JPH02283030A - バイポーラトランジスタを備えた半導体装置 - Google Patents

バイポーラトランジスタを備えた半導体装置

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JPH02283030A
JPH02283030A JP10522689A JP10522689A JPH02283030A JP H02283030 A JPH02283030 A JP H02283030A JP 10522689 A JP10522689 A JP 10522689A JP 10522689 A JP10522689 A JP 10522689A JP H02283030 A JPH02283030 A JP H02283030A
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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、バイポーラトランジスタを備えた半導体装置
に関し、半導体基板平面に穿設した溝を利用し、その溝
から拡散してその溝壁周囲に形成された拡散領域を有す
るバイポーラトランジスタの半導体構造に関する。
〔従来の技術〕
従来、縦型NPN l−ランジスタのMRitiは、第
4図に示すように、P型半導体基板l上に形成された高
濃度N型埋込層2と、この上に成長されたコレクタ領域
としてのN型エピタキンヤル層3と、この層3内に島状
に拡散形成されたP型のベース領域4と、更にこのベー
ス領域4内に島状に拡散形成されたN型のエミッタ領域
5と、埋込層2にまで達するコレクタウオール6と、シ
リコン酸化膜7のコンタクトホールを介してエミンタ領
域5ベース領域4およびコレクタウオール6に導電接触
するエミッタ電極5a、ベース電極4aおよびコレクタ
電極6aとを備えるものであり、エミッタ領域1から注
入された電子は第4図(B)に示す矢印の如くベース領
域4の底部を通り埋込層2へ縦方向(深さ方向)に流れ
、しかる後コレクタウオール6を介してコレクタ電極6
aから取り出される。
一方、従来の横型PNP )ランジスタの構造は、第5
図に示すように、N型エピタキシャル層3上に互いに離
間して島状に拡散形成されたP型のエミッタ領域8.P
型のコレクタ領域9およびN型のベース領域10と、夫
々に導通接触するエミッタ電極3a、 コレクタ電極9
aおよびベース電極lOaとを有しており、正孔は第5
図(B)に示す矢印の如くエミッタ領域の側面からエピ
タキシャル層7(ベース領域)へ注入され、コレクタ領
域9に達して抽出される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記の各バイポーラトランジスタにあっ
ては次の問題点がある。
■第4図に示す縦型NPN トランジスタにおいては、
電子(キャリア)がエミッタ領域5の底部から基板深さ
方向(縦方向)に流れる構造であるため、電流容量を大
きくするには、広い底面積を有するエミッタ領域5を拡
散形成する必要がある。
濃度制御では電流密度 J6≦10μ^/μm2程度が
限界であるから、浅く広いエミッタ領域5右よびベース
領域4の拡散が必要であるが、これは逆に素子占有面積
の増大を招く。またコレクタ電極10aからキャリアを
取り出すためには、埋込層2およびこれに接続したコレ
クタウオール6の形成が必要で、コレクタ抵抗が比較的
大きく、且つコレクタウオール6の占有面積の存在によ
って素子占有面積の増大を余儀無くされ、チップサイズ
の縮少の障害となっている。
■一方、第5図に示す横型PNP )ランジスタにおい
ては、エミッタ領域8とコレクタ領域9の対向する側面
のみが実質上の電流路として寄与しているので、平面単
位面積当たりの電流値は縦型/Nイボーラトランジスタ
の場合に比して小さく、例えばJ+:<1μA/μm2
程度が限界である。また横方向にキャリアを流すので、
エピタキシャル層3をそのままベース領域とすると、ベ
ース抵抗が高くアーリー電圧が小さい。更に接合部に濃
度勾配がないので、ドリフト効果がない。横型NPN 
)ランジスタを構成するときには、N型エビタキンヤル
層をそのままベース領域とすることができず、P型ベー
ス領域を拡散形成する必要がある。
そこで、本発明の主たる課題は、基板平面上に比較的深
掘のa(トレイチ)を形成した後、この溝内から不純物
拡散させ、溝周囲に所定の領域を形成することによって
、素子占有面積の減少と平面単位面積当たりの電流密度
の増大を共に実現したバイポーラトランジスタを備えた
半導体装置を提供することにある。
〔課題を解決するだめの手段〕
上記課題を解決するために、本発明の講じた第1の手段
は、第1導電型半導体基板平面のほぼ縦方向に第1の溝
を穿設し、この溝からその溝周囲に例えばエミッタ領域
(またはコレクタ領域)としての第2導電型第1領域を
拡散形成し、また第1の溝に離間し基板平面のほぼ縦方
向に第2の溝を穿設し、この溝からその溝周囲に例えば
コレクタ領域(またはエミッタ領域)としての第2導電
型第2領域を拡散形成し、第1の溝と第2の溝との間で
第2導電型非拡散領域としての第1導電型第3領域(ベ
ース領域)を残し、第1および第2の溝内に埋込み電極
(エミッタ電極右よびコレクタ電極)として導電性物質
を充填したものである。
また本発明の講じた第2の手段は、第1導電型半導体基
板平面のほぼ縦方向に第1の溝を穿設し、この溝からそ
の溝周囲に二重拡散で拡散長大なる第2導電型第1領域
(ベース領域)および拡散長小なる第1導電型第2領域
(エミッタ領域またはコレクタ領域)を形成し、また第
1の溝に離間し基板平面のほぼ縦方向に第2の溝を穿設
し、この溝からその周囲に第1導電型第3領域(コレク
タ領域またはエミッタ領域)を形成し、第1および第2
の溝内に埋込み電極(エミッタ電極およびコレクタ電極
)として導電性物質を充填したものである。
〔作用〕
第1の手段によれば、第1の溝と第2の溝との間で溝深
さ方向に平行な接合面を持つPNPまたはNPN接合が
形成され、平面占有面積に比して対向面積の大きなエミ
ッタ領域とコレクタ領域とを有するので、平面占を面積
当たりの電流容量の大きなバイポーラトランジスタが実
現される。また構造上は横型のバイポーラトランジスタ
であるから、キャリア取り出し用のコレクタウオール等
の拡散工程が不要で、またその分素子面債の縮少化およ
びコレクタ抵抗の減少が実現されている。
第2の手段によれば、第1の手段と同様の作用があるこ
とは勿論、第1の手段に用いる第1導電型半導体基板を
用いても、第1の手段によるバイポーラトランジスタと
は逆導電型のバイポーラトランジスタが得られる。また
ベース領域が非拡散領域でなく、セルファラインによる
二重拡散層の拡if&長さ大なる領域であるがろ、ベー
ス抵抗の低減が実現されると共に、濃度勾配がそのベー
ス領域に生じているので、ドリフト効果が得られる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
第1図(Δ)は本発明の第1実施例を示す平面図で、第
1図(Beハ第1図(Δ)中0)IB−IB線に沿って
切断した状態を示す切断矢視図である。
図中、20はN−j暫゛1炎導体ノ、(板(N−型エヒ
リキンヤル層)で、その平面に対して垂直方向(縦方向
)にはストライプ状の深溝21aおよびこれを取り囲む
トラック状の深溝21bを例えば開口部幅1μm深さ5
μm程度に穿設した後、深i’#21a内の周囲部はP
型のエミッタ領域22で、深溝211〕内の周囲部はP
型のコレクタ領域23とされており、深溝2Ia内には
導電性物質たるポリシリコンが充填されてエミッタ埋込
み電極(エミッタコンタクト)22aが形成され、また
深溝21b内にも導電性物質たるポリノリコンが充填さ
れてコレクタ埋込み電極(コレクタコンタクト)23a
が形成されている。
エミッタ領域22は深溝21a内から拡散形成され、ま
たコレクタ領域23は深溝21b内から拡散形成される
。深溝218.21bの側面から横方向に縦方向拡散が
進行するが、エミッタ領域22とコレクタ領域23との
間には非拡散領域としてのN−型のベース領域24が残
されている。本実施例のベース領域24は N−型半導
体基板自体であるので、ベース電極〈ベースコンタクト
)として図示しない基板表面に形成しても良く、またス
トライプ状の深溝21aとこれを取り囲むトラック状の
深溝21bとの間の表面に浅いN型拡散領域を形成して
も良い。
深溝21.aの周囲に形成された縦長のエミッタ領域2
2と深溝21bの周囲に形成された縦長のコレクタ領域
23の対向面積は両者の占める平面積に比して相当大き
い。勿論、深溝218.21bの開口部幅を小さく、そ
の深さを大きく、しかも溝間隔を小さくすれば、その比
率は極めて大となるが、従来の横型バイポーラトランジ
スタが第1図示2点鎖線より下の部分にほぼ1目当する
のに比べても、深il!21 a 、 21 bの対向
面積に相当する部分だけ、実質上エミッタ領域22とコ
レクタ領域23の対向面積が増大している。このため、
従来における素子占有面積の増大に伴う領域対向面壁の
増大という不可避的な連関が解消されているので、素子
占有面積の縮少化と同時に大電流容造化が実現される。
例えばストライブ状深溝21aが開口部幅1μm、長さ
20μm、深さ5μmの場合には、エミッタ・コレクタ
対向面積1;!20μmx 5 μmx 2 テ、約2
00 t−tm2にも達し、従来の約10倍にもなる。
そして単位平面積当たりの電流容量は、JE>tooμ
A/μm2とすることが可能である。また、横型構造で
あるから、キャリア取り出し用のウオール領域の拡11
に形成が不要である。このため電流路が短くなるので、
コレクタ抵抗が低減されている。
深溝21a、21bはエミッタ領域22.コレクタ領域
23の拡散用窓として機能すると共に、埋込み電極22
a、23aの充填位置決め部として機能する。
本実施例の深溝21a、21bの断面形状は細長矩形で
あるが、U字形またはV字形のものでも十分である。な
お、25はシリコン酸化膜を示す。
第2図(A)は本発明の第2実施例を示す平面図で、第
2図(B)は第2図(A)中の[IB−IIB線に沿っ
て切断した状態を示す切断矢視図である。なお、第2図
において第1図に示す部分と同一部分には同一参照符号
を付し、その説明は省略する。
ストライブ状の深溝21a内の周囲にはN型のエミッタ
領域26が拡散形成され、その外側にはP型のベース領
域27が拡散形成されている。深溝21aは二重拡散用
の窓として機能し、拡散長大なるベース領域27と拡1
ik長小なるエミッタ領域26がセルファラインで形成
されている。トラック状の深溝21b内の周囲にはN型
のコレクタ領域28が形成されている。深溝21a、2
1bには導電性物質が充填されてエミッタ埋込み電極2
2a、コレクタ埋込み電極23aが設けられている。ス
トライブ状のエミッタ電極22aとトランク状のコレク
タ埋込み電極23aとの間の基板表面側にはP型のベー
ス領域27に導電接触する浅いベース電極(ベースコン
タクト)27aがトラック状に形成されている。
この実施例のバイポーラトランジスタは横型NPNトラ
ンジスタで、第1実施例がN型半導体基板20を用いる
ときにはP N P )ランジスタであるのに対して逆
導電型のトランジスタが得られている。ベース領域27
の厚さはセルファラインによる二重拡散の拡nk長の差
で精度良< III御できるから、第1実施例の場合に
比してベース抵抗の低減を図ることかで・きる。またベ
ース領域の拡散深さ方向(横方向)に濃度勾配が必然的
に生じているので、ドリフト効果が得られ、電流増幅率
hp2が向上する。
第3図くΔ)は本発明の第3実施例を示す平面図で、第
3図(C)は第3図(A)中のIIIB−IIIB線に
沿って切断した状態を示す切断矢視図である。なお、第
3図において第1図に示す部分と同一部分には同一参照
符号を付し、その説明は省略する。
この実施例の第2実施例と異なる点は、比較的マスクル
ールがゆるやかで、ベース・コレクタエミッタ・コレク
タ間の耐圧が高いNPN l−ランジスタを得るため、
深溝21a内から二重拡散法により形成されたP型のベ
ース領域27の表面部に接続するP型コンタクト領域2
7bが表面から拡散形成されており、深溝21bの周囲
のコレクタ領域28とベース領域27との間には非拡1
ik領域としてのN−型エピタキシャル領域29が残さ
れている。またP型コンタクト領域27bにはトラック
状のベース電極27cが導電接触している。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は基板に穿設した溝内から
拡散して溝周囲部に側面積大なる拡散領域を形成すると
共に、溝内に充填した導電性物質を埋込み電極とするも
のであるから、次の効果を奏する。
■溝底部の拡散領域の規模に比較して溝周囲部の拡散領
域の面積が広く、領域対向面積が平面占有面積に連関せ
ずに増大させることができるので、素子面積ないしチッ
プサイズの縮少化と共に大電流容量化が実現される。ま
た横型構造で、縦型構造の如くのコレクタウオール等の
拡散領域が不要であり、その分占有面債の節約が図れる
■溝内に充填された導電性物質を埋込み電極とするもの
であるから、これは溝周囲に形成された拡散領域とセル
ファラインで形成されるので、マスク合わせのマージン
が不要で、高精度の素子作り込みが可能となる。
■溝内から二重拡散により拡散長の差で第2導電型第1
領域たるベース領域が形成されたものにあっては、セル
ファラインによりベース領域が得られるので、拡散深さ
制御の精度が高く、ベース抵抗の低減や濃度勾配による
ドリフト効果に伴って電流増幅率り4.の増大が実現さ
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図(△)は本発明に係るバイポーラトランジスタを
備えた半導体装置の第1実施例を示す平面図で、第1図
<8>は第1図(A>中のIB−18線に沿う切断矢視
図である。 第2図(A)は本発明に係るバイポーラトランジスタを
備えた半導体装置の第2実施例を示す平面図で、第2図
(B)は第2図(△)中のIIB−IIB線に沿う切断
矢視図である。 第3図(Δ)は本発明に係るバイポーラトランジスタを
備えた半導体装置の第3実施例を示す平面図で、第3図
(B)は第3図(A)中のIIIB−IB線に沿う切断
矢視図である。 第4図(A)は従来の縦型NPN )ランジスタの構造
を示す平面図で、第4図(B)は第4図(A>中の[V
B−rVB線に沿う切断矢視図である。 第5図(A)は従来の横型PNP トランジスタの構造
を示す平面図で、第5図(B)は第5図(B)中のVB
−VB線に沿う切断矢視図である。 20−  N−a半導体基板、21a  ストライプ状
深溝、21b トラック状深溝、22−P型エミッタ領
域、22a  エミッタ埋込み電極、23 P型コレク
タ領域、23a  コレクタ埋込み電極、2t−N−型
エピタキシャル層のベース領域、25  ンリコン酸化
膜、26−N型エミッタ領域、27 P型ベース領域、
27a  ベース電極、28−N型コレクタ領域、27
b  ベースコンタクト領域、27c ベース電極、篤 Σ 第 区 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)第1導電型半導体基板平面のほぼ縦方向に穿設され
    た第1の溝から拡散してその周囲に形成された第2導電
    型第1領域と、第1の溝に離間し該基板平面のほぼ縦方
    向に穿設された第2の溝から拡散してその周囲に形成さ
    れた第2導電型第2領域と、第1の溝と第2の溝との間
    で第2導電型非拡散領域としての第1導電型第3領域と
    を有し、第1および第2の溝内に充填された導電性物質
    を埋込み電極とすることを特徴とするバイポーラトラン
    ジスタを備えた半導体装置。 2)第1導電型半導体基板平面のほぼ縦方向に穿設され
    た第1の溝から二重拡散してその周囲に形成された拡散
    長大なる第2導電型第1領域および拡散長小なる第1導
    電型第2領域と、第1の溝に離間し該基板平面のほぼ縦
    方向に穿設された第2の溝から拡散してその周囲に形成
    された第1導電型第3領域とを有し、第1および第2の
    溝内に充填された導電性物質を埋込み電極とすることを
    特徴とするバイポーラトランジスタを備えた半導体装置
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