JPH01122161A - 縦形バイポーラトランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は第１および第２のベース層からなる二重構造の
ベース層を備える縦形バイポーラトランジスタ、すなわ
ち一方の導電形のコレクタ層と、コレクタ層内に拡散さ
れた他方の導電形の第１のベース層と、コレクタ層間に
第１のベース層より浅く拡散された他方の導電形の第２
のベース層と、第２のベース層内に拡散された一方の導
電形のエミッタ層とを備えてなるバイポーラトランジス
タに関する。

〔従来の技術〕

よく知られているように、バイポーラトランジスタを極
力高い回路電圧下で使用できるようにする上では、その
コレクタ・ベース間の耐電圧値を上げることが必要であ
る。この耐電圧値はコレクタ層とベース層との間に形成
される接合によって決まるので、縦形のバイポーラトラ
ンジスタではコレクタ層内にベース層を深く拡散して接
合面の曲率半径を極力大きくして電界集中を避けること
が望ましい、しかし、バイポーラトランジスタとしては
その電流増幅率の高いことが望ましく、この電流増幅率
を上げる上ではベース層をそれとエミッタ層との間に形
成されるベース幅が小になるように拡散深さを浅くする
のが望ましい、二重ベース構造はこの矛盾を解決するた
めのもので、第３図にその従来例を示す。

第３図は集積回路内に作り込まれる縦形のｎｐｎバイポ
ーラトランジスタ１個分を示すもので、同図（ａｌには
その断面が、同図（ｂ）にはその上面が示されており、
同図（ａｌは同図中）のＸ−Ｘ矢視断面である。集積回
路の基板１は例えばｐ形で、その表面に埋込層２を強い
ｎ形で拡散した後、ｎ形の高抵抗性のエピタキシャル層
３を成長させた上で、その表面から分離層４を基板１に
達するまで強いｐ形で深く拡散することによって、エピ
タキシャル層３が複数個に接合分離されている。よく知
られているように、バイポーラトランジスタはこの分離
されたエピタキシャル層３をコレクタ層として作り込ま
れる。二重構造のｐ形のベース層は第１のベース層６と
第２のベースＪＩＩ７とからなり、まず第１のベース層
６は深く拡散されるが、後でエミッタ層８を拡散すべき
個所に窓６ａを有するいわば環状の拡散層であって、拡
散深さが大きいのでその底の辺やかど部の曲率半径が大
きくなり、コレクタ層３との接合の耐電圧値をこれによ
って高めることができる０次の第２のベース層７は第１
のベース層よりは浅く拡散され、図示のように第１のベ
ース層の窓６ａを含む範囲に単純な皿の形状に拡散され
る。もちろん、第１のベースＮ６と第２のベース層７と
は同導電形、この例のようにｐ形とされる。エミッタＪ
１８とコレクタ用接続層９とはふつう同時拡散され、い
ずれも強いｎ形で図示のようにエミッタ層８は第２のベ
ース層７内の窓６ａに対応する個所に、接続層９はコレ
クタＮ３内にそれぞれ拡散される。エミッタ層８の下の
第２のベース層７の厚みがバイポーラトランジスタのベ
ース幅となるので、エミッタ層８の深さは第２のベース
層７の深さに応じて所望の電流増幅率に必要なベース幅
が得られるように選定される。

ウェハ面を覆う酸化膜５には図示の個所に窓１０．１１
および１２が明けられ、これらの窓を介して各層に導電
接続する図示しない電極膜が付けられ、それぞれがコレ
クタ、エミッタおよびベース用基板とされる。

以上の二重構造のベース層をもつバイポーラトランジス
タでは、第２のベースｌ１Ｉ７が窓６ａの内側でコレク
タ層３と直接接合を作り、この部分におけるエミッタ層
８の下の第２のベース層７の厚みによって決まるベース
幅を小にできるので高い電流増幅率を持たせることがで
き、一方コレクタ・ベース間の耐電圧値は第１のベース
Ｎ６とコレクタ層３との間の接合によって決まるので高
い耐電圧値を持たせることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようにベース層を二重構造にすることにより、バイ
ポーラトランジスタに高い電流増幅率と耐電圧値とを兼
備させることができるが、上述のような従来の二重構造
では再現性よく高電流増幅率が得られにくい問題がある
。この−因は、窓６ａの個所に第１のベース層６が横方
向に拡がりやすく、このため第２のベース層７とコレク
タＮ３との接合の面積が減少してしまうことにある。も
ちろん、窓の面積を大きく設計すれば第１のベース層の
横方向拡散により電流増幅率が受ける影響を少なくでき
るが、電流増幅率があまり変動しない程度にまで窓面積
を広げると、トランジスタがウェハ上で占める全体面積
がかなり大きくなってしまって、集積回路では集積度を
上げることができなくなる。もう一つの原因は窓６ａの
面領域とエミッタ層８の面領域との整合がマスク合わせ
時に狂いやすいことにある。この問題はエミッタ層の面
領域を窓の面領域よりずっと大きくすれば解決できるが
、エミッタ層の窓部以外に流れるエミッタ電流が電流増
幅率にほとんど貢献しないので、電流増幅率が反って減
少してしまう、従って、電流増幅率を上げる上では第３
図（ａｌのようにエミッタ層の外周と第１のベース層の
窓の内周とをほぼ接するようにして、互いにあまり重な
らないようにするのが望ましい。

そこで、本件出願人は窓の内周をエミッタ層の外周より
もむしろ若干大きくする第４図に示す構造を提案した（
特開昭６２−８６８５８号参照）、第４図ｆａ１．（ｂ
）は前の第３図ｆ８）、（ｂ）にそれぞれ対応するもの
で、前と異なる点は図かられかるように第１のベースｌ
ｌｌ６の窓６ａの内周がエミッタ７１８の外周８ａより
も僅かに大きくされている点にある。厳密にいえば、こ
の内外周の大小は第１のベース層とエミッタ層それぞれ
の面領域を決めるフォトマスクにおける関係であって、
各層は拡散時に横方向に拡がるから、拡散後に第１のベ
ース層の窓の内周とエミッタ層の外周がほぼ接するよう
にフォトマスクを作るのが望ましい。

この改良されたベース層の二重構造では、電流増幅率の
低下や変動を従前よりも少なくすることができるが、ベ
ース・エミッタ間の耐電圧値が若干変動しやすい問題が
あることがその後判明した。

これから准測できることは、これは第１のベース層６と
エミッタ層８とが接するか接しないかによってこの逆耐
電圧値が影響されるものと考えられ、同じ要因によると
思われるがベース抵抗つまりベース・エミッタ間の抵抗
値も若干変動しやすい。

かかる特性の変動はバイポーラトランジスタの良否を左
右するほど深刻なものではないが、品質管理面では余り
思わしくない。

本発明はかかる従来技術のもつ問題点の１ｍに立脚して
、高い電流増幅率を持ちかつ特性の変動を小に管理しや
すい二重ベース構造をもつ縦形バイポーラトランジスタ
を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は冒頭記載のように一方の導電形のコレクタ層と
、コレクタ層内に拡散された他方の導電形の第１のベー
ス層と、コレクタ層間に第１のベース層より浅く拡散さ
れた他方の導電形の第２のベース層と、第２のベース層
内に拡散された一方の導電形のエミッタ層とを備える二
重ベース構造の縦形バイポーラトランジスタにおいて、
第２のベース層の面領域を第２のベース層の面領域の第
１のベース層の面領域との交叉部および非交叉部の双方
に亘るように設け、かつベース電極を第２のベース層の
第１のベース層の面領域との交叉部に導電接続するよう
に設けることにより上記の目的を達成するものである。

〔作用〕

前の第３図や第４図がられがるように、従来技術におい
ては第１のベース層６の面領域を窓６ａをもつ環状に形
成し、これと第２のベース層７の面領域との非交叉部に
あたる窓部にエミッタ層８を設けていたのであるが、本
発明では上記構成にいうように、第２のベース層の面領
域を第２　（７）＜−ス層の面領域の第１のベース層の
面領域との交叉部および非交叉部の双方に亘るように設
ける。従って本発明では、エミッタ層の上記の非交叉部
に当たる面領域の下の第２のベース層が確実にコレクタ
層と直接的に接合し、この接合面とエミッタ層との間の
第２のベース層の厚みであるベース幅とこの接合の面積
とによって電流増幅率が決まり、第１のベース層が多少
横方向に拡散しても接合面積がそれによりほとんど影響
されないので、バイポーラトランジスタの電流増幅率を
常に所望の高い値に保ちないしは管理することができる
。

また、ベース電極が導電接続されている第２のベース層
の第１のベース層の面領域との交叉部にもエミッタ層の
面領域が延びているので、エミッタ層は第１のベース層
および第２のベース層の双方と安定した接合を形成し、
この接合によって決まるバイポーラトランジスタのベー
スの逆耐電圧値が、従来のように第１のベース層の横方
向の拡散の程度や第１のベース層とエミッタ層とのマス
ク合わせ精度により左右されることなく安定化される。

さらに、ベース電極とエミッタ層との間には第１のベー
ス層と第２のベース層の双方が介在するので、本発明で
はベース抵抗が非常に低い値になり、かつ同様に横方向
拡散の程度やマスク合わせ精度に影響されずに、この低
値に安定して管理することができる。

以上の本発明の構成のもつ作用により前述の所期の！Ｉ
１題が解決されるが、そのままでは第２０べ−ス層の第
１のベース層との面領域の非交叉部の端がコレクタ層に
露出することになるので、コレクタ・ベース間耐電圧値
が従来より下がってしまうことになる。しかしこの点は
、必要な耐電圧値が余り大きくないときには第１のベー
ス層の拡散深さを従来より大きい目に取り、あるいｌよ
高い耐電圧値を要するときには上の露出端を保護するよ
うに第１のベース層を延在させることにより、適宜に解
決することができる。かかる望ましい態様は次項で述べ
るとおりである。

〔実施例〕

以下、第１図および第２図を参照しながら本発明の詳細
な説明する。これらの図において、前の第３図および第
４図に対応する部分には同じ符号が付されており、以下
説明の重複部分は省略することとする。なお、第１図（
ａ）、（ｂｌは第３図（ａ）。

（ｂ）にそれぞれ対応する断面図および上面図である。

第１図に示された実施例では、第１のベース層６および
第２のベース層７はいずれも図示のように単純な形状の
面領域をもつ角皿状のｐ形層で、はぼ同じ例えば１０１
１〜ＩＱＩ嘩原子／−の不純物濃度でｎ形のコレクタ層
３内にそれぞれ拡散されるが、前者の拡散深さが例えば
２μ程度であるのに対し、後者の拡散深さはこれよりも
深く例えば３−程度とされる。第１のベース層６は前述
のようにバイポーラトランジスタの電流増幅率を決める
ので、この意味で活性ベース層と呼ばれ、第２のベース
層７は不活性ベース層と呼ばれる。ｎ形のエミッタ層８
は第２のベース層７内に例えば１０′９原子／−の不純
物濃度で拡散されるが、このエミッタ層８の面領域は同
図偽）かられかるように第１のベース層６の面領域と第
２のベース層７の面領域との交叉部および非交叉部の双
方に亘るように設定され、かつこの実施例ではエミッタ
層８の面領域は交叉部と非交叉部とにほぼ等分に按分さ
れている。

同図伽）かられかるように、エミッタ層８の非交叉部の
面領域の下の第２のベース層７が電流増幅率を決める部
分となり、この部分のベース幅が例えば０．５−になる
ようにエミッタ層８は１．５μの深さに拡散される。コ
レクタ用の接続層９がこのエミッタ層８と同時拡散され
ることは本発明においても同じである。同図（ａｌに示
されたベース電極１３は、第２のベース層７の第１のベ
ース層６の面領域との交叉部にｉｔ接続するように、酸
化膜５のこの部分に明けられた窓１２を介して設けられ
る。

上のように構成された本発明による縦形バイポーラトラ
ンジスタでは、エミッタ層８の図の左半分の下の第２の
ベース層７とコレクタ層３との間に第１のベース層６が
介在しないので、第２のベースＮ７とコレクタ層３との
間に充分広い接合面積を取ることができ、これによって
バイポーラトランジスタの電流増幅率を従来よりも向上
することができる。また、第１のベース層６の拡散が多
少図の左方に延びて来てもこの接合面積がほとんど影響
されないので、バイポーラトランジスタの電流増幅率を
高い値に安定に管理することができる。また、エミッタ
層８の図の右半分は第１のベース層６と第２のベース層
との面領域の交叉部にあって、ベース１穫１３とエミッ
タ層８との間は第１のベース層６と第２のベース層７の
双方によって結ばれているので、バイポーラトランジス
タのベース抵抗値を従来よりも低曜することができ、か
つその値が第１のベース層６の横方向の拡散程度により
変動するようなことがない。ベースの逆耐電圧値につい
ても同様で、エミッタ層８と第２のベースｉｉ７との間
との接合が安定化されるので、その変動幅が従来よりず
っと少なくなる。

この第１図の実施例では、エミッタＮ８の左半分の下の
第２のベース層７の底のかど部の曲率半径が小さいので
、第２のベースＮ７の拡散深さを増してやらない限りバ
イポーラトランジスタのコレクタ・ベース間耐電圧値が
従来より低下することになるが、第２図はこの点を解決
する実施例を上面図で示すものである０図示のように、
エミッタ７１１Ｂの第１のベース１１６および第２のベ
ース層７との関係は前の実施例と同じであるが、その左
半分に当たる第２のベースＪｉ７のまわりをほぼ囲むよ
うに第１のベース層６が延長されて、第２のベースｌＩ
７のコレクタＦＪ３との接合面のかど部を外側から包ん
でいる。容易にわかるように、この構造ではバイポーラ
トランジスタのコレクタ・ベース間耐電圧値は第１のベ
ース層６とコレクタ層３との間との接合がもつ耐電圧値
によって決まり、その値を従来と同程度に向上すること
ができる。

また、図かられかるように第２のベース層の２個の延長
部の先端同志を相互に連結させてもよく、この場合には
第２のベース層７は従来と同じく窓を備える環状となる
が、本発明ではこの窓部において第１のベースＦｉ６の
内周は第２のベース層７の窓内部分の外周から離れてお
り、かつエミッタ１ｉ１７の右半分は第２のベース層７
の第１のベースＮ６の面領域との交叉部に設けられる点
が従来構造と本質的に異なる点である。第２図を例えば
前の第３図（ｂｌと比較すればわかるように、第１のベ
ースｌｌｌ６にかかる延長部を設けあるいは環状に形成
しても、バイポーラトランジスタがウェハ上で占める面
積は従来と比べて実質１変わるところはない。

第２図の実施例からもわかるように、本発明の第１のベ
ース層の面領域には本発明の要旨内で種々の形状を与え
ることが可能である。またこのほか、以上説明した実施
例に限らず、各半導体層の導電形、拡散深さ、不純物濃
度等についても、場合に応じてその具体内容を適宜選択
しながら本発明のもつ上記の作用ないし効果を得ること
ができる。なお、本発明によるバイポーラトランジスタ
をそのエミッタ層とコレクタ層とを互いに入れ換えるこ
とによってＩＩＬ用のトランジスタとして利用すること
が可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明からすでに明らかなように、本発明では一方
の導電形のコレクタ層と、コレクタ層内に拡散された他
方の導電形の第１のベース層と、コレクタ層間に第１の
ベース層より浅く拡散された他方の導電形の第２のベー
ス層と、第２のベース層内に拡散された一方の導電形の
エミッタ層とを備える二重ベース構造の縦形バイポーラ
トランジスタにおいて、第２のベース層の面領域を第２
のベース層の面領域の第１のベース層の面領域との交叉
部および非交叉部の双方に亘るように設け、かつベース
電極を第２のベース層の第１のベース層の面領域との交
叉部に導電接続するように設けるようにしたので、エミ
ッタ層下の第２のベース層の第１のベース層の面領域と
の非交叉部がいわゆるベース活性層として機能してコレ
クタ層、との間に充分な接合面積が得られるので、バイ
ポーラトランジスタの電流増幅率を従来技術よりより向
上することができ、かつ第１のベース層の拡散が多少横
方向に延びても大勢に影響なく高い電流増幅率が安定し
て得られる。また本発明においては、エミッタ層が第１
のベース層と第２のベース層との面領域の交叉部にも位
置しているので、両ペース層の介在下でベース電極とエ
ミッタ層との間の抵抗であるベース抵抗を従来よりも低
減し、かつ第１のベース層の横方向拡散の程度に影響さ
れずこの低いベース抵抗値を安定して得ることができる
。かかる高い電流増幅率と低いベース抵抗値は、マスク
合わせの精度によってもほとんど左右されることがない
、また、ベース抵抗値と同様の理由で、本発明ではベー
スの逆耐電圧値の変動も従来より減少させることが可能
である。

このように本発明によれば、マスク合わせの精度や拡散
条件の変動にあまり影響されずに、高い電流増幅率と低
いベース抵抗値とを兼備した高性能のバイポーラトラン
ジスタを提供することができ、本発明を集積回路等に適
用して縦形バイポーラトランジスタの性能を高いレベル
に容易に管理できる著効を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図が本発明に関し、第１図は本発明に
よる縦形バイポーラトランジスタの実施例の断面図およ
び上面図、第２図は本発明の異なる実施例を示すその上
面図である。第３図および第４図はそれぞれ従来技術に
よる棒形バイポーラトランジスタの断面図および上面図
である０図において、 に半導体基板、２：埋込層、３：エピタキシャル層ない
しはコレクタ層、４：公開Ｌｓ　：酸化膜、６：第１の
ベース層、６ａ：第１のベース層の窓、７：第２のベー
ス層、８：エミッタ層、８ａ：エミッタ層の外周、９：
コレクタ用接続層、１０゜１１．１２　　：酸化膜のコ
レクタ、エミッタおよびベース電極用窓、１３：ベース
電極、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第１および第２のベース層からなる二重構造のベー
   ス層を備える縦形のバイポーラトランジスタであって、
   一方の導電形のコレクタ層と、コレクタ層内に拡散され
   た他方の導電形の第１のベース層と、コレクタ層間に第
   １のベース層より浅く拡散された他方の導電形の第２の
   ベース層と、第２のベース層内に拡散された一方の導電
   形のエミッタ層とを備えてなるものにおいて、第２のベ
   ース層の面領域を第２のベース層の面領域の第１のベー
   ス層の面領域との交叉部および非交叉部の双方に亘るよ
   うに設け、ベース電極を第２のベース層の第１のベース
   層の面領域との交叉部に導電接続するように設けたこと
   を特徴とする縦形バイポーラトランジスタ。 ２）特許請求の範囲第１項記載のバイポーラトランジス
   タにおいて、エミッタ層の面領域を第２のベース層の面
   領域の第１のベース層の面領域との交叉部および非交叉
   部とにほぼ等しく按分して設けたことを特徴とする縦形
   バイポーラトランジスタ。