JP3194313B2 - 耐圧性の改良された薄膜半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性支持基板上に形
成された薄膜状の半導体層の中に、その主表面に沿った
方向において、順にエミッタ領域とベース領域とコレク
タ領域が形成されている横型バイポーラトランジスタに
関するものであり、特にその耐圧特性を向上させる技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記型式の横型トランジスタが特開平４
−１１６９３５号公報に開示されている。これが本明細
書に添付する図面中図４に示されている。図４におい
て、図中４０はシリコン単結晶からなる支持基板であ
り、その上部にＳｉＯ₂ 絶縁膜４１が形成されている。
この支持基板４０と絶縁膜４１で絶縁性支持基板が形成
されており、その上表面に半導体層（この場合シリコン
単結晶層４２）が形成されている。

【０００３】半導体層４２には、その主表面に沿った方
向において、図示左方から順に第１導電型（この場合Ｎ
型）のエミッタ領域４３と第２導電型（この場合Ｐ型）
のベース領域４４と第１導電型のコレクタ領域４５が形
成されており、横方向にＮＰＮのバイポーラトランジス
タが形成されている。なお図中４３ｃはエミッタ電極、
４４ｃはベース電極、４５ｃはコレクタ電極であり、４
８はＳｉＯ₂ 絶縁層である。

【０００４】この型式の横型バイポーラトランジスタの
場合、ベース・コレクタ間に逆バイアスを印加すると、
ベース・コレクタ間の接合面に電界が集中してブレーキ
ダウンし易い。そこで高い耐圧特性を得るために、ベー
ス領域４４とコレクタ領域４５間の水平面内の距離を充
分に確保することが必要となり、特開平４−１１６９３
５号公報の技術ではベース領域４４とコレクタ領域４５
間に第１導電型であって不純物濃度の低い領域４７を介
在させている。ベース領域４４とエミッタ領域４３間に
も不純物濃度の低い領域４６が形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記形式の横型バイポ
ーラトランジスタの場合には、エミッタとベース間なら
びにベースとコレクタ間の中間領域に不純物低濃度域４
６，４７等を設けることによって必要な耐圧特性を確保
する。このため１つのバイポーラトランジスタを形成す
るために必要な面積が大きく、素子の集積度を上げるこ
とが難しい。そこで本発明では、素子形成に必要な面積
を増大することなく、しかも必要な耐圧を得ることがで
きる半導体装置を開発したものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる薄膜半導
体装置は、絶縁性支持基板上に形成された半導体層の主
表面に沿って順にエミッタ領域とベース領域とコレクタ
領域が形成されており、前記ベース領域とコレクタ領域
の少なくとも一方の領域は前記半導体層の上表面層内に
形成された不純物の高濃度域と下表面層に形成された不
純物の低濃度域とを有し、かつ前記ベース領域とコレク
タ領域間に前記上表面層を貫く絶縁分離溝が形成されて
いる。ここで上表面層とは、半導体層のうちの絶縁性支
持基板の存在しない側の部分層をいい、必ずしも上半分
層に限定されない。上半分層よりも薄くても厚くてもよ
い。ただしこの上表面層は全層であってはならず部分的
な層でなければならない。

【０００７】

【作用】上記構成によると、ベース領域とコレクタ領域
は絶縁分離溝によって分離されている。この絶縁分離溝
の存在によって、ベース領域とコレクタ領域は、上表面
層内に形成されている不純物高濃度域の下部に残されて
いる不純物低濃度域を介して接続されることになる。こ
の不純物低濃度域の存在によって、必要な耐圧特性が得
られる。しかもこの発明によると、ベース領域とコレク
タ領域を平面内で遠く隔てる必要がなくなり、集積度を
向上させることができる。

【０００８】

【実施例】次に本発明の第１実施例を図１と図２によっ
て説明する。図１は第１実施例の半導体装置の製造工程
を順に示しており、(H) に完成状態が示されている。図
１の(A) はＳｉ単結晶の支持基板１０上に絶縁性のＳｉ
Ｏ₂ 膜１１が形成され、そのうえに低不純物濃度のＮ型
のＳｉ単結晶層１２が形成されている様子を示す。この
構造はＳＯＩ(Silicon-On-Insulator)として良く知られ
ており、張り合わせ法やＳＩＭＯＸ法等で形成すること
ができる。

【０００９】図１(B) は単結晶シリコン層１２の上面
に、後述するベース領域とコレクタ領域の境界部となる
位置に窓１８ａが形成されたレジストマスク１８を施
し、反応性イオンエッチング方法によって浅い分離溝１
９を形成した様子を示している。浅い分離溝１９は単結
晶シリコン層１２の約半分を貫通する深さに形成され
る。

【００１０】図１(c) は１つのバイポーラトランジスタ
を他の半導体素子から電気的に絶縁するための深い分離
溝２１を形成する様子を示している。深い分離溝２１は
平面視において格子状に形成されるものであり（図２参
照）、格子に対応する位置に窓２０ａがあけられたレジ
ストマスク２０を介して反応性イオンエッチングするこ
とで形成される。深い分離溝２１は単結晶シリコン層１
２を貫通するように形成される。

【００１１】その後レジストマスク２０を除去した後、
浅い分離溝１９と深い分離溝２１の表面を５０〜２００
ｎｍ程度熱酸化させ、さらにＣＶＤ法（ケミカル ベイ
パーデポジション法）によって酸化膜を施す。このとき
浅い分離溝１９と深い分離溝２１が完全に埋まるまでＣ
ＶＤ法を続ける。その後ウェハ表面のＣＶＤ酸化膜をエ
ッチングして除去する。この状態が図１(D) に示されて
いる。なお浅い分離溝１９や深い分離溝２１に埋め込ま
れる絶縁材はポリシリコンであってもよい。

【００１２】次に図１(E) に示すように、ウェハ表面に
保護膜２４を形成する。保護膜２４には、浅い分離溝１
９の左側に隣接するベース領域に窓１４ａを形成してお
く。この状態でボロン等のＰ型不純物を高濃度に拡散さ
せ、不純物が高濃度のベース領域１４を形成する。次に
図１(F) に示すように、膜２４を除去した後ウェハ表面
に保護膜２５を形成する。保護膜２５にはベース領域１
４の左側に隣接するエミッタ領域１３に窓１３ａを形成
しておく。この状態でＡｓ等のＮ型不純物を高濃度に拡
散させ、高濃度のエミッタ領域１３を形成する。ベース
領域１４及びエミッタ領域１３には、高濃度の不純物を
長時間かけて拡散し、シリコン単結晶層１２の全層にわ
たって不純物が拡散されるようにする。

【００１３】最後に図１(G) に示すように、膜２５を除
去した後ウェハの表面に保護膜２６を形成する。保護膜
２６には浅い分離溝１９の右に隣接するコレクタ領域に
窓１５ａを形成しておく。この状態でＮ型不純物を高濃
度に拡散させ、高濃度Ｎ⁺ コレクタ領域１５を形成す
る。このとき拡散時間を他の場合よりも短くし、高濃度
Ｎ⁺ コレクタ領域１５がシリコン単結晶層１２の上表面
層内にあるようにする。すなわち高濃度Ｎ⁺ コレクタ領
域１５の厚さが浅い絶縁分離溝１９の深さよりも浅く
し、下表面層は不純物の低濃度域１７としておく。この
ようにすると、不純物高濃度域１４と１５は絶縁分離溝
１９によって電気的に分離され、両者は高濃度Ｎ⁺ コレ
クタ領域１５の下層に残る不純物低濃度域１７を介して
接続されることになる。このためにベース・コレクタ間
の接合面に生じる電界集中が緩和され、耐圧を高くする
ことができる。

【００１４】以上の後、図１(H) に示すように、エミッ
タ領域１３とベース領域１４とコレクタ領域１５にそれ
ぞれ窓を残した絶縁層２７を形成し、さらにそれらの窓
を通してエミッタ電極１３ｃがエミッタ領域１３に接続
され、ベース電極１４ｃがベース領域１４に接続され、
コレクタ電極１５ｃが高濃度Ｎ⁺ コレクタ領域１５に接
続されるようにする。なお図２は図１(H) のII−II線矢
視図を示している。

【００１５】この実施例によると、高濃度Ｎ⁺ コレクタ
領域１５の下層に残る不純物低濃度域１７を介して高不
純物濃度のベース領域１４と高不純物濃度のコレクタ領
域１５が接続されるために、コレクタ・ベース間の接合
面に生じる電界集中が緩和され、高い耐圧特性が得られ
る。しかもこの不純物低濃度域１７が高濃度Ｎ⁺ コレク
タ領域１５の下層に形成されているために余分の表面積
を必要としない。

【００１６】次に図５を参照して第２実施例について説
明する。この実施例では図１の(F)までは同一工程を実
行し、エミッタ領域１３とベース領域１４を形成してい
る。次に高濃度のＮ⁺ コレクタ領域１５を形成する工程
が図１の場合と異なっている。この実施例の場合、図１
の(G) の工程にかわって、高濃度のＮ⁺ コレクタ領域１
５となる部分の表面にＮ⁺ ポリシリコン層１５ｂを形成
し、その後拡散して高不純物濃度のＮ⁺ コレクタ領域１
５を形成する。このようにしても高濃度Ｎ⁺ コレクタ領
域１５を半導体層１２の上表面層内に形成することがで
きる。なおＮ⁺ポリシリコン層１５ｂは浅い絶縁分離溝
１９に隣接させておいてもよいし、また図５に示すよう
に、浅い絶縁分離溝１９から離しておいてもよい。不純
物高濃度域１５は半導体層１２の上表面層内にとどまっ
ている必要があるのに対し、不純物低濃度域１７は下表
面層側にあればよく、上表面層側に伸びていてもよい。

【００１７】次に第３実施例を図３を参照して説明す
る。この実施例ではベース領域のうちの上表面層側が高
不純物濃度の高濃度ベース領域１４とされ、下表面層側
は不純物低濃度域１６となっている。このようにしても
高濃度ベース領域１４と高濃度コレクタ領域１５は、下
層の不純物低濃度域１６を介して接続されるために、必
要な耐圧が確保される。

【００１８】しかもこの実施例では、高濃度エミッタ領
域１３と高濃度ベース領域１４の間にも上表面層を貫く
浅い絶縁分離溝２８が形成され、その浅い絶縁分離溝２
８に絶縁材が充填されているために、高濃度エミッタ領
域１３と高濃度ベース領域１４もベース領域の下層に残
っている不純物低濃度域１６を介して電気的に接続され
ている。このためにベース・エミッタ間の接合面に生じ
る電界集中も緩和され、この間の耐圧も高くなってい
る。この実施例によると、コレクタとベース間のみなら
ず、コレクタとエミッタ間ならびにベースとエミッタ間
の耐圧も高く確保できる。なおこの実施例の場合、絶縁
分離溝１９と２８間の上表面層の全部が高濃度ベース領
域とされているが、図５のケースのようにベース電極１
４ｃに接する部分のみが高濃度のベース領域とされてい
てもよい。

【００１９】この実施例ではＮ−Ｐ−Ｎのバイポーラト
ランジスタについて説明したが、Ｐ−Ｎ−Ｐの構造にも
適用できる。またベースとコレクタのいずれか一方の高
濃度領域が上表面層内に形成されている例を示したが、
両方が上表面層内にあってもよい。

【００２０】

【発明の効果】この発明によると、ベース領域とコレク
タ領域の少なくとも一方の下方に不純物低濃度域が存在
し、しかもベース領域とコレクタ領域はこの不純物低濃
度域に達する絶縁分離溝で相互に絶縁されているため
に、余分な面積をとることなく必要な耐圧を確保するこ
とができ、高耐圧のバイポーラトランジスタを小型化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の高耐圧バイポーラトランジスタを
示す図

【図２】図１のII−II矢視図

【図３】第３実施例の高耐圧バイポーラトランジスタを
示す図

【図４】従来のバイポーラトランジスタを示す図

【図５】第２実施例の高耐圧バイポーラトランジスタを
示す図

【符号の説明】

１３：エミッタ領域 １４：ベース領域 １５：コレクタ領域 １９：絶縁分離溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/331 H01L 27/12 H01L 29/73

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性支持基板上に形成された半導体層
   の主表面に沿って順にエミッタ領域とベース領域とコレ
   クタ領域が形成された薄膜半導体装置において、 前記ベース領域とコレクタ領域の少なくとも一方の領域
   は、前記半導体層の上表面層内に形成された不純物高濃
   度域と下表面層に形成された不純物低濃度域とを有し、
   かつ前記ベース領域とコレクタ領域間に前記上表面層を
   貫く絶縁分離溝が形成されていることを特徴とする耐圧
   性の改良された薄膜半導体装置。