして、P型ウエル領域5,およ
びP型拡散領域6をそれぞれに形成するが、このように
して残されたN型エピタキシャル成長層4上でのCMOSト
ランジスタ形成領域B中のPMOSトランジスタ形成領域Bb
の部分,およびバイポーラトランジスタ形成領域Aの部
分のそれぞれがN型ウエル領域7a,7bとなり、さらに、
所定の各表面位置部分に対しては、それぞれに分離酸化
膜8を選択的に形成する。こゝで、当該各N型ウエル領
域7a,7bについては、P型ウエル領域5の場合と同様
に、N型不純物を選択的にイオン注入して形成してもよ
い。そして、このような各部それぞれの形成により、NM
OSトランジスタ形成領域BaでのP型ウエル領域5は、N
型ウエル領域7bおよびN-型埋め込み層2dによってP型半
導体基板1から分離され、かつまた、バイポーラトラン
ジスタ形成領域AのN型ウエル領域7aは、P型埋め込み
層3およびP型拡散領域6によってPMOSトランジスタ形
成領域BbのN型ウエル領域7bから分離されることになる
(同図(d))。Next, the NM in the CMOS transistor formation region B on the N-type epitaxial growth layer 4 having a relatively small thickness is formed.
An OS transistor formation region Ba portion and a portion serving as an isolation region of the bipolar transistor formation region A, where a portion corresponding to the P-type buried layer 3 is selectively P-type.
The P-type well region 5 and the P-type diffusion region 6 are respectively formed by ion implantation of the N-type impurity, and the P-type well region 5 and the P-type diffusion region 6 are formed in the CMOS transistor formation region B on the N-type epitaxial growth layer 4 thus left. PMOS transistor formation region Bb
And the portion of the bipolar transistor formation region A become N-type well regions 7a and 7b, respectively.
An isolation oxide film 8 is selectively formed on each of the predetermined surface positions. Here, the respective N-type well regions 7a and 7b may be formed by selectively ion-implanting N-type impurities as in the case of the P-type well region 5. Then, by forming each of such parts, NM
The P-type well region 5 in the OS transistor formation region Ba is
The N-type well region 7a of the bipolar transistor formation region A is separated from the P-type semiconductor substrate 1 by the N-type well region 7b and the N - type buried layer 2d. This is separated from the N-type well region 7b of the transistor formation region Bb (FIG. 4D).
その後、第1図に示されているように、公知手段によ
って、前記バイポーラトランジスタ形成領域AでのN型
ウエル領域7aと、前記PMOSトランジスタ形成領域Bbでの
N型ウエル領域7bには、それぞれにコレクタ電極領域で
あるN+型拡散層9を形成すると共に、バイポーラトラン
ジスタ形成領域Aに対しては、ベース領域を構成するP
型拡散層10,およびエミッタ領域を構成するN型拡散層1
1をそれぞれ選択的に形成してNPN型バイポーラトランジ
スタ100を構成させ、また、NMOSトランジスタ形成領域B
aに対しては、P型ウエル領域5上にゲート酸化膜を介
してゲート電極12を設け、かつその両側にN型ソース・
ドレイン領域13を形成してNMOSトランジスタ300を構成
させ、さらに、PMOSトランジスタ形成領域Bbに対して
は、N型ウエル領域7b上にゲート酸化膜を介してゲート
電極14を設け、かつその両側にP型ソース・ドレイン領
域15を形成してPMOSトランジスタ200を構成させるもの
で、このようにして所期のBi−CMOS半導体装置を得るの
である。Then, as shown in FIG. 1, the N-type well region 7a in the bipolar transistor formation region A and the N-type well region 7b in the PMOS transistor formation region Bb are respectively formed by known means. An N + -type diffusion layer 9 serving as a collector electrode region is formed, and a bipolar transistor forming region A has a P region forming a base region.
Diffusion layer 10 and N-type diffusion layer 1 constituting the emitter region
1 are selectively formed to configure the NPN type bipolar transistor 100, and the NMOS transistor formation region B
For a, a gate electrode 12 is provided on the P-type well region 5 via a gate oxide film, and N-type source
A drain region 13 is formed to form an NMOS transistor 300. Further, for a PMOS transistor formation region Bb, a gate electrode 14 is provided on a N-type well region 7b via a gate oxide film, and P The source / drain region 15 is formed to configure the PMOS transistor 200. Thus, the intended Bi-CMOS device is obtained.
しかして、この実施例によるBi−CMOS半導体装置の製
造工程においては、各素子構成部の能動領域形成工程で
の熱処理時にあって、比較的厚さの厚いN+型埋め込み層
2a,および比較的厚さの薄いN-型埋め込み層2dのそれぞ
れから、バイポーラトランジスタ形成領域AでのN型ウ
エル領域7a,およびPMOSトランジスタ形成領域BbでのN
型ウエル領域7b,NMOSトランジスタ形成領域BaでのP型
ウエル領域5中に不純物が拡散されるが、当該各N+型埋
め込み層2a,およびN-型埋め込み層2dの不純物拡散の広
がりがそれぞれに異なることから、一方のN+型埋め込み
層2aでの実効的なコレクタ幅は薄く形成され、他方のN-
型埋め込み層2bでの実効的なベース幅は厚く形成される
のである。In the manufacturing process of the Bi-CMOS device according to this embodiment, a relatively thick N + -type buried layer is formed at the time of heat treatment in the active region forming process of each element component.
2a and N- type buried layer 2d having a relatively small thickness, N-type well region 7a in bipolar transistor formation region A and N - type buried layer 2d in PMOS transistor formation region Bb.
Type well region 7b, the impurity is diffused into the P-type well region 5 in the NMOS transistor formation region Ba, the respective N + -type buried layer 2a, and the N - type spreads impurity diffusion of the buried layer 2d are each Because of the difference, the effective collector width in one N + -type buried layer 2a is formed thin, and the other N −
The effective base width in the mold buried layer 2b is formed to be large.
従って、このために、前記した如くN型エピタキシャ
ル成長層4の厚さを比較的薄い3μm程度以下に形成さ
せた場合でも、バイポーラトランジスタ形成領域A側に
おいては、N型エピタキシャル成長層4の表面からN+型
埋め込み層2aまでの深さが比較的浅くなり、また、CMOS
トランジスタ形成領域B側においては、N型エピタキシ
ャル成長層4の表面からN-型埋め込み層2bまでの深さが
比較的深くなる。つまり、これを換言すると、バイポー
ラトランジスタ形成領域Aでのコレクタ領域の実効的な
コレクタ幅は薄くされ、かつNMOSトランジスタ形成領域
Baでの寄生NPNトランジスタのベース領域の実効的なベ
ース幅は厚くされるもので、この結果,従来のように寄
生NPNトランジスタの耐圧を維持するために、当該寄生N
PNトランジスタのベース幅,すなわち、N型エピタキシ
ャル成長層4の膜厚を厚くすることなしに、当該バイポ
ーラトランジスタ形成領域Aでのバイポーラトランジス
タのコレクタ領域の実効的なコレクタ幅を薄くし得て、
その遮断周波数の低下などの性能劣化を有効に抑制する
ことができ、かつ併せて、NMOSトランジスタ形成領域Ba
での寄生NPNトランジスタのベース領域の実効的なベー
ス幅を厚くし得て、MOSトランジスタの耐圧の低下につ
いても効果的に抑制することができるのである。Therefore, even if the thickness of the N-type epitaxial growth layer 4 is relatively thin, about 3 μm or less, as described above, the N + epitaxial growth layer 4 has N + from the surface of the N-type epitaxial growth layer 4 on the bipolar transistor formation region A side. The depth to the mold buried layer 2a is relatively shallow, and CMOS
On the transistor forming region B side, the depth from the surface of the N-type epitaxial growth layer 4 to the N − -type buried layer 2b becomes relatively deep. In other words, in other words, the effective collector width of the collector region in the bipolar transistor formation region A is reduced, and the NMOS transistor formation region A
The effective base width of the base region of the parasitic NPN transistor in Ba is made thicker. As a result, in order to maintain the breakdown voltage of the parasitic NPN transistor as in the related art,
The effective collector width of the collector region of the bipolar transistor in the bipolar transistor formation region A can be reduced without increasing the base width of the PN transistor, that is, without increasing the film thickness of the N-type epitaxial growth layer 4.
It is possible to effectively suppress the performance degradation such as a decrease in the cutoff frequency, and at the same time, the NMOS transistor formation region Ba
In this case, the effective base width of the base region of the parasitic NPN transistor can be increased, and a decrease in the breakdown voltage of the MOS transistor can be effectively suppressed.
なお、前記実施例においては、Bi−CMOS半導体装置に
適用する場合について述べたが、バイポーラトランジス
タ100と、PMOSトランジスタ200あるいはNMOSトランジス
タ300のいずれか一方を有するBi−MOS半導体装置にも適
用できて、こゝでも同様な作用,効果を発揮し得ること
は勿論である。In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a Bi-CMOS semiconductor device has been described. However, the present invention can also be applied to a Bi-MOS semiconductor device having a bipolar transistor 100 and one of a PMOS transistor 200 and an NMOS transistor 300. Of course, the same function and effect can be exerted in this case.
以上詳述したように、この発明によれば、半導体基板
上でのバイポーラトランジスタ形成領域に第2導電型の
比較的厚さの厚い比較的高不純物濃度の埋め込み層と、
同一半導体基板上でのMOSトランジスタ形成領域に第2
導電型の比較的厚さの薄い比較的低不純物濃度の埋め込
み層とを設けた上で、熱処理を施すことにより、バイポ
ーラトランジスタ形成領域には、当該第2導電型の比較
的厚さの厚い比較的高不純物濃度の埋め込み層を、MOS
トランジスタ形成領域には、当該第2導電型の比較的厚
さの薄い比較的低不純物濃度の埋め込み層をそれぞれに
形成できるために、たとえ、エピタキシャル成長層の厚
さを比較的薄い3μm程度以下にしても、バイポーラト
ランジスタ形成領域でのバイポーラトランジスタの実効
的なコレクタ領域の幅を狭く、MOSトランジスタ形成領
域での寄生NPNトランジスタのベース領域の実効的なベ
ース幅を厚くでき、このためにバイポーラトランジスタ
遮断周波数の低下などの性能劣化を効果的に抑制し得る
と共に、当該寄生NPNトランジスタの耐圧を維持できる
などの優れた特長を有するものである。As described above in detail, according to the present invention, a relatively thick buried layer of a relatively high impurity concentration of the second conductivity type is formed in a bipolar transistor formation region on a semiconductor substrate.
A second region is formed in the MOS transistor formation region on the same semiconductor substrate.
By providing a buried layer having a relatively small conductivity type and a relatively low impurity concentration, and then performing a heat treatment, the bipolar transistor formation region has a comparatively thick comparatively thick second conductivity type. Buried layer with extremely high impurity concentration
Since a relatively thin buried layer of the second conductivity type and a relatively low impurity concentration can be formed in each of the transistor formation regions, for example, the thickness of the epitaxial growth layer is set to a relatively thin thickness of about 3 μm or less. Also, the effective collector width of the bipolar transistor in the bipolar transistor formation region can be reduced, and the effective base width of the parasitic NPN transistor base region in the MOS transistor formation region can be increased. It has excellent features such as being able to effectively suppress performance degradation such as a decrease in the voltage and maintaining the breakdown voltage of the parasitic NPN transistor.
第1図はこの発明に係るBi−CMOS半導体装置の一実施例
を適用した装置構成の概要を模式的に示す断面図、第2
図(a)ないし(d)は同上装置の主要な製造工程を順
次模式的に示すそれぞれに断面図であり、また、第3図
は従来例によるBi−CMOS半導体装置の概要構成を模式的
に示す断面図、第4図(a)ないし(d)は同上装置の
主要な製造工程を順次模式的に示すそれぞれに断面図で
ある。 100……NPN型バイポーラトランジスタ、 200……PMOSトランジスタ、 300……NMOSトランジスタ、 A……バイポーラトランジスタ形成領域、 B……MOSトランジスタ領域、 Ba……NMOSトランジスタ形成領域、 Bb……PMOSトランジスタ形成領域、 1……P型半導体基板、 2a,2b……N+型埋め込み層、2c,2d……N-型埋め込み層 3……P型埋め込み層、 4……N型エピタキシャル成長層、 5……P型ウエル領域、 6……P型拡散領域、 7a,7b……N型ウエル領域、 8……分離酸化膜、9……N+型拡散層、 10……P型拡散層、11……N型拡散層、 12……ゲート電極、 13……N型ソース・ドレイン領域、 14……ゲート電極、 15……P型ソース・ドレイン領域、 20,30……レジスト。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an outline of a device configuration to which an embodiment of a Bi-CMOS semiconductor device according to the present invention is applied.
FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views schematically showing main manufacturing steps of the above device sequentially, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a conventional Bi-CMOS device. FIGS. 4 (a) to 4 (d) are cross-sectional views schematically showing main manufacturing steps of the above device sequentially. 100 NPN bipolar transistor, 200 PMOS transistor, 300 NMOS transistor, A bipolar transistor formation region, B MOS transistor region, Ba NMOS transistor formation region, Bb PMOS transistor formation region , 1 ...... P-type semiconductor substrate, 2a, 2b ...... N + -type buried layer, 2c, 2d ...... N - type buried layer 3 ...... P-type buried layer, 4 ...... N-type epitaxial layer, 5 ...... P type well region, 6 ...... P-type diffusion region, 7a, 7b ...... N-type well region, 8 ...... isolation oxide film, 9 ...... N + -type diffusion layer, 10 ...... P-type diffusion layer, 11 ...... N Diffusion layer, 12 ... Gate electrode, 13 ... N-type source / drain region, 14 ... Gate electrode, 15 ... P-type source / drain region, 20,30 ... Resist.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−237058(JP,A) 特開 平1−122152(JP,A) 特開 昭61−236139(JP,A) 特開 昭64−73758(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/06 H01L 21/8249 H01L 21/8222 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-237058 (JP, A) JP-A-1-122152 (JP, A) JP-A-61-236139 (JP, A) JP-A-64-73758 (JP , A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/06 H01L 21/8249 H01L 21/8222
Claims (2)
トランジスタ形成領域に形成されるバイポーラトランジ
スタと、当該半導体基板上でのMOSトランジスタ形成領
域に形成されるMOSトランジスタとによって構成されたB
i−MOS半導体装置であって、 前記バイポーラトランジスタには、前記バイポーラトラ
ンジスタ形成領域での半導体基板上に形成された第2導
電型の比較的厚さの厚い比較的高不純物濃度の埋め込み
層を設け、 また、前記MOSトランジスタには、前記MOSトランジスタ
の形成領域の半導体基板上に形成された第2導電型の比
較的厚さの薄い比較的低不純物濃度の埋め込み層を設
け、前記比較的厚さの厚い比較的高不純物濃度の埋め込
み層は、前記比較的厚さの薄い比較的低不純物濃度の埋
め込み層と同一の元素の不純物を含んで構成したことを
特徴とするBi−MOS半導体装置。1. A semiconductor device comprising: a bipolar transistor formed in a bipolar transistor forming region on a semiconductor substrate of a first conductivity type; and a MOS transistor formed in a MOS transistor forming region on the semiconductor substrate.
An i-MOS semiconductor device, wherein the bipolar transistor is provided with a relatively thick, relatively high impurity concentration buried layer of a second conductivity type formed on a semiconductor substrate in the bipolar transistor formation region. The MOS transistor further includes a second conductive type relatively thin buried layer having a relatively low impurity concentration formed on the semiconductor substrate in a region where the MOS transistor is formed; A Bi-MOS semiconductor device, characterized in that the thick buried layer having a relatively high impurity concentration includes the same element as the buried layer having a relatively low impurity concentration.
トランジスタ形成領域に形成されるバイポーラトランジ
スタと、当該半導体基板上でのMOSトランジスタ形成領
域に形成されるMOSトランジスタとによって構成されたB
i−MOS半導体装置の製造方法であって、 前記半導体基板上での前記バイポーラトランジスタ形成
領域に対応して第2導電型の比較的厚さの厚い比較的高
不純物濃度の埋め込み層を形成する工程と、 前記半導体基板上での前記MOSトランジスタ形成領域に
対応して第2導電型の比較的厚さの薄い比較的低不純物
濃度の埋め込み層を形成する工程と、 前記各埋め込み層を含めた前記半導体基板上に第2導電
型の比較的厚さの薄い比較的低不純物濃度の単結晶層を
形成する工程と、 前記各埋め込み層から前記単結晶層内へ第2導電型の不
純物を拡散させる工程とを、 少なくとも含むことを特徴とするBi−MOS半導体装置の
製造方法。2. A semiconductor device comprising: a bipolar transistor formed in a bipolar transistor forming region on a semiconductor substrate of a first conductivity type; and a MOS transistor formed in a MOS transistor forming region on the semiconductor substrate.
A method of manufacturing an i-MOS semiconductor device, comprising: forming a relatively thick buried layer of a relatively high impurity concentration of a second conductivity type corresponding to the bipolar transistor formation region on the semiconductor substrate. Forming a buried layer of a second conductive type having a relatively small thickness and a relatively low impurity concentration corresponding to the MOS transistor formation region on the semiconductor substrate; and Forming a relatively thin second conductivity type single crystal layer with a relatively low impurity concentration on the semiconductor substrate; and diffusing the second conductivity type impurity from each of the buried layers into the single crystal layer. And a method of manufacturing a Bi-MOS semiconductor device.
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