JP2010219454A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トランジスタ構造およびトランジスタを含む半導体素子が集積された半導体装置に関する。
The present invention relates to a transistor structure and a semiconductor device in which semiconductor elements including transistors are integrated.
パワー半導体素子として電源回路等に適用されるトランジスタの性能指標の1つに安全動作領域SOA(Safe Operating Area)という仕様項目がある。SOAは、トランジスタを素子破壊などの故障無く正常に動作させることができる電流・電圧の許容値を示す領域であり、トランジスタを用いた電源回路は、トランジスタがSOAで示される領域内で動作するように外部回路を設ける必要がある。即ち、SOAを拡大することは、トランジスタの信頼性を向上させ、電源回路を簡素化させる手段の1つである。
One of the performance indicators of a transistor applied to a power supply circuit or the like as a power semiconductor element is a specification item called a safe operating area SOA (Safe Operating Area). The SOA is an area showing allowable values of current and voltage that allow the transistor to operate normally without failure such as element destruction, and the power supply circuit using the transistor operates so that the transistor operates within the area indicated by the SOA. It is necessary to provide an external circuit. That is, expanding the SOA is one of means for improving the reliability of the transistor and simplifying the power supply circuit.
SOAを拡大する方法として、ベース領域とエミッタ領域との間にバラスト抵抗を設ける方法が知られている。バラスト抵抗を設ける従来の方法として、例えば、ベース領域内にフローティングエミッタと呼ばれる領域を形成する方法や、ベース領域とエミッタ領域との間の電流経路に低不純物濃度領域を形成する方法が開示されている(特許文献1)。
As a method of expanding the SOA, a method of providing a ballast resistor between the base region and the emitter region is known. As a conventional method of providing a ballast resistor, for example, a method of forming a region called a floating emitter in the base region and a method of forming a low impurity concentration region in a current path between the base region and the emitter region are disclosed. (Patent Document 1).
このようにバラスト抵抗を形成することで、ベース領域からエミッタ領域へと流れるベース電流を制限し、エミッタコンタクトにおける電流集中を防ぐことができ、SOAを拡大する効果がある。
By forming the ballast resistor in this way, the base current flowing from the base region to the emitter region can be limited, current concentration at the emitter contact can be prevented, and the SOA can be enlarged.
ところで、バラスト抵抗を形成するフローティングエミッタは、トランジスタ動作に直接関与しない無効領域であり、フローティングエミッタを形成することにより、エミッタの有効面積が減少し、hFE(電流増幅率)特性等のトランジスタの静特性が悪化してしまうという問題点があった。また、特許文献1の方法におけるバラスト抵抗は、不純物の横方向拡散によって形成されているため、同様にエミッタの有効面積が減少するとともに、バラスト抵抗の抵抗値の制御が困難であるという問題点があった。即ち、SOA拡大とトランジスタ特性とはトレードオフ関係にあり、両立させることが困難であった。
By the way, the floating emitter that forms the ballast resistor is an ineffective region that is not directly involved in the transistor operation. By forming the floating emitter, the effective area of the emitter is reduced, and the static capacitance of the transistor such as hFE (current amplification factor) characteristics is reduced. There was a problem that the characteristics deteriorated. Further, since the ballast resistor in the method of
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、SOA拡大と良好な静特性とを同時に達成するトランジスタを提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems. Accordingly, the present invention is to provide a transistor that simultaneously achieves SOA expansion and good static characteristics.
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のトランジスタは、第1導電型のコレクタ層と、前記コレクタ層上に形成される第2導電型のベース層と、前記ベース層上に島状に形成される第1導電型のエミッタ層と、前記ベース層とベース電極とが電気的に接続されるベースコンタクトと、前記エミッタ層とエミッタ電極とが電気的に接続されるエミッタコンタクトと、を有する半導体装置であって、
平面的に見て前記ベースコンタクトと前記エミッタコンタクトとの間に形成されるトレンチを備えることを特徴とする。
また、上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のトランジスタの製造方法は、第1導電型のコレクタ層上に第2導電型のベース層を形成する工程と、前記ベース層上に第1導電型のエミッタ層を島状に形成する工程と、前記ベース層とベース電極とが電気的に接続されるベースコンタクトを形成する工程と、前記エミッタ層とエミッタ電極とが電気的に接続されるエミッタコンタクトを形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、
平面的に見て前記ベースコンタクトと前記エミッタコンタクトとの間にトレンチを形成する工程を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems and achieve the above object, a transistor of the present invention includes a first conductivity type collector layer, a second conductivity type base layer formed on the collector layer, and a base layer. An emitter layer of a first conductivity type formed in an island shape; a base contact electrically connected to the base layer and the base electrode; and an emitter contact electrically connected to the emitter layer and the emitter electrode; A semiconductor device comprising:
A trench is formed between the base contact and the emitter contact in plan view.
In order to solve the above problems and achieve the above object, a method for manufacturing a transistor of the present invention includes a step of forming a second conductivity type base layer on a first conductivity type collector layer, Forming a first conductivity type emitter layer in an island shape, forming a base contact electrically connecting the base layer and the base electrode, and electrically connecting the emitter layer and the emitter electrode. Forming a connected emitter contact, and a method of manufacturing a semiconductor device comprising:
A step of forming a trench between the base contact and the emitter contact in plan view is provided.
上記の構成によれば、SOA拡大と良好な静特性とを同時に達成するトランジスタを提供することができる。
According to the above configuration, it is possible to provide a transistor that simultaneously achieves SOA expansion and good static characteristics.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic and different from actual ones. In addition, there may be a case where the dimensional relationships and ratios are different between the drawings.
図1及び図2は、本発明の第1実施例に係るトランジスタの構造を示す断面図及び平面図である。
1 and 2 are a sectional view and a plan view showing the structure of a transistor according to a first embodiment of the present invention.
本実施例に係るトランジスタは、n+導電型を有する基板1と、基板1上に形成されたn−導電型を有するコレクタ層2と、コレクタ層2上に形成されたp導電型を有するベース層3と、ベース層3上に島状に形成されたn+導電型のエミッタ層4と、を備える。
The transistor according to this embodiment includes an n +
さらに、本実施例に係るトランジスタは、ベース層3及びエミッタ層4上に形成され所定の開口を有する酸化膜5と、ベース層3の表面から内部に向かって延伸する複数のトレンチ6と、複数のトレンチ6内に形成されたトレンチ酸化膜7(電気抵抗領域)と、ベース層3に電気的に接続するベース電極11と、エミッタ層4に電気的に接続するエミッタ電極12と、コレクタ層2に電気的に接続するコレクタ電極13と、を備える。
Further, the transistor according to this embodiment includes an
本実施例に係るトランジスタにおいて、ベース層3とベース電極11との接合部であるベースコンタクト11’、エミッタ層4とエミッタ電極12との接合部であるエミッタコンタクト12’及びトレンチ酸化膜7は、図2(a)〜(c)に示すように平面的に見てストライプ状或いはドット状に配置される。即ち、平面的に見てトレンチ6は、ベースコンタクト11’とエミッタコンタクト12’との間に配置される。このような構成によれば、トレンチ6に挟まれるベース層3が、抵抗領域(バラスト抵抗)として機能する。
In the transistor according to the present embodiment, a
図3は、本発明の第1実施例に係るトランジスタの製造方法を示す工程断面図である。
FIG. 3 is a process sectional view showing a method of manufacturing a transistor according to the first embodiment of the present invention.
まず、n+導電型を有する基板1を用意し、基板1上にn−導電型を有するコレクタ層2をエピタキシャル成長させ、コレクタ層2の表面からボロン等のp型不純物を拡散し、p導電型を有するベース層3を形成する(図3(a))。
First, a
次に、コレクタ層2及びベース層3上に所定の開口部を有するマスク20を形成し、反応性イオンエッチング(RIE)等の異方性エッチングによりトレンチ6を形成する(図3(b))。マスク20は、例えば周知のフォトリソグラフィにより酸化膜をパターニングすることで形成できる。
Next, a
次に、上記異方性エッチングによるダメージを除去するために、トレンチ6内に犠牲酸化膜を形成し、ウェットエッチングにより犠牲酸化膜及びマスク20を除去した後、熱酸化工程を施し酸化膜5及びトレンチ酸化膜7を形成する(図3(c))。なお、酸化膜5及びトレンチ酸化膜7は、化学気相成長(CVD)法等により形成することもできる。また、犠牲酸化膜を形成する工程と犠牲酸化膜及びマスク20を除去する工程とは省略することもできる。
Next, in order to remove the damage caused by the anisotropic etching, a sacrificial oxide film is formed in the
次に、周知のフォトリソグラフィにより酸化膜5に所定の開口部を形成し、この開口部からベース層3にリン等のn型不純物を拡散し、n+導電型を有するエミッタ層4を形成する(図3(d))。
Next, a predetermined opening is formed in the
そして、周知のフォトリソグラフィにより酸化膜5に所定の開口部を形成し、例えばスパッタ工程によりアルミニウムから成るベース電極11、エミッタ電極12及びコレクタ電極13を形成する(図3(e))。
Then, a predetermined opening is formed in the
本実施例に係るトランジスタの製造方法において、トレンチ6及びトレンチ酸化膜7は、エミッタ層4を形成する工程の後で形成することもできる。
In the transistor manufacturing method according to the present embodiment, the
本実施例に係るトランジスタは、以下の効果を有する。
(1)トレンチ6に挟まれるベース層3がバラスト抵抗として機能するため、トランジスタの安全動作領域SOA(Safe Operating Area)を拡大することができる。
(2)バラスト抵抗をベース層3の深さ方向に形成できるため、従来のトランジスタに比べ無効領域を大幅に削減することができ、エミッタの有効面積を大きくすることができる。従って、トランジスタの静特性が低下することを抑制できる。
(3)バラスト抵抗をベース層3の深さ方向に形成できるため、トランジスタセルを高集積化することができ、チップ面積を小さくすることができる。
(4)トレンチ6の間隔及び深さによってバラスト抵抗の抵抗値を調整することができるため、従来のトランジスタにおける手法に比べ、所望のバラスト抵抗を精度良く形成することができる。
The transistor according to this example has the following effects.
(1) Since the
(2) Since the ballast resistor can be formed in the depth direction of the
(3) Since the ballast resistor can be formed in the depth direction of the
(4) Since the resistance value of the ballast resistor can be adjusted by the distance and the depth of the
図4は、本発明の第2実施例に係るトランジスタの構造を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a transistor according to the second embodiment of the present invention.
本発明の第2実施例に係るトランジスタは、変形されたエミッタ層4’及びトレンチ6’が形成される他は第1実施例に係るトランジスタと実質的に同一に形成される。変形されたエミッタ層4’は、第1実施例のエミッタ層4を形成する工程におけるn型不純物の横方向拡散によってトレンチ6’に隣接する。また、トレンチ6’はエミッタ層4’よりも深く形成されている。
The transistor according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the transistor according to the first embodiment except that the modified
本実施例に係るトランジスタは、第1実施例に係るトランジスタと同様の製造方法において、トレンチ6’及びトレンチ酸化膜7を、ベース層3を形成する工程とエミッタ層4’を形成する工程との間で形成することで得られる。
The transistor according to the present example is manufactured by the same manufacturing method as that of the transistor according to the first example. The
本実施例に係るトランジスタは、第1実施例に係るトランジスタと同様の効果のほか、以下の効果を有する。
(1)ベース層3とエミッタ層4’との接合面は、トランジスタの表面上に露出しないため、トランジスタの表面に導電物や電荷等が付着した場合でも、hFE(電流増幅率)特性やベース・エミッタ間耐圧等が受ける影響を低減できる。
(2)トレンチ6’がエミッタ層4’よりも深く形成されるため、エミッタ層4’がベースコンタクト11’に向かって拡散することを確実に抑制できる。
(3)トレンチ6’及びトレンチ酸化膜7を形成する工程は、ベース層3を形成する工程とエミッタ層4’を形成する工程との間に行うため、エミッタ層4’の横方向拡散がトレンチ6’で止まる。従って、エミッタ層4’の横方向の広がりを考える必要が無く、トランジスタセルを高集積化することができる。
The transistor according to the present embodiment has the following effects in addition to the same effects as the transistor according to the first embodiment.
(1) Since the junction surface between the
(2) Since the
(3) Since the step of forming the
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。例えば、本発明の抵抗領域として、トレンチ酸化膜7に代わり、低濃度半導体層或いは酸化金属等の半絶縁性材料を適用しても良い。また、本発明の実施例としてnpnトランジスタについて説明したが、本発明の構造及び製造方法をpnpトランジスタに適用することもできる。
Although an example of the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Can be changed. For example, instead of the
1 基板
2 コレクタ層
3 ベース層
4、4’ エミッタ層
5 酸化膜
6、6’ トレンチ
7 トレンチ酸化膜
11 ベース電極
12 エミッタ電極
13 コレクタ電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
平面的に見て前記ベースコンタクトと前記エミッタコンタクトとの間に形成されるトレンチを備えることを特徴とする半導体装置。
A collector layer of a first conductivity type, a base layer of a second conductivity type formed on the collector layer, an emitter layer of a first conductivity type formed in an island shape on the base layer, and the base layer A semiconductor device having a base contact when the base electrode is electrically connected, and an emitter contact where the emitter layer and the emitter electrode are electrically connected,
A semiconductor device comprising a trench formed between the base contact and the emitter contact in plan view.
The semiconductor device according to claim 1, further comprising an electric resistance region formed inside the trench.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the emitter layer is formed adjacent to the trench.
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the electrical resistance region is formed of an oxide.
平面的に見て前記ベースコンタクトと前記エミッタコンタクトとの間にトレンチを形成する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a second conductivity type base layer on the first conductivity type collector layer; forming a first conductivity type emitter layer in an island shape on the base layer; and the base layer and the base electrode; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a base contact when electrically connected to each other; and a step of forming an emitter contact to which the emitter layer and the emitter electrode are electrically connected,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a trench between the base contact and the emitter contact in plan view.
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JP2013093457A (en) * | 2011-10-26 | 2013-05-16 | Sony Corp | Semiconductor device |
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JPS61284960A (en) * | 1985-06-10 | 1986-12-15 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
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- 2009-03-19 JP JP2009067155A patent/JP2010219454A/en active Pending
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