JPH11145154A - バイポーラトランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ベース・エミッタ間耐圧やベース・コレクタ間
耐圧を低下させないでセル面積を縮小できるバイポーラ
トランジスタを提供する。 【解決手段】エミッタ領域１１１とベースコンタクト領
域１１２との間、およびベースコンタクト領域とコレク
タコンタクト領域１１３との間に、Ｕ字型の絶縁ゲート
をベース領域１０６の底部よりも深くまで形成し、前者
の絶縁ゲートはエミッタ電位に固定し、後者の絶縁ゲー
トは絶縁分離領域とするように構成した。エミッタ領域
とベースコンタクト領域間は絶縁分離されるので、その
間の距離はＵ字型絶縁ゲートの幅だけでよく、しかも絶
縁ゲートの底部に発生する反転層によりエミッタ電極下
部の真性ベース領域にベース電流を供給できる。またベ
ースコンタクト領域とコレクタコンタクト領域間も絶縁
分離されるので、その間の距離もＵ字型絶縁ゲートの幅
だけでよいので、セル面積を大幅に縮小できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁分離技術を用い
たバイポーラトランジスタに関するもので、特にセル面
積を低減する手法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のバイポーラトランジスタとして代
表的なものは、ＵＬＳＩデバイス・プロセス技術（電子
情報通信学会編 発行所：社団法人 電子情報通信学
会、取次販売所 コロナ社、平成７年２月１０日初版発
行、第２５頁、図２.９）に記載されているものがあ
る。このバイポーラトランジスタは図９（ａ）に断面
図、（ｂ）に平面図を示すように縦型ｎｐｎ構造であ
る。

【０００３】上記のバイポーラトランジスタの構成およ
び動作の特徴は次の通りである。ｎ+エミッタ拡散層
（１００６）とｐベース拡散層（１００５）のコンタク
ト用ｐ+拡散層（１００７）との間隔は、デバイス耐圧
の一つであるＢＶebo（ベース・エミッタ間耐圧）を所
望の値に保つように設定される。また、コンタクト用ｐ
+拡散層（１００７）とｎコレクタ領域（１００４）の
コンタクト用ｎ+拡散層（１００８）との間隔は、ＢＶc
bo（ベース・コレクタ間耐圧）を所望の値に保つように
設定される。

【０００４】上記のように、それぞれ所望の接合耐圧が
維持されるよう、平面的に間隔を空けて配置する必要が
あるので、セル面積が大きくなる。ｎｐｎバイポーラト
ランジスタの基本性能を決める領域は、ｎ+エミッタ拡
散層（１００６）下の真性ベース領域（１０１０）のみ
であり、面積を小さくするためにはその他の領域はでき
るだけ削除されることが望ましい。そう考えると、誘電
体（例えばＳiＯ₂）等を用いて、ｎ+エミッタ拡散層
（１００６）とベースコンタクト用ｐ+拡散層（１００
７）との間、さらにベースコンタクト用ｐ+拡散層（１
００７）とｎコレクタ領域（１００４）内のコンタクト
用ｎ+拡散層（１００８）との間を絶縁分離すること
で、セル面積を縮小しながらこれらの絶縁膜で所望の耐
圧を維持する構造が考えられると理想的である。上記の
思想に基づいた従来例として、図１０に示すようにベー
スコンタクト用ｐ+拡散層（１００７）とｎコレクタ領
域（１００４）内のコレクタコンタクト用ｎ+拡散層
（１００８）との間に誘電体層を設けて絶縁分離した装
置がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、図９に
示した従来例においては、ｎ+エミッタ拡散層（１００
６）とコンタクト用ｐ+拡散層（１００７）との間、も
しくはコンタクト用ｐ+拡散層（１００７）とｎコレク
タ領域（１００４）内のコンタクト用ｎ+拡散層（１０
０８）との間の接合耐圧を所望の値に保つために、具体
的にはＢＶeboやＢＶcboを大きな値に保ちたい場合に
は、真性ベース領域以外の無駄な領域が必要となるた
め、セル面積が大きくなる、という問題があった。その
ためバイポーラトランジスタを多数並ベる集積回路で
は、全体のチップ面積が大きくなり、コスト上昇を招く
原因ともなる。

【０００６】また、図１０に示した従来例においては、
ＢＶeboを大きな値に保ちたい場合には、やはりｎ+エミ
ッタ拡散層（１００６）とベースコンタクト用ｐ+拡散
層（１００７）との間を広げる必要があり、セル面積は
十分に縮小されないという問題があった。

【０００７】上記図１０の構造をさらに広げて考察すれ
ば、誘電体等を用いてｎ+エミッタ拡散層（１００６）
とベースコンタクト用ｐ+拡散層（１００７）との間、
およびベースコンタクト用ｐ+拡散層（１００７）とｎ
コレクタ領域（１００４）内のコレクタコンタクト用ｎ
+拡散層（１００８）との間の両方を絶縁分離する構造
も考えられる。しかし、その構造では、図１１に示すよ
うに、ベースコンタクト用ｐ+拡散層（１００７）を介
してベース電流が供給されるべき領域（１００５）が、
誘電体（１００９）によって真性ベース領域（１０１
０）から分離されてしまうため、ベース電流が供給出来
なくなり、基本的にトランジスタとして動作しなくな
る、という問題点があった。

【０００８】本発明は上記のごとき従来技術の問題を解
決するためになされたものであり、ベース・エミッタ間
耐圧ＢＶeboやベース・コレクタ間耐圧ＢＶcboを低下さ
せることなしにセル面積を縮小できるバイポーラトラン
ジスタを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明おい
ては、エミッタ領域とベースコンタクト領域との間、お
よびベースコンタクト領域とコレクタコンタクト領域と
の間に、それぞれＵ字型の絶縁ゲートをベース領域の底
部よりも深くまで形成し、エミッタ領域とベースコンタ
クト領域の間の絶縁ゲートはエミッタ領域に電気的に接
続し、ベースコンタクト領域とコレクタコンタクト領域
との間の絶縁ゲートは絶縁分離領域とするように構成し
ている。

【００１０】なお、上記のＵ字型の絶縁ゲートとは、例
えば後記図１に示すように、トレンチ溝内壁に絶縁物
（例えば酸化膜）が形成され、その内側に導電体（例え
ばポリＳｉ）が充填された構造を意味し、上記絶縁物の
断面形状が略Ｕ字型をし、その内側に充填された導電体
がゲートとなる。また、上記のベースコンタクト領域と
コレクタコンタクト領域との間の絶縁ゲートを絶縁分離
領域とするには、該絶縁ゲートを他と接続せずにその電
位をフローティングにするか、または適当な電位（０Ｖ
やＶｃｃなど）に固定すればよい。上記の構成は、例え
ば後記図１、図２に示す第１の実施の形態に相当する。

【００１１】上記のように構成したことにより、請求項
１に記載の発明においては、エミッタ領域とベースコン
タクト領域との間のＵ字型絶縁ゲートによって、ベース
領域がエミッタ領域下部の真性ベース領域とベースコン
タクト領域下部のベース領域とに分離される。そして上
記Ｕ字型絶縁ゲートは、エミッタ領域とベースコンタク
ト領域間の絶縁分離膜の働きをし、なおかつ、その電位
がエミッタ電位に保たれるため、ベース電流を供給する
反転層をコレクタ側（絶縁ゲートの下側）に形成するの
で、ベースコンタクト領域からエミッタ領域下部の真性
ベース領域へ電流を供給することが可能となる。また、
ベースコンタクト領域とコレクタコンタクト領域との間
のＵ字型絶縁ゲートは絶縁分離膜として作用し、両者を
絶縁分離する。

【００１２】上記のように、エミッタ領域とベースコン
タクト領域間は絶縁分離されるので、その間の距離はＵ
字型絶縁ゲートの幅だけでよく、しかも真性ベース領域
にベース電流を供給することが出来るので、正常なトラ
ンジスタ動作を行なうことが出来る。また、ベースコン
タクト領域とコレクタコンタクト領域間も絶縁分離され
るので、その間の距離もＵ字型絶縁ゲートの幅だけでよ
いことになる。したがって、ベース・エミッタ間耐圧Ｂ
Ｖeboやベース・コレクタ間耐圧ＢＶcboを低下させるこ
となしにベース・エミッタ間やベース・コレクタ間の寸
法を小さくすることが出来るので、セル面積を縮小でき
る。

【００１３】また、請求項２に記載の発明においては、
請求項１におけるバイポーラトランジスタを形成する第
一導電型の半導体層の底面および側面を絶縁領域によっ
て周囲から分離するように構成している。具体的には、
例えば、ＳＯＩ基板を用い、かつバイポーラトランジス
タを形成する領域の外周に深いトレンチ分離領域を設け
ることにより、絶縁分離する。上記の構成は、例えば後
記図５、図６に示す第３の実施の形態に相当する。上記
のように構成したことにより、請求項２に記載の発明に
おいては、請求項１の作用、効果に加えて、セルの周囲
が絶縁領域で完全に囲まれているため、周囲にウエル領
域を残す必要がないので、セル面積をさらに小さくする
ことが出来る。

【００１４】また、請求項３に記載の発明においては、
請求項１または請求項２において、エミッタ領域とベー
スコンタクト領域との間に形成されたＵ字型の絶縁ゲー
ト構造の上にエミッタ領域上から連続してエミッタコン
タクト領域を形成したものである。上記の構成は、例え
ば後記図３、図４に示す第２の実施の形態または図７、
図８に示す第４の実施の形態に相当する。上記のように
構成したことにより、請求項３に記載の発明において
は、エミッタ領域とＵ字型絶縁ゲートとの接続が容易に
なり、また、セルの外側に接続部分を設ける必要がな
く、セルが単純な四角形となるため、セルを多数配列し
た場合の面積効率がよくなる。

【００１５】

【発明の効果】請求項１においては、ベース・エミッタ
間耐圧ＢＶeboやベース・コレクタ間耐圧ＢＶcboを低下
させることなしにセル面積を従来よりも大幅に縮小でき
るという効果が得られる。また、それにより、バイポー
ラトランジスタを多数並ベる集積回路では、全体のチッ
プ面積を小さくでき、コストを低減できる。

【００１６】また、請求項２においては、上記の効果に
加えて、セルの周囲が絶縁領域で完全に囲まれているた
め、セル面積をさらに小さくすることが出来る。

【００１７】また、請求項３においては、上記の効果に
加えて、エミッタ領域とＵ字型絶縁ゲートとの接続が容
易になり、またセルが単純な四角形となるため、セルを
多数配列した場合の面積効率がよくなり、ＬＳＩ全体の
チップ面積低減に、より貢献できるという効果が得られ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
を示す断面図、図２は平面図である。この実施の形態は
請求項１に相当する構成である。なお後述する他の実施
の形態において、本図１〜図２における部位と同一ある
いは均等なものは、同一記号を以って示し、重複した説
明を省略する。

【００１９】まず、第１の実施の形態の構成を説明す
る。図１において、ｐ基板（１０１）とｐエピタキシャ
ル層（１０４）の間で素子領域となる部位にはｎ+埋め
込み層（１０２）が形成されている。また、ｐエピタキ
シャル層（１０４）の一部分でバイポーラ素子が形成さ
れる素子領域となる部位にはｎ型のウエル領域（１０
５）が形成され、周囲のｐエピタキシャル層（１０４）
とは接合分離されている。ｎ型のウエル領域（１０５）
内で表面側からｐ型のベース拡散層（１０６）が形成さ
れている。そしてこのベース拡散層（１０６）の表面に
はエミッタ領域であるｎ+高濃度拡散層（１１１）が形
成されている。ここで、ｎ+高濃度拡散層（１１１）直
下のベース拡散層（１０６）は真性ベース領域（１０１
０）と呼び方を変えている。同じくベース拡散層（１０
６）の表面にはｎ+高濃度拡散層（１１１）と並んでベ
ース領域のコンタクト用ｐ+高濃度拡散層（１１２）が
形成されている。したがって図１においては、ｎ+高濃
度拡散層（１１１）の下部は真性ベース領域（１０１
０）、コンタクト用ｐ+高濃度拡散層（１１２）の下部
はベース拡散層（１０６）と表示している。

【００２０】また、上記以外のｎウエル領域（１０５）
はコレクタ領域となる。そして上記ｎ+高濃度拡散層
（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）以外の領域で
コレクタ領域であるｎウエル領域（１０５）の表面には
コレクタコンタクト用のｎ+高濃度拡散層（１１３）が
形成されている。

【００２１】さらにｎ+高濃度拡散層（１１１）とｐ+高
濃度拡散層（１１２）の間、およびｐ+高濃度拡散層
（１１２）とｎ+高濃度拡散層（１１３）の間には、Ｕ
字型絶縁ゲート（トレンチ絶縁分離領域）が形成されて
いる。このＵ字型絶縁ゲートはトレンチ溝の内壁（側面
および底面）に酸化膜（１０８）が形成され、その内部
をポリＳi（１０９、１１０）で埋め戻す形になってい
る。したがってＵ字型絶縁ゲートの断面形状は、略Ｕ字
型の酸化膜の内部にゲートが設けられた形状となる。ま
た、このＵ字型絶縁ゲートの深さはｐ型のベース拡散層
（１０６）よりも深くなっている。

【００２２】また、ｐ+高濃度拡散層（１１２）とｎ+高
濃度拡散層（１１３）の間に存在するＵ字型絶縁ゲート
のポリＳi（１０９）は周囲から絶縁され、電位がフロ
ーティングとなっている。これに対して、ｎ+高濃度拡
散層（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）の間に存
在するＵ字型絶縁ゲートのポリＳi（１１０）は外部で
エミッタ電位と接続すベく、専用の接続領域（１１４）
が形成され、エミッタ電位と接続することによってエミ
ッタ電位に固定されている。このことは図２の平面構造
をみると理解しやすい。図２ではｎ+高濃度拡散層（１
１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）の間に存在するポ
リＳi（１１０）が専用の接続領域（１１４）に接続さ
れている。この接続領域（１１４）は外部でエミッタ電
位とポリＳi（１１０）とを導通させるためのものであ
り、実際にはボンディングパッドもしくは、ｎ+高濃度
拡散層（１１１）と直接コンタクト可能なＡｌ配線との
コンタクト領域でもよい。

【００２３】以上構成を説明したように、ｎｐｎバイポ
ーラトランジスタのセルとしては、平面的にｎ+高濃度
拡散層（１１１）、ｐ+高濃度拡散層（１１２）、ｎ+高
濃度拡散層（１１３）が殆ど全体を占め、残りは周囲を
囲むｎウエル領域（１０５）およびＵ字型絶縁ゲート
（酸化膜１０８に挟まれたポリＳi１０９、１１０）で
あり、面積が従来よりも非常に小さくなっている。

【００２４】なお、接続領域（１１４）はｎウエル領域
（１０５）内に収まっている。また、コレクタ抵抗低減
の目的でｎ+高濃度拡散層（１１３）の直下においてｎ+
埋め込み層（１０２）と低抵抗で接続するためのｎ+シ
ンカー領域を形成してもよいが、ここでは図示を省略し
ている。

【００２５】次に、第１の実施の形態の動作を説明す
る。従来技術と同様に、ｎｐｎバイポーラトランジスタ
の性能を決める重要な領域はエミッタ領域となるｎ+高
濃度拡散層（１１１）直下の真性ベース領域（１０１
０）である。通常、ｎｐｎトランジスタのバイアス条件
を考えるとコレクタを高電位とし、エミッタを低電位と
している。ここでベース領域にベース電流Ｉbが流れる
とｈ_FE倍されたコレクタ電流Ｉcがコレクタからエミッ
タヘ流れる。当然、エミッタ、ベース、コレクタの各領
域はコンタクト領域を通じて外部の配線に接続される必
要がある（図１では端子のみを略記）。

【００２６】本実施の形態においては、エミッタとコレ
クタに関しては直接に各コンタクト領域によって外部と
接続される。しかしベース領域に関してはＵ字型絶縁ゲ
ートにより、ベースコンタクト領域であるｐ+高濃度拡
散領域（１１２）と真性ベース領域が横方向に完全に分
離されているので、直接に接続することが出来ない。そ
のため、本実施の形態においては、ｎ+高濃度拡散層
（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）の間に存在す
るＵ字型絶縁ゲートのポリＳi（１１０）をエミッタ電
位に固定することにより、この外側の酸化膜（１０８）
とコレクタ領域（１０５）とが接する部分に反転層が形
成されるように構成している。この動作はＵ字型絶縁ゲ
ートの部分がＭＯＳトランジスタとして働き、このＵＭ
ＯＳ（ｎ型）がオフしている場合の動作と同等である。
つまり、ゲート電位がエミッタ電位（低い側）にあり、
酸化膜（１０８）に接するコレクタ領域が高電位にある
ため、上記反転層が形成される。このように、ｎ+高濃
度拡散層（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）の間
に存在するＵＭＯＳ構造は、表面では絶縁分離領域とし
て働き、コレクタと接する底面部では反転層を形成して
ベース電流を真性ベース領域へ供給する働きをしてい
る。

【００２７】なお、ｐベース拡散層（１０６）を深く形
成し、浅いトレンチ溝の下で拡散層を通じて導通をとる
ことも考えられるが、ｐベース拡散層（１０６）のｘｊ
（深さ方向の寸法）を伸長することは、すなわちバイポ
ーラトランジスタのｈ_FEを低下させることにつながるの
で現実的でない。

【００２８】また、ｐ+高濃度拡散層（１１２）とｎ+高
濃度拡散層（１１３）の間に存在するＵ字型絶縁ゲート
は、ゲート電位がフローティングのため、反転層は形成
されず、そのまま絶縁分離領域として働く。なお、この
ゲート電位はフローティングではなく、０ＶやＶｃｃ等
の適当な電位に固定しても同様に動作する。

【００２９】次に、一例としてセル面積の比較を行って
みる。前記図９（ｂ）に示した従来例にあるような平面
構造のマスク寸法を以下のように仮定する。エミッタ
（１０６）の面積は８μｍ平方、エミッタ（１００６）
のエッジからｐ+ベースコンタクト用高濃度拡散領域
（１００７）までの距離が２μｍ、ｐ+ベースコンタク
ト用高濃度拡散領域（１００７）の幅が２μｍ、ｐ+ベ
ースコンタクト用高濃度拡散領域（１００７）のエッジ
からｐベース領域（１００５）のエッジまでの距離が２
μｍ、ｐベース領域（１００５）のエッジからコレクタ
コンタクト用のｎ+高濃度拡散領域（１００８）までの
距離が４μｍ必要とする。そしてコレクタコンタクト領
域（１００８）の幅を４μｍ、ｐベース領域（１００
５）のエッジからコレクタ領域となるｎウエル領域（１
００４）のエッジまでの距離を５μｍとすると、全体の
セル面積は２２μｍ×３４μｍとなる。この値はエピタ
キシャル成長層の厚さが１０μｍ程度のエピタキシャル
基板を用いた場合の一例である。

【００３０】それに対して、図２に示した本実施の形態
におけるマスク寸法を求める。エミッタ（１１１）の面
積、ベースコンタクト領域（１１２）、コレクタコンタ
クト領域（１１３）は従来例と同等とする。セルの外周
を形成するウエル領域（１０５）は真性ベース領域（１
０１０）からの幅を５μｍとし、エミッタ（１１１）と
ベースコンタクト領域（１１２）間およびベースコンタ
クト領域（１１２）とコレクタコンタクト領域（１１
３）間のＵ字型絶縁ゲートがそれぞれ１μｍ幅であると
すると、セル面積は１８μｍ×２６μｍとなる。

【００３１】従来のものと比較すると、セル面積比で７
０％以下となる。また重要なことはこれだけセル面積が
縮小されても、真性ベース領域の平面寸法が変わらない
ため、ｎｐｎバイポーラトランジスタの電気特性は劣化
しない点と、ベース・エミッタ間耐圧ＢＶeboおよびベ
ース・コレクタ間耐圧ＢＶcboが大きい値に保持できる
点である。

【００３２】以上説明したように本実施の形態において
はＢＶeboおよびＢＶcboを低下させずに、ｎｐｎバイポ
ーラトランジスタのセル面積を大幅に縮小できるという
効果がある。

【００３３】（第２の実施の形態）図３は本発明の第２
の実施の形態を示す断面図、図４は平面図である。この
実施の形態は請求項３に相当する構成である。以下、第
２の実施の形態の構成を説明する。図３において、ｐ基
板（１０１）とｐエピタキシャル層（１０４）の間で素
子領域となる部位にはｎ+埋め込み層（１０２）が形成
されている。また、ｐエピタキシャル層（１０４）の一
部分でバイポーラ素子が形成される素子領域となる部位
にはｎ型のウエル領域（１０５）が形成され、周囲は接
合分離されている。ｎ型のウエル領域（１０５）内で表
面側からｐ型のベース拡散層（１０６）が形成されてい
る。そしてこのベース拡散層（１０６）の表面にはエミ
ッタ領域であるｎ+高濃度拡散層（１１１）が形成され
ている。ここで、ｎ+高濃度拡散層（１１１）直下のベ
ース拡散層（１０６）は真性ベース領域（１０１０）と
呼び方を変えている。同じくベース拡散層（１０６）の
表面にはｎ+高濃度拡散層（１１１）と並んでベース領
域のコンタクト用ｐ+高濃度拡散層（１１２）が形成さ
れている。したがって図１においては、ｎ+高濃度拡散
層（１１１）の下部は真性ベース領域（１０１０）、コ
ンタクト用ｐ+高濃度拡散層（１１２）の下部はベース
拡散層（１０６）と表示している。

【００３４】また、上記以外のｎウエル領域（１０５）
はコレクタ領域となる。そして上記ｎ+高濃度拡散層
（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）以外の領域で
コレクタ領域であるｎウエル領域（１０５）の表面には
コレクタコンタクト用のｎ+高濃度拡散層（１１３）が
形成されている。

【００３５】さらにｎ+高濃度拡散層（１１１）とｐ+高
濃度拡散層（１１２）との間、およびｐ+高濃度拡散層
（１１２）とｎ+高濃度拡散層（１１３）との間には、
Ｕ字型絶縁ゲート（トレンチ絶縁分離領域）が形成され
ている。このＵ字型絶縁ゲートはトレンチ溝の内壁（側
面および底面）に酸化膜（１０８）が形成され、その内
部をポリＳi（１０９、１１０）で埋め戻す形になって
いる。したがってＵ字型絶縁ゲートの断面形状は、略Ｕ
字型の酸化膜の内部にゲートが設けられた形状となる。
また、このＵ字型絶縁ゲートの深さはｐ型のベース拡散
層（１０６）よりも深くなっている。また、ｐ+高濃度
拡散層（１１２）とｎ+高濃度拡散層（１１３）の間に
存在するＵ字型絶縁ゲートのポリＳi（１０９）は周囲
から絶縁され、電位がフローティングとなっている。

【００３６】ここまでは前記第１の実施の形態と同等の
構造である。本実施の形態で特徴的なことは、ｎ+高濃
度拡散層（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）の間
に存在するＵ字型絶縁ゲートのポリＳi（１１０）は直
接セル内でエミッタ電位と接続すベく、エミッタコンタ
クト領域（１１５）が、エミッタ領域とポリＳi（１１
０）の上に連続して形成されている点である。このこと
は図４の平面構造をみると理解しやすい。図４ではエミ
ッタコンタクト領域（１１５）がエミッタ領域（１１
１）からはみ出し、ｎ+高濃度拡散層（１１１）とｐ+高
濃度拡散層（１１２）の間に存在するＵ字型絶縁ゲート
のポリＳi（１１０）にまで到達している。なお、図３
では上記の構造を電気配線として簡単に示している。

【００３７】以上構成を説明したように、ｎｐｎバイポ
ーラトランジスタのセルとしては、平面的にｎ+高濃度
拡散層（１１１）、ｐ+高濃度拡散層（１１２）、ｎ+高
濃度拡散層（１１３）が殆どであり、残りは周囲を囲む
ｎ型ウエル領域（１０５）、およびＵ字型絶縁ゲートす
なわち酸化膜（１０８）に挟まれるポリＳi（１０９、
１１０）であり、面積が非常に小さくなっている。前記
第１の実施の形態と比ベると、外部との接続領域（１１
４）がなくなっており、代わりに、ポリＳi（１１０）
とエミッタを同時に直接コンタクトをとっているため、
一方のＵ字型絶縁ゲート構造の幅が広く形成されてい
る。

【００３８】なお、コレクタ抵抗低減の目的でｎ+高濃
度拡散層（１１３）の直下においてｎ+埋め込み層（１
０３）と低抵抗で接続するためのｎ+シンカー領域を形
成する場合も考えられるが、ここでは省略している。

【００３９】次に第２の実施の形態の動作を説明する。
基本的な動作は、前記第１の実施の形態と同じである。
セル面積の比較についても第１の実施の形態とほぼ同様
であり、Ｕ字型絶縁ゲート部分が一本分幅広となるだけ
であり、合計面積を従来のものと比較するとセル面積比
で７０％以下となる点は変わらない。また、これだけセ
ル面積が縮小されても、真性ベース領域の平面寸法が変
わらないため、ｎｐｎバイポーラトランジスタの電気特
性は劣化しないという点も第１の実施の形態と同等であ
る。

【００４０】以上説明したように本実施の形態において
はｎｐｎバイポーラトランジスタのＢＶeboおよびＢＶc
boを低下させずに、セル面積を大幅に縮小できるという
効果がある。さらに、本実施の形態においては、エミッ
タ領域とＵ字型絶縁ゲートとの接続が容易になる。

【００４１】（第３の実施の形態）図５は本発明の第３
の実施の形態を示す断面図、図６は平面図である。この
実施の形態は請求項２に相当する構成である。以下、第
３の実施の形態の構成を説明する。図５において、支持
基板（５０１）とＳＯＩ層（５０４）の間には埋め込み
酸化膜（５０２）が形成されている。すなわち、いわゆ
るＳＯＩ基板を用いている。ＳＯＩ層（５０４）の底部
で埋め込み酸化膜（５０２）側にはｎ+埋め込み層（１
０３）が全面に形成されている。ＳＯＩ層（５０４）の
一部分でバイポーラ素子が形成される領域にはｎ型のウ
エル領域（１０５）が形成され、周囲はトレンチ絶縁分
離領域（５０３）により囲まれ、外部と完全に分離され
ている。このトレンチ絶縁分離領域（５０３）はＳＯＩ
層（５０４）の表面から埋め込み酸化膜（５０２）に到
達する深さまで形成されている。またトレンチ絶縁分離
膜（５０３）は実際にはトレンチ溝の側壁に酸化膜を形
成し、残る部分をポリＳiで埋め戻す構造（Ｕ字型絶縁
ゲートと同様の構造）をしているが、ここでは概略とし
て酸化膜に代表させて表記した。

【００４２】また、ＳＯＩ層（５０４）の一部分でバイ
ポーラ素子が形成される領域となる部位にはｎ型のウエ
ル領域（１０５）が形成され、周囲はトレンチ絶縁分離
膜（５０３）によって分離されている。ｎ型のウエル領
域（１０５）内で表面側からｐ型のベース拡散層（１０
６）が形成されている。そしてこのベース拡散層（１０
６）の表面にはエミッタ領域であるｎ+高濃度拡散層
（１１１）が形成されている。ここで、ｎ+高濃度拡散
層（１１１）直下のベース拡散層（１０６）は真性ベー
ス領域（１０１０）と呼び方を変えている。同じくベー
ス拡散層（１０６）の表面にはｎ+高濃度拡散層（１１
１）と並んでベース領域のコンタクト用ｐ+高濃度拡散
層（１１２）が形成されている。したがって図５におい
ては、ｎ+高濃度拡散層（１１１）の下部は真性ベース
領域（１０１０）、コンタクト用ｐ+高濃度拡散層（１
１２）の下部はベース拡散層（１０６）と表示してい
る。

【００４３】また、上記以外のｎウエル領域（１０５）
はコレクタ領域となる。そして上記ｎ+高濃度拡散層
（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）以外の領域で
コレクタ領域であるｎウエル領域（１０５）の表面には
コレクタコンタクト用のｎ+高濃度拡散層（１１３）が
形成されている。

【００４４】さらにｎ+高濃度拡散層（１１１）とｐ+高
濃度拡散層（１１２）の間、およびｐ+高濃度拡散層
（１１２）とｎ+高濃度拡散層（１１３）の間には、Ｕ
字型絶縁ゲート（トレンチ絶縁分離領域）が形成されて
いる。このＵ字型絶縁ゲートはトレンチ溝の内壁（側面
および底面）に酸化膜（１０８）が形成され、その内部
をポリＳi（１０９、１１０）で埋め戻す形になってい
る。したがってＵ字型絶縁ゲートの断面形状は、略Ｕ字
型の酸化膜の内部にゲートが設けられた形状となる。ま
た、このＵ字型絶縁ゲートの深さはｐ型のベース拡散層
（１０６）よりも深くなっている。また、図６に示すよ
うに、このＵ字型絶縁ゲートの両端は周囲を囲むトレン
チ絶縁分離領域（５０３）に達するまで形成されてい
る。

【００４５】また、ｐ+高濃度拡散層（１１２）とｎ+高
濃度拡散層（１１３）の間に存在するＵ字型絶縁ゲート
のポリＳi（１０９）は周囲から絶縁され、電位がフロ
ーティングとなっている。これに対して、ｎ+高濃度拡
散層（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）の間に存
在するＵ字型絶縁ゲートのポリＳi（１１０）は外部で
エミッタ電位と接続すベく、専用の接続領域（１１４）
が形成され、エミッタ電位と接続することによってエミ
ッタ電位に固定されている。このことは図６の平面構造
をみると理解しやすい。図６ではｎ+高濃度拡散層（１
１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）の間に存在するＵ
字型絶縁ゲートのポリＳi（１１０）が周囲を囲むトレ
ンチ絶縁分離領域（５０３）を貫通し、専用の接続領域
（１１４）に接続されている。この接続領域（１１４）
は外部でエミッタ電位とポリＳi（１１０）を導通させ
るためのものであり、実際にはボンディングパッドもし
くは、ｎ+高濃度拡散層（１１１）と直接コンタクト可
能なＡｌ配線とのコンタクト領域でもよい。

【００４６】以上構成を説明したように、ｎｐｎバイポ
ーラトランジスタのセルとしては、平面的にｎ+高濃度
拡散層（１１１）、ｐ+高濃度拡散層（１１２）、ｎ+高
濃度拡散層（１１３）が殆ど全体を占め、残りは周囲を
囲むトレンチ絶縁分離領域（５０３）、Ｕ字型絶縁ゲー
ト（酸化膜１０８に挟まれたポリＳi１０９、１１０）
および接続領域（１１４）であり、面積が従来よりも非
常に小さくなっている。

【００４７】なお、コレクタ抵抗低減の目的でｎ+高濃
度拡散層（１１３）の直下においてｎ+埋め込み層（１
０２）と低抵抗で接続するためのｎ+シンカー領域を形
成してもよいが、ここでは図示を省略している。

【００４８】本実施の形態の基本的動作は、前記第１の
実施の形態と同様である。ただ、この実施の形態におい
ては、セルの周囲がトレンチ絶縁分離領域（５０３）で
完全に囲まれているため、前記第１、第２の実施の形態
のように、周囲にｎウエル領域（１０５）を残す必要が
ない。そのため、セル面積を第１、第２の実施の形態よ
りもさらに小さくすることが出来る。

【００４９】一例としてセル面積の比較を行ってみる。
前記のように、図９（ｂ）に示した従来例の平面構造の
マスク寸法は２２μｍ×３４μｍとなる。この値はエピ
タキシャル成長層の厚さが１０μｍ程度のエピタキシャ
ル基板を用いた場合の一例である。それに対して、図６
に示した本実施の形態におけるマスク寸法を求めると、
エミッタ（１１１）面積、ベースコンタクト領域（１１
２）、コレクタコンタクト領域（１１３）は従来例と同
等とし、セルの外周を囲む深いトレンチ絶縁分離領域
（５０３）の幅が２μｍ、エミッタ（１１１）とベース
コンタクト領域（１１２）間およびベースコンタクト領
域（１１２）とコレクタコンタクト領域（１１３）間の
Ｕ字型絶縁ゲート構造がそれぞれ１μｍ幅であるとする
と、セル面積は１２μｍ×２０μｍ＋接続領域（１１
４）の面積となる。仮りに、接続領域（１１４）をＡｌ
配線とのコンタクト領域とすると、せいぜい５μｍ平方
もあれば十分なので、合計を従来のものと比較するとセ
ル面積比で４０％以下となる。重要なことはこれだけセ
ル面積が縮小されても、真性ベース領域（１０１０）の
平面寸法が変わらないため、ｎｐｎバイポーラトランジ
スタの電気特性は劣化しないという点である。

【００５０】以上説明したように本実施の形態において
は、ＢＶeboやＢＶcboを大きい値に保ちながら、ｎｐｎ
バイポーラトランジスタのセル面積をさらに大幅に縮小
できる、という効果がある。

【００５１】（第４の実施の形態）図７は本発明の第４
の実施の形態を示す断面図、図８は平面図である。この
実施の形態は請求項３に相当する構成である。以下、第
４の実施の形態の構成を説明する。図７において、支持
基板（５０１）とＳＯＩ層（５０４）の間には埋め込み
酸化膜（５０２）が形成されている。すなわち、いわゆ
るＳＯＩ基板を用いている。ＳＯＩ層（５０４）の底部
で埋め込み酸化膜（５０２）側にはｎ+埋め込み層（１
０３）が全面に形成されている。ＳＯＩ層（５０４）の
一部分でバイポーラ素子が形成される領域にはｎ型のウ
エル領域（１０５）が形成され、周囲はトレンチ絶縁分
離領域（５０３）により囲まれ、外部と完全に分離され
ている。このトレンチ絶縁分離領域（５０３）はＳＯＩ
層（５０４）の表面から埋め込み酸化膜（５０２）に到
達する深さまで形成されている。またトレンチ絶縁分離
膜（５０３）は実際にはトレンチ溝の側壁に酸化膜を形
成し、残る部分をポリＳiで埋め戻す構造をしている
が、ここでは概略として酸化膜に代表させて表記してい
る。

【００５２】また、ＳＯＩ層（５０４）の一部分でバイ
ポーラ素子が形成される領域となる部位にはｎ型のウエ
ル領域（１０５）が形成され、周囲はトレンチ絶縁分離
領域（５０３）によって分離されている。ｎ型のウエル
領域（１０５）内で表面側からｐ型のベース拡散層（１
０６）が形成されている。そしてこのベース拡散層（１
０６）の表面にはエミッタ領域であるｎ+高濃度拡散層
（１１１）が形成されている。ここで、ｎ+高濃度拡散
層（１１１）直下のベース拡散層（１０６）は真性ベー
ス領域（１０１０）と呼び方を変えている。同じくベー
ス拡散層（１０６）の表面にはｎ+高濃度拡散層（１１
１）と並んでベース領域のコンタクト用ｐ+高濃度拡散
層（１１２）が形成されている。したがって図７におい
ては、ｎ+高濃度拡散層（１１１）の下部は真性ベース
領域（１０１０）、コンタクト用ｐ+高濃度拡散層（１
１２）の下部はベース拡散層（１０６）と表示した。

【００５３】また、上記以外のｎウエル領域（１０５）
はコレクタ領域となる。そして上記ｎ+高濃度拡散層
（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）以外の領域で
コレクタ領域であるｎウエル領域（１０５）の表面には
コレクタコンタクト用のｎ+高濃度拡散層（１１３）が
形成されている。

【００５４】さらにｎ+高濃度拡散層（１１１）とｐ+高
濃度拡散層（１１２）の間、およびｐ+高濃度拡散層
（１１２）とｎ+高濃度拡散層（１１３）の間には、Ｕ
字型絶縁ゲート（トレンチ絶縁分離領域）が形成されて
いる。このＵ字型絶縁ゲートはトレンチ溝の内壁（側面
および底面）に酸化膜（１０８）が形成され、その内部
をポリＳi（１０９、１１０）で埋め戻す形になってい
る。したがってＵ字型絶縁ゲートの断面形状は、略Ｕ字
型の酸化膜の内部にゲートが設けられた形状となる。ま
た、このＵ字型絶縁ゲートの深さはｐ型のベース拡散層
（１０６）よりも深くなっている。また、図８に示すよ
うに、このＵ字型絶縁ゲートの両端は周囲を囲むトレン
チ絶縁分離領域（５０３）に達するまで形成されてい
る。また、ｐ+高濃度拡散層（１１２）とｎ+高濃度拡散
層（１１３）の間に存在するＵ字型絶縁ゲートのポリＳ
i（１０９）は周囲から絶縁され、電位がフローティン
グとなっている。

【００５５】ここまでは前記第３の実施の形態と同等の
構造である。本実施の形態で特徴的なことは、ｎ+高濃
度拡散層（１１１）とｐ+高濃度拡散層（１１２）の間
に存在するＵ字型絶縁ゲートのポリＳi（１１０）は直
接セル内でエミッタ電位と接続すベく、エミッタコンタ
クト領域（１１５）が、エミッタ領域とポリＳi（１１
０）の上に連続して形成されている点である。このこと
は図８の平面構造をみると理解しやすい。図８ではエミ
ッタコンタクト領域（１１５）がエミッタ領域（１１
１）からはみ出し、ｎ+高濃度拡散層（１１１）とｐ+高
濃度拡散層（１１２）の間に存在するポリＳi（１１
０）にまで到達している。なお、図７では上記の構造を
電気配線として簡単に示している。

【００５６】以上構成を説明したように、ｎｐｎバイポ
ーラトランジスタのセルとしては、平面的にｎ+高濃度
拡散層（１１１）、ｐ+高濃度拡散層（１１２）、ｎ+高
濃度拡散層（１１３）が殆ど全体を占め、残りは周囲を
囲むトレンチ絶縁分離領域（５０３）とＵ字型絶縁ゲー
ト（酸化膜１０８に挟まれたポリＳi１０９、１１０）
であり、面積が従来よりも非常に小さくなっている。本
実施の形態は、第３の実施の形態と比ベ、外部との接続
領域（１１４）がなくなっている。ただし、ポリＳi
（１１０）とエミッタを同時に直接コンタクトをとって
いるため、一方のＵ字型絶縁ゲート構造の幅が広く形成
されている。

【００５７】なお、コレクタ抵抗低減の目的でｎ+高濃
度拡散層（１１３）の直下においてｎ+埋め込み層（１
０２）と低抵抗で接続するためのｎ+シンカー領域を形
成してもよいが、ここでは図示を省略している。

【００５８】次に第４の実施の形態の動作を説明する。
基本的な動作は、前記第３の実施の形態と同じである。
セル面積の比較についても第３の実施の形態とほぼ同様
であり、Ｕ字型絶縁ゲート部分が一本分幅広となるが接
続領域（１１４）が無くなるので、合計面積を従来のも
のと比較するとセル面積比で４０％以下となる点は変わ
らない。また、これだけセル面積が縮小されても、真性
ベース領域の平面寸法が変わらないため、ｎｐｎバイポ
ーラトランジスタの電気特性は劣化しないという点も第
３の実施の形態と同等である。

【００５９】以上説明したように本実施の形態において
はｎｐｎバイポーラトランジスタのＢＶeboおよびＢＶc
boを低下させずに、セル面積を大幅に縮小できるという
効果がある。さらに、本実施の形態においては、エミッ
タ領域とＵ字型絶縁ゲートとの接続が容易になり、ま
た、接続領域（１１４）が無いのでセルが単純な四角形
となるため、セルを多数配列した場合の面積効率がよく
なり、ＬＳＩ全体のチップ面積低減に、より貢献できる
という効果が得られる。

【００６０】なお、これまでの説明では、全てｎｐｎバ
イポーラトランジスタを例として説明してきたが、ｐｎ
ｐバイポーラトランジスタの場合でも、ｐ型領域とｎ型
領域とを反対にし、電源極性も反対にした構造とするこ
とにより同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態を示す平面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す断面図。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す平面図。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す断面図。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示す平面図。

【図７】本発明の第４の実施の形態を示す断面図。

【図８】本発明の第４の実施の形態を示す平面図。

【図９】第１の従来例を示す図であり、（ａ）は断面
図、（ｂ）は平面図。

【図１０】第２の従来例の断面図。

【図１１】第２の従来例から考えられる構成の断面図。

【符号の説明】

１０１…ｐ基板 １０２…ｎ+
埋め込み層 １０３…ｎ+埋込み層 １０４…ｐエ
ピタキシャル層 １０５…ｎウエル領域領域（コレクタ領域） １０６…ｐベース領域 １０８…酸化
膜 １０９…ポリＳi １１０…ポリ
Ｓｉ １１１…ｎ＋高濃度拡散層領域（エミッタ領域） １１２…ｐ+高濃度拡散領域（ベースコンタクト領域） １１３…ｎ+高濃度拡散層領域（コレクタコンタクト領
域） １１４…接続領域 １１５…エミ
ッタコンタクト領域 ５０１…支持基板 ５０２…埋め
込みＳiＯ₂ ５０３…トレンチ絶縁分離領域 ５０４…ＳＯ
Ｉ層 １００１…ｐ基板 １００２…ｎ
+埋め込み層 １００３…ｐエピタキシャル層 １００４…ｎ
ウエル領域領域 １００５…ｐベース領域 １００６…ｎ+高濃度拡散領域（エミッタ） １００７…ｐ+高濃度拡散領域（ベースコンタクト） １００８…ｎ+高濃度拡散領域（コレクタコンタクト） １００９…絶縁分離膜 １０１０…真
性ベース領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一導電型の半導体層の表面部分に選択的
   に第二導電型のベース領域を形成し、該ベース領域の表
   面部分に選択的に第一導電型のエミッタ領域と第二導電
   型のベースコンタクト領域とを形成し、前記第一導電型
   の半導体層の表面部分で前記ベース領域が形成されてい
   ない部分に第一導電型のコレクタコンタクト領域を形成
   し、前記エミッタ領域と前記ベースコンタクト領域との
   間、および前記ベースコンタクト領域と前記コレクタコ
   ンタクト領域との間に、それぞれＵ字型の絶縁ゲートを
   前記ベース領域の底部よりも深くまで形成し、前記エミ
   ッタ領域と前記ベースコンタクト領域の間の絶縁ゲート
   は前記エミッタ領域に電気的に接続し、前記ベースコン
   タクト領域と前記コレクタコンタクト領域との間の絶縁
   ゲートは絶縁分離領域としたことを特徴とするバイポー
   ラトランジスタ。
2. 【請求項２】底面および側面に接する絶縁領域によって
   周囲から分離された第一導電型の半導体層の表面部分
   に、選択的に第二導電型のベース領域を形成し、該ベー
   ス領域の表面部分に選択的に第一導電型のエミッタ領域
   と第二導電型のベースコンタクト領域とを形成し、前記
   第一導電型の半導体層の表面部分で前記ベース領域が形
   成されていない部分に第一導電型のコレクタコンタクト
   領域を形成し、前記エミッタ領域と前記ベースコンタク
   ト領域との間、および前記ベースコンタクト領域と前記
   コレクタコンタクト領域との間に、それぞれＵ字型の絶
   縁ゲートを前記ベース領域の底部よりも深くまで形成
   し、前記エミッタ領域と前記ベースコンタクト領域の間
   の絶縁ゲートは前記エミッタ領域に電気的に接続し、前
   記ベースコンタクト領域と前記コレクタコンタクト領域
   との間の絶縁ゲートは絶縁分離領域としたことを特徴と
   するバイポーラトランジスタ。
3. 【請求項３】前記エミッタ領域と前記ベースコンタクト
   領域との間に形成された前記Ｕ字型の絶縁ゲート構造の
   上に前記エミッタ領域上から連続してエミッタコンタク
   ト領域を形成したことを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載のバイポーラトランジスタ。