JP2000183073A - Semiconductor device with bipolar transistor - Google Patents

Semiconductor device with bipolar transistor

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JP2000183073A
JP2000183073A JP35956998A JP35956998A JP2000183073A JP 2000183073 A JP2000183073 A JP 2000183073A JP 35956998 A JP35956998 A JP 35956998A JP 35956998 A JP35956998 A JP 35956998A JP 2000183073 A JP2000183073 A JP 2000183073A
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region
base
emitter
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collector
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JP35956998A
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Shinya Imoto
晋也 井元
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Rohm Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bipolar transistor in which power loss in reduced during switching operation. SOLUTION: A P-type base region 3 is formed on the surface of a substrate within an N--type epitaxial region. An N+-type emitter region 5 is formed on the surface of the substrate within the P-type base region 3. As shown in Fig. B, concentration distribution of the base region on the side nearer base-to- collector junction face is made deeper than that of a base-to-emitter junction face. Thereby, the difference between a base-to-emitter voltage Vbe and a base-to-collector voltage Vbc, ΔV is reduced, and thus a collector-to-emitter saturation voltage Vce in a low current region can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、バイポーラトラ
ンジスタに関し、特に、スイッチング特性の向上に関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a bipolar transistor, and more particularly to an improvement in switching characteristics.

【0002】[0002]

【従来技術とその課題】一般に、バイポーラトランジス
タにおいて、コレクタエミッタ間飽和電圧Vceは低い
方が望ましい。低電流域ではコレクタエミッタ間飽和電
圧Vceは、ベースエミッタ間電圧Vbeとベースコレ
クタ間電圧Vbcの差ΔVとほぼ等しくなる。
2. Description of the Related Art Generally, in a bipolar transistor, it is desirable that the collector-emitter saturation voltage Vce be low. In the low current region, the collector-emitter saturation voltage Vce becomes substantially equal to the difference ΔV between the base-emitter voltage Vbe and the base-collector voltage Vbc.

【0003】前記差ΔVを小さくするために、コレクタ
領域の不純物濃度を高くすることも考えられるが、これ
では、コレクタエミッタ間のパンチスルー耐圧および電
流増幅率が低下する。また、エミッタ領域の不純物濃度
を低くすると、キャリアの注入効率が低くなる。
In order to reduce the difference ΔV, it is conceivable to increase the impurity concentration in the collector region. However, in this case, the punch-through withstand voltage between the collector and the emitter and the current amplification factor decrease. Also, when the impurity concentration in the emitter region is reduced, the carrier injection efficiency is reduced.

【0004】この発明は上記問題を解決し、スイッチン
グ動作時の電力損失が少ないバイポーラトランジタを含
む半導体装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem and to provide a semiconductor device including a bipolar transistor having a small power loss during a switching operation.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
にかかるバイポーラトランジスタを含む半導体装置にお
いては、第1導電型の高濃度不純物で構成されたエミッ
タ領域、前記エミッタ領域との間でPN接合面を形成す
るように設けられた第2導電型の不純物領域で構成され
たベース領域、前記ベース領域を介して前記エミッタ領
域と非接触状態で設けられた第1導電型の高濃度不純物
で構成されたコレクタ領域、を備えたバイポーラトラン
ジタを含む半導体装置であって、前記コレクタ領域の不
純物濃度は、前記ベース領域近傍が他の部分と比べて低
濃度であり、前記ベース領域の不純物濃度分布は、コレ
クタ側の方がエミッタ側よりも濃いこと、を特徴とす
る。
In a semiconductor device including a bipolar transistor according to the present invention, a PN junction is formed between an emitter region formed of a high-concentration impurity of a first conductivity type and the emitter region. A base region formed of a second conductivity type impurity region provided to form a surface, and a first conductivity type high concentration impurity provided in a non-contact state with the emitter region via the base region; A collector region, wherein the collector region has an impurity concentration lower in the vicinity of the base region than in other portions, and an impurity concentration distribution in the base region. Is characterized in that the collector side is darker than the emitter side.

【0006】このように、前記コレクタ領域の前記ベー
ス領域近傍の不純物濃度はそれ以外の部分と比べて低濃
度であり、前記ベース領域の不純物濃度分布は、コレク
タ側の方がエミッタ側よりも濃いことにより、ベースエ
ミッタ間電圧とベースコレクタ間電圧との差で決定され
る飽和電圧を低くすることができる。したがって、低電
源電圧での動作が可能で、出力電力幅を広くできるバイ
ポーラトランジスタを提供することができる。
As described above, the impurity concentration in the vicinity of the base region in the collector region is lower than that in other portions, and the impurity concentration distribution in the base region is higher on the collector side than on the emitter side. Thus, the saturation voltage determined by the difference between the base-emitter voltage and the base-collector voltage can be reduced. Therefore, it is possible to provide a bipolar transistor which can operate at a low power supply voltage and can widen an output power width.

【0007】なお、バイポーラトランジスタを含む半導
体装置とは、バイポーラトランジスタを含むIC、例え
ば、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタの双
方を有するLSI等だけでなく、単体のバイポーラトラ
ンジスタも含む。
Note that the semiconductor device including a bipolar transistor includes not only an IC including a bipolar transistor, for example, an LSI having both a bipolar transistor and a MOS transistor, but also a single bipolar transistor.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図面を用いて、本発明にかかるバ
イポーラトランジスタ1について、説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A bipolar transistor 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0009】バイポーラトランジスタ1は、プレーナ型
バイポーラトランジスタであり、P型の基板2内に、N
-型エピタキシャル領域7が形成されている。N-型エピ
タキシャル領域7は、P+領域11によって、素子分離
されている。N-型エピタキシャル領域7は、基板表面
とは逆側にN+型領域9を有している。
The bipolar transistor 1 is a planar type bipolar transistor, and an N type transistor
A- type epitaxial region 7 is formed. The N type epitaxial region 7 is separated from the element by the P + region 11. The N type epitaxial region 7 has an N + type region 9 on the side opposite to the substrate surface.

【0010】N-型エピタキシャル領域7の表面には、
PN接合面を形成するようにP型のベース領域3が形成
されている。P型ベース領域3はN-型エピタキシャル
領域7に取り囲まれている。P型ベース領域3内の基板
表面には、PN接合面を形成するようにN+型のエミッ
タ領域5が形成されている。N+型のエミッタ領域5は
ベース領域3に取り囲まれている。N-型エピタキシャ
ル領域7内の基板表面には、ベース領域3と離れて、N
+型領域8が形成されている。N-型エピタキシャル領域
7、N+型領域8、9がコレクタ領域に該当する。
On the surface of the N type epitaxial region 7,
A P-type base region 3 is formed so as to form a PN junction surface. P type base region 3 is surrounded by N type epitaxial region 7. An N + -type emitter region 5 is formed on the substrate surface in the P-type base region 3 so as to form a PN junction surface. The N + type emitter region 5 is surrounded by the base region 3. On the substrate surface in the N -type epitaxial region 7, N
A + type region 8 is formed. The N type epitaxial region 7 and the N + type regions 8 and 9 correspond to the collector region.

【0011】図1Bに、図1のA−A’断面における基
板表面からの深さと不純物濃度との関係を示す。実線β
がバイポーラトランジスタ1の不純物濃度分布であり、
波線αが従来のバイポーラトランジスタの不純物濃度分
布である。
FIG. 1B shows the relationship between the depth from the substrate surface and the impurity concentration in the AA ′ section of FIG. Solid line β
Is the impurity concentration distribution of the bipolar transistor 1,
The dashed line α is the impurity concentration distribution of the conventional bipolar transistor.

【0012】このように、エミッタ領域とコレクタ領域
の濃度分布は従来と同様であるが、ベース領域の濃度分
布が、ベースエミッタ接合面側よりもベースコレクタ接
合面側に近づくにつれて濃くなっている。このように、
ベース領域の不純物濃度分布を、コレクタ側の方がエミ
ッタ側よりも濃くすることにより、ベースエミッタ間電
圧Vbeとベースコレクタ間電圧Vbcの差ΔVが小さ
くなり、低電流域におけるコレクタエミッタ間飽和電圧
Vceを小さくすることができる。これにより、スイッ
チング動作時の電力損失を少なくして、低電源電圧での
動作が可能となる。さらに、出力電力幅を広くすること
ができる。
As described above, the concentration distribution of the emitter region and the collector region is the same as the conventional one, but the concentration distribution of the base region becomes deeper as it approaches the base-collector junction surface side than the base-emitter junction surface side. in this way,
By making the impurity concentration distribution of the base region higher on the collector side than on the emitter side, the difference ΔV between the base-emitter voltage Vbe and the base-collector voltage Vbc is reduced, and the collector-emitter saturation voltage Vce in the low current region is reduced. Can be reduced. As a result, power loss at the time of switching operation is reduced, and operation at a low power supply voltage becomes possible. Further, the output power width can be widened.

【0013】図2にバイポーラトランジスタ1の製造方
法について説明する。従来と同様にして、P型の基板2
に、N-型エピタキシャル領域7、P+領域11、N+
領域9を形成するとともに、N-型エピタキシャル領域
7の上にシリコン酸化膜13およびベース領域形成用の
レジスト27を形成する。この状態で、P型不純物であ
るボロンを高エネルギーにてイオン注入する(図2
A)。本実施形態においては、注入エネルギ200Ke
v〜1Mev、不純物濃度5E13〜1E15cm-2
イオン注入をした。これにより、N-型エピタキシャル
領域7の深い部分にベース拡散の濃度ピークを有する不
純物領域が形成される。900〜1200度のN2また
はO2またはそれらの混合雰囲気条件で10分〜6時間
アニールする。これにより、図2Bに示すように、ベー
ス領域3が形成される。
FIG. 2 illustrates a method of manufacturing the bipolar transistor 1. As in the conventional case, the P-type substrate 2
Then, an N - type epitaxial region 7, a P + region 11, and an N + type region 9 are formed, and a silicon oxide film 13 and a resist 27 for forming a base region are formed on the N - type epitaxial region 7. In this state, boron as a P-type impurity is ion-implanted at high energy (FIG. 2).
A). In this embodiment, the implantation energy is 200 Ke.
Ion implantation was performed at v to 1 Mev and an impurity concentration of 5E13 to 1E15 cm −2 . Thus, an impurity region having a base diffusion concentration peak is formed in a deep portion of N type epitaxial region 7. 900-1200 ° N 2 or O 2 or 6 hours annealed 10 minutes in their mixed atmosphere conditions. Thereby, the base region 3 is formed as shown in FIG. 2B.

【0014】後は、従来と同様にして、シリコン酸化膜
13の一部を選択的にエッチングして、薄膜部13aを
形成する。図2Cに示すように、シリコン酸化膜13を
マスクとして、リンまたは砒素を、注入エネルギ50K
ev〜150Kev、不純物濃度1E15〜5E16c
-2でイオン注入する。900〜1100度のN2また
はO2またはそれらの混合雰囲気条件で10分〜3時間
アニールする。これにより、図2Dに示すように、エミ
ッタ領域5、N-型領域8が形成される。
Thereafter, as in the conventional case, a portion of the silicon oxide film 13 is selectively etched to form a thin film portion 13a. As shown in FIG. 2C, phosphorus or arsenic is implanted with an implantation energy of 50 K using silicon oxide film 13 as a mask.
ev ~ 150Kev, impurity concentration 1E15 ~ 5E16c
Ion implantation is performed at m- 2 . 900-1100 ° N 2 or O 2 or 3 hours annealed 10 minutes in their mixed atmosphere conditions. Thereby, as shown in FIG. 2D, an emitter region 5 and an N type region 8 are formed.

【0015】このように、本実施形態においては、不純
物濃度分布を変更するために従来より、強い注入エネル
ギーで不純物イオン注入を行っている。
As described above, in the present embodiment, impurity ion implantation is performed with a higher implantation energy than in the past in order to change the impurity concentration distribution.

【0016】なお、図2Bに示すようにベース領域を形
成後、シリコン酸化膜13に開口部を設けて、N+型の
ポリシリコン電極を形成し(図3A)、アニールするこ
とにより、図3Bに示すように、浅いN+型領域を形成
し、エミッタ領域とすることもできる。
After the base region is formed as shown in FIG. 2B, an opening is provided in the silicon oxide film 13, an N + type polysilicon electrode is formed (FIG. 3A), and annealing is performed to obtain an N + -type polysilicon electrode. As shown in (1), a shallow N + type region can be formed and used as an emitter region.

【0017】また、図4Aに示すように、ベース領域を
グラフトベース構造とする事もできる。図4AのA−
A’,B−B’断面の不純物濃度の分布を図5に示す。
このように、ベース領域3は、エミッタが形成される中
央近傍の領域3aと、領域3aより深さの深い領域3b
とで構成されている。領域3aはP型で、領域3bはP
+領域で形成されている。図4Bに示すように、領域3
aにエミッタ5が形成される。
Further, as shown in FIG. 4A, the base region may have a graft base structure. A- of FIG. 4A
FIG. 5 shows the distribution of the impurity concentration in the A ′ and BB ′ cross sections.
As described above, the base region 3 includes the region 3a near the center where the emitter is formed and the region 3b which is deeper than the region 3a.
It is composed of The region 3a is P-type, and the region 3b is P-type.
+ Region. As shown in FIG.
An emitter 5 is formed at a.

【0018】このようなグラフトベース構造を採用する
ことにより、ベース表面部での曲率半径を大きくでき、
電界集中による耐圧低下を防ぐことができる。
By employing such a graft base structure, the radius of curvature at the base surface can be increased,
A decrease in breakdown voltage due to electric field concentration can be prevented.

【0019】上記実施形態においては、高エネルギーイ
オン注入をすることにより、濃度ピークをコレクタ接合
面に近い側に位置するようにしたが、他の製造方法で実
現することもできる。例えば、図6Aに示すようにNエ
ピタキシャル領域7の上に絶縁膜としてシリコン酸化膜
13を形成し、シリコン酸化膜13の一部に開口部を設
けて、選択傾斜エピタキシャル法を用いて、P型領域3
1を形成する。P型領域31の不純物濃度は図6Bに示
すように深くなるにつれて濃くなるように形成される。
図6Cに示すようにP型領域31の上部に、N+型領域
32を形成する。N+型領域32は、例えば、イオン注
入やN+ポリシリからのドープによって形成可能であ
る。図6Dに示すように、ベース領域31の不純物分布
は、濃度勾配が、ベースコレクタ接合面側より、ベース
エミッタ接合面側の方が緩やかな勾配で、かつ、濃度の
一番高い領域がベースコレクタ接合面側にある。なお、
この場合、P型領域31がベース領域となり、N+型領
域32がエミッタ領域となる。
In the above embodiment, the high-energy ion implantation is performed so that the concentration peak is located on the side closer to the collector junction surface. However, it can be realized by another manufacturing method. For example, as shown in FIG. 6A, a silicon oxide film 13 is formed as an insulating film on the N epitaxial region 7, an opening is provided in a part of the silicon oxide film 13, and a P-type Area 3
Form one. As shown in FIG. 6B, the impurity concentration of the P-type region 31 is formed so as to increase as the depth increases.
As shown in FIG. 6C, an N + type region 32 is formed above the P type region 31. The N + type region 32 can be formed by, for example, ion implantation or doping from N + polysilicon. As shown in FIG. 6D, the impurity distribution of the base region 31 is such that the concentration gradient is gentler on the base-emitter junction surface side than on the base-collector junction surface side, and the region with the highest concentration is the base collector region. It is on the joint side. In addition,
In this case, the P-type region 31 becomes a base region, and the N + -type region 32 becomes an emitter region.

【0020】本実施形態においては、半導体基板に集積
回路用バイポーラトランジスタを形成した場合について
説明したが、バイポーラトランジタ単体でも同様に適用
することができる。
In this embodiment, the case where the bipolar transistor for an integrated circuit is formed on a semiconductor substrate has been described. However, the present invention can be similarly applied to a single bipolar transistor.

【0021】また、プレーナ型トランジスタ以外でも、
他のバイポーラトランジスタ、例えば接合型トランジス
タにも適用することができる。
Further, other than the planar type transistor,
The present invention can be applied to other bipolar transistors, for example, junction type transistors.

【0022】本実施形態においては、ベース領域の濃度
分布を滑らかに変化させるようにしたが、ベースエミッ
タ間電圧とベースコレクタ間電圧の差を小さくできるよ
うな不純物濃度分布であればどのようなものであっても
よい。
In this embodiment, the concentration distribution in the base region is smoothly changed. However, any impurity concentration distribution that can reduce the difference between the base-emitter voltage and the base-collector voltage can be used. It may be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかるバイポーラトランジスタ1の要
部断面図および不純物濃度分布図である。
FIG. 1 is a sectional view and a distribution of impurity concentration of a main part of a bipolar transistor 1 according to the present invention.

【図2】バイポーラトランジスタ1の製造方法を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing the bipolar transistor 1.

【図3】バイポーラトランジスタ1の他の製造方法を示
す図である。
FIG. 3 is a view showing another method of manufacturing the bipolar transistor 1;

【図4】他のバイポーラトランジスタの要部断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of another bipolar transistor.

【図5】図4のバイポーラトランジスタ1の不純物濃度
分布を示す図である。
5 is a diagram showing an impurity concentration distribution of the bipolar transistor 1 of FIG.

【図6】他の実施形態であるバイポーラトランジスタの
要部断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a bipolar transistor according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・バイポーラトランジスタ 2・・・・・基板 3・・・・・ベース領域 5・・・・・エミッタ領域層 7・・・・・N-型エピタキシャル領域 11・・・・P+領域 13・・・・シリコン酸化膜 31・・・・ベース領域 32・・・・エミッタ領域1 Bipolar transistor 2 Substrate 3 Base region 5 Emitter region layer 7 N - type epitaxial region 11 P + Region 13 ··· silicon oxide film 31 ··· base region 32 ··· emitter region

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の高濃度不純物で構成されたエ
ミッタ領域、 前記エミッタ領域との間でPN接合面を形成するように
設けられた第2導電型の不純物領域で構成されたベース
領域、 前記ベース領域を介して前記エミッタ領域と非接触状態
で設けられた第1導電型の高濃度不純物で構成されたコ
レクタ領域、 を備えたバイポーラトランジタを含む半導体装置であっ
て、 前記コレクタ領域の不純物濃度は、前記ベース領域近傍
が他の部分と比べて低濃度であり、 前記ベース領域の不純物濃度分布は、コレクタ側の方が
エミッタ側よりも濃いこと、 を特徴とするバイポーラトランジスタを含む半導体装
置。
An emitter region formed of a high concentration impurity of a first conductivity type; and a base formed of an impurity region of a second conductivity type provided to form a PN junction surface with the emitter region. A collector region comprising a first conductive type high-concentration impurity provided in a non-contact state with the emitter region via the base region; The impurity concentration of the region is lower in the vicinity of the base region than in other portions, and the impurity concentration distribution of the base region is higher on the collector side than on the emitter side. Including semiconductor devices.
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WO2021256182A1 (en) * 2020-06-16 2021-12-23 株式会社デンソー Semiconductor device, and manufacturing method therefor

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WO2021256182A1 (en) * 2020-06-16 2021-12-23 株式会社デンソー Semiconductor device, and manufacturing method therefor
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