JPH02114645A - バイポーラトランジスタ - Google Patents

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〕 本発明は集積回路装置等において半導体基板上に成長さ
れたエピタキシャル層内にそれをベース領域として作り
込まれる基板トランジスタと通称されるバイポーラトラ
ンジスタに関する。

〔従来の技術〕

上述の基板トランジスタは、集積回路装置等に組み込む
に際してコレクタ接地状態で使用しなければならない制
約があるが、構造が簡単で小さなチップ面積内に作り込
むことができ、かつ比較的高耐圧で大電流容量をもたせ
ることができる特長があり、例えば差動増幅回路や演算
増幅器回路の出力用のふつうはｐｎｐ形のバイポーラト
ランジスタとして利用される。第２図はこの基板トラン
ジスタの従来構造を示すものである。

この基板トランジスタは、集積回路装置の通例のように
Ｐ形の基板ｌをそのコレクタ領域の一部に、その上に成
長されたｎ形のエピタキシャル層３をそのベース領域に
して作り込まれるもので、エミツタ層１２はトランジス
タの中央部のエピタキシャル層３の表面からｐ形で拡散
され、このエミツタ層１２を取り囲んでｐ形のコレクタ
層１１がエピタキシャル層３の表面から同じ導電形の基
板ｌと接続するように深く拡散される。この例ではこの
コレクタＦｒ１ｌｌの基Ｆｉ１との接続を確実にするた
めに、基板１の表面に高不純物濃度のｐ形の埋込層２が
エピタキシャル層３の成長前にあらかじめ拡散されてお
り、その不純物のエピタキシャルＭ３の成長時およびコ
レクタ層１１の拡散時の上方への拡散によってコレクタ
層１１と図示のように融合される。さらに、ベース領域
であるエピタキシャル層３の表面からベースコンタクト
層１３が浅く拡散され、このベースコンタクト層１３か
らベース端子Ｂが、エミツタ層１２からはエミッタ端子
巳が２　コレクタＦｉｌｌからはコレクタ端子Ｃがそれ
ぞれ図のように導出される。

このよう泡構造の基半反トランジスタでは、エミツタ層
１２はその周面をコレクタ層１１および埋込層２によっ
て囲まれ、その下面には基板ｌが対向しているので、ト
ランジスタ電流は図で２で示した横方向およびＶで示し
た縦方向に流れる。この意味では、基板トランジスタは
縦形と横形の複合バイポーラトランジスタである０周知
のように集積回路装置では基板１をふつう接地した状態
で使用するので、この基板トランジスタはそのコレクタ
端子Ｃを接地点に接続し、エミッタ端子Ｅを負荷抵抗等
を介して正の電源電位点に接続した状態で使用される。

〔発明が解決しようとする課題） 上述の基板トランジスタは比較的耐圧値および″［許容
＊４Ｉｉを大きくとれるが、さらにこれらの値とくに後
者を向上しようとすると、チップ面積が非常に大きくな
ってしまう問題がある。

まず、耐圧値については、エピタキシャル層３の不純物
濃度値のほか、エミッタ１１２と基板１との間隔および
エピタキシャル層３の表面のコレクタＲ４１１とベース
コンタクト層１３との間隔がこれに関連するが、不純物
濃度値には電流増幅率からおのずから制約があるから、
所望の耐圧（１群が決まればそれに必要な間隔はほぼ一
義的に決まってしまい実際上はあまり選択の自由度がな
い。

次に電流容量イ１１１については、前述のようにトラン
ジスタ電流が縦横両方向に流れるので、エミツタ層Ｌ２
の基板ｌへの対向面積とその周面積のいずれかを増加さ
せることでよい自由度がある。しかし、対向面積を増す
とトランジスタの中央部にあるエミッタｌ１ｉ１２の表
面面積も必然的に増すので、前述の間隔が耐圧値で決ま
ってしまう条件では、トランジスタを作り込むに必要な
面積がこれによって加速的に増加してしまうことになる
。エミッタ層１２０表面面積を増さずに周囲面積を増す
にはその拡散深さを増せばよいが、このために不純物を
縦方向に深く拡散すると横方向にも広がってしまうので
、表面面積をプロセス上の許容最低面積に抑えても実際
にはそれよりも増加してしまうことになる。また、拡散
とともにその周面における不純物濃度が低下してくるの
で、肝心のそのエミッタ作用までが落ちてしまうことに
なる。このため、エミツタ層１２の拡散深さは実際には
５−程度までが限度で、それ以上に深さを増すとむしろ
逆効果の方が顕著に現れてくる。

本発明の目的はかかる問題点を解決して、基板トランジ
スタを作り込む面積を増すことなくその電流容量を従来
より向上させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によればこの目的は、一方の導電形の基板上に順
次成長された他方の導電形の第１および第２のエピタキ
シャル層をベース領域とし、第１のエピタキシャル層内
に一方の導電形で拡散された埋込層とこの埋込層に接続
するよう第２のエピタキシャル層の表面から一方の導電
形で拡散された表面層とを島状のエミッタ領域とし、そ
れぞれエミッタ領域を取り囲んで第１のエピタキシャル
層内に基板に接続するよう一方の導電形で拡散された埋
込層およびこの埋込層に接続するよう第２のエピタキシ
ャル層の表面から一方の導電形で拡散された表面層から
なる環状領域と基板とをコレクタ頭載として、前述の基
板トランジスタとしてのバイポーラトランジスタを奢簿
成することによって達成される。

〔作用〕

本発明は上記の構成にいうように、まずトランジスタの
ベース領域としてのエピタキシャル層を第１および第２
Ｎからなる２層構成とし、これに対応してエミッタ領域
を基板側の第１のエピタキシャル層内に拡散される埋込
層と表面側の第２のエピタキシャル層の表面から拡散さ
れる表面層とからなる２層構成にすることにより、この
エミッタ領域を従来のエミツタ層に相当する表面層に埋
込層が加わった分だけ深く形成し、これによってエミッ
タ領域の周囲面積を表面層の面積を増すことなく増大さ
せて、基板トランジスタの電流容量を向上させることに
成功したものである。

換言すれば、本発明による基板トランジスタでは、それ
を作り込むに要する面積を従来と同じにしたとき、その
縦方向電流は従来とほぼ同じであるが、その横方向電流
が増加してこの増加分だけ電流容量が向上される。

〔実施例〕

以下、第１図を参照しながら本発明の詳細な説明する０
図は本発明によるバイポーラトランジスタを主な製作工
程ごとの状態で示し、同図（ｄ）がその完成時の状態で
ある。以下、この製作手順に沿ってこの実施例を説明す
る。

第１図（ａ）に示すこの例における基板ｌには、不純物
としてボロンを含むｐ形の比抵抗が例えば１５Ωｌ程度
の　（１１１）面の単結晶シリコンウェハが用いられる
。このウェハのトランジスタを作り込むべき範囲を囲む
ように、その表面からＰ形層２が高不純物濃度で図示の
ように環状に拡散される。

このｐ形層２はコレクタ領域の下側埋込層用であって、
例えば固体ボロン拡散源を用いるいわゆる固体拡散法に
より５−程度の深さに拡散され、その拡散表面でのシー
ト抵抗は１５０〜２００Ω／四程度とされる。

第１図（ｂ）の状態にするには、まず基板ｌの上に第１
のエピタキシャル層３をりんを不純物として比抵抗ｌＱ
Ｃ論程度のｎ形で成長させる。この第１のエピタキシャ
ル層の厚みは、５０Ｖ程度の耐圧のトランジスタを作り
込む場合は１５ｘ前後とするのがよい、このエピタキシ
ャル成長時に、前述のコレクタ領域用下側埋込層２は、
図示のように上方に向かって第１のエピタキシャル層３
内に拡散される。ついで、この第１のエピタキシャル層
３の表面からコレクタ領域用の埋込層４とエミッタ領域
用の埋込層５とを、固体ボロン拡散源を用いる拡散によ
り、後者は島状に前者はそれを囲む環状にそれぞれ図示
のように拡散する。コレクタ領域用の埋込層４は図のよ
うに下側埋込層２に達するまで深く拡散され、そのシー
ト抵抗は例えば３０〜４０Ω／口とされる。エミッタ領
域用の埋込層５は例えば５Ｉ／ｍ程度の深さに拡散され
、そのシート抵抗は例えば２〜３Ω／口とされる。

第１図（Ｃ）はこの上にさらに第２のエピタキシャル層
６を成長させた状態を示す。この第２のエピタキシャル
層６は第１のエピタキシャル層３と同じｎ形のかつ同程
度の比抵抗で例えば５−程度の厚みで成長される。この
エピタキシャル成長時にｐ形の埋込層４および５は、図
示のように第２のエピタキシャルＮ６内に若干拡散され
る。

第１図（ｄｌの完成状態とするには、まず第２のエピタ
キシャル層６の表面から、コレクタ領域用の表面層７お
よびエミッタ領域用の表面層８を、いずれもボロンを不
純物とするｐ形で、それぞれその下の埋込層４および５
と重なり合う深さまで同時゛拡散する。これらの表面層
７および８の不純物４度は、シート抵抗が２〜３Ω／口
程度になるように充分高めておくのが望ましい、さらに
、エミッタ領域用の表面層８を取り囲むように、環状の
ベースコンタクト層９をりんを不純物とするｎ形の１０
１原子／ｃ１１程度の表面不純物濃度で例えば２−の深
さに拡散する。これにより、すべての拡散工程は終わり
、以降は通例のようにウェハ上の酸化）模等に窓明けを
行なった上で、アルミ等の接続膜によりトランジスタ用
の端子が導出されるが、この図では簡略化のためこれら
は一切省略されていることを了承されたい。

以上のように構成されたこの実施例における基板トラン
ジスタはｌ１ｎＰ　）ランジスタである。まずそのベー
ス領域はいずれもｎ形の第１および第２のエピタキシャ
ル層３および６であって、ベースコンタクト層９からベ
ース端子Ｂが導出される。

コレクタ領域は、いずれもｐ形で環状の下側埋込層２．
埋込層４および表面層７とｐ形の基板ｌとから構成され
、表面層７からコレクタ端子Ｃが導出される。一方、エ
ミッタ領域はいずれもＰ形で島状の埋込層５と表面層８
とから構成され、表面層５からエミッタ端子Ｅが導出さ
れる。

この本発明による基板トランジスタでは、電流が縦方向
Ｖおよび横方向！の双方に生じるのは従来と同じで、こ
の内の縦方向電流の大きさも従来とほぼ同じであるが、
前の第２図と比較するとわかるように埋込ｒ５５と表面
層８とを合わせたエミッタ領域の周囲面積を従来のエミ
ツタ層１２よりも大きくでき、従って横方向電流を大き
くとることができる。これを具体的な数字で述べると次
のとおりである。

従来の場合、第２図のエミツタ層１２の深さは最大５μ
にできるが、ベースコンタクトＪｉｉ１３があるエピタ
キシャル層３の表面部分の横方向を流はベース電流には
なり得てもコレクタ電流にはあまり貢献しないから、こ
のベースコンタクト層１３の深さ２ｐを差し引くと、エ
ミッタＮ１２の有効深さは３−となる、一方、本発明で
はエミッタ領域の深さを上述の実施例でも１２ｎ程度に
できるから、その有効深さはｌ〇−程度となって横方向
電流を従来の約３倍に増加させることができる。これに
縦方向電流の貢献分を加味すると、本発明によりトラン
ジスタの電流容量を従来のほぼ２倍に向上することがで
きる。

なお、第１図（ｄ）からもわかるように、本発明ではエ
ミッタ領域中の埋込層５の拡散断面積を表面層８の表面
面積よりも大きくとることが可能で、かかる構造を採用
すれば、トランジスタの作り込みに要する面積を増加さ
せずに上述の電流容量の向上効果を一層高めることがで
きる。

このように、本発明は上述の実施例に限らず種々の態様
で実施して、基板トランジスタの電流容量を向上させる
効果を得ることができる。

〔発明の効果） 以上述べたように本発明においては、一方の導電形の基
板上に順次成長された他方の導電形の第１および第２の
エピタキシャル層をベースｆｉ’ｆｉＭとし、第１のエ
ピタキシャル層内に一方の導電形で拡散された埋込層と
この埋込層に接続するよう第２のエピタキシャル層の表
面から一方の導電形で拡散された表面層とを島状のエミ
ッタ領域とし、それぞれエミッタ領域を取り囲んで第１
のエピタキシャル層内に基仮に接続するよう一方の導電
形で拡散された埋込層およびこの埋込層に接続するよう
第２のエピタキシャル層の表面から一方の導電形で拡散
された表面層からなる環状領域と基板とをコレクタ頭載
としてバイポーラトランジスタを構成したので、エミッ
タ領域を従来のエミツタ層に相当する表面層に埋込層が
加わった分だけ深く形成する一方で表面層の表面面積は
従来と同程度ないしはそれ以下に抑えることができ、こ
れによって基板トランジスタを作り込むに要する面積を
増すことなくそのエミッタ領域の周囲面積を増大させ、
横方向電流分を増加させてその電流容量を従来より向上
させることができる。

なお、本発明の実施にあたってはエピタキシャル層を２
層構成にする必要があるが、本発明によるバイポーラト
ランジスタが組み込まれる集積回路装置ではその高耐圧
化のため、エピタキシャル層の厚みを１５〜２０−とす
る要があってこれを２層に成長させることが多い、すな
わち、この程度にエピタキシャル層が厚くなると、集積
回路を構成する回路要素を作り込む半導体領域を基板か
ら接合分離するための分離層を一度に深く拡散するのが
むりになるので、第１図の下側埋込層２．埋込Ｍ４およ
び表面１７からなるコレクタ領域と全く同じ要領でこの
分離層が作り込まれる。従って、実際には本発明の実施
のために工程をとくに増やす必要はなく、従来と実質上
同じ工程数で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図が本発明に関し、本発明によるバイポーラトラン
ジスタないし基板トランジスタの一実施例をその主な製
作工程ごとの状態で示す断面図である。第２図は従来技
術による基板トランジスタの断面図である０図において
、 ｌ：半導体基板、２：コレクタ領域用下側埋込層、３：
第１のエピタキシャル層、４：コレクタ領域用埋込層、
５：エミッタ領域用埋込層、６：第２のエピタキシャル
層、７：コレクタ領域用埋込層、８：エミッタ領域用表
面層、９：ベースコンタクト層、ｌｌ：コレクタ層、１
２：エミツタ層、１３：ベースコンタクトＩＩ、Ｂ：ベ
ース端子、Ｃ：コレクタ端子、Ｅ：エミッタ端子、２：
横方向、Ｖ：縦方向、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方の導電形の基板上に順次成長された他方の導電形の
   第１および第２のエピタキシャル層をベース領域とし、
   第１のエピタキシャル層内に一方の導電形で拡散された
   埋込層とこの埋込層に接続するよう第２のエピタキシャ
   ル層の表面から一方の導電形で拡散された表面層とを島
   状のエミッタ領域とし、それぞれエミッタ領域を取り囲
   んで第１のエピタキシャル層内に基板に接続するよう一
   方の導電形で拡散された埋込層およびこの埋込層に接続
   するよう第２のエピタキシャル層の表面から一方の導電
   形で拡散された表面層からなる環状領域と基板とをコレ
   クタ領域としてなるバイポーラトランジスタ。