JP2703955B2 - Vertical bipolar transistor - Google Patents

Vertical bipolar transistor

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JP2703955B2 JP63298969A JP29896988A JP2703955B2 JP 2703955 B2 JP2703955 B2 JP 2703955B2 JP 63298969 A JP63298969 A JP 63298969A JP 29896988 A JP29896988 A JP 29896988A JP 2703955 B2 JP2703955 B2 JP 2703955B2
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肇 林本
文利 斎藤
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は縦型バイポーラトランジスタに関し、特に、
飽和領域における基板電流(以下、ISUBという)を減少
せしめた縦型バイポーラトランジスタに関する。
The present invention relates to a vertical bipolar transistor, and more particularly, to a vertical bipolar transistor.
The present invention relates to a vertical bipolar transistor in which a substrate current (hereinafter, referred to as ISUB ) in a saturation region is reduced.

[従来の技術] 縦型バイポーラトランジスタとして三重拡散型PNPト
ランジスタ(以下、T・PNPTrという)は、エミッタ
接地電流増幅率(hFE)が大きい、hFEのコレクタ電流
に関する伸びが大きい、遮断周波数が高い、などの特
徴をもっており、NPNトランジスタとの相補性も良いの
で、広く用いられている。従来のT・PNPTrは、第2図
に示す構造を有し、これは以下の様にして形成される。
[Prior art] A triple-diffusion PNP transistor (hereinafter referred to as T-PNPTr) as a vertical bipolar transistor has a large emitter ground current amplification factor (h FE ), a large increase in h FE collector current, and a cut-off frequency. It is widely used because it has such features as high and has good complementarity with NPN transistors. The conventional T-PNPTr has the structure shown in FIG. 2, which is formed as follows.

N+型埋込層2及びP+型埋込層3、3aを有するP型半導
体基板1上に、N-型エピタキシャル層4を形成し、半導
体基板1上のエピタキシャル層4表面よりP型不純物を
拡散して、コレクタ領域の一部となるP型第1コレクタ
領域6を形成する。次に、コレクタ領域の一部となるP+
型第2コレクタ領域7とP+絶縁分離領域7aとを同時に形
成する。このとき、P型第1コレクタ領域6、P+型第2
コレクタ領域7及びP+型絶縁分離領域7aは、P+型埋込層
3乃至3aとそれぞれ連結する。次に、P型第1コレクタ
領域6内にN型ベース領域8を形成し、その後N+ベース
コンタクト領域9を形成する。続いて、P+型エミッタ領
域10及びP+型コレクタコンタクト領域10aを同時に形成
する。最後に、酸化シリコン膜11の開口を通じて各領域
とコンタクトするエミッタ電極12、ベース電極13及びコ
レクタ電極14を形成する。
An N -type epitaxial layer 4 is formed on a P-type semiconductor substrate 1 having an N + -type buried layer 2 and P + -type buried layers 3 and 3a. To form a P-type first collector region 6 which becomes a part of the collector region. Next, P + which becomes part of the collector region
The mold second collector region 7 and the P + insulating isolation region 7a are formed simultaneously. At this time, the P-type first collector region 6 and the P + -type second
The collector region 7 and the P + -type insulating isolation region 7a are connected to the P + -type buried layers 3 to 3a, respectively. Next, an N-type base region 8 is formed in the P-type first collector region 6, and then an N + base contact region 9 is formed. Subsequently, the P + -type emitter region 10 and the P + -type collector contact region 10a are simultaneously formed. Finally, an emitter electrode 12, a base electrode 13, and a collector electrode 14, which are in contact with each region through the opening of the silicon oxide film 11, are formed.

[発明が解決しようとする問題点] 近年、安定化電源用集積回路において、T・PNPTrを
出力段トランジスタのドライバー用として応用する場合
が多くなってきているが、この場合、基板電流ISUBの増
大による消費電流の増大が大きな問題となっている。こ
のISUBは、T・PNPTrが飽和領域に入ると急激に増大す
るが、これは、次の理由によるものと考えられる。第2
図に示すT・PNPTrには、第3図に示すように、N-型エ
ピタキシャル層4をコレクタとし、P+型埋込層3をベー
ス、N型ベース領域8をエミッタとする寄生NPNTrと、P
+型絶縁分離領域7aとP-型半導体基板1をコレクタと
し、N-型エピタキシャル層4をベース、P+型埋込層3を
エミッタとする寄生PNPTrとが寄生している。この等価
回路を第4図に示す。
[Problems to be Solved by the Invention] In recent years, in a stabilized power supply integrated circuit, T · PNPTr is often used as a driver for an output transistor. In this case, the substrate current I SUB is reduced . The increase in current consumption due to the increase is a major problem. This I SUB increases rapidly when T · PNPTr enters the saturation region, which is considered to be due to the following reason. Second
As shown in FIG. 3, a parasitic NPNTr having an N type epitaxial layer 4 as a collector, a P + type buried layer 3 as a base, and an N type base region 8 as an emitter, as shown in FIG. P
A parasitic PNP Tr having a + -type insulating isolation region 7a, a P -type semiconductor substrate 1 as a collector, an N -type epitaxial layer 4 as a base, and a P + -type buried layer 3 as an emitter. This equivalent circuit is shown in FIG.

而して、T・PNPTrが飽和すると寄生NPNTrのベース−
エミッタ接合が順方向にバイアスされるので、この寄生
トランジスタが導通し、寄生PNPTrへベース電流を供給
し寄生PNPTrを導通せしめる。これにより基板電流ISUB
が急増する。その情況を第5図に示す。これは、コレク
タ・エミッタ間電圧を3Vとした時のベース・エミッタ間
電圧VBE対コレクタ電流IC、ベース電流IB及び基板電流I
SUB特性を示している。同図から明らかなように、T・P
NPTrが飽和領域に入ると、つまりVBEが、VBE>1Vとなる
と基板電流ISUBが急激に増加する。
Therefore, when T • NPPTr saturates, the base of the parasitic NPNTr −
Since the emitter junction is forward biased, this parasitic transistor conducts, supplies a base current to the parasitic PNPTr, and makes the parasitic PNPTr conductive. As a result, the substrate current I SUB
Increase rapidly. The situation is shown in FIG. This is because the collector-emitter voltage is 3 V, the base-emitter voltage VBE versus the collector current I C , the base current IB and the substrate current I B
The SUB characteristic is shown. As is clear from FIG.
When NPTr enters the saturation region, i.e. V BE is, V BE> 1V become the substrate current I SUB is rapidly increased.

よって、本発明の目的とするところは、T・PNPTrの
ような縦型バイポーラトランジスタを飽和領域において
動作させる場合においても、基板電流ISUBを急増せしめ
ないようにすることであり、もって消費電流と発熱の増
大を抑制せしめることである。
Therefore, an object of the present invention is to prevent the substrate current I SUB from being rapidly increased even when a vertical bipolar transistor such as a T-PNP Tr is operated in a saturation region. The purpose is to suppress an increase in heat generation.

[問題点を解決するための手段] 本発明の縦型バイポーラトランジスタは、第1導電型
半導体基板と、該第1導電型半導体基板の表面に形成さ
れた第2導電型埋込層と、該第2導電型埋込層の表面の
該埋込層の領域内に形成された第1導電型埋込層と、前
記第1導電型半導体基板表面に形成された第2導電型エ
ピタキシャル層と、前記第1導電型埋込層上の前記エピ
タキシャル層内に前記第1導電型埋込層に達するように
形成された第1導電型コレクタ領域と、該コレクタ領域
内に形成されたベース領域と、該ベース領域内に形成さ
れたエミッタ領域と、前記第2導電型埋込層の外側にあ
ってこれを囲繞し前記エピタキシャル層内にこれを貫通
して設けられた第1導電型絶縁領域とを具備するもので
あって、このトランジスタにはさらに、前記第1導電型
埋込層の外側にあってこれを囲繞し前記エピタキシャル
層の表面から前記第2導電型埋込層に達するように設け
られた第2導電型高不純物濃度領域が備えられている。
[Means for Solving the Problems] A vertical bipolar transistor according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type buried layer formed on a surface of the first conductivity type semiconductor substrate, A first conductivity type buried layer formed in a region of the buried layer on the surface of the second conductivity type buried layer, a second conductivity type epitaxial layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate, A first conductivity type collector region formed in the epitaxial layer on the first conductivity type buried layer so as to reach the first conductivity type buried layer; a base region formed in the collector region; An emitter region formed in the base region, and a first conductivity type insulating region provided outside and surrounding the second conductivity type buried layer and provided in the epitaxial layer so as to penetrate therethrough. That the transistor has A second conductivity type high impurity concentration region provided outside the first conductivity type buried layer and surrounding the first conductivity type buried layer so as to reach from the surface of the epitaxial layer to the second conductivity type buried layer; I have.

[実施例] 次に、本発明の実施例について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 drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示すT・PNPTrの断面
図である。このトランジスタは次のように形成される。
FIG. 1 is a sectional view of a T-PNP Tr showing an embodiment of the present invention. This transistor is formed as follows.

先ず、不純物濃度が1014〜1016cm-3のP-型半導体基板
1の表面から燐(P)イオンをイオン注入し、シート抵
抗(以下、ρという)が50〜100Ω/□のN+型埋込層
2を形成し、次に、ボロン(B)イオンのイオン注入に
よりρが10〜50Ω/□のP+型埋込層3、3aを同時に形
成する。その後、不純物濃度が1014〜1016cm-3のN-型エ
ピタキシャル層4を形成する。
First, the impurity concentration is 10 14 ~10 16 cm -3 P - -type surface from phosphorus (P) ions of the semiconductor substrate 1 by ion implantation, the sheet resistance (hereinafter, referred to as [rho S) is 50~100Ω / □ of N + -type buried layer 2 is formed, then, boron (B) ions are implanted by [rho S ions are formed simultaneously 10~50Ω / □ P + type buried layer 3, 3a. Thereafter, an N -type epitaxial layer 4 having an impurity concentration of 10 14 to 10 16 cm −3 is formed.

次に、N-型エピタキシャル層4の表面より、POCl3
用いた燐拡散によりρが4〜10Ω/□のN+領域5を形
成する。この時、このN+領域5をN+型埋込層2と連結
し、後述するP+型第2コレクタ領域7の周囲を取り囲む
様に形成する。次に、N-型エピタキシャル層4の表面よ
りボロン(B)イオンをイオン注入しρが500〜3000
Ω/□のP型第1コレクタ領域6を形成する。次に、BC
l3を用いたボロン拡散によりρが7〜20Ω/□のP+
第2コレクタ領域7及びP+型絶縁分離領域7aを同時に形
成する。このとき、P型第1コレクタ領域6は、P+型埋
込層3に連結し、同様にP+型第2コレクタ領域7及びP+
型絶縁分離領域7aもP+埋込層3及び3aとそれぞれ連結す
る。次に、燐(P)イオンのイオン注入によりρが10
0〜300Ω/□のN型ベース領域8を形成し、その後POCl
3を用いた燐拡散によりρが7〜20Ω/□のN+型ベー
スコンタクト領域9を形成する。次に、BCl3を用いたボ
ロン拡散によりρが10〜20Ω/□のP+型エミッタ領域
10及びP+型コレクタコンタクト領域10aを同時に形成す
る。最後に、酸化膜11を選択的にエッチングしてエミッ
タ、ベース及びコレクタ領域の所定の個所にコンタクト
開口を形成し、各電極12、13および14を形成する。
Next, from the surface of the N -type epitaxial layer 4, an N + region 5 having ρ S of 4 to 10 Ω / □ is formed by phosphorus diffusion using POCl 3 . At this time, the N + region 5 is connected to the N + type buried layer 2 and formed so as to surround a P + type second collector region 7 described later. Next, boron (B) ions are ion-implanted from the surface of the N -type epitaxial layer 4 so that ρ S is 500 to 3000.
The Ω / □ P-type first collector region 6 is formed. Then BC
The P + -type second collector region 7 and the P + -type isolation region 7 a having ρ S of 7 to 20 Ω / □ are simultaneously formed by boron diffusion using l 3 . At this time, the P-type first collector region 6 is connected to the P + -type buried layer 3, and similarly, the P + -type second collector region 7 and P +
The mold isolation region 7a is also connected to the P + buried layers 3 and 3a, respectively. Next, ρ S becomes 10 by ion implantation of phosphorus (P) ions.
An N-type base region 8 of 0 to 300 Ω / □ is formed.
[Rho S by phosphorus diffusion using a 3 to form a N + -type base contact region 9 of 7~20Ω / □. Next, a P + -type emitter region having a ρ S of 10 to 20 Ω / □ by boron diffusion using BCl 3.
10 and a P + type collector contact region 10a are formed simultaneously. Finally, the oxide film 11 is selectively etched to form contact openings at predetermined locations in the emitter, base and collector regions, and the electrodes 12, 13 and 14 are formed.

このようにして形成されたT・PNPTrにおいてはエピ
タキシャル層4内にN+領域5が存在することにより、寄
生PNPトランジスタのエミッタ注入効率は著しく低下す
る。従って、T・PNPTrが飽和領域に入り寄生PNPTrが導
通しても、寄生PNPTrのコレクタ電流、すなわち、基板
電流ISUBは、第5図に示すように、急増することはな
い。
In the T.PNPTr thus formed, since the N + region 5 exists in the epitaxial layer 4, the emitter injection efficiency of the parasitic PNP transistor is significantly reduced. Therefore, even if T.PNPTr enters the saturation region and the parasitic PNPTr conducts, the collector current of the parasitic PNPTr, that is, the substrate current ISUB does not increase rapidly as shown in FIG.

以上、T・PNPTrについて説明したが、本発明は、縦
型バイポーラトランジスタ一般に対して適用することが
できる。
The T-PNPTr has been described above, but the present invention can be applied to general vertical bipolar transistors.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明は、N-型エピタキシャル
層4内にP+型第2コレクタ領域7の周囲を取り囲みかつ
N+型埋込層2と連結する、N-型エピタキシャル層4より
高濃度のN+型領域5をP+型絶縁分離領域7aの内側に設け
たものであるので、本発明によれば、T・PNPTrが飽和
して寄生PNPが導通した際、P+型第2コレクタ領域7お
よびP+型埋込層(寄生PNPTrのエミッタ)からN-型エピ
タキシャル層4(寄生PNPTrのベース)へ注入するホー
ルに対し、注入をさまたげる電界が形成され寄生PNPTr
のhFEが小さくなり、基板電流ISUBの急激な増加を防ぐ
ことがでる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention surrounds the periphery of the P + -type second collector region 7 in the N -type epitaxial layer 4 and
According to the present invention, since the N + -type region 5 connected to the N + -type buried layer 2 and having a higher concentration than the N -type epitaxial layer 4 is provided inside the P + -type insulating isolation region 7a, When T • PNPTr is saturated and the parasitic PNP becomes conductive, the P + type second collector region 7 and the P + type buried layer (emitter of the parasitic PNPTr) are injected into the N type epitaxial layer 4 (the base of the parasitic PNPTr). An electric field that prevents injection is formed for the hole
H FE is reduced, and a rapid increase in the substrate current I SUB can be prevented.

従って、本発明によれば飽和領域において用いられる
縦型バイポーラトランジスタにおいて無駄な消費電流と
発熱とを抑制することができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress unnecessary current consumption and heat generation in the vertical bipolar transistor used in the saturation region.

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

第1図は、本発明の一実施例を示す断面図、第2図は、
従来例を示す断面図、第3図は、従来例の寄生トランジ
スタ発生箇所説明図、第4図は、第3図の等価回路図、
第5図は、従来例および本発明の一実施例の動作特性図
である。 1……P-型半導体基板、2……N+型埋込層、3、3a……
P+型埋込層、4……N-型エピタキシャル層、5……N+
域、6……P型第1コレクタ領域、7……P+型第2コレ
クタ領域、7a……P+型絶縁分離領域、8……N型ベース
領域、9……N+型ベースコンタクト領域、10……P+型エ
ミッタ領域、10a……P+型コレクタコンタクト領域、11
……酸化膜。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional example, FIG. 3 is an explanatory view of a parasitic transistor generation place of the conventional example, FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of FIG.
FIG. 5 is an operation characteristic diagram of the conventional example and one embodiment of the present invention. 1 ... P - type semiconductor substrate, 2 ... N + type buried layer, 3, 3a ...
P + -type buried layer, 4 ...... N - -type epitaxial layer, 5 ...... N + region, 6 ...... P-type first collector region, 7 ...... P + -type second collector region, 7a ...... P + -type isolation region, 8 ...... N-type base region, 9 ...... N + -type base contact region, 10 ...... P + -type emitter region, 10a ...... P + -type collector contact region, 11
……Oxide film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1導電型半導体基板基板と、該第1導電
型半導体基板表面に形成された第2導電型埋込層と、該
第2導電型埋込層の表面の該埋込層の範囲内に形成され
た第1導電型埋込層と、前記第1導電型半導体基板上に
形成された第2導電型エピタキシャル層と、前記第1導
電型埋込層上の前記エピタキシャル層内に前記第1導電
型埋込層に達するように形成された第1導電型コレクタ
領域と、該コレクタ領域内に形成された第2導電型ベー
ス領域と、該ベース領域内に形成された第1導電型エミ
ッタ領域と、前記エピタキシャル層内にこれを貫通し前
記第2導電型埋込層を囲繞して設けられた第1導電型絶
縁分離領域とを具備した縦型バイポーラトランジスタに
おいて、前記第1導電型埋込層を囲繞し前記エピタキシ
ャル層表面から前記第2導電型埋込層に達する第2導電
型の高不純物濃度領域が備えられていることを特徴とす
る縦型バイポーラトランジスタ。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a buried layer of a second conductivity type formed on a surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, and a buried layer on a surface of the buried layer of the second conductivity type. A first conductivity type buried layer formed within the range of: a second conductivity type epitaxial layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate; and a second conductivity type buried layer formed on the first conductivity type buried layer. A first conductivity type collector region formed to reach the first conductivity type buried layer, a second conductivity type base region formed in the collector region, and a first conductivity type base region formed in the base region. The vertical bipolar transistor, comprising: a conductive type emitter region; and a first conductive type insulating isolation region penetrating the epitaxial layer and surrounding the second conductive type buried layer. Surrounding the conductive type buried layer and extending from the surface of the epitaxial layer Vertical bipolar transistor, characterized in that a high impurity concentration region of the second conductivity type is provided to reach the second conductivity type buried layer.
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