JP2730450B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2730450B2 JP13345593A JP13345593A JP2730450B2 JP 2730450 B2 JP2730450 B2 JP 2730450B2 JP 13345593 A JP13345593 A JP 13345593A JP 13345593 A JP13345593 A JP 13345593A JP 2730450 B2 JP2730450 B2 JP 2730450B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
バイポーラトランジスタとCMOSトランジスタとを同
一半導体チップ上に構成したBi−CMOS集積回路装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】単一の電源電圧により駆動されるBi−
CMOS論理回路においては、npnトランジスタのコ
レクタに電源電圧を印加するため、このトランジスタを
半導体基板から電気的に分離する必要があり、一般にp
型基板の採用によりその電気的分離を達成している。
【0003】このようなBi−CMOS論理回路を含む
Bi−CMOS集積回路装置は、図6に示すように、p
型基板1の表面に、npnトランジスタ形成用のn+
埋込層3とCMOSトランジスタ形成用のp+ 型埋込層
4およびn+ 型埋込層5とを含むn- 型エピタキシャル
層6を形成し、上記n+ 型埋込層3の周囲のn- 型エピ
タキシャル層に形成した環状のp+ 型埋込層17および
+ 型拡散層18により電気的に分離された島状のn-
型領域19にnpnトランジスタを形成し、一方、この
島状領域以外のn- 型エピタキシャル層6にそれぞれ位
置し上記p+ 型埋込層4およびn+ 型埋込層5にそれぞ
れ達するp型ウェル8およびn型ウェル9にnチャネル
MOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジス
タをそれぞれ形成することによって構成される。
【0004】しかしながら、高集積化および高速化の要
求に伴いCMOSトランジスタのゲート長がサブミクロ
ンの領域まで微小化されたため、ゲート長が従来のミク
ロンオーダーのときのBi−CMOS論理回路の駆動電
圧と同じ電位の5Vに保つと、MOSトランジスタのホ
ットキャリア耐性が著しく低下し、MOSトランジスタ
の寿命を短くする。一方、バイポーラトランジスタの駆
動電圧は高速動作を確保するために高くした方が有利で
ある。従って、Bi−CMOS論理回路を含むBi−C
MOS集積回路装置をCMOSトランジスタのための低
い電圧と、バイポーラトランジスタのための高い電圧の
異なる二つの電源電圧で駆動させることが必要になって
きた。
【0005】Bi−CMOS集積回路装置を高電圧およ
び低電圧の二つの電源電圧で駆動するためには、nチャ
ネルMOSトランジスタもp型基板から電気的に分離す
る必要がある。その必要を充足するための手法が199
1年 アイ・イー・イー・イー・インターナショナル・
ソリッドステート・サーキッツ・コンファレンス・ダイ
ジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ(IEEE
International Solid−State
Circuits Conference,Dige
st of technical papers)52
〜53頁に記載されている。すなわち、図7に示すよう
にnチャネルMOSトランジスタ形成用のp型ウェル8
をその上に形成したp+ 型埋込層4とp型基板1との間
にn型埋込層2を設ける手法である。なお、n型埋込層
2以外は図6に示した構成と同様の構成を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
は、nチャネルMOSトランジスタをp型基板1から分
離するためのn型埋込層2の領域内にp+ 型埋込層4も
p型ウェル8も収まらなければならない。従って、製造
工程中の位置合わせマージンを見込んでn型埋込層2の
面積を大きくする必要があり、それによってBi−CM
OS集積回路装置の集積度の改善が阻害されるという問
題がある。
【0007】本発明の目的は、集積度の向上に適した構
造を備えるBi−CMOS集積回路装置を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
p型基板の上面に形成されたn型埋込層と、このn型埋
込層の上面に形成されたnチャネルMOSトランジスタ
形成用のp+ 型埋込層と、npnトランジスタ形成用お
よびpチャネルMOSトランジスタ形成用のn+ 型埋込
層とを備える。
【0009】これらp+ 型埋込層およびn+ 型埋込層を
含む上記p型基板表面にはn- 型エピタキシャル層が形
成され、このn- 型エピタキシャル層内の上記p+ 型埋
込層を含む領域にp型ウェルが形成され、同層内のn+
型埋込層を含む領域にn型ウェルが形成される。上記p
型ウェル内に形成されるnチャネルMOSトランジスタ
は、npnトランジスタ形成用およびpチャネルMOS
トランジスタ形成用の上記n型埋込層の一部に含まれて
形成されるので、位置合わせマージンが不要となり、互
いに隣接するnpnトランジスタやpチャネルMOSト
ランジスタなどの相互間の距離を短縮できる。すなわ
ち、高電圧および低電圧の二つの電源電圧で駆動されB
i−CMOS集積回路の集積度を上述の構成により向上
できる。
【0010】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0011】図1および図2は本発明の第1の実施例の
デバイスレイアウトを示す概略的平面図およびA−A′
線断面図である。
【0012】図1および図2に示すように、p型基板1
の上面に設けたn型埋込層2と、このn型埋込層2の上
面に設けたnpnトランジスタ101形成用のn+ 型埋
込層3,nチャネルMOSトランジスタ102形成用の
+ 型埋込層4およびpチャネルMOSトランジスタ1
03形成用のn+ 型埋込層5とを備えている。p+ 型埋
込層4およびn+ 型埋込層5の各各は、後述のウェル内
の寄生抵抗を低減して電位を安定させる作用を有する。
n型埋込層2、n+ 型埋込層3,5およびp+型埋込層
4を含む基板1の表面にはn- 型エピタキシャル層6が
形成され、この層6の表面の選択的酸化によるフィール
ド酸化膜7により上記トランジスタ101,102,お
よび103などの素子を形成する素子形成領域が区画さ
れる。n- 型エピタキシャル層6には、p型不純物を選
択的にドープして形成され且つ底部がp+ 型埋込層4に
接続されたp型ウェル8と、同様にn型不純物を選択的
にドープして形成され且つ底部がn+ 型埋込層5に接続
されたn型ウェル9とが形成される。
【0013】上記素子形成領域には、n+ 型埋込層3に
達するコレクタ引出層10と、p型のベース領域11と
ベース領域11内に形成されたn+ 型のエミッタ領域1
2とからなるnpnトランジスタ101が形成される。
また、p型ウェル8にはゲート絶縁膜13を介して設け
たゲート電極14に整合してn+ 型拡散層15が形成さ
れ、同様に、n型ウェル9にはp+ 型拡散層16が形成
されて、nチャネルMOSトランジスタ102およびp
チャネルMOSトランジスタ103がそれぞれ形成され
る。
【0014】図3は図1および図2に示した素子により
構成した回路の回路図である。
【0015】図3に示すように、トランジスタ101,
102および103を含むBi−CMOSインバータ回
路を構成しており、このインバータ回路は入力端子20
4と、この端子204にゲートを共通に接続されるとと
もに低電圧(例えば3.3V)電源端子201と接地電
位点203との間にドレインの共通接続により直列に挿
入されたpチャネルMOSトランジスタQ1 (103に
対応)およびnチャネルMOSトランジスタQ2 (10
2に対応)と、上記トランジスタQ1 およびQ2 のドレ
インを共通接続の節点pにベースを接続したnpnトラ
ンジスタQ3 (101に対応)と、ゲートを入力端子2
04に接続されトランジスタQ3 との直列接続の形で高
電圧(例えば5V)の電源端子202と接地電位との間
に挿入されるnチャネルMOSトランジスタQ4 と、ト
ランジスタQ3 およびQ4 の接続点に接続された出力端
子205とを備える。
【0016】入力端子204に印加された信号の高
(H)レベルに応答してpチャネルMOSトランジィス
タQ1 がオフ,nチャネルMOSトランジスタQ2 がオ
ンとなって節点pには低(L)レベルの信号が出力さ
れ、その結果npnトランジスタQ3 がオフ,nチャネ
ルMOSトランジスタQ4 がオンとなって出力端子20
5には低(L)レベルの信号が出力される。一方、入力
端子204に印加された信号のLレベルに応答してpチ
ャネルMOSトランジスタQ1 がオン,nチャネルMO
SトランジスタQ2 がオフとなって節点pはHレベルと
なり、従って、npnトランジスタQ3 がオン,nチャ
ネルMOSトランジスタQ4 がオフとなり出力端子20
5にはHレベルの信号が出力される。
【0017】この実施例では、n型埋込層2の上面に形
成されたn+ 型埋込層3,p+ 型埋込層4,およびn+
型埋込層5によりトランジスタ101,102および1
03をp型基板から電気的に分離しているので、上記従
来例において不可欠であったn型埋込層2に対するp+
型埋込層4およびp型ウェル8の間の位置合わせマージ
ンが不要となり、また、n+ 型埋込層3を囲む分離層も
不要となる。したがって、nチャネルMOSトランジス
タ102とnpnトランジスタ101又はpチャネルM
OSトランジスタ103との間の距離を短縮でき、集積
度を向上できる。
【0018】図4は本発明の第2の実施例を示す模式的
断面図である。
【0019】図4に示すように、npnトランジスタ
(上記トランジスタ101に対応)形成用のn+ 型埋込
層とpチャネルMOSトランジスタ(同103に対応)
形成用のn+ 型埋込層とをn+ 型埋込層21に一体化し
てn型埋込層2の上面に形成しており、この実施例によ
ると、第1の実施例よりも集積度を更に改善できる利点
がある。
【0020】図5は本発明の第3の実施例を示す模式的
断面図である。
【0021】図5に示すように、上述の第2の実施例に
おけるn型埋込層2の不純物濃度を上げてn+ 型埋込層
21と共用化したn型埋込層22を備えており、この構
成によりマスク数の節減と工程の短縮が可能となる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、p型基板
の上面に設けたn型埋込層の上面にnチャネルMOSト
ランジスタ形成用のp+ 型埋込層とnpnトランジスタ
形成用およびpチャネルMOSトランジスタ形成用のn
+ 型埋込層とを設けて上記基板からそれらトランジスタ
を電気的に分離する構成を備えることにより高電圧およ
び低電圧の二つの電源電圧で駆動するBi−CMOS集
積回路のこれらトランジスタ相互間の距離を短縮でき、
したがって半導体装置の集積度を改善できるという効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のデバイスレイアウトを
示す概略的平面図。
【図2】図1のA−A′線断面図。
【図3】図1および図2に示した素子により構成した回
路の回路図。
【図4】本発明の第2の実施例を示す模式的断面図。
【図5】本発明の第2の実施例を示す模式的断面図。
【図6】従来の半導体装置の第1の例を示す模式的断面
図。
【図7】従来の半導体装置の第2の例を示す模式的断面
図。
【符号の説明】
1 p型基板 2 n型埋込層 3,5,21,22 n+ 型埋込層 4,17 p+ 型埋込層 6 n- 型エピタキシャル層 7 フィールド酸化膜 8 p型ウェル 9 n型ウェル 10 コレクタ引出層 11 ベース領域 12 エミッタ領域 13 ゲート絶縁膜 14 ゲート電極 15 n+ 型拡散層 16,18 p+ 型拡散層 19 n- 型領域 201,202 電源端子 203 接地端子 204 入力端子 205 出力端子 Q1 pチャネルMOSトランジスタ Q2 ,Q4 nチャネルMOSトランジスタ Q3 npnトランジスタ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型半導体基板の上面に形成された第1
    のn型埋込層と、前記第1のn型埋込層の上面にそれぞ
    れ形成されたp型埋込層および前記第1のn型埋込層よ
    りも高い不純物濃度をそれぞれ有する第2および第3の
    n型埋込層と、前記第1,第2および第3のn型埋込層
    およびp型埋込層を含む前記基板の表面に形成された前
    記第1のn型埋込層よりも低い不純物濃度を有するn型
    エピタキシャル層と、前記第1のn型埋込層の上部に位
    置する前記n型エピタキシャル層内に形成され底部が前
    記p型埋込層に接続されたp型ウェルと、前記n型エピ
    タキシャル層内に形成され底部が前記第3のn型埋込層
    に接続されたn型ウェルとを含むことを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】 第2のn型埋込層を含むn型エピタキシ
    ャル層内に形成されたnpnトランジスタを有する請求
    項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 p型ウェルにnチャネルMOSトランジ
    スタが形成されn型ウェルにpチャネルMOSトランジ
    スタが形成されている請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 p型埋込層が第1のn型埋込層の中央部
    に配置され、第2および第3のn型埋込層が前記p型埋
    込層の両側に配置されている請求項1記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 第2および第3のn型埋込層が第1のn
    型埋込層の上面に一体化して形成されている請求項1記
    載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 p型半導体基板の上面に形成された高不
    純物濃度のn型埋込層と、前記n型埋込層の上面に形成
    されたp型埋込層と、前記p型埋込層を含む前記基板の
    表面に形成された低不純物濃度のn型エピタキシャル層
    と、前記n型埋込層の上部に位置する前記p型埋込層を
    含むエピタキシャル層に形成されたp型ウェルと、n型
    埋込層の上部であって前記p型ウェルと離れた位置にあ
    る前記エピタキシャル層に形成されたn型ウェルと、n
    型埋込層の上部であって前記p型ウェルおよびn型ウェ
    ルと離れた位置にある前記エピタキシャル層に形成され
    たnpnトランジスタとを含むことを特徴とする半導体
    装置。
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