JPH05243243A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH05243243A
JPH05243243A JP4183592A JP4183592A JPH05243243A JP H05243243 A JPH05243243 A JP H05243243A JP 4183592 A JP4183592 A JP 4183592A JP 4183592 A JP4183592 A JP 4183592A JP H05243243 A JPH05243243 A JP H05243243A
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JP
Japan
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diffusion layer
collector
base
layer
conductivity type
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JP4183592A
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English (en)
Inventor
Yoichiro Niitsu
陽一郎 新津
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】この発明は、マスク合わせ工程を増やすことな
く、ベ−スプッシュアウト効果を抑止出来る半導体装置
およびその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】この発明の半導体装置は、一方導電型の第1の
拡散層3cと、この第1の拡散層中に形成された他方導
電型の第2の拡散層3dと、この第2の拡散層中に形成
された一方導電型の第3の拡散層3eとを具備し、且
つ、少なくとも上記第3の拡散層の基体表面に接する周
縁を一部含む領域に対向して位置する上記第1の拡散層
の不純物濃度が、少なくとも上記第3の拡散層の上記第
2の拡散層に接する主たる面を一部含む領域に対向して
位置する上記第1の拡散層の不純物濃度よりも高く設定
されてなり、上記の目的を達成することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、特に高電流領域の特
性を改善したバイポ−ラ型半導体装置およびその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、バイポ−ラ型半導体装置は、図9
に示すように構成され、P型シリコン基板1に高濃度N
型コレクタ拡散層2と低濃度N型コレクタ拡散層3が形
成されている。そして、低濃度N型コレクタ拡散層3中
にP型ベ−ス拡散層4が形成され、このP型ベ−ス拡散
層4中に高濃度N型エミッタ拡散層5が形成されてい
る。
【0003】低濃度N型コレクタ拡散層3のN型不純物
濃度は希望されるベ−ス・コレクタの接合耐圧B
CBO 、およびベ−ス・コレクタ接合容量CJCにより様
々であるが、多くは1×1016cm-3前後の値がよく用い
られる。P型ベ−ス拡散層4に接する高濃度N型エミッ
タ拡散層5の主たる底面から、これに対向する低濃度N
型コレクタ拡散層3までの距離をベ−ス幅WB と呼ぶ
が、コレクタ電流を多く流した時のベ−スプッシュアウ
トとして知られるWB の増大が起きる。R.J.Whittier e
t al.,IEEE Trans.Electron.Device,ED-16,pp.39,1969
によれば、ベ−スプッシュアウトの起こるコレクタ電流
密度JC は、数1のように示される。
【0004】
【数1】
【0005】ここでυはベ−ス・コレクタ空乏層中の電
子のドリフト速度、VCBはベ−ス・コレクタ間の印加電
圧、Vbiはベ−ス・コレクタ間のビルトインピポテンシ
ャル、WC はコレクタ幅(図9中に図示)、ND は低濃
度N型コレクタ拡散層3の不純物濃度である。ベ−スプ
ッシュアウト効果によるベ−ス幅の伸びWCIB は、数2
で表される。
【0006】
【数2】 ト−タルのベ−ス幅は、数3で表される。
【0007】
【数3】 ここで、WBOはベ−スプッシュアウトが起きる前のベ−
ス幅である。一方、バイポ−ラ型半導体装置のカットオ
フ周波数fT は、数4で表される。
【0008】
【数4】
【0009】ここで、CjTはベ−ス・エミッタ容量CjE
とCjCの和、ηはベ−スのプロファイルに依存する定
数、DB はベ−ス中の電子の拡散計数、WX はベ−ス・
コレクタ空乏層幅、rc はコレクタ抵抗である。従っ
て、数2によるベ−ス幅の増大はfT の減少をもたら
す。数4の第4項は小さいので無視すると、fT が最大
値fTmaxをとるのは大体JC =JO 付近の電流値である
から、
【0010】
【数5】
【0011】数5からND を増大させるかWC を減少さ
せることにより、JO を増大させれば、fTmaxを増加さ
せることが出来ることが判る。これは、バイポ−ラの過
渡特製を向上させるための公知の技術である。ところ
が、CjCはND の1/2乗に比例するため、ND を増大
させるとCjCが増加する。ECL回路の遅延時間tpd
非常に簡単には、
【0012】
【数6】 のように表されるため、ND を増加させることが必ずし
もECL回路の高速化に役立たなかった。
【0013】このことを解決するため、S.Konoka et a
l.,IEEE Trans.Electron.Device,ED-36,pp.1370,1989
は、図10に示されるように、第1のコレクタ拡散層3
a中のエミッタに対向する第2のコレクタ拡散層3bの
不純物濃度だけを増加させ、CjCの増加を極力少なくす
るように工夫した。第1のコレクタ拡散層3aの不純物
濃度は1×1016cm-3、第2のコレクタ拡散層3bの不
純物濃度は1×1017cm-3に設定された。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造の問題点は高注入状態においては、カレントクラウデ
ィングが起こった場合には、ベ−スプッシュアウトを抑
止する効果は余り十分ではないことである。コレクタ電
流が或る程度高いとベ−ス電流もそれにつれて高くなる
が、このベ−ス電流による内部ベ−スでの電圧降下によ
り、ベ−ス電極から離れたエミッタ直下では十分高いベ
−ス電位が得られず、コレクタ電流はベ−ス電極に対向
したエミッタ周縁にのみ流れるようになる。
【0015】にも拘らず、エミッタ周縁に対向するコレ
クタ拡散層の濃度は、第1のコレクタ拡散層3aと第2
のコレクタ拡散層3bの境界であるため十分高くない。
このため、ベ−スプッシュアウトを抑止する効果は余り
十分ではない。このことを改善するため、或る程度、第
2のコレクタ拡散層3bの不純物濃度を高くすること
で、ウェハ−に対して平行な方向への不純物の拡散を利
用して、第1のコレクタ拡散層3aと第2のコレクタ拡
散層3bの境界の不純物濃度を高くすることが出来る。
しかし、このやり方では、ベ−スプッシュアウトを抑止
する効果よりCjCやBVCEO の劣化が著しくなるという
欠点がある。この発明の目的は、マスク合わせ工程を増
やすことなく、ベ−スプッシュアウト効果を抑止出来る
半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明は、一方導電型
の第1の拡散層と、この第1の拡散層中に形成された他
方導電型の第2の拡散層と、この第2の拡散層中に形成
された一方導電型の第3の拡散層とを具備し、且つ、少
なくとも上記第3の拡散層の基体表面に接する周縁を一
部含む領域に対向して位置する上記第1の拡散層の不純
物濃度が、少なくとも上記第3の拡散層の上記第2の拡
散層に接する主たる面を一部含む領域に対向して位置す
る上記第1の拡散層の不純物濃度よりも高く設定された
半導体装置である。
【0017】又、この発明は、一方導電型の第1の拡散
層中に他方導電型の第2の拡散層を形成し、この第2の
拡散層中に一方導電型の第3の拡散層を形成する工程を
具備し、且つ、上記第3の拡散層の不純物導入の際に使
用されるマスク材料をマスクとし、一方導電型不純物イ
オンビ−ムを基板の法線方向から一定角度ずれた方向か
ら照射し、上記第1の拡散層に不純物を導入する工程を
含む半導体装置の製造方法である。
【0018】
【作用】この発明によれば、高電流領域の特性を改善
し、CjCの増加を5%未満に抑えつつfTmaxを30%向
上させることが出来、この結果、回路の動作速度を20
%改善出来た。
【0019】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の3つの実
施例について詳細に説明する。尚、従来例(図9)と同
一箇所には同一符号を付すことにする。 (第1の実施例)
【0020】第1の実施例によるバイポ−ラ構造の半導
体装置は図1に示すように構成され、P型シリコン基板
1に一方導電型の高濃度埋め込み拡散層2aが形成され
ている。この高濃度埋め込み拡散層2aに接してその上
部に一方導電型の第1のコレクタ拡散層3cが設けられ
る。この第1のコレクタ拡散層3c中に他方導電型の内
部ベ−ス拡散層4aが設けられ、この内部ベ−ス拡散層
4a中に一方導電型のエミッタ拡散層5aが設けられ
る。内部ベ−ス拡散層4a中には、又、内部ベ−ス拡散
層4aよりも高濃度の他方導電型の外部ベ−ス拡散層4
bを設けても良い。更に、第1のコレクタ拡散層3c中
に第1のコレクタ拡散層3cよりも高濃度で基体表面と
高濃度埋め込み拡散層2aを接続する一方導電型コレク
タプラグ3fを設けても良い。エミッタ拡散層5aは導
電性電極膜6に接続される。内部ベ−ス拡散層4aは、
外部ベ−ス拡散層4bを介して導電性電極膜6に接続さ
れる。第1のコレクタ拡散層3cは、高濃度埋め込み拡
散層2aおよびコレクタプラグ3fを介して導電性電極
膜6に接続される。高濃度埋め込み拡散層2a,コレク
タプラグ3f,外部ベ−ス拡散層4bは寄生抵抗の低減
のため設けられるのであり、設けない場合もある。エミ
ッタ拡散層5a周縁が基体表面に接する領域に対向した
コレクタ領域に、一方導電型で第1のコレクタ拡散層3
cよりも濃度の高い第2のコレクタ拡散層3dが設けら
れる。エミッタに対向する主たるコレクタ領域には、第
1のコレクタ拡散層3cよりも濃度が高く第2のコレク
タ拡散層3dよりも濃度の低い一方導電型の第3のコレ
クタ拡散層3eが設けられる。図1では、第2のコレク
タ拡散層3d又は第3のコレクタ拡散層3eは、高濃度
埋め込み拡散層2aに接していないが、接していたとし
てもこの発明の請求範囲に含まれる。 (第2の実施例)
【0021】上記第1の実施例における第2のコレクタ
拡散層3d又は第3のコレクタ拡散層3eとエミッタ拡
散層5aとの距離は、特に規定されるものではなく、図
2に示す第2の実施例のように広げても良い。但し、従
来例の問題点において述べたように、ベ−スプッシュア
ウト効果はベ−ス拡散層4aに接するコレクタ領域で生
じるため、第2のコレクタ拡散層3d又は第3のコレク
タ拡散層3eはベ−ス拡散層4aに接しているのが望ま
しい。 (第3の実施例)
【0022】図3にこの発明のバイポ−ラ構造の第3の
実施例を示す。この第3の実施例では、外部ベ−ス拡散
層4bの反対側のエミッタ拡散層5aの縁に対向したコ
レクタ領域には、高濃度層である第2のコレクタ拡散層
3dは形成されないため、Cjcの低減に効果がある。さ
て次に、上記の第1の実施例によるバイポ−ラ構造の半
導体装置の製造方法につき、図4〜図8を参照して説明
する。
【0023】先ず、図4に示すように、通常のバイポ−
ラの工程にてコレクタ7、ベ−ス8を形成する。エミッ
タを予定する領域を開孔したエミッタ不純物導入用のマ
スク9を用いて、ウェハ−の法線方向から一定角度ずれ
た方向からコレクタ7に達するようにコレクタ7と同一
導電型の不純物をイオン注入する(第1のイオン注
入)。この第1のイオン注入によりマスク9の開孔部の
周縁の下にイオン注入がなされ、コレクタ7よりも不純
物濃度の高い拡散層10aが形成される。マスク9の開
孔部の周縁の下にのみイオン注入がなされるのは、その
他の開孔部はマスク9の側面の影になるためである。マ
スク9の材質は、通常のマスク合わせ工程による有機レ
ジストを用いるか、マスク合わせ工程によりエミッタを
予定する領域を開孔した絶縁膜ないし半導体膜乃至これ
らの複合膜を用いる。
【0024】次に、図5に示すように、上記と同様にし
て第1のイオン注入を逆の方向からイオン注入を繰り返
す(第2のイオン注入)。この第2のイオン注入により
拡散層10aと同様の拡散層10bが拡散層10aの反
対側に形成される。次に、図6に示すように、ウェハ−
の法線方向からコレクタ7と同一導電型の不純物をイオ
ン注入して拡散層11を形成する(第3のイオン注
入)。
【0025】次に、図7に示すように、拡散層11の不
純物濃度を拡散層10a又は拡散層10bよりも低くす
るため、第3のイオン注入のド−ズは第1乃至第2のイ
オン注入よりも低くする場合がある。又、第1乃至第2
のイオン注入により導入された不純物がウェハ−平面に
平行な方向に拡散するため、拡散層11の領域において
十分不純物濃度が高められる場合は、第3のイオン注入
を省略しても良い。又、ウェハ−を回転させつつイオン
注入を行なえる場合には、第1のイオン注入によるだけ
で拡散層10aおよび拡散層10bの両者が形成され
る。次に、マスク9を用いてエミッタ不純物を導入した
エミッタ12を形成する。エミッタ不純物の導入にはイ
オン注入も用いても良いし、適当な固体ソ−スからの拡
散によっても良い。当然、エミッタ12を拡散層10a
乃至拡散層10b乃至拡散層11の形成以前に形成する
ことも出来る。
【0026】次に、図8に示すように、通常の工程によ
り外部ベ−ス拡散層13,コレクタプラグ拡散層14,
導電性電極膜15を形成する。導電性電極膜15は金属
膜であるときもあるし、エミッタ拡散層の固体ソ−スと
して半導体膜を用いた場合には、その半導体膜をエミッ
タ上に残存せしめて導電性電極膜15に用いるときもあ
る。又、外部ベ−ス拡散層13の不純物拡散層を半導体
の固体ソ−スを用いて行なった場合には、その半導体膜
を外部ベ−ス拡散層13上に残存せしめて導電性電極膜
15に用いるときもある。同様に、コレクタプラグ拡散
層14の不純物拡散を半導体の固体ソ−スを用いて行な
った場合には、その半導体膜をコレクタプラグ拡散層1
4上に残存せしめて導電性電極膜15に用いるときもあ
る。
【0027】又、外部ベ−ス拡散層13乃至コレクタプ
ラグ拡散層14の形成工程が、図4に示された工程の前
に来ることもある。その場合、外部ベ−ス拡散層13の
形成を半導体の固体ソ−スからの拡散によった場合に
は、その半導体をマスク9に用いることもある。尚、こ
の発明の請求範囲に含まれるのは図4〜図6の工程であ
り、前後の工程には様々なものが有り得る。
【0028】更に、上記実施例中には、バイポ−ラ型半
導体装置のみが図示されたが、図示されない部分にMO
S型半導体装置が存在しても、この発明の請求範囲に含
まれる。
【0029】
【発明の効果】この発明によれば、CjCの増加を5%未
満に抑えつつfTmaxを30%向上させることが出来、こ
の結果、回路の動作速度を20%改善出来た。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例に係る半導体装置を示
す断面図。
【図2】この発明の第2の実施例に係る半導体装置を示
す断面図。
【図3】この発明の第3の実施例に係る半導体装置を示
す断面図。
【図4】この発明の第1の実施例に係る半導体装置の製
造方法を示す工程説明図。
【図5】この発明の第1の実施例に係る半導体装置の製
造方法を示す他の工程説明図。
【図6】この発明の第1の実施例に係る半導体装置の製
造方法を示す他の工程説明図。
【図7】この発明の第1の実施例に係る半導体装置の製
造方法を示す他の工程説明図。
【図8】この発明の第1の実施例に係る半導体装置の製
造方法を示す他の工程説明図。
【図9】従来の半導体装置を示す断面図。
【図10】従来の他の半導体装置を示す断面図。
【符号の説明】
1…P型シリコン基板、2a…高濃度埋め込み拡散層、
3c…第1のコレクタ拡散層、3d…第2のコレクタ拡
散層、3e…第3のコレクタ拡散層、3f…一方導電型
コレクタプラグ、4a…内部ベ−ス拡散層、4b…外部
ベ−ス拡散層、5a…エミッタ拡散層、6…導電性電極
膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方導電型の第1の拡散層と、この第1
    の拡散層中に形成された他方導電型の第2の拡散層と、
    この第2の拡散層中に形成された一方導電型の第3の拡
    散層とを具備し、 且つ、少なくとも上記第3の拡散層の基体表面に接する
    周縁を一部含む領域に対向して位置する上記第1の拡散
    層の不純物濃度が、少なくとも上記第3の拡散層の上記
    第2の拡散層に接する主たる面を一部含む領域に対向し
    て位置する上記第1の拡散層の不純物濃度よりも高く設
    定されたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 一方導電型の第1の拡散層中に他方導電
    型の第2の拡散層を形成し、この第2の拡散層中に一方
    導電型の第3の拡散層を形成する工程を具備し、 且つ、上記第3の拡散層の不純物導入の際に使用される
    マスク材料をマスクとし、一方導電型不純物イオンビ−
    ムを基板の法線方向から一定角度ずれた方向から照射
    し、上記第1の拡散層に不純物を導入する工程を含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP4183592A 1992-02-28 1992-02-28 半導体装置およびその製造方法 Pending JPH05243243A (ja)

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WO2008040632A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 International Business Machines Corporation Local collector implant structure for heterojunction bipolar transistors and method of forming the same

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