JP2623661B2 - Bipolar transistor - Google Patents

Bipolar transistor

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JP2623661B2 JP7977688A JP7977688A JP2623661B2 JP 2623661 B2 JP2623661 B2 JP 2623661B2 JP 7977688 A JP7977688 A JP 7977688A JP 7977688 A JP7977688 A JP 7977688A JP 2623661 B2 JP2623661 B2 JP 2623661B2
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邦明 小山
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は高速で且つ高電流動作が可能なバイポーラ型
トランジスタに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar transistor that can operate at high speed and at high current.

[従来の技術] 従来、バイポーラ型トランジスタを有する半導体装置
は素子間を電気的に分離する必要から第4図に示すよう
にP型シリコン基板1上にこの基板1とは逆導電型のN-
エピタキシャル層4を成長させ、このエピタキシャル層
4をコレクタ領域として使用し、そのエピタキシャル層
4内にP+型ベース領域7及びN+型エミッタ領域9を形成
する。そして、素子のトランジスタ動作領域とコレクタ
電極との間の直列抵抗を低減するために、エピタキシャ
ル層4と基板1との境界部分にN+型埋込コレクタ層2を
形成し、素子の周囲には絶縁分離領域としてP型チャネ
ルストッパ層3を設けていた。
[Prior Art] Conventionally, a semiconductor device having a conductivity type opposite to the substrate 1 on the P-type silicon substrate 1 as shown in Figure 4 from the need to electrically isolate the device having a bipolar transistor N -
The epitaxial layer 4 is grown, and the P + type base region 7 and the N + type emitter region 9 are formed in the epitaxial layer 4 using the epitaxial layer 4 as a collector region. Then, in order to reduce the series resistance between the transistor operating region of the device and the collector electrode, an N + type buried collector layer 2 is formed at the boundary between the epitaxial layer 4 and the substrate 1 and the periphery of the device is formed. The P-type channel stopper layer 3 was provided as an insulating isolation region.

[発明が解決しようとする課題] 一般的に、バイポーラ型トランジスタを高速化するた
めには、ベース領域7の深さを浅くすることによりキャ
リアの走行距離を短くするのが有効であるが、高電流動
作時にはカーク効果と呼ばれる現象により実効的なベー
ス深さが大きくなってしまうため、コレクタ領域である
エピタキシャル層4内の不純物濃度を高くして上記現象
を抑制することが必要である。
[Problems to be Solved by the Invention] Generally, in order to increase the speed of a bipolar transistor, it is effective to decrease the depth of the base region 7 to shorten the traveling distance of carriers. At the time of current operation, the effective base depth becomes large due to a phenomenon called the Kirk effect. Therefore, it is necessary to suppress the above phenomenon by increasing the impurity concentration in the epitaxial layer 4 as the collector region.

しかしながら、上記ベース領域7の深さを浅くするた
めには、エミッタ及びコレクタ間のパンチスルー等の耐
圧が低くならないようにベース領域7における不純物濃
度を高くする必要がある。また、上述の如く、エピタキ
シャル層4内の不純物濃度を高くするため、コレクタ及
びベース間の接合容量が著しく増えてしまう。このた
め、従来のバイポーラ型トランジスタの構造は、バイポ
ーラ型トランジスタを高速化する上で、大きな欠点を有
するものであった。また、エピタキシャル層4の濃度が
高いことは、素子分離領域のチャネルストッパ層3の濃
度も高くする必要があり、更にMOSトランジスタを形成
する上でも容量が大きくなる。このようにエピタキシャ
ル層4の濃度を高くすることは、バイポーラ型トランジ
スタの高速化に加えて他のデバイスとの複合化の上でも
大きな欠点になっていた。
However, in order to reduce the depth of the base region 7, it is necessary to increase the impurity concentration in the base region 7 so that the withstand voltage such as punch-through between the emitter and the collector does not decrease. Further, as described above, since the impurity concentration in the epitaxial layer 4 is increased, the junction capacitance between the collector and the base is significantly increased. For this reason, the structure of the conventional bipolar transistor has a major drawback in increasing the speed of the bipolar transistor. In addition, the high concentration of the epitaxial layer 4 also requires that the concentration of the channel stopper layer 3 in the element isolation region be high, and further increases the capacitance in forming a MOS transistor. Increasing the concentration of the epitaxial layer 4 in this way has been a major drawback not only in increasing the speed of the bipolar transistor but also in combining it with other devices.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、動作速度が高速化されると共に、高電流動作が可能
のバイポーラ型トランジスタを提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a bipolar transistor capable of operating at a high speed and operating at a high current.

[課題を解決するための手段] 本発明に係るバイポーラ型トランジスタは、第1導電
型の半導体基板と、この半導体基板上を覆う第2導電型
の半導体層と、この第2導電型半導体層及び半導体基板
の境界部分に選択的に形成された第2導電型の高濃度埋
込コレクタ領域と、前記半導体層に選択的に形成された
第1導電型の第1のベース領域と、この第1のベース領
域の上側に形成された第2導電型のエミッタ領域と、を
有するバイポーラ型トランジスタにおいて、前記エミッ
タ領域直下の前記第1のベース領域が前記高濃度埋込コ
レクタ領域と接するように形成されると共に、前記第1
のベース領域より第1導電型の不純物濃度が低い第2の
ベース領域が前記エミッタ領域直下でない位置に前記第
2導電型埋込コレクタ領域と接して形成され、前記第2
ベース領域の上側には、前記第1のベース領域より第1
導電型の不純物濃度が高い第3のベース領域が形成され
ていることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A bipolar transistor according to the present invention includes a semiconductor substrate of a first conductivity type, a semiconductor layer of a second conductivity type covering the semiconductor substrate, and a semiconductor layer of the second conductivity type. A second conductivity type high-concentration buried collector region selectively formed in a boundary portion of the semiconductor substrate; a first conductivity type first base region selectively formed in the semiconductor layer; And a second conductivity type emitter region formed above the base region of the bipolar transistor, wherein the first base region immediately below the emitter region is formed to be in contact with the high-concentration buried collector region. And the first
A second base region having an impurity concentration of a first conductivity type lower than that of the base region is formed at a position not directly below the emitter region and in contact with the second conductivity type buried collector region;
Above the base region, the first base region
A third base region having a high conductivity type impurity concentration is formed.

[作用] 本発明においては、エミッタ領域の直下の第1のベー
ス領域を高濃度埋込コレクタ領域と接するように形成
し、この第1のベース領域より第1導電型の不純物濃度
が低い第2のベース領域がエミッタ領域と直下でない位
置に前記埋込コレクタ領域と接して形成され、第1のベ
ース領域より第1導電型の不純物濃度が高い第3のベー
ス領域が第2のベース領域の上側に形成されている。
[Operation] In the present invention, the first base region immediately below the emitter region is formed so as to be in contact with the high-concentration buried collector region, and the second base region having a first conductive type impurity concentration lower than that of the first base region. Is formed in contact with the buried collector region at a position not directly below the emitter region, and a third base region having a higher impurity concentration of the first conductivity type than the first base region is located above the second base region. Is formed.

このように、低濃度の第2のベース領域が高濃度埋込
コレクタ領域と接するから、ベース・コレクタ間の容量
が低減される。また、第3のベース領域を高濃度にする
ことができるため、ベース抵抗値が低くなる。更に、第
1のベース領域が高濃度埋込コレクタ領域と接している
ため、所謂カーク効果を抑制することができる。従っ
て、本発明においては、バイポーラ型トランジスタの高
速化及び高電流化が可能である。
As described above, since the low-concentration second base region is in contact with the high-concentration buried collector region, the capacitance between the base and the collector is reduced. In addition, since the third base region can have a high concentration, the base resistance value is low. Further, since the first base region is in contact with the high-concentration buried collector region, a so-called Kirk effect can be suppressed. Therefore, in the present invention, the speed and current of the bipolar transistor can be increased.

[実施例] 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して
説明する。
Example Next, an example of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の実施例に係るバイポーラ型トランジ
スタを示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.

P型シリコン基板1上にN+型埋込コレクタ層2が設け
られ、それに接してP-型ベース領域6とP+型ベース領域
7が形成されている。そして、P-型ベース領域6上にP
++型ベース領域8が形成されており、P+型ベース領域7
上にはN+型エミッタ領域9が形成されている。また、こ
の素子形成領域を囲むようにして、絶縁分離領域として
P型チャネルストッパ層3が設けられている。
An N + -type buried collector layer 2 is provided on a P-type silicon substrate 1, and a P -type base region 6 and a P + -type base region 7 are formed in contact with it. Then, the P - type base region 6 has P
++ type base region 8 is formed, and P + type base region 7
An N + type emitter region 9 is formed thereon. Further, a P-type channel stopper layer 3 is provided as an insulating isolation region so as to surround the element formation region.

このように構成されたバイポーラ型トランジスタにお
いては、N+型エミッタ領域9の直下のP+型ベース領域7
より低濃度のP-型ベース領域6をN+型埋込コレクタ層2
と接するようにして設けたから、ベース・コレクタ間の
容量を低減することができる。
In the bipolar transistor thus configured, the P + -type base region 7 immediately below the N + -type emitter region 9
A lower concentration P - type base region 6 is replaced with an N + type buried collector layer 2.
, The capacitance between the base and the collector can be reduced.

また、低濃度のP-型ベース領域6の上には、高濃度P
++型ベース領域8を配設したから、ベース抵抗が低下す
る。
On the low concentration P -type base region 6, a high concentration P −
Since the ++ type base region 8 is provided, the base resistance is reduced.

更に、N+型エミッタ領域9の直下のP+型ベース領域7
が高濃度のN+型埋込コレクタ層2と接触しているため、
所謂カーク効果が抑制され、高速化及び高電流化された
動作が可能である。
Further, the P + -type base region 7 immediately below the N + -type emitter region 9
Is in contact with the high concentration N + type buried collector layer 2,
The so-called Kirk effect is suppressed, and high-speed and high-current operation is possible.

次に、上述のバイポーラ型トランジスタの製造方法に
ついて説明する。
Next, a method of manufacturing the above-described bipolar transistor will be described.

第2図はこの製造方法を工程順に示す断面図である。
先ず、第2図(a)に示すように、P型シリコン基板1
上に夫々例えば、ひ素及びボロンをイオン注入してN+
埋込コレクタ層2及びP型チャネルストッパ層3を形成
する。
FIG. 2 is a sectional view showing this manufacturing method in the order of steps.
First, as shown in FIG.
For example, an N + -type buried collector layer 2 and a P-type channel stopper layer 3 are formed by ion implantation of, for example, arsenic and boron.

次いで、第2図(b)に示すように、N-型エピタキシ
ャル層4を成長させ、フォトレジスト11をマスクにして
エミッタ及びコレクタ形成領域以外の部分に、例えば、
ボロンのイオン注入によりP-型ベース領域6を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 2 (b), an N -type epitaxial layer 4 is grown, and the photoresist 11 is used as a mask to cover portions other than the emitter and collector forming regions, for example,
A P type base region 6 is formed by ion implantation of boron.

次に、第2図(c)に示すように、通常のLOCOS法に
より酸化膜5を形成した後、ベース領域を形成する領域
以外の部分を被覆するフォトレジスト11を被着し直す。
そして、例えば、ボロンのイオン注入により、先のP-
ベース領域6よりも浅くて濃度が高いP++型ベース領域
8及びP+型ベース領域7を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (c), after the oxide film 5 is formed by a normal LOCOS method, a photoresist 11 covering a portion other than the region where the base region is formed is applied again.
Then, for example, a P ++ type base region 8 and a P + type base region 8 which are shallower and have a higher concentration than the P type base region 6 are formed by ion implantation of boron.

その後、第2図(d)に示すように、新たに形成し直
したフォトレジスト11をマスクとして、例えば、ヒ素の
イオン注入により、P+型ベース領域7の表面側にN+型エ
ミッタ領域9を形成する。次いで、酸化膜5に通常のコ
ンタクトを開口し、金属電極10の配線層を形成すること
により、第1図に示した構造のバイポーラ型トランジス
タが得られる。
Thereafter, as shown in FIG. 2 (d), using the newly formed photoresist 11 as a mask, the N + -type emitter region 9 is formed on the surface side of the P + -type base region 7 by arsenic ion implantation, for example. To form Next, a normal contact is opened in the oxide film 5 and a wiring layer of the metal electrode 10 is formed, whereby a bipolar transistor having the structure shown in FIG. 1 is obtained.

第3図(a)乃至(d)は上述の構造を有するバイポ
ーラ型トランジスタの他の製造方法を工程順に示す断面
図である。第3図(a)に示すように、P型シリコン基
板1上にN+型埋込コレクタ層2及びP型チャネルストッ
パ層3を形成するために、第2図(a)に示す工程と同
様にして、夫々ヒ素及びボロンのイオン注入を基板表面
に行う。
3A to 3D are cross-sectional views showing another method of manufacturing the bipolar transistor having the above-described structure in the order of steps. As shown in FIG. 3A, in order to form an N + -type buried collector layer 2 and a P-type channel stopper layer 3 on a P-type silicon substrate 1, a process similar to that shown in FIG. Then, arsenic and boron ions are implanted into the substrate surface, respectively.

次いで、第3図(b)に示すように、N-型エピタキシ
ャル層4を形成した後、通常のLOCOS法により酸化膜5
を形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (b), after an N -type epitaxial layer 4 is formed, an oxide film 5 is formed by a normal LOCOS method.
To form

その後、第3図(c)に示すように、エミッタ及びコ
レクタ形成領域以外をフォトレジスト11によりマスク
し、例えば、イオン注入エネルギが低くて高濃度のボロ
ンのイオン注入と、イオン注入エネルギが高くて低濃度
のボロンのイオン注入とを行うことにより、P-型ベース
領域6及びP++型ベース領域8を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (c), the region other than the emitter and collector formation regions is masked with a photoresist 11, for example, ion implantation of low concentration and high concentration of boron and ion implantation of high concentration are performed. By performing ion implantation of low-concentration boron, a P type base region 6 and a P ++ type base region 8 are formed.

次いで、第3図(d)に示すように、エミッタ形成領
域が開口したフォトレジスト11を新たに形成し、このフ
ォトレジスト11をマスクにしてエミッタ形成領域に、第
3図(c)の工程における2種類のボロンイオン注入濃
度の中の濃度でボロンをイオン注入することにより、P+
型ベース領域7を形成する。しかる後、例えば、ヒ素の
イオン注入により浅いN+型エミッタ領域9を形成する。
このような方法をとることにより、本発明の実施例に係
るバイポーラ型トランジスタを製造することができる。
Next, as shown in FIG. 3 (d), a photoresist 11 having an opening in the emitter formation region is newly formed, and the photoresist 11 is used as a mask in the emitter formation region in the step of FIG. 3 (c). By implanting boron at a concentration between the two boron ion implantation concentrations, P +
A mold base region 7 is formed. Thereafter, a shallow N + -type emitter region 9 is formed by, for example, arsenic ion implantation.
By employing such a method, the bipolar transistor according to the embodiment of the present invention can be manufactured.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、エミッタ領域直
下の第1のベース領域の濃度よりも低濃度の第2のベー
ス領域を高濃度埋込コレクタ層と接するように設けてベ
ース・コレクタ間の容量を低減すると同時に、その低濃
度の第2のベース領域の上の第3のベース領域の濃度を
高くすることができるため、ベース抵抗値が低くなる。
また、前記エミッタ領域下の第1のベース領域が高濃度
の埋込コレクタ層と接しているため、所謂カーク効果現
象を抑制することができるから、本発明によれば、高速
化及び高電流化が可能のバイポーラ型トランジスタを得
ることができる。
[Effect of the Invention] As described above, according to the present invention, the second base region having a lower concentration than the first base region immediately below the emitter region is provided so as to be in contact with the high-concentration buried collector layer. Since the capacitance between the base and the collector can be reduced and the concentration of the third base region above the low-concentration second base region can be increased, the base resistance value decreases.
Further, since the first base region below the emitter region is in contact with the high-concentration buried collector layer, the so-called Kirk effect phenomenon can be suppressed. Can be obtained.

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

第1図は本発明の実施例に係るバイポーラ型トランジス
タを示す縦断面図、第2図(a)乃至(d)は本発明の
実施例に係るバイポーラ型トランジスタを製造する方法
を工程順に示す断面図、第3図(a)乃至(d)は同じ
く他の製造方法を工程順に示す断面図、第4図は従来の
バイポーラ型トランジスタを示す断面図である。 1;P型シリコン基板、2;N+型埋込コレクタ層、3;P型チャ
ネルストッパ層、4;N-エピタキシャル層、5;酸化膜、6;
P-型ベース領域、7;P+型ベース領域、8;P++型ベース領
域、9;N+型エミッタ領域、10;金属電極、11;フォトレジ
スト
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a bipolar transistor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (d) are cross sections showing a method of manufacturing a bipolar transistor according to an embodiment of the present invention in the order of steps. FIGS. 3 (a) to 3 (d) are cross-sectional views showing another manufacturing method in the order of steps, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional bipolar transistor. 1; P-type silicon substrate; 2; N + -type buried collector layer; 3; P-type channel stopper layer; 4; N - epitaxial layer; 5; oxide film; 6;
P - type base region, 7; P + type base region, 8; P ++ type base region, 9; N + type emitter region, 10; metal electrode, 11; photoresist

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、この半導体基
板上を覆う第2導電型の半導体層と、この第2導電型半
導体層及び半導体基板の境界部分に選択的に形成された
第2導電型の高濃度埋込コレクタ領域と、前記半導体層
に選択的に形成された第1導電型の第1のベース領域
と、この第1のベース領域の上側に形成された第2導電
型のエミッタ領域と、を有するバイポーラ型トランジス
タにおいて、前記エミッタ領域直下の前記第1のベース
領域が前記高濃度埋込コレクタ領域と接するように形成
されると共に、前記第1のベース領域より第1導電型の
不純物濃度が低い第2のベース領域が前記エミッタ領域
直下でない位置に前記第2導電型埋込コレクタ領域と接
して形成され、前記第2ベース領域の上側には、前記第
1のベース領域より第1導電型の不純物濃度が高い第3
のベース領域が形成されていることを特徴とするバイポ
ーラ型トランジスタ。
A semiconductor substrate of a first conductivity type, a semiconductor layer of a second conductivity type covering the semiconductor substrate, and a semiconductor layer selectively formed at a boundary between the semiconductor layer of the second conductivity type and the semiconductor substrate. A two-conductivity-type high-concentration buried collector region; a first base region of a first conductivity type selectively formed in the semiconductor layer; and a second conductivity type formed above the first base region And a first base region immediately below the emitter region is formed so as to be in contact with the high-concentration buried collector region, and a first conductive region is formed between the first base region and the first base region. A second base region having a low impurity concentration is formed at a position not directly below the emitter region and in contact with the buried collector region of the second conductivity type; and above the second base region, the first base region is formed. Than The impurity concentration of the first conductivity type high third
A bipolar transistor, wherein a base region is formed.
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