JP2946553B2 - 横型npnトランジスタを備えた半導体装置 - Google Patents

横型npnトランジスタを備えた半導体装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、横型NPNトランジスタを備えた半導体装置
に関し、特に絶縁ゲート電界効果型トランジスタ(MOSF
ET)と横型NPNトランジスタとを併有するBi−MOS型半導
体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来のBi−MOS型半導体装置における横型PNPトランジ
スタの構造は、第3図に示すように、N型層1の表面側
に形成されたP型エミッタ層2と、このP型エミッタ層
2を取り囲み同一拡散で形成されたP型コレクタ層3
と、このP型コレクタ層3を取り囲むN型ベースコンタ
クト層4と、シリコン酸化膜5のコンタクトホール6a,7
a,8aを介してP型エミッタ層2,P型コレクタ層3,N型ベー
スコンタクト層4に導電接触するAl等のエミッタ配線6,
コレクタ配線7,ベース配線8とを有している。そして、
エミッタ配線6は、P型エミッタ層2に導電接触する接
触部6bと、N型層1のうちP型エミッタ層2とP型コレ
クタ層3とに挟まれた領域1aまで覆う拡大被覆部6cとか
ら構成され、この拡大被覆部6cはP型コレクタ層3と重
なっている。
拡大被覆部6cの形成の理由は、拡大被覆部6cが最高電
位(正電位)であるP型エミッタ層2と同電位に維持さ
れることによって、P型エミッタ層2からN型層1(ベ
ース領域)に注入されたキャリアであるホールがP型エ
ミッタ層2とP型コレクタ層3とに挟まれた領域1aとシ
リコン酸化膜5との界面に接近するのを静電斥力により
阻止し、再結合によるベース電流の増加を防止するため
である。従って、ベース電流の増加が抑制されるので、
結果として電流増幅率hFEの低下が防止される。
このように、エミッタ配線6の拡大被覆部6cの形成に
より、静電斥力を以てキャリアの再結合を阻止する手段
は、第4図に示すように横型NPNトランジスタにも適用
され得ると類推される。即ち、第4図示の横型NPNトラ
ンジスタの構造は、N型層1上に拡散形成されたPウェ
ル層10と、このPウェル層10の表面側に形成されたN型
エミッタ層11と、このN型エミッタ層11を取り囲み同一
拡散で形成されたN型コレクタ層12と、このN型コレク
タ層12を取り囲むP型ベースコンタクト層13と、シリコ
ン酸化膜14のコンタクトホール15a,16a,17aを介してN
型エミッタ層11,N型コレクタ層12,P型ベースコンタクト
層13に導電接触するAl等のエミッタ配線15,コレクタ配
線16,ベース配線17とを有しており、エミッタ配線15は
N型エミッタ層11に導電接触する接触部15bと、Pウェ
ル層10のうちN型エミッタ層11とN型コレクタ層12とに
挟まれた領域10aまで覆う拡大被覆部15cとから構成され
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記横型NPNトランジスタにおいて、拡大被覆部15cが
最低電位(零又は負電位)であるN型エミッタ層11と同
電位に維持されることによって、N型エミッタ層11から
Pウェル層10に注入されたキャリアである電子が拡大被
覆部15cの電位による静電斥力で領域10aとシリコン酸化
膜14の界面に接近し難し、キャリアの再結合が防止さ
れ、それ故ベース電流の増加が抑制されて電流増幅率h
FEが高くなると期待されたが、しかしながら、上記横型
トランジスタの試作品につき実際に電流増幅率hFEを測
定してみると、第5図に示すコレクタ電流対電流増幅率
hFEの特性曲線(破線で示す)は、最大値が100程度で、
期待されるほど高い値を示さず、また素子毎で電流増幅
率hFEが1桁に亘って大きくバラつき、安定性がなかっ
た。
その原因としては、拡大被覆部15cはPSG(リンガラ
ス)等の比較的厚いシリコン酸化膜14を介して領域10a
上に形成されているが、そのシリコン酸化膜14と領域10
aの界面に生じた不規則な正の界面準位,電離,荷電粒
子のトラップ等による影響で拡大被覆部15cによる静電
斥力が有効に作用しないと推定される。
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、
その課題は、電流増幅率が高く、しかも素子毎の電流増
幅率のバラつきのない横型NPNトランジスタを備えた半
導体装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、本発明の講じた手段は、
P型層の表面側に相離間したN型のエミッタ層及びコレ
クタ層と、上記P型層のうち少なくとも上記エミッタ層
と前記コレクタ層とに挟まれた狭間領域の上に、薄いシ
リコン酸化膜を介して形成された多結晶シリコン層と、
この多結晶シリコン層を覆う層間絶縁膜と、この層間絶
縁膜の上で上記多結晶シリコン層を覆うエミッタ配線と
を有しており、上記多結晶シリコン層が上記エミッタ配
線に同電位に接続されて成る横型NPNトランジスタを備
えた半導体装置において、上記多結晶シリコン層は、上
記エミッタ層に導電接触するエミッタ電極部を有してお
り、上記エミッタ配線は、上記層間絶縁膜を挟んで上記
多結晶シリコン層を覆う拡大被覆部と、上記拡大被覆部
から下方に突出したコンタクトホールを介して上記多結
晶シリコン層に導電接触するエミッタ電位印加用電極部
とを有して成ることを特徴とする。更にまた多結晶シリ
コン層がエミッタ層に直接導電接触する場合にあって
は、エミッタ配線のうちコレクタ配線側の端縁位置が多
結晶シリコン層のコレクタ配線側の端縁位置に対してエ
ミッタ層寄りに設定される。
〔作用〕
上記発明において、狭間領域とエミッタ電位が印加さ
れる多結晶シリコン層との間には、リンガラス等の厚い
シリコン酸化膜ではなく、薄いシリコン酸化膜が形成さ
れているから、不規則な界面準位,電離,電荷粒子のト
ラップ等による狭間領域の中の電子に及ぼす影響を排除
できるので、シリコン酸化膜の界面での再結合が抑制さ
れて電流増幅率が向上し、しかも素子毎のバラツキの少
ない横型NPNトランジスタを実現できる。また、薄いシ
リコン酸化膜によりエミッタ電位印加の多結晶シリコン
層からの静電斥力がより大きくなるので、再結合が極力
抑制され、低コレクタ電流域まで高電流増幅率が得られ
る。さらに、多結晶シリコン層自身がエミッタ層に導電
接触するエミッタ電極部を有しているため、エミッタ領
域の上に窓明けをしてから多結晶シリコン層を被着形成
した後、それに不純物をドープし、窓明け部を介して不
純物拡散させることで、エミッタ領域を作り込むことが
できる。このため、エミッタ領域及びコレクタ領域をセ
ルフアラインで形成できると共に、工程の削減を図るこ
とができる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第1図(A)は本発明の参考例であるBi−MOS型半導
体装置における横型NPNトランジスタの構造を示す平面
図、第1図(B)は同構造の断面図である。なお、第1
図において第4図に示す部分と同一部分には同一参照符
号を付し、その説明は省略する。
この横型NPNトランジスタ構造において、Pウェル層1
0の表面濃度は1×1016/cm2で、その拡散深さは4μm
としてあり、N型エミッタ層11とN型コレクタ層12と挟
まれた領域10aの上には、図示しないMOSFETのゲート絶
縁膜形成工程において同時にそのゲート絶縁膜と膜厚
(例えば25nm)の等しい薄いシリコン酸化膜21が形成さ
れている。このシリコン酸化膜21の上にはN型エミッタ
層11とN型コレクタ層12とに重なる厚さ500nm程度の多
結晶シリコン層22が図示しないMOSFETのポリシリコンゲ
ート形成工程において同時に形成されている。現実の製
造手順では、多結晶シリコン層22をマスクとして、例え
ばドーズ量4×1015/cm2程度のイオン注入によってセ
ルフアラインによりN型エミッタ層11及びN型コレクタ
層12が形成される。またP型ベースコンタクト層13も例
えばドーズ量2×1015/cm2程度のイオン注入によって
形成される。イオン注入後は熱処理により不純物の活性
化と所望の拡散深さとを得る。この多結晶シリコン層22
は中央のN型エミッタ層11を取り囲む方形リング状に形
成されており、層間絶縁膜たるリンガラス(PSG)膜23
で覆われている。Al(AlSi)のエミッタ配線25は、リン
ガラス膜23を挟んで多結晶シリコン層22を覆う拡大被覆
部25aと、拡大被覆部25aの中央から下方に突出しコンタ
クトホール25bを介してN型エミッタ層11に導電接触す
るエミッタ接触部25cと、このエミッタ接触部25cの周り
で拡大被覆部25aから下方に突出してコンタクトホール2
5bを介して多結晶シリコン層22に導電接触する複数の接
触部25dとから構成されている。
領域10a上にはリンガラス膜が形成されず、リンガラ
ス膜23は多結晶シリコン層22の上に層間絶縁膜として形
成されている。このため、リンガラス膜23の界面に生じ
る正の界面準位,電離,荷電粒子のトラップ等による影
響が領域10aには及ぼさない。特に、領域10a上の界面に
は不規則な正電荷が生じないので、領域10aに注入され
た電子が再結合に殆どあずからず、零又は負電位に維持
される多結晶シリコン層による静電斥力によって、領域
10aの表面に接近する電子が排斥される。その静電斥力
は従来に比して薄いシリコン酸化膜21の存在により相当
大きいので、再結合の度合いが少なくなる。よって、ベ
ース電流が大きくならず、電流増幅率hFEは第5図に実
線で示す如く高い値を取る。第5図から明らかなよう
に、10μA程度の低コレクタ電流域まで、hFE>100とい
う高い値を示した。しかも素子毎のバラつきがなく安定
的であることが判明した。
第2図(A)は本発明に係るBi−MOS型半導体装置に
おける横型NPNトランジスタの構造を示す平面図で、第
2図(B)は同構造の断面図である。なお、第2図にお
いて第1図に示す部分と同一部分には同一参照符号を付
し、その説明を省略する。
この実施例においても、領域10a上にはゲート絶縁膜
の厚さと等しいシリコン酸化膜21が形成され、その上に
は多結晶シリコン層32が形成されている。多結晶シリコ
ン層32はその中央にN型エミッタ層11に導電接触するエ
ミッタ接触部32aを有している。この多結晶シリコン層3
2はN型エミッタ層11を形成した後に形成しても良い
が、多結晶シリコン層32を形成した後、それに不純物を
ドープしてからそれをエミッタ導電接触部32aを介して
拡散し、セルフアラインでN型エミッタ層11を形成する
ことができる。このエミッタ導電接触部32aを有する多
結晶シリコン層32の上にはリンガラス膜23を層間絶縁膜
として挟んでAl(AlSi)のエミッタ配線35が被覆されて
いる。このエミッタ配線35はその中央に多結晶シリコン
層32に導電接触する接触部35aとそれから張り出た拡散
被覆部35bとから構成されている。この拡散被覆部35bの
端縁とコレクタ配線16との距離d1は多結晶シリコン層の
端縁とコレクタ配線16との距離d2より長く、拡散被覆部
35bの端縁が多結晶シリコン層の端縁よりエミッタ層11
寄りにある。これは、多結晶シリコン層32上の厚いリン
ガラス膜の存在により、エミッタ配線35とコレクタ配線
16の間隔を確保しつつ、エミッタ層11とコレクタ層12と
のコンタクト部相互の距離を縮めるとが可能となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る横型NPNトランジ
スタを備えた半導体装置は、エミッタ層とコレクタ層と
に挟まれた狭間領域上に、その領域内のキャリアたる電
子に対して静電斥力を付与すべき導電体としてMOSFETの
ゲート絶縁膜を援用できる薄いシリコン酸化膜を介して
多結晶シリコン層を形成した点に特徴を有するものであ
るから、次のような効果を奏する。
狭間領域とエミッタ電位が印加される多結晶シリコン
層との間には、リンガラス等の厚いシリコン酸化膜では
なく、薄いシリコン酸化膜が形成されているから、不規
則な界面準位,電離,荷電粒子のトラップ等による狭間
領域中の電子に及ぼす影響を排除できるので、シリコン
酸化膜の界面での再結合が抑制されて電流増幅率が向上
し、しかも素子毎のバラツキの少ない横型NPNトランジ
スタを実現できる。また、薄いシリコン酸化膜によりエ
ミッタ電位印加の多結晶シリコン層からの静電斥力がよ
り大きくなるので、再結合が極力抑制され、低コレクタ
電流域まで高電流増幅率が得られる。
多結晶シリコン層自身がエミッタ層に導電接触するエ
ミッタ電極部を有しているため、エミッタ領域の上に窓
明けをしてから多結晶シリコン層を被着形成した後、そ
れに不純物をドープし、窓明け部を介して不純物拡散さ
せることで、エミッタ領域を作り込むことができる。こ
のため、エミッタ領域及びコレクタ領域をセルフアライ
ンで形成できると共に、工程の削減を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)は本発明の参考例のBi−MOS型半導体装置
における横型NPNトランジスタの構造を示す平面図で、
第1図(B)は同構造の断面図である。 第2図(A)は本発明の第2実施例に係るBi−MOS型半
導体装置における横型NPNトランジスタの構造を示す平
面図で、第2図(B)は同構造の断面図である。 第3図(A)は従来の横型NPNトランジスタの構造を示
す平面図で、第3図(B)は同構造の断面図である。 第4図(A)は従来の横型NPNトランジスタの構造を示
す平面図で、第4図(B)は同構造の断面図である。 第5図は第1図示の横型NPNトランジスタと第4図示の
横型トランジスタにおけるコレクタ電流対電流増幅率h
FEとを比較して示すグラフ図である。 〔符号の説明〕 1…N型層 10…Pウェル層 11…N型エミッタ層 12…N型コレクタ層 13…P型ベースコンタクト層 16…コレクタ配線 17…ベース配線 21…薄いシリコン酸化膜 22,32…多結晶シリコン層 23…リンガラス膜 25,35…エミッタ電極 25a…拡大被覆部 25c,32a…エミッタ接触部 25d…接触部。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】P型層の表面側に相離間したN型のエミッ
    タ層及びコレクタ層と、前記P型層のうち少なくとも前
    記エミッタ層と前記コレクタ層とに挟まれた挟間領域の
    上に、薄いシリコン酸化膜を介して形成された多結晶シ
    リコン層と、この多結晶シリコン層を覆う層間絶縁膜
    と、この層間絶縁膜の上で前記多結晶シリコン層を覆う
    エミッタ配線とを有しており、前記多結晶シリコン層が
    前記エミッタ配線に同電位に接続されて成る横型NPNト
    ランジスタを備えた半導体装置において、 前記多結晶シリコン層は、前記エミッタ層に導電接触す
    るエミッタ電極部を有しており、前記エミッタ配線は、
    前記層間絶縁膜を挟んで前記多結晶シリコン層を覆う拡
    大被覆部と、前記拡大被覆部から下方に突出したコンタ
    クトホールを介して前記多結晶シリコン層に導電接触す
    るエミッタ電位印加用電極部とを有して成ることを特徴
    とする横型NPNトランジスタを備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項第1項において、前記エミッタ配線
    のうち少なくともコレクタ配線側の端縁位置が前記多結
    晶シリコン層の前記コレクタ配線側の端縁位置に対して
    前記エミッタ層寄りにあることを特徴とする横型NPNト
    ランジスタを備えた半導体装置。
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