JPS5916414B2

JPS5916414B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JPS5916414B2
Application number: JP50014978A
Authority: JP
Inventors: 芳宏宮沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-02-05
Filing date: 1975-02-05
Publication date: 1984-04-16
Also published as: JPS5190275A

Description

【発明の詳細な説明】バイポーラトー夛−シジスタに於て、そのエミッタとコ
レクタとを反転させた正逆両方向トランジスタに関して
高ぃｈＦＥ（エミッタ接地電流増巾率）を示し、特性に
優れたトランジスタが得られれば、ＡＧＣ回路等に用い
て有利である。

通常のバイポーラトランジスタ例えばＮＰＮトランジス
タは、第１図に示す如く、比較的高い不純物濃度を有す
るＮ形のサブストレイト１上に、これと同導電形を有す
るも、低い不純物濃度を有する半導体層２をエピタキシ
ャル成長し、このエピタキシャル成長半導体層２をコレ
クタ領域（第１の領域）として、その一部上にＰ形の不
純物を１選択的に拡散して、Ｐ形のベース領域（第２
の領域）３を形成し、更にこのベース領域３の一部に選
択的にＮ形の不純物を高濃度をもつて拡散して、高濃度
のエミッタ領域（第３の領域）４を形成することによつ
て構成する。

Ｊｅ及びＪｃは夫々第“０３及び第２の領域間、第２及
び第１の領域間に形成されたエミッタ接合及びコレクタ
接合である。５、６、□はコレクタ、ベース及びエミッ
タ各電極を示し、Ｃ、Ｂ及びＥは夫々コレクタ、ベース
及びエミッタ各端子を示す。

！５このような２重拡散形の高濃度エミッタ形バイポ
ーラトランジスタに於ては、そのエミッタ領域４を高濃
度とすることによつて、エミッタ注入効率をあげて正方
向トランジスタに関するｈＦＥを高めている。

このような構造によるバイポーラト’）０ランジスタ
は、そのエミッタ領域４をコレクタとし、コレクタ領域
２をエミッタとする逆方向トランジスタに関しては、そ
のｈＦＥが低い。又、第１図に示した高濃度エミッタ形
トランジスタに比して、更にｈＦＥが高いトランジスタ
が２５本出願入によつて、先に提案された。

このトランジスタは、そのエミッタ濃度が第１図に示し
た従来のトランジスタに比して充分低い。即ち、ベース
領域と同程度若しくは、これより低い濃度に選ばれ低濃
度エミッタ形トランジスタＬＥＣ構造を３０有するもの
である。このＬＥＣ形トランジスタの一例を第２図につ
いて説明するに、この場合に於ても、比較的高い濃度を
有するＮ形のサブストレイト１１と同導電形を有するも
、これに比し、充分低い不純物濃度３５を有する第１の
エピタキシャル層１２を形成し、その一部に選択的にＰ
形のベースとなる埋め込み領域１３をイオン注入、若し
くは、選択的拡散によつて形成し、このエピタキシヤル
層１２上に更に、このエピタキシヤル層１２と同導電形
式を有し、且つ、同程度の不純物濃度を有する第２のエ
ピタキシヤル層１４を形成し、このエピタキシヤル層１
４を厚昧方向に横切つて、領域１３の周縁部に達する深
さの環状の拡散碩域１５を形成する。

かくして、エピタキシヤル成長半導体層１４よりなり、
領域１５及び１３によつて囲まれる部分を第３の碩域１
６とし、領域１５及び１３より成る部分を第２の領域１
７とし、その外周を囲むエピタキシヤル層１２及び１４
よりなるＮ形の低濃度碩域を第１の領域１８とするトラ
ンジスタを構成する。そして、特にこの場合、第３の領
域１６内にこの第３の領域１６と第２の領域１７との間
に形成されるＰＮ接合Ｊｅと対向して領域１６内に於け
る少数キヤリアの拡散距離より小なる間隔をも・つて領
域１６と同導電形式を有する高不純物濃度の領域１９を
形成し、この領域１９によつて、Ｌ−Ｈ接合よりなるバ
リアＪＢを形成する。

サブストレイト１１の裏面、拡散領域１５上及び高濃度
の領域１９上には夫々コレクタ電極５、ベース電極６、
エミツタ電極７がオーミツクに被着される。

この構成に於て、各電極７，６及び５に夫々領域１６，
１７間の接合Ｊ８に順方向バイアスを与え、領域１７及
び１８間の接合Ｊ。

に逆方向バイアスを与えるバイアス手段を設ければ、第
３の領域１６より第２の領域１７に注入されたキヤリア
即ち電子は、両接合Ｊ８及びＪ。間の間隔を領域１３に
於ける少数キヤリア即ち、電子の拡散距離より小に選定
して置くことによつて第３の領域１８に達せしめること
が出来、トランジスタ動作をなす。このような構成によ
るトランジスタＬＥＣは、そのエミツタ注入効率γが高
い。即ち、エミツタ注人効率γは、で与えられるので、
ＨＦＥ従つてγを高くするにはベース即ち、第２の領域
への注人キヤリア即ち、電子の拡散による電流を一定と
した場合、エミツタ即ち、第３の領域１６に注入される
ベース領域ｊ即ち、第２の須域１７よりのキヤリア即
ちホール電流を出来るだけ小さくすればよいことになる
が、第２図に示したトランジスタＬＥＣに於ては、接合
Ｊ。

と対向してＬ−Ｈ接合によるバリアＪＢが形成されてい
るものであり、このバリアＪＢは例えば領域１６の低濃
度部分に於ける不純物濃度を１０１５／Ｃｒｌｌとし、
領域１９に於ける濃度を１０２０／Ｃｄ程度にする時、
ポールに対して０．２ｅＶ程度のポテンシヤルバリアが
生ずるもので、この場合、領域１７より領域１６に注人
される少数キヤリア３（ホール）は、バリアＪＢによ
つて押し戻されるためにこの第３の領域１６に於けるホ
ール濃度勾配が平坦化し、領域１７から領域１６に向う
キヤリア（ホール）の注入が抑えられ、これがため、注
入効率ｒは向上し、ＨＦＥも高くなる。しかも、４，エ
ミツタ接合及びコレクタ接合となる接合Ｊ８及びＪｃが
形成される部分に於て、各領域の不純物濃度は低く選ば
れているので、その結晶欠陥は小で通常の高濃度エミッ
タ形トランジスタに比し、充分高いＨＦＥを得ることが
出来るものである。第３図はＬＥＣトランジスタの他の
例を示すもので、この第３図に於ては、第２図と対応す
る部分には同一符号を附して重複説明を省略するも、こ
の場合に於ては、第３の領域１６中にバリアＪＢとして
ＰＮ接合を形成するＰ形の領域２０を選択的に形成した
場合である。この場合、領域１７より領域１６に注入さ
れた少数キヤリア即ち、ホールは須域２２に向い、領域
２０の電位が領域１７とほぼ同電位となり、この須域２
０より領域１６にホールが再注入されることによつて、
この領域１６に於けるホールの濃度勾配が平坦化され、
ホールの拡散電流を減じてエミツタ注入効率ｒが向上さ
れ、電流増巾率ＨＦＥが高められるようになされている
。尚、第３図に示した例に於ては、領域２０が電気的に
浮いてる状態を示したものであるが、第４図に示す如く
、この領域２０を第２の領域１７と連結した構造となす
ことも出来る。

これら、第１図乃至第４図のいずれのトランジスタに於
ても、その第３の領域をエミツタとし、第１の領域をコ
レクタとする正方向トランジスタに関しては、そのＨＦ
Ｅが比較的高いか充分高く得られるものであるが、第３
の領域をコレクタとし、第１の領域をエミツタとする逆
方向トランジスタに関しては、そのＨＦＥが比較的低い
。

本発明は、このようなバイポーラトランジスタ動作をな
す装置に於て、逆方向トランジスタ動作に関しても、そ
のＨＦＥを充分高め得るようになすものである。先ず、
第５図を参照して、本発明を２重拡散形トランジスタ即
ち、高濃度エミツタ形トランジスタに適用する場合の一
例を説明しよう。

第５図に於て、第１図と対応する部分には同〒符号を附
して重複説明を省略する。本発明に於ては、高濃度のサ
ブストレイトすなわち半導体基体１上にその一部を限つ
て、第２の領域３と対向（正対）して更に高い不純物濃
度を有する埋め込み領域３０を形成し、接合Ｊ。

と対向してＬ−Ｈ接合ＪＢ′を形成する。この埋め込み
領域３０は、できるだけその周辺が領域３の周辺より外
側にあるような形状面積とする。

又、この領域３０はサブストレイト１上にエピタキシヤ
ル層２を気相成長するに先き立つてサブストレイト１上
の一部に選択的に比較的拡散係数の小さい例えばＡｓ又
はＳｂを５Ｘ１０１９〜５Ｘ１０２０／Ｃｄ程度の第１
〜第３の領域より高い濃度をもつて形成する。因みに、
サブストレイト１の濃度は１０１８Ａｄ程度に選び得る
。又、エピタキシヤル層２の濃度は５Ｘ１０１５２４ｄ
程度に選び得るものである。そして、この埋め込み領域
３０と第２の領域即ちベース領域３との間隔、言い換え
れば接合Ｊ。及びＪＢＩ間の間隔は第１の領域に於ける
少数キヤリアの拡散距離より小に選定する。そして、第
３の領域４の多数キヤリアを第１の領域２に達せしめる
バイアス手段即ち接合Ｊ８に順方向バイアスを、接合Ｊ
ｃに逆方向バイアスを与える手段を設ける。

かくすれば、第３の領域４をエミツタ側とする正方向ト
ランジスタ動作がなされる。又、第１の領域２の多数キ
ヤリアを第３の領域４に達せしめるバイアス手段即ち接
合Ｊｃに順方向バイアスを、接合Ｊｅに逆方向バイアス
を与える手段を設ける。かくすれば、第１の領域２をエ
ミツタ側とする逆方向トランジスタ動作がなされる。尚
、第５図に示した例は本発明を高濃度エミツタ形トラン
ジスタに適用した場合であるが、第６図、第７図及び第
８図に夫々示す如く、本発明を第２図、第３図及び第４
図の構造を有するＬＥＣトランジスタに適用することも
出来る。

この場合に於ても、サブストレイト１１上に比較的拡散
係数の小さいＡ８又はＳｂ等の不純物を選択的に拡散し
置くことによつて、接合Ｊｃと対向して選択的に埋め込
み領域３０を形成し、Ｌ−Ｈ接合ＪＢ′を接合Ｊ。と対
向して形成する。この場合に於ても、埋め込み領域３０
と第２の領域１７の接合ＪＯとの間隔は、第１の領域１
８に於ける少数キヤリアの拡散距離より小に選定する。
上述したように本発明に於ては、第１の領域１８内に高
濃度の埋め込み領域３０を形成したことによつて、接合
Ｊ。

と対向してＬ−Ｈ接合ＪＶを形成するものであるから、
第２の領域３又は１７から第１の領域２又は１８に注入
される少数キヤリア即ち、ホールを押し戻すことが出来
、この領域２又は１８即ち、この逆方向トランジスタに
於けるエミツタ領域内の少数キヤリアの勾配を平坦化し
、ホールの拡散電流を小とすることが出来、γ従つてＨ
ＦＥの向上を計ることが出来るものである。因みに、こ
のような接合ＪＢ′を埋め込み領域３０を設けることな
く、高濃度のサブストレイト１又は１１とエピタキシヤ
ル層２又は１２間に形成することが考えられるが、この
場合に於ては、サブストレイト１又は１１の濃度を大と
する時、エピタキシヤル成長時、若しくは、その後の拡
散処理等のカロ熱工程に於て、サブストレイト中の不純
物がエピタキシヤル層２又は１２中に入り込んで、所要
の特性を有するトランジスタを得難い。

然るに、本発明によればサブストレイト１若しくは１１
自体は、それほどその濃度をあげることなく、埋め込み
領域３０を選択的に形成するものであるから、その不純
物として、拡散係数の小なるものを選定すれば、更にこ
の濃度を高めることが出来、所望の特性を有し、しかも
、逆方向トランジスタに関しても充分高いＨＦＥを有す
る従つて、対称性に優れたトランジスタを構成し得るも
のである。尚、上述した各例はＮＰＮトランジスタに本
発明を適用した場合であるが、ＰＮＰトランジスタに本
発明を適用して同様の効果を奏せしめること明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高濃度エミツタ形トランジスタの拡大断
面図、第２図乃至第４図は低濃度エミツタ形トランジス
タの拡大断面図、第５図乃至第８図は本発明による半導
体装置の拡大断面図である。１及び１１はサブストレイト（半導体基体）、２，１２
，１４はエピタ￥シヤル成長層、２及び１８は第１の領
域、３及び１７は第２の領域、４及び１６は第３の領域
である。

Claims

【特許請求の範囲】

１半導体基体の一主面に臨んで該半導体基体より高い
不純物濃度を有する部分と該半導体基体の上記一主面上
に設けられ該半導体基体より低い不純物濃度を有する半
導体層とを有する第１導電型の第１の半導体領域と、上
記半導体層上に形成された第２導電型の第２の半導体領
域と、該第２の半導体領域上に形成された第１導電型の
第３の半導体領域とが設けられ、上記半導体層の厚さは
該半導体層中の少数キャリアの拡散距離より小に選定さ
れ、上記第１の半導体領域中の多数キャリアを上記第２
の半導体領域を経て上記第３の半導体領域に送るバイア
ス手段を具備する半導体装置。