JP2752655B2 - バイポーラ集積回路装置 - Google Patents

バイポーラ集積回路装置

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JP2752655B2 JP63248449A JP24844988A JP2752655B2 JP 2752655 B2 JP2752655 B2 JP 2752655B2 JP 63248449 A JP63248449 A JP 63248449A JP 24844988 A JP24844988 A JP 24844988A JP 2752655 B2 JP2752655 B2 JP 2752655B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は集積注入論理回路(Integrated Injection L
ogic,以下I2Lという)と通常のバイポーラトランジスタ
とを同一基板上に有するバイポーラ集積回路装置に関す
る。
[従来の技術] 第3図はI2Lと通常のバイポーラトランジスタとが同
一半導体基板上に共存した従来の半導体集積回路装置の
断面図である。
P-型半導体基板1上にN-型エピタキシャル層3が形成
されている。このエピタキシャル層3は表面から半導体
基板1まで到達するようにして選択的に形成されたP+
絶縁分離領域4によって複数の素子形成領域に分離され
ている。そして、各素子形成領域の半導体基板1とエピ
タキシャル層3との境界にN+型埋込層2が形成されてい
る。
このように区画されている第1素子形成領域10には、
通常のNPNバイポーラトランジスタが形成されている。
即ち、エピタキシャル層3の表面にN+型コレクタコンタ
クト領域8d及びP+型ベース領域7cが形成されており、ベ
ース領域7c内にはN+型エミッタ領域8cが形成されてい
る。
一方、I2L形成領域である第2素子形成領域20におい
ては、エピタキシャル層3の表面から埋込層2に到達す
るN+型カラー領域6が選択的に形成されている。そし
て、このカラー領域6のエピタキシャル層3の表面部分
にはI2LのN+型エミッタコンタクト領域8aが形成されて
いる。また、カラー領域6によって囲まれた領域内のエ
ピタキシャル層3の表面にはP+型インジェクタ領域7a及
びI2LのP+型ベース領域7bが形成されている。そして、P
+型ベース領域7bの表面に、この領域に包含されているI
2LのN+型コレクタ領域8bが形成されている。
上述の如く構成された従来のバイポーラ集積回路装置
においては、第1素子形成領域10に、N+型エミッタ領域
8c、N+型コレクタコンタクト領域8d、P+型ベース領域7c
及びコレクタとしてのN-型エピタキシャル層3を有する
通常のNPNトランジスタが形成されている。
一方、第2素子形成領域20には、エミッタとしてのP+
型インジェクタ領域7a、ベースとしてのN-型エピタキシ
ャル層3、及びコレクタ領域としてのI2LのP+型ベース
領域7bにより横方向PNPトランジスタ(以下、インジェ
クタトランジスタという)が形成されている。また、エ
ミッタ領域としてのN-型エピタキシャル層3、I2LのP+
型ベース領域7b、I2LのN+型エミッタコンタクト領域8
a、I2LのN+型コレクタ領域8bにより逆動作NPNトランジ
スタ(以下、インバータトランジスタという)も形成さ
れている。このインジェクタトランジスタとインバータ
トランジスタとによりI2Lが構成されている。P+型領域7
bはインジェクタトランジスタのコレクタ領域とインバ
ータトランジスタのベース領域とを兼ねている。
I2Lは製造工程が簡単であると共に集積度が高く、且
つ同一基板上に通常のバイポーラ集積回路と共存できる
等多くの利点を有している。特に、バイポーラトランジ
スタと共存したI2Lは高集積化されたアナログデジタル
共存回路等に好適の集積回路装置である。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述した従来のI2Lは以下の欠点を有
する。
I2Lのスイッチング特性を定めるインバータトランジ
スタは逆方向動作させて使用するため、第1素子形成領
域10に形成された通常のNPNトランジスタとは動作させ
方が逆になる。しかしながら、前述したように、N−型
エピタキシャル層3がインジェクタトランジスタのベー
ス領域であり、インバータトランジスタのコレクタ領域
であると共に、通常のバイポーラトランジスタのコレク
タ領域でもあるため、インジェクタトランジスタがオー
プンときのNPNインバータトランジスタの電流増幅率
(βup)は第1素子形成領域10の通常のNPNトランジス
タの電流増幅率(hFE)により決定される。即ち、イン
バータトランジスタの電流増幅率(βup)を高くするた
めには通常のNPNトランジスタの電流増幅率(hFE)を高
く設定する必要がある。しかし、このように設定する
と、この通常のNPNトランジスタの耐圧(BVCEO)が低下
してしまうという難点がある。
また、この耐圧(BVCEO)を高めるためには、エピタ
キシャル層3の不純物濃度を下げるか、又はインバータ
トランジスタのベース領域7bの直下の実効エピタキシャ
ル層厚を大きくする必要がある。しかし、その結果、エ
ピタキシャル層にホールが蓄積されて、I2Lの動作速度
が低下するという問題点がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、通常のバイポーラトランジスタの耐圧(BVCEO)を
低下させることがなく、インバータトランジスタの電流
増幅率(βup)を高くすることができ、また動作速度を
向上させることができるバイポーラ集積回路装置を提供
することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係るバイポーラ集積回路装置は、第1導電型
半導体基板上に形成されたエピタキシャル層が絶縁分離
領域により第1素子形成領域と第2素子形成領域とに区
画され、この第1素子形成領域にはバイポーラトランジ
スタが形成されており、第2素子形成領域には第1極性
型横方向トランジスタ及び少なくとも1つの第2極性型
縦方向トランジスタが形成されているバイポーラ集積回
路装置において、前記第2素子形成領域内の縦方向トラ
ンジスタは前記エピタキシャル層の表面に形成された第
1導電型ベース領域と、このベース領域内に形成された
第2導電型のコレクタ領域と、前記コレクタ領域の下方
を除くベース領域の直下に第2導電型不純物を前記ベー
ス領域の不純物濃度より低い濃度で導入して形成された
ウエル領域とを有することを特徴とする。
[作用] 本発明においては第2素子領域に形成されている第2
極性型縦方向トランジスタ(インバータトランジスタ)
のコレクタ領域を除くベース領域内の部分からこのベー
ス領域に比して不純物濃度が低く、且つ深く形成された
第2導電型のウエル領域が設けられている。これによ
り、第2素子形成領域におけるインバータトランジスタ
のベース領域直下のエミッタ領域の不純物濃度を従来に
比して高くすることができるため、ベース領域からエミ
ッタ領域へのホールの注入量は減少する。これにより、
従来に比してベース電流が少さくなるため、インバータ
トランジスタの電流増幅率(βup)が大きくなる。ま
た、エミッタ領域内におけるホールの蓄積量が減少する
ため、遮断周波数(fT)が高くなり、そのため動作速度
が向上する。しかし、第1素子形成領域内のエピタキシ
ャル層の不純物濃度及び深さは変化しないため、この領
域に形成されているバイポーラトランジスタの耐圧(BV
CEO)は劣化しない。
[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。
第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図である。
本実施例が従来の半導体装置と異なる点は第2素子形
成領域20にN+型ウエル領域5aを形成したことにあり、そ
の他の層構成は基本的には従来と同様であるので、第1
図において第3図と同一物には同一符号を付してその説
明を省略する。
第2素子形成領域20のP+型ベース領域7bの直下であっ
て、コレクタ領域8bの下方を除く領域に、このP+型ベー
ス領域7bの不純物濃度より低く、且つ逆導電型のN型ウ
エル領域5aが形成されている。
これにより、この第2素子領域20には、P+型インシェ
クタ領域7aをエミッタ領域とし、N-型エピタキシャル層
3をベース領域とし、I2LのP+型ベース領域7bをコレク
タ領域とするインジェクタトランジスタが形成されてい
ると共に、N-型エピタキシャル層3及びN型ウエル領域
5aをエミッタ領域とし、I2LのP+型ベース領域7bをベー
ス領域とし、I2LのN+型コレクタ領域8bがコレクタ領域
とするインバータトランジスタが形成されている。この
インジェクタトランジスタとインバータトランジスタと
によI2Lが構成されている。
上述の如く構成された本実施例のバイポーラ集積回路
装置において、I2Lのベース領域7bからI2Lのエミッタ領
域、即ちN-型エピタキシャル層3へのホール注入量は、
このエピタキシャル層3に比して不純物濃度が高いN型
ウエル領域5aが介在しているために減少する。このた
め、インバータトランジスタのベース電流が減少して、
電流増幅率(βup)は大きくなる。また、エミッタ領域
のホール蓄積量も減少するため遮断周波数(fT)が高く
なり、動作速度が向上する。更に、インバータトランジ
スタのコレクタ領域の下方にはNウエル領域を形成しな
いため、インバータトランジスタの電流増幅率(βup)
はバイポーラトランジスタの電流増幅率(hFE)への依
存性が少なくなり、従来に比してバイポーラトランジス
タの電流増幅率(hFE)のコントロール範囲が小さくな
ることはない。
次に、本実施例の製造方法について説明する。
先ず、P型不純物濃度が1014乃至1016cm-3であるP-
半導体基板1の表面に、例えばアンチモン(Sb)を選択
的に拡散させ、層抵抗が10乃至30Ω/□のN+型埋込層2
を形成する。そして、全面にN-型エピタキシャル層3を
成長させて形成する。
次に、このエピタキシャル層3の表面に、例えばBCl3
を拡散させて、層抵抗が10乃至20Ω/□であり基板1と
接続したP+型絶縁分離領域4を形成する。この分離領域
4により区画された複数の素子形成領域のうち、第2素
子形成領域20のエピタキシャル層3の表面に、例えば31
Pをイオン注入し、層抵抗が0.5乃至2.0KΩ/□のN型ウ
エル領域5aが形成する。このN型ウエル領域5aと一部領
域が重複して後述するインバータトランジスタのベース
領域7bが形成されるが、このN型ウエル領域5aはベース
領域7bよりも不純物濃度が低く、且つ深く形成される。
次に、第2素子形成領域20のエピタキシャル層3の表
面に、例えばPOCl3を選択的に拡散させ、層抵抗が10乃
至30Ω/□であり、N+型埋込層2と接続したN+型カラー
領域6が形成する。なお、このN+型カラー領域6を形成
する工程と、前記N型ウエル領域を形成する工程と、工
程の順番を入れ替えることができる。
次に、エピタキシャル層3の表面に、例えば11Bの選
択的にイオン注入し、層抵抗が100乃至300Ω/□のP+
インジェクタ領域7a、インバータトランジスタのP+型ベ
ース領域7b及び第1素子形成領域10のP+型ベース領域7c
を同時に形成する。
次いで、エピタキシャル層3の表面に、例えばPOCl3
を選択的に拡散し、層抵抗が5乃至15Ω/□のI2LのN+
型エミッタコンタクト領域8a、I2LのN+型コレクタ領域8
b、バイポーラトランジスタ形成領域10のN+型エミッタ
領域8c及びN+型コレクタコンタクト領域8dを同時に形成
する。このようにして、第1図に示す本実施例のバイポ
ーラ集積回路装置が形成される。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。
第2図は本発明の第2の実施例を示す断面図である。
この実施例においてはP+型インジェクタ領域7aの直下に
もN型第2ウエル領域5bが形成されている点が第1の実
施例とは異なり、その他は第1の実施例と同様の構造を
有している。このため、その詳細な説明は省略する。
また、この実施例のバイポーラ集積回路装置の製造方
法は、第1の実施例の製造工程において、N型ウエル領
域5aを形成するときに、同時にこのN型第2ウエル領域
5bを形成する。その他の工程は第1の実施例の製造方法
と同様であるため詳細な説明は省略する。
本実施例においては、第1の実施例と同様、バイポー
ラトランジスタの耐圧(VCEO)と低下させることなく、
インバータトランジスタの電流増幅率(βup)を大きく
できると共に、動作速度を向上させることができる。更
に、P+インジェクタ領域7aの直下にN+型第2ウエル領域
5bが形成されているため、インジェクタ領域7aから縦方
向へ注入するホールの量が減少する。これにより、イン
ジェクタトランジスタの電流増幅率(αamp)が大きく
なり、動作速度、特に低電流動作時における動作速度が
向上する。
なお、第1の実施例及び第2の実施例において、各半
導体領域の極性を替えても同様の効果を得られることは
勿論である。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、インバータトラ
ンジスタの外部ベース領域の直下にウエル領域を形成し
ているため、第1素子形成領域のバイポーラトランジス
タの電流増幅率を大きく、且つ、耐圧を高く維持できる
と共に、第2素子形成領域のインバータトランジスタの
電流増幅率を大きくすることができる。更に、バイポー
ラトランジスタ集積回路装置の動作速度が向上するとい
う効果を奏する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図、第2図は
本発明の第2の実施例を示す断面図、第3図は従来のバ
イポーラ集積回路装置の一例を示す断面図である。 1;P-型半導体基板、2;N+型埋込層、3;N-型エピタキシャ
ル層、4;P+型絶縁分離領域、5a;N型ウエル領域、5b;N型
第2ウエル領域、6;N+型カラー領域、7a;P+型インジェ
クタ領域、7b;I2LのP+型ベース領域、7c;P+型ベース領
域、8a;I2LのN+型エミッタコンタクト領域、8b;I2LのN+
型コレクタ領域、8c;N+型エミッタ領域、8d;N+型コレク
タコンタクト領域、10;第1素子形成領域、20;第2素子
形成領域

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型半導体基板上に形成されたエピ
    タキシャル層が絶縁分離領域により第1素子形成領域と
    第2素子形成領域とに区画され、この第1素子形成領域
    にはバイポーラトランジスタが形成されており、第2素
    子形成領域には第1極性型横方向トランジスタ及び少な
    くとも1つの第2極性型縦方向トランジスタが形成され
    ているバイポーラ集積回路装置において、前記第2素子
    形成領域内の縦方向トランジスタは前記エピタキシャル
    層の表面に形成された第1導電型ベース領域と、このベ
    ース領域内に形成された第2導電型のコレクタ領域と、
    前記コレクタ領域の下方を除くベース領域の直下に第2
    導電型不純物を前記ベース領域の不純物濃度より低い濃
    度で導入して形成されたウエル領域とを有することを特
    徴とするバイポーラ集積回路装置。
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