JP3564152B2 - トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は電子デバイスに関し、より詳しくはバイポーラトランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
バイポーラトランジスタは、コンピュータプロセッサ、メモリ、電源、その他を含めて、デジタル及びアナログの両方の回路において広く用いられている。バイポーラトランジスタは、信号増幅、スイッチング、バイアス生成、及びその他の目的で用いられる。バイポーラトランジスタは一般に、対応するMOSの場合よりも大きく、電力効率が悪いが、バイポーラトランジスタは通常はより高速であり、従って高速メモリ、高速ロジックアレイ、及びその他の多くのデータ及び電気通信用の超高速製品において、バイポーラトランジスタは広く用いられている。
【0003】
バイポーラトランジスタの設計における典型的な目標に含まれるものとしては、トランジスタ生成ノイズの低いこと、電流及び電力利得が高いこと(低電力動作を可能にする)、及び周波数範囲が高いことがある。別の目標は、類似のトランジスタの電気的特性との良好な整合、特に同じコレクタ電流においてベース−エミッタ間電圧の差として測定される良好なVBE整合にある。VBE整合は特に、類似の電気的特性を有する類似のトランジスタに基礎を置く、モノリシック回路設計について重要である。これらの目標には、トランジスタのベース抵抗、エミッタ抵抗、コレクタ抵抗、及びベース−コレクタ静電容量を減少させることによって、近づくことができる。ベース抵抗は、特に、トランジスタ生成ノイズの主たる原因である。さらにまた、ベース抵抗はトランジスタの周波数範囲を減少させる。なぜなら、トランジスタの単位電力利得周波数fmaxは、ベース抵抗に反比例するからである。ここで参照することによってその内容を本明細書に取り入れる、G. Gonzales, Microwave Transistor Amplifiers(Prentice−Hall, 1984)の33頁を参照のこと。エミッタ抵抗及びコレクタ抵抗もまたノイズの原因となっており、さらに、これらは電流利得及び電力利得を減少させる。加えて、エミッタ抵抗は、特に高いトランジスタ電流において、良好なVBE整合を得るのをより困難にする。また、エミッタ抵抗及びコレクタ抵抗、並びにベース−コレクタ静電容量は、トランジスタの周波数範囲を減少させる。これは、それらがfmax及び単位電流利得周波数fTを両方とも減少させるからである。従って、ベース抵抗、エミッタ抵抗、コレクタ抵抗、及びベース−コレクタ静電容量を減少させることは、トランジスタの設計における重要な目標である。
【0004】
別の目標は、集積回路における高い充填密度を得るために必要な、寸法の小ささである。加えて、ベース寸法を減少させることは、ベース−コレクタ静電容量を減少させることになる。
【0005】
図1は、下側にあるベース130を横断して延びる3つのエミッタ120−1,120−2及び120−3を有する、従来技術のトランジスタ110の平面図を示している。コレクタ(図示せず)はベースの下側にあり、コレクタ接点領域140−1及び140−2と電気的に接触している。エミッタ接点領域150は、エミッタを相互に接続している。ベースの上側にあり、ドープされた多結晶シリコンから作成されたベース接点領域160が、エミッタを取り囲み、またエミッタ間に延びている。トランジスタの上側にある絶縁層にある接点開口164−1から164−6、170−1から170−8及び180−1から180−6は、エミッタ、ベース及びコレクタが、絶縁層の上側にある導電層によって接触されることを可能にする。
【0006】
エミッタ120−1,120−2及び120−3は、細く作成されている。即ち、エミッタ幅WEは小さくされており、それによって固有ベース抵抗RBI、即ちエミッタの下側にあるベース部分のベース電流に対する抵抗が減じられるようになっている。注意すべきことは、エミッタの下側にあるベース部分(「固有ベース」)は典型的には、垂直方向断面がより薄く、また典型的には残りの(「外因性」)ベース部分よりも軽くドープされており、従って固有ベース抵抗は全体的なベース抵抗のかなりの部分を占めると言うことである。3というエミッタの数が選ばれたのは、所望とするエミッタ電流に従って、所望とするベース−エミッタ接合領域を得るためである。エミッタ接点開口164−1から164−6は、エミッタの幅を制限することのないように、エミッタから離れて位置している。接点開口は典型的には、エミッタよりも幅広く形成されており、開口において低い接触抵抗が得られるようになっている。ベース接点領域部分160−1及び160−2は、エミッタ120−1,120−2及び120−3の間に延びており、ベース抵抗を減ずるようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ベース抵抗、エミッタ抵抗、及びコレクタ抵抗を減少させ、寸法を小さくし、ベース−コレクタ静電容量を低くすることは、相容れない目標であることが多く、注意深いバランスを必要とする。例えばエミッタを細くすることは、ベース抵抗を減少させはするが、エミッタ抵抗を増大させる。所望とするベース−エミッタ領域を達成するためにエミッタがより多く必要とされれば、ベースの寸法もまた増大する。エミッタ間に延びるベース接点領域部分160−1及び160−2は、ベース抵抗は減少させるが、ベースの寸法は増大させる。ベース寸法の増大は、より高いベース−コレクタ静電容量を導く。ベース抵抗及びコレクタ抵抗は、ベース及びコレクタの幅をエミッタに沿う方向において増大させることにより減少させることができるが、しかし、ベース寸法、ベース−コレクタ静電容量、及びエミッタ抵抗が犠牲になる。従って、低いベース、エミッタ及びコレクタ抵抗と、小さなベース寸法と、小さな全体寸法と、低いベース−コレクタ静電容量とを同時に提供することのできるトランジスタに対するニーズが存在する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低いベース、エミッタ及びコレクタ抵抗と、小さなベース寸法と、小さな全体寸法と、低いベース−コレクタ静電容量とを有するトランジスタを提供するものである。これらの利点、及び他の利点は、幾つかの実施例においては、ベース−エミッタ接合がベースを横断して延在せず、ベースの内側で終端するようにエミッタを形成することによって達成される。このような配置は、同じエミッタ幅及び同じベース−エミッタ領域について、電流の流れに関して利用可能なエミッタ周辺を増大させる。この増大した周辺は、ベース抵抗の減少につながる。エミッタ抵抗を減ずるように、エミッタは短く作成することができる。コレクタ抵抗は、コレクタ電流経路がエミッタから広がる付加的な横方向、即ちエミッタがベースの内側へと延びる方向の故に、減少される。
【0009】
幾つかの実施例では、外因性ベースは表面上に、低抵抗材料、例えばケイ化チタンを有する。ベース−エミッタ接合はベースを横切って延在しないから、この低抵抗材料はエミッタ間のベース表面を相互接続し、従ってベース接点領域がエミッタ間に延びることを不要にする。かくしてベース寸法を減少させることができ、結果的に充填密度を増大させ、ベース−コレクタ静電容量を減少させることになる。
【0010】
本発明の他の特徴及び利点を以下に記載する。本発明は特許請求の範囲によって規定される。
【0011】
【実施例】
図2から図4は、エミッタ120−1から120−10のベース−エミッタ接合がベース130を横断して延在せず、ベース130の内側で終端しているトランジスタ210を示している。トランジスタ210はnpnトランジスタであるが、トランジスタ210の導電形を逆にすることにより、同様のpnpトランジスタを得ることができる。
【0012】
図3及び図4に示されているように、エミッタ120−iは、多結晶シリコン層220の一部と、多結晶シリコンの部分の上側にある耐火金属シリサイド(例えばケイ化チタン)230と、p形にドープされた単結晶シリコン基板260上にエピタキシャル成長された単結晶シリコン層250のn+領域240とからなる。多結晶シリコン層220及び上側の金属シリサイド230から形成されたエミッタ接点領域150−1(図2及び図4)は、エミッタ120−1から120−5を相互接続し、ベース130からは離れて延びている。同様のエミッタ接点領域150−2は、エミッタ120−6から120−10を相互接続し、ベースからは離れて延びている。上側の絶縁層270にあるエミッタ接点開口164−1から164−6は、エミッタ120−1から120−10上ではなく、それぞれのエミッタ接点領域150−1及び150−2上で終端しており、エミッタ寸法を制限しないようになっている。1つの実施例においては、各々の接点開口164−iは平面で見て1.0×1.0マイクロメートルの矩形であり、各々のエミッタ120−iは、0.8×0.8マイクロメートルの矩形である。
【0013】
ベース130は、エピタキシャル層250中にp形にドープされた領域280(図3、図4)を含み、ベース130はさらに、エミッタからは離れてp形にドープされた領域280の上側にある金属シリサイド層230の一部を含む。エミッタ120−iの多結晶シリコンの側壁上に形成された二酸化珪素のスペーサ300(図2には示されていないが図3及び図4に示す)は、エミッタを金属シリサイドのベース部分から分離させる。
【0014】
ベース130及びベースの下側にあるn−のコレクタ310は、ベース及びコレクタを集積回路の残りの部分から分離させるフィールド酸化膜領域320によって取り囲まれている。コレクタ310及びそれを取り囲むフィールド酸化膜領域の下側にはn+埋込層330があり、コレクタから、コレクタ接点領域140−1及び140−2のそれぞれに接触するn+シンク領域340−1及び340−2(図4)への低抵抗経路を提供している。フィールド酸化膜領域320は、トランジスタを取り囲み、ベース/コレクタ領域及びシンク領域の外側でトランジスタを通って延在している。
【0015】
コレクタ接点領域140−1及び140−2(図2、図4)は、多結晶シリコン層220のn+部分、及び上側の金属シリサイド230から形成されている。ベース接点領域160−1及び160−2は、多結晶シリコン層220のp+部分と、上側にある金属シリサイド230とから形成されている。絶縁層270にあるベース接点開口170−1及び170−2は、それぞれのベース接点領域160−1及び160−2において終端している。コレクタ接点開口180−1から180−6は、コレクタ接点領域において終端している。単一又は複数の層350(図4)から形成される導電性(例えば金属)ラインは、それぞれの接点開口を介して、ベース、エミッタ及びコレクタ接点領域と接触する。これらのライン、及び恐らくはその上側にある導電性ライン(図示せず)は、2つのエミッタ接点領域150−iを相互接続するラインと、2つのベース接点領域160−iを相互接続するラインと、2つのコレクタ接点領域140−iを相互接続するラインとを含む。
【0016】
図2に示されているように、ベース130の上部表面は矩形である。この上部表面はより一般的には多角形であり、或いは別の形状でありうる。上部表面の境界は、図2において130Bで示されており、境界の4つの側部はそれぞれ、130B−1から130B−4で示されている。各々のエミッタ120−iのベース−エミッタ接合は矩形であり、それぞれの側部130B−1又は130B−3からベースの上部表面の内側に延びて、上部表面の内側、即ち上部表面境界130Bから離れて終端している。ベース−エミッタ接合については、他の形状も考えられる。ベースの固有抵抗を減少させるために、エミッタ幅WE(図2でエミッタ120−4について示す)は幾つかの実施例では、多結晶シリコン(POLY)層220がパターニングされるマスキング工程により得ることのできる、最小限の幅に選ばれる。1つの実施例においては、WEは0.8マイクロメートルであり、各々のエミッタの長さLEもまた0.8マイクロメートルであり、側部130B−2と130B−4の間の距離として測定したベースの長さLBは10.2マイクロメートルであり、側部130B−1と130B−3の間の距離として測定したベース幅WBは2.8マイクロメートルである。
【0017】
トランジスタ210は、低いベース抵抗を有する。なぜなら、トランジスタ210は、所与のエミッタ領域及びエミッタ幅について、ベース電流について利用可能な3側部の長いエミッタ周辺を有するからである。例えばエミッタ120−2は、3つの側部120S.1,120S.2及び120S.3を有し、その下にこれを介してベース電流がエミッタ内へと流入する。これは図1の従来技術のトランジスタ110においては、側部が2つであるのと対比されるものである。トランジスタ210におけるこのベース電流経路は、これら3つの側部120S.1,120S.2及び120S.3の下側から、ベース−エミッタ接合から離れて横方向に延在する。例えばエミッタの長さ及び幅が各々0.8マイクロメートルであるとすると、ベース電流について利用可能な周辺部分は、各々のエミッタについて0.8×3=2.4マイクロメートルであり、10個のエミッタについては合計で、2.4×10=24マイクロメートルである。対照的に、図1のトランジスタ110においては、各々のエミッタ120−iは、電流に利用可能な側部は2つしかなく、電流について利用可能なエミッタ周辺の合計は、同じ0.8マイクロメートルのエミッタ幅及び同じ0.8×0.8×10=6.4μm2のエミッタ面積について、僅かに16マイクロメートルである。従って、トランジスタ210においては、電流について利用可能なエミッタ周辺は、50%多い。
【0018】
電流について利用可能な、この増大したエミッタ周辺は、付加的なベース電流経路をもたらすことにより、固有ベース抵抗及び外因性ベース抵抗の両者をかなり低減する。より詳しく言えば、外因性ベース抵抗(RBX)は、次の2つの主たる成分を含み、それらの各々は、電流について利用可能なエミッタ周辺の増大により低減される。(1)エミッタ周辺におけるP形にドープされたベース部分の抵抗、及び(2)P形にドープされた部分とその上にある金属シリサイド230との間の接触抵抗である。
【0019】
固有ベース抵抗(RBI)は、エミッタ周辺の下側の固有ベースに対し、付加的なベース電流経路が提供されることによって低減される。特に、固有ベースの幾つかの部分は、エミッタ周辺により近くなる。さらに、図5に示されているように、これらの電流経路のために付加的な領域がもたらされており、これは図5における電流経路510のように、エミッタ周辺の付近においてエミッタに入り、かくして固有ベースを介してより短い距離を流れる。エミッタ周辺に近いこの付加的な領域は、低い抵抗を有する。より詳しくは、電流経路510は、この電流経路510が抵抗の高い固有ベースにおいてより距離が短いため、エミッタ周辺のより遠くから入ってくる電流経路520よりも低い抵抗を有する。固有ベースの抵抗は、1実施例においては、平方あたり14KΩである。他の実施例では、別の抵抗値が用いられる。かくして、電流について利用可能なエミッタ周辺を増大させることにより、固有ベース抵抗の減少が導かれる。
【0020】
ベース抵抗はまた、各々のエミッタ120−iの周辺が、図1の従来技術におけるように2つの側部ではなく、電流について利用可能な3つの側部を有することにより、そして従って、ベース電流経路がエミッタ周辺から、この周辺に垂直な3つの異なる方向へと横方向に広がることによって低減される。さらにまた、この付加的な側部は、同じエミッタ領域当たりについて、エミッタ周辺を増大させることを可能にする。この低いベース抵抗は、上述したように、低いトランジスタ生成ノイズと、高い周波数範囲とを導く。さらに、この低いベース抵抗性能は、所与の用途についてのノイズ及び周波数範囲条件に対して、より低減されたベース幅で対応することを可能にし、このことは従って、より高い充填密度と、より低いベース−コレクタ静電容量を得ることを可能にする。
【0021】
付加的なエミッタ周辺の下側に付加的なコレクタ電流経路がもたらされており、また電流について利用可能な3つのエミッタ側部がコレクタ電流経路を3つの異なる方向に横方向へと広げることを可能にすることから、トランジスタ210のコレクタ抵抗は、低いものとなっている。この低いコレクタ抵抗は、上記に説明したように、高いトランジスタ周波数範囲、高い電流利得、高い電力利得、及び低いトランジスタ生成ノイズを達成することを可能にする。
【0022】
幾つかの実施例においては、エミッタ抵抗は低い。これは、それらの実施例における各々のエミッタ120−iが短く、また従って各々のエミッタがそれぞれのエミッタ接触領域150−1又は150−2に近いためである。さらにまた、トランジスタ210は並列に接続された10個のエミッタを有し、それにより、これらのエミッタのシリサイド部分の抵抗の合計は、単一のエミッタのシリサイド部分の抵抗の僅かに1/10となっている。
【0023】
低いエミッタ抵抗は、先に説明したように、高い電流駆動、高い電力利得、良好なVBE整合、及び低いトランジスタ生成ノイズを達成することを可能にする。
【0024】
幾つかの実施例においては、トランジスタ210のベース寸法及び全体寸法が低減される。これは、エミッタ間のベース接点領域部分が排除されるためである。図1の従来技術のベース接点領域部分160−1及び160−2と比較のこと。エミッタ間のベース領域は、低抵抗の金属シリサイド230によってベース接点領域160−1及び160−2へと接続されているため、トランジスタ210におけるベース接点領域は、エミッタ間に延在する必要はない。(1実施例においては、金属シリサイド230は、平方当たり2Ωの抵抗を有するケイ化チタンである。)ベース寸法が小さいことにより、先に説明したように、低いベース−コレクタ静電容量、高い周波数範囲、及び高い充填密度を達成することが可能になる。
【0025】
トランジスタ210は、幾つかの実施例では、ここで参照することによってその内容を本明細書に取り入れる以下の文献に記載された製造法の1つを用いて製造される。V. Ilderemらにより1990年4月2日に出願された「BiCMOSデバイス及び製造方法」と題する米国特許出願第07/502,943号、A.G. Solheimらにより1990年4月2日に出願された「高挙動半導体デバイス及びそれらの製造」と題する米国特許出願第07/503,498号、及びIranmaneshら”Total System Solution with Advanced BiCMOS”, Solid State Technology, 1992年7月、37−40頁である。例えば1実施例では、トランジスタ210は次のようにして製造される。
【0026】
P形基板260上にマスクを形成し、埋込層330を画定する。埋込層を画定しているマスク開口の境界は、図2において330Mで示されている。マスク開口を通して打ち込まれるN形ドーパントは、埋込層の最終的な位置を画定している境界330Bへと、次の処理段階において外方へと拡散する。
【0027】
N形エピタキシャル層250が、次いで基板上に成長され、フィールド酸化膜領域320が、エピタキシャル層に形成される。N+埋込層は、ドーパントの外方拡散により、エピタキシャル層中へと部分的に延在している。
【0028】
N形ドーパントが、シンク領域340−i中に打ち込まれる。次いで、多結晶シリコン層220が堆積され、P形ドーパントでドープされる。このP形ドーパントはエピタキシャル層250中へと拡散し、エピタキシャル層の領域280を、P形導電形に変換する。追加のP形及びN形ドーパントが多結晶シリコン層へと選択的に導入されて、多結晶シリコンはエミッタ120−iの位置、並びにエミッタ接点領域150−i及びコレクタ接点領域140−iの位置においてN+にドープされ、また多結晶シリコンはベース接点領域160−iの位置においてP+にドープされる。多結晶シリコン層220は次いでマスキング及びエッチングされ、エミッタ120−i、エミッタ接点領域150−i、ベース接点領域160−i、及びコレクタ接点領域140−iが画定される。この多結晶シリコンマスキング工程は、マスクのミスアライメントに対して寛容である。なぜなら、マスクが図2の530で示す方向に、又はその反対方向にシフトした場合、エミッタ領域及び電流について利用可能なエミッタ周辺には変化がないからである。例えば、マスクが530の方向にシフトした場合、エミッタ120−6から120−10の面積は、エミッタ120−1から120−5の面積が減少するのと同じ量だけ増大し、エミッタ120−6から120−10において電流について利用可能なエミッタ周辺は、エミッタ120−1から120−5において電流について利用可能なエミッタ周辺が減少するのと同じ量だけ増大するからである。
【0029】
多結晶シリコン層220からのドーパントは、エピタキシャル層250内へと拡散してN+エミッタ領域240を形成し、またベース接点領域160−iの付近のベース部分におけるP形ドーパントの濃度を増大させる。エミッタ−ベース静電容量を減少させるために、多結晶シリコン層220のオーバーエッチングは、エミッタ領域240の深さよりも大きくなるように制御される。1実施例では、領域240の深さは約500Åであり、一方、多結晶シリコンはエピタキシャル層250の表面から、約1200Åだけオーバーエッチングされる。
【0030】
付加的なP形ドーパントが、外因性ベースへと導入される。酸化物のスペーサ300がエミッタの周囲に形成される。次いで金属シリサイド230、酸化膜270、接点開口164−i、170−i及び180−i、並びに単数又は複数の金属層350が、前述した米国特許出願第07/503,498号(Solheimら)に記載されているようにして形成される。
【0031】
図6は、ベース130の内側で終端するエミッタ120を有するトランジスタ610を示している。このような設計は、エミッタがベース領域130を完全に横断して延在することが必要とされた場合に製造可能なよりも、より小さなエミッタ面積及びより小さな全体面積でもってトランジスタを製造することを可能にする。エミッタ接点領域150、ベース接点領域160、埋込層330、コレクタ接点領域140、及び接点開口164, 170, 180は、トランジスタ210と同様である。トランジスタ610の幾つかの実施例は、小寸法、低電力、高速の用途に特に適している。
【0032】
図7は、ベース130の内側で終端する4つのエミッタ120−1から120−4を有するトランジスタ710を示している。エミッタ接点領域150−1及び150−2、ベース接点領域160、埋込層330、コレクタ接点領域140、及び接点開口164−1,164−2,170,180は、トランジスタ210と同様である。
【0033】
図8及び図9は、相互にフィールド酸化膜領域320により分離された3つのベース領域130−1, 130−2, 130−3を有するトランジスタ810を示している。同じフィールド酸化膜領域により分離されたコレクタ310−1, 310−2, 310−3(図9)が、それぞれのベース領域の下側にある。10個のエミッタ120が各々のベース領域130−iの上側にあり、ベース領域の内側で終端している。各々のベース領域の上側にある10個のエミッタは、5個のグループでもって、それぞれのエミッタ接点領域150−iに接続されている。接点領域150−2は、ベース領域130−1の上側にある5つのエミッタと、ベース領域130−2の上側にある5つのエミッタとの間で共有されている。接点領域150−3は、ベース領域130−2の上側にある5つのエミッタと、ベース領域130−3の上側にある5つのエミッタとの間で共有されている。
【0034】
埋込層330は、コレクタ310−i及びそれを囲むフィールド酸化膜領域320の下側で、コレクタ接点領域140−1及び140−2のそれぞれに接触するシンク領域340−1及び340−2へと延びている。ベース接点領域160−i,1及び160−i,2は、ベース領域130−i(i=1,2,3)のそれぞれに接触している。
【0035】
図3及び図4の絶縁層270に類似の絶縁層(図示せず)が、トランジスタの上側に設けられている。この絶縁層にある接点開口は、図8及び図9に示すように配置されている。図4の単数又は複数の層350に類似の、単数又は複数の導電層(図示せず)が、それぞれの接点開口を介して、ベース接点領域、エミッタ接点領域、及びコレクタ接点領域に接触している。この単数又は複数の導電層、及び恐らくは上側にある層は、エミッタ接点領域150−iを相互接続するライン、ベース接点領域160−i,jを相互接続するライン、及びコレクタ接点領域140−iを相互接続するラインを提供する。
【0036】
図10のトランジスタ1010は、3つの同じベース/エミッタ構造1020−1, 1020−2及び1020−3を有している。簡単化のために、構造1020−2のみを詳細に示している。各々の構造1020−iは、ベース領域及びエミッタ領域を含む。各々の構造1020−iは、トランジスタ810(図8及び図9)のベース/エミッタ構造に類似しているが、各々の構造1020−iは3つではなく、4つのベース領域130−iを有している。図10のコレクタ接点領域140−iは、各々の構造1020−iの2つの側部にあるベース接点領域に沿って走っている。ベース、エミッタ、及びコレクタ領域の下側には埋込層(図示せず)があり、この埋込層はそれぞれのシンク(図示せず)を介して、コレクタ接点領域140−iに接触している。フィールド酸化膜(図示せず)がトランジスタを取り囲み、トランジスタ210の場合と同様に、ベース/コレクタ領域及びシンクの外側で、トランジスタ全体を通じて延在している。
【0037】
図11は、各々のベース−エミッタ接合がベース130の内側へと、ベース幅の半分以上にわたって延在しているトランジスタ1110を示している。エミッタ接点領域150−i、ベース接点領域160−i、及び接点開口164−i, 170−iは、トランジスタ210におけるものと類似している。1以上のコレクタ接点領域(図示せず)が、トランジスタ1110のベース/エミッタ構造に隣接して設けられている。埋め込み層(図示せず)は、トランジスタ210におけるものと類似している。
【0038】
図13は、ベースの片側にあるエミッタ120−1から120−3が、ベースの他の側にあるエミッタ120−4から120−6に関してベースの長さに沿った水平方向にシフトされているトランジスタ1310を示している。ベース接点領域160−iは、ベース130の縁部に沿って、反時計回りにシフトされている。エミッタ接点領域150−i及びコレクタ接点領域140−iは、トランジスタ210のそれらに類似している。
【0039】
図14は、入力LOP, LONに対する差動電圧を、入力IMODP, IMODNに対する差動電流で乗算して、得られた差動電流を入力IFPOS, IFNEGにおいて給電する復調器の回路図を示している。トランジスタQ64, Q66及びトランジスタQ62, Q60はそれぞれ、2つのカレントミラーであり、入力IMODP, IMODNのそれぞれから入力電流を取り、トランジスタQ5, Q6及びトランジスタQ7, Q8によりそれぞれ形成された差動対のそれぞれのエミッタに対して、スケーリングされた電流を給電する。入力LOP, LONに対する差動電圧(即ち、入力LOPに対する電圧から入力LONに対する電圧をマイナスしたもの)は、トランジスタQ13, Q14により増幅され、エミッタフォロワQ9, Q11を介して、差動対のそれぞれのベースに印加される。図14のトランジスタは全てNPNトランジスタであり、図2−11及び図13に関して上述した形式の、3つの側部を備えたエミッタを備えている。この3つの側部を備えたエミッタによるトランジスタは、VBE整合、速度、及びノイズレベルを改善する。
【0040】
図15及び図16は、図17に示す関係を有し、入力CP, CNに対する差動クロック信号を2で分割し、出力Q000, Q180, Q090, Q270のそれぞれに対して、差動クロック信号の半分の周波数に等しい周波数でもって、且つ差動クロック信号に関してそれぞれ0°, 90°, 180°及び270°の位相関係にある4つのクロック信号を提供する、1/2分周回路の回路図を示している。図15及び図16に示した回路は、T−フリップフロップとして配置された同相論理(CML)ラッチを用いている。図15及び図16に示した全てのトランジスタはNPNトランジスタであり、図2−11及び図13に関して上述した形式の、3つの側部を備えたエミッタを備えている。
【0041】
トランジスタ610, 710, 810, 1010, 1110及び1310は、幾つかの実施例では、トランジスタ210に関して前述した製造法によって製造される。
【0042】
トランジスタ210, 610, 710, 810, 1010, 1110, 1310及び類似のトランジスタは、広範囲な各種のデジタル及びアナログ集積回路に適したものである。かかる回路の1つの例である低ノイズ増幅器1210が、図12に示されている。この増幅器の入力INは、トランジスタ1250のベースに接続されている。トランジスタ1250のエミッタは接地されており、コレクタは増幅器の出力OUTに接続されている。出力OUTはNPNトランジスタ1260のベースに接続されており、このトランジスタのコレクタは、電源VCCに接続されている。抵抗1270, 1280がそれぞれ、入力INを接地及びトランジスタ1260のエミッタに接続している。抵抗1290は出力OUTを電源VCCに接続している。トランジスタ1250は、図2−11に関して前述したトランジスタの1つの構造又はこれに類似の構造を有する、低ノイズトランジスタである。トランジスタ1260もまた、幾つかの実施例では、図2−11に関して前述したトランジスタの1つの構造又はこれに類似の構造を有する。
【0043】
以上においては本発明を上述した実施例に関して例示してきたが、本明細書に記載していない他の実施例及び設計変更例もまた、本発明の範囲内にある。特に、本発明は、NPNトランジスタの導電形式を反転させることにより得られる、PNPトランジスタを含むものである。また、本発明は特定の材料により限定されるものではない。例えば幾つかの実施例では、多結晶シリコン220及び金属シリサイド230は、他の材料により置換し、又は他の材料と共に用いることができる。本発明は、例えばゲルマニウム及びガリウムヒ素のデバイスを含む、非シリコンのデバイスをもカバーするものである。本発明は、材料の結晶構造又はベース、エミッタ、及び絵の領域の特定の寸法によっても限定されない。他の実施例及び設計変更例が、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲内に含まれるものである。
【0044】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、ベース−エミッタ接合がベースを横断せず、ベースの内側で終端する。そしてエミッタ周辺は、従来技術の場合よりも長い寸法を有し、電流について利用可能な領域が増大される。これにより、低いベース、エミッタ及びコレクタ抵抗と、小さなベース寸法と、小さな全体寸法と、低いベース−コレクタ静電容量とを有するトランジスタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術のトランジスタの平面図である。
【図2】本発明によるトランジスタの平面図である。
【図3】図2のトランジスタの垂直断面図である。
【図4】図2のトランジスタの垂直断面図である。
【図5】図2のトランジスタの一方のエミッタ側から流入するベース電流を示す、図2のトランジスタの一部の垂直断面図である。
【図6】本発明によるトランジスタの平面図である。
【図7】本発明によるトランジスタの平面図である。
【図8】本発明によるトランジスタの平面図である。
【図9】図8のトランジスタの垂直断面図である。
【図10】本発明によるトランジスタの平面図である。
【図11】本発明によるトランジスタの平面図である。
【図12】本発明のトランジスタを用いた増幅器の回路図である。
【図13】本発明によるトランジスタの平面図である。
【図14】本発明によるトランジスタを用いた変調器の回路図である。
【図15】本発明によるトランジスタを用いた1/2分周器の回路図の一部である。
【図16】本発明によるトランジスタを用いた1/2分周器の回路図の一部である。
【図17】図15と図16の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
120−1〜120−10 エミッタ
130 ベース
120S.1, 120S.2, 120S.3 エミッタ側部
130B−1〜130B−4 境界側部
140−1, 140−2 コレクタ接点領域
150−1, 150−2 エミッタ接点領域
160−1, 160−2 ベース接点領域
164−1〜164−6 エミッタ接点開口
170−1, 170−2 ベース接点開口
180−1〜180−6 コレクタ接点開口
210, 610, 710, 810, 1010, 1110, 1310 トランジスタ
220 多結晶シリコン層
230 金属シリサイド
240 n+領域
250 エピタキシャル層
260 シリコン基板
270 絶縁層
300 スペーサ
310 コレクタ
320 フィールド酸化膜領域
330 埋込層
340−1, 340−2 シンク領域
350 導電層
WE エミッタ幅
Claims (37)
- トランジスタであって、
コレクタと、
上部表面を有し、前記コレクタの上側にあってこれと接触するベースであって、前記上部表面が境界を有し、前記ベースが、(1)半導体領域と、(2)前記半導体領域の上側にあってこれと接触する導電性金属含有領域とを含む、ベースと、
前記ベースの前記上部表面の上側にある第1のエミッタであって、その第1のエミッタが、前記ベースよりも高く上に延びている半導体材料を含み、前記第1のエミッタ及び前記ベースが、第1の連続的なベース−エミッタ接合を形成し、この接合は、前記上部表面の前記境界から前記上部表面の内側に延伸して、前記上部表面の内側で終端し、平面図において前記上部表面の内側に延伸する少なくとも3つの辺を有する、第1のエミッタと、及び
前記第1のエミッタから離れた第2のエミッタであって、前記第2のエミッタが、前記ベースの前記上部表面の上側にあって、前記ベースよりも高く上に延びている半導体材料を含み、前記第2のエミッタ及び前記ベースが、第2の連続的なベース−エミッタ接合を形成し、この第2の接合は、前記上部表面の前記境界から前記上部表面の内側に延伸して、前記上部表面の内側で終端し、平面図において前記上部表面の内側に延伸する少なくとも3つの辺を有する、第2のエミッタとからなり、
前記導電性金属含有領域は、前記第1と第2のエミッタから間隔をおいて配置され、前記第1と第2の連続的なベース−エミッタ接合のそれぞれの少なくとも3つの辺に沿って延伸する、トランジスタ。 - 前記第1のベース−エミッタ接合が、
前記ベースの前記上部表面の境界から前記上部表面の内側に延びる第1の側部と、及び
前記第1の側部に対して角度をなし、少なくとも一部が前記上部表面の内側に存在する第2の側部とを含む、請求項1のトランジスタ。 - 前記第1の側部と前記第2の側部との間の前記角度が90°である、請求項2のトランジスタ。
- 前記第2の側部が完全に前記上部表面の内側に存在し、及び
前記第1のベース−エミッタ接合がさらに、前記第2の側部に対して角度をなした第3の側部を含み、前記第3の側部が前記上部表面の内側から前記上部表面の前記境界へと延びる、請求項2のトランジスタ。 - 前記第1の側部と前記第2の側部との間の角度が90°であり、前記第2の側部と前記第3の側部との間の角度が90°である、請求項3のトランジスタ。
- 前記ベースの前記上部表面が複数の側部を有する多角形であり、前記第1のベース−エミッタ接合が前記多角形の側部の1つから前記上部表面の内側に延び、前記第1のベース−エミッタ接合が前記多角形の他の全ての側部から離れている、請求項1のトランジスタ。
- 前記第1のベース−エミッタ接合が実質的に矩形であり、そこにおいて2つの向かい合った側部が前記上部表面の前記境界から前記上部表面の内側に延び、第3の側部が完全に前記上部表面の内側に存在する、請求項1のトランジスタ。
- 前記第1のベース−エミッタ接合が実質的に正方形である、請求項7のトランジスタ。
- 前記ベースの前記上部表面から離れるように前記第1のエミッタから延びる導電材料と、及び
前記導電材料及び前記第1のエミッタの上側にある絶縁層とをさらに含み、前記絶縁層が前記第1のエミッタと接触するための貫通開口を有し、前記開口が前記導電材料のところで終端する、請求項1のトランジスタ。 - 前記第1のエミッタと前記第2のエミッタを相互接続する導電材料をさらに含む、請求項1のトランジスタ。
- 前記導電材料が、導電層の一部を形成し、
前記第1のエミッタが、前記導電層の一部を形成し、及び
前記第2のエミッタが、前記導電層の一部を形成している、請求項10のトランジスタ。 - 前記第1のエミッタが、導電層の一部から形成された領域を含み、前記第2のエミッタが、前記導電層の一部から形成された領域を含み、前記導電層の前記一部の製造に際してマスクのミスアライメントが生じたことにより、前記部分が前記ベースに対して所定方向にシフトした場合に、前記第1のベース−エミッタ接合の面積が前記第2のベース−エミッタ接合の面積が減少するのと同じ量だけ増大し、前記ベースの前記上部表面の前記境界から前記上部表面の内側へと延びる前記第1のベース−エミッタ接合の周辺部分の長さが、前記ベースの前記上部表面の前記境界から前記上部表面の内側へと延びる前記第2のベース−エミッタ接合の周辺部分の長さが減少するのと同じ量だけ増大する、請求項1のトランジスタ。
- 前記ベースの前記上部表面の上側にあって接触するベース接点領域をさらに含み、
前記第1及び第2のベース−エミッタ接合がそれらの間に領域を画定し、その領域が前記導電性金属含有領域の少なくとも一部を含み、及び
前記ベース接点領域が前記第1及び第2のベース−エミッタ接合の間の前記領域から間隔を置いており、前記ベース接点領域が前記導電性金属含有領域に接触する、請求項1のトランジスタ。 - 前記ベースの前記上部表面が、絶縁層によって相互に分離された連続的部分S-1及びS-2を含み、
前記第1のベース−エミッタ接合が前記上部表面部分S-1上に存在し、及び
前記第2のベース−エミッタ接合が前記上部表面部分S-2上に存在する、請求項1のトランジスタ。 - 前記コレクタが単結晶シリコンからなり、
前記ベースが単結晶シリコンからなり、及び
前記第1のエミッタが多結晶シリコンと該多結晶シリコンの下側にあってこれと接触する単結晶シリコンとからなる、請求項1のトランジスタ。 - 前記ベースが、前記ベースの前記単結晶シリコンの上側にあって前記ベースの前記単結晶シリコンよりも低い抵抗を有する材料Mをさらに含み、前記材料Mが前記第1のベース−エミッタ接合から分離されている、請求項15のトランジスタ。
- 前記材料Mが金属シリサイドからなる、請求項16のトランジスタ。
- 前記第1のベース−エミッタ接合の境界が、
前記ベースの前記上部表面の前記境界上にある第1の部分と、及び
前記第1の部分の端部から前記ベースの前記上部表面の内側に延びる第2の連続的部分とからなる、請求項1のトランジスタ。 - 前記上部表面の内側に存在する前記第2の連続的部分上の如何なる個所についても、前記トランジスタがオンの場合、電流が前記第1のエミッタと前記ベースとの間の前記第1のベース−エミッタ接合を横切って、前記個所の下側から前記ベース内へと前記第1のベース−エミッタ接合から横方向に離れるよう延びる経路に沿って流れる、請求項18のトランジスタ。
- 前記ベースの前記半導体領域がシリコンからなり、及び
前記導電性金属含有領域が金属シリサイドからなる、請求項1のトランジスタ。 - 前記第1のエミッタの側壁上に誘電体スペーサをさらに含み、それらの誘電体スペーサが前記第1のエミッタを前記導電性金属含有領域から分離する、請求項1のトランジスタ。
- 入力端子と、
請求項1に記載の第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの前記ベースを前記入力端子に接続する手段と、
前記第1のトランジスタの前記第1のエミッタを基準電圧に接続する手段と、
出力端子と、
前記第1のトランジスタの前記コレクタを前記出力端子に接続する手段と、
前記出力端子を電源に接続する手段と、
エミッタ、ベース及びコレクタを有する第2のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記エミッタを前記第1のトランジスタの前記ベースに接続する手段と、
前記第2のトランジスタの前記ベースを前記出力端子に接続する手段と、及び
前記第2のトランジスタの前記コレクタを前記電源に接続する手段とからなる、増幅器。 - トランジスタであって、
上部表面を有する、第1の導電形の第1の領域と、
前記第1の領域の前記上部表面に接触し、境界を有する連続的な上部表面S1を有する、前記第1の導電形と反対の第2の導電形の第2の領域と、
前記第2の領域の上側にあってこれと接触する第1の導電性金属含有領域と、及び
前記上部表面S1の上側にある複数の離間した部分を含む、前記第1の導電形の第3の領域であって、前記複数の離間した部分の各々は、前記第2の領域の上に堆積された半導体材料を含み、前記上部表面S1と共に接合を形成し、それぞれの接合が前記上部表面S1の前記境界から前記上部表面S1の内側に延伸して、前記上部表面S1の内側で終端するようになっている、第1の導電形の第3の領域とからなり、
前記第1の導電性金属含有領域は、前記複数の離間した部分の各々から間隔を置いて配置され、前記上部表面 S1 内で前記接合の各々の横方向の境界全体に隣接して延伸する、トランジスタ。 - 前記複数の離間した部分の各々が、前記第1と第2の領域の間の接合部の上側に存在する、請求項23のトランジスタ。
- 前記第2の導電形の第4の領域であって、その第4の領域は、前記第1の領域の前記上部表面と接触し、前記上部表面S1から間隔を置いた連続的な上部表面S2を有し、その上部表面S2が境界を有する、第4の領域と、及び
前記第4の領域の上側にあってこれと接触する第2の導電性金属含有領域とをさらに含み、
前記第3の領域が連続的領域であり、前記第3の領域が、前記第4の領域の上に堆積された半導体材料からなる連続的な部分 P1 を含み、その部分 P1 が前記上部表面S2と接合を形成し、前記部分 P1 の接合が前記上部表面S2の前記境界から前記上部表面S2の内側に延伸して、前記上部表面S2の内側で終端するようになっており、及び
前記第2の導電性金属含有領域は、前記部分 P1 から間隔をおいて配置され、前記上部表面 S2 内で前記部分 P1 の接合を取り囲む、請求項23のトランジスタ。 - 前記複数の離間した部分の各々と前記表面S1との間の前記接合のそれぞれの境界が、前記表面S1の内側において、境界部分P1、平面図においてその境界部分P1と実質的に平行な境界部分P2、及び平面図において前記境界部分P1及びP2に対して角度をなしている境界部分P3を有する、請求項23のトランジスタ。
- 前記接合の境界部分P1、P2及びP3の各々が直線状の部分である、請求項26のトランジスタ。
- 前記複数の離間した部分の各々と前記表面S1との間の前記接合のそれぞれの境界が、前記表面S1の内側において、境界部分P1と、その境界部分P1に対して角度をなしている境界部分P2とを有する、請求項23のトランジスタ。
- 前記接合のそれぞれにおいて、前記接合の境界部分P1とP2との間の角度が90°である、請求項28のトランジスタ。
- 前記第2の領域がシリコンからなる、請求項23のトランジスタ。
- 前記第1の導電性金属含有領域が金属シリサイドからなる、請求項30のトランジスタ。
- 前記複数の離間した部分の側壁上に誘電体スペーサをさらに含み、そ れらの誘電体スペーサが前記複数の離間した部分を前記第1の導電性金属含有領域から分離する、請求項31のトランジスタ。
- トランジスタであって、
上部表面を有する、第1の導電形の第1の領域と、
前記第1の領域の前記上部表面に接触し、境界を有する連続的な上部表面 S1 を有する、前記第1の導電形と反対の第2の導電形の第2の領域と、
前記第2の領域の上側にあってこれと接触する第1の導電性金属含有領域と、及び
前記上部表面 S1 の上側の連続的な第1の部分を含む、前記第1の導電形の第3の領域であって、前記第1の部分は、前記第2の領域の上に堆積された半導体材料を含み、前記上部表面 S1 と共に接合を形成し、この接合が前記上部表面 S1 の前記境界から前記上部表面 S1 の内側に延伸して、前記上部表面 S1 の内側で終端するようになっている、第1の導電形の第3の領域とからなり、
前記第1の導電性金属含有領域は、前記第1の部分から間隔をおいて配置され、前記表面 S1 内で前記接合を取り囲み、
前記第3の領域が連続的領域であり、
前記トランジスタが、前記第1の導電形の第4の領域をさらに含み、前記第4の領域が前記第3の領域から間隔を置いており、前記第4の領域が、前記第2の領域の上に堆積された半導体材料からなる連続的部分を含み、前記第4の領域の前記部分が前記表面 S1 と共に接合を形成し、前記第4のこの接合が前記表面 S1 の前記境界から前記表面 S1 の内側に延伸して、前記表面 S1 の内側で終端し、及び
前記第1の導電性金属含有領域は、前記第4の領域の前記部分から間隔をおいて配置され、前記第4の領域の前記部分の前記接合における前記表面 S1 内の横方向の境界全体に隣接して延伸する、トランジスタ。 - 前記第3の領域が第1の複数の離間した部分を含み、この第1の複数の離間した部分が前記第1の部分を含むようになっており、前記第1の複数の離間した部分の各々の部分が、前記第2の領域の上に堆積された半導体材料からなり、
前記第4の領域が第2の複数の離間した部分を含み、この第2の複数の離間した部分が前記前記表面S1と接合を形成する前記第4の領域の連続的部分を含むようになっており、前記第2の複数の離間した部分の各々の部分が、前記第2の領域の上に堆積された半導体材料からなり、
前記第3及び第4の領域の各々の部分が前記表面S1と共に接合を形成し、この接合が前記表面S1の前記境界から前記表面S1の内側に延伸して、前記表面S1の内側で終端し、及び
前記第1の導電性金属含有領域が、前記第3と第4の領域の前記部分の各々から間隔を置いて配置され、前記第1の導電性金属含有領域が、前記表面 S1 内で、前記第3と第4の領域の前記部分の各接合における横方向の境界全体に隣接して延伸する、請求項33のトランジスタ。 - 前記第2の導電形の第5の領域であって、前記第5の領域が前記第1の領域の前記上部表面と接触し、前記第5の領域が前記表面S1から間隔を置いた連続的な上部表面S2を有し、その上部表面S2が境界を有する、第5の領域と、及び
前記第5の領域の上側にあってこれと接触する第2の導電性金属含有領域とをさらに含み、
前記第3の領域が、前記第5の領域の上に堆積された半導体材料からなる連続的な第2の部分を含み、前記第2の部分が前記上部表面S2と共に接合を形成し、前記第2の部分の接合が前記上部表面S2の前記境界から前記上部表面S2の内側に延伸して、前記上部表面S2の内側で終端するよになっており、及び
前記第2の導電性金属含有領域は、前記第2の部分から間隔をおいて配置され、前記上部表面 S2 内で、前記第2の部分の接合を取り囲む、請求項33のトランジスタ。 - トランジスタであって、
第1の導電形のコレクタ領域と、
前記コレクタ領域の上にある、第2の導電形のベース領域と、
前記ベース領域の一部の上にある、第1の導電形の複数のエミッタ領域であって、各エミッタ領域が、
第1の部分と、及び
前記第1の部分の上に堆積され、拡散により前記第1の部分に不純物を提供する第2の部分とを含む、複数のエミッタ領域と、
各エミッタ領域に隣接した絶縁スペーサと、及び
前記スペーサに隣接してこれとセルフアライメントされ、いかなるエミッタ領域によっても覆われないベース領域の部分に接触する、導電性の非半導体材料とからなり、
各エミッタ領域が、前記スペーサと前記導電性材料によって取り囲まれた3つの側部を有し、各エミッタ領域が前記スペーサによって前記導電性材料から分離され、及び
前記トランジスタが、前記ベース領域と電気的に接触するための半導体のベース接点領域をさらに含み、その半導体のベース接点領域が前記導電性材料と接触し、且つ隣接するエミッタ領域の間に延在しないことにより、前記エミッタ領域が互いに対してより近づくことが可能になり、前記ベース領域の寸法と前記トランジスタの全体寸法が低減されることが可能になる、トランジスタ。 - 前記導電性材料が金属シリサイドからなる、請求項36のトランジスタ。
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