JPS5917544B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPS5917544B2
JPS5917544B2 JP50048191A JP4819175A JPS5917544B2 JP S5917544 B2 JPS5917544 B2 JP S5917544B2 JP 50048191 A JP50048191 A JP 50048191A JP 4819175 A JP4819175 A JP 4819175A JP S5917544 B2 JPS5917544 B2 JP S5917544B2
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JP
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epitaxial layer
semiconductor region
conductivity type
semiconductor
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JP50048191A
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肇 沢崎
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/082Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only
    • H01L27/0823Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only including vertical bipolar transistors only
    • H01L27/0826Combination of vertical complementary transistors

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Description

【発明の詳細な説明】 0 本発明はエピタキシャルベース型縦方向トランジス
タを含んだ半導体集積回路に関するものである。
従来集積回路において、NPNトランジスタが多く用い
られている。
またこのNPNトランジスi5夕とは逆極性のPNPト
ランジスタも回路構成上必要となることがない。そのた
め同一基板上に極性のことなるNPNトランジスタとP
NPトランジスタとを構成する必要が生じるので、NP
Nトランジスタを従来の二重拡散法で形成し、PNPト
ランジスタについてぱその構成がNPNトランジスタと
異なる方法で形成されている。従来例を第1図を参照し
て説明する。第1図において1はアイソレーシヨン拡散
層、2はN−エピタキシヤル層、3はN+埋込み層、4
はp一基板、5はNPNトランジスタのベース、6はN
PNトランジスタのエミツタ、7はNPNトランジスタ
のコレクター電極取り出し領域、8は横型PNPトラン
ジスタのコレクタ、9は横型PNPトランジスタのエミ
ツタ、10は横型PNPトランジスタのベース電極取り
出し領域である。本構成の特徴は、PNPトランジスタ
がNPNトランジスタの製造工程を全く変えずに出来る
ことである。つまり、PNPトランジスタのコレクタ8
とエミツタ9は、NPNトランジスタのベース5と同時
に形成され、PNPトランジスタのベース電極取り出し
領域10は、NPNトランジスタのエミツタ一6、コレ
クタ電極取り出し領域7と同時に形成される。この製法
の容易さのために、横型PNPトランジスタは広く用い
られているが、この横型PNPトランジスタには次の欠
点がある。1つは、直流電流増巾率HFEが表面状態に
よつて大きく振られ、HFEの制御が難し〈、かつ高い
HFEを得ることが難しい。
表面状態によつてHFEが大きく振れる理由ぱ、ベース
巾の一番狭い所が表面附近となる構造となつているため
である。ベース巾の一番狭い所を深い位置にすれば表面
状態の影響を僅かにすることができる。他の欠点はトラ
ンジシヨン周波数FTが低いことである。
ベース巾が表面附近で最も狭く深くなるにつれて広くな
るため高周波特性が悪く、FTがせいぜい数MHzが現
状である。通常のNPNトランジスタは200MHz程
度のFTであるため集積回路として用いた場合、回路に
よつてPNPトランジスタのFTの低さのために、位相
遅れが生じ、発振の原因となる。更にまた他の欠点は電
流の通路が横方向であり、しかも通常はNPNトランジ
スタのベース5でPNPトランジスタのコレクタ8とエ
ミツタ9を作るため、電流容量が多く取れず、大電流用
途に使用出来ない。従つて本発明の目的は上述の欠点を
なくし、しかも製造工程があまり複雑にならず、高歩留
りで良い特性のPNPトランジスタとNPNトランジス
タとを同時に同一チツプ上に形成することができ、更に
寄生効果の発生を防止した半導体集積回路を得ることで
ある。以下本発明の一実施例を第2図を参照して説明す
る。
第2図において、アィソレーシヨン領域11とエピタキ
シヤルベース型縦方向PNPトランジスタのコレクタ電
極取り出し領域12(第4の半導体領域)とは同時に拡
散形成され、前記PNPトランジスタのエミツタ(第5
の半導体領域)13とNPNトランジスタのベース16
(第6の半導体領域)とは同時に形成される。前記PN
Pトランジスタのベース電極取り出し領域14とNPN
トランジスタのエミツタ(第7の半導体領域)15とN
PNトランジスタのコレクタ電極取り出し領域17は共
にN+で同時に拡散形成される。N−エピタキシヤル層
(第2のエピタキシヤル層)18のp+コレクタ12及
びP−エピタキシャル層(第1のエピタキシヤル層)2
0で取り囲まれた部分ぱ前記PNPトランジスタのベー
スとなり、アイソレーシヨン領域11とP−エピタキシ
ヤル層20とN+埋め込み領域(第2の半導体領域)2
3とで取り囲まれた部分Q計1Nトランジスタのコレク
タとなる。P−エピタキシヤル層20とN一単結晶基板
22との間に形成されたN+埋め込み領域(第1の半導
体領域)21とN+埋め込み領域(第3の半導体領域)
19とでP−エピタキシヤル層20の一部を取り囲んで
いる。この取り囲まれた部分は前記PNPトランジスタ
のコレクタとなる。なおN+埋め込み領域23はNPN
トランジスタのコレクタ・エミツタ間飽和電圧VcE(
Sat)を下げている。更に、Nーエピタキシヤル層を
貫通してN+領域19に達するようにN+領域(第8の
半導体領域)24を形成する。このN+領域24ぱアイ
ソレーシヨン領域と電気的に短絡される。第2図のPN
Pトランジスタぱ次のようにして形成される。
まずN一型単結晶基板22の一主面から所定の部分にP
N接合が前記一主面で終端するように形成されたN+領
域21を形成し、前記一主面上にP−エピタキシヤル層
20を形成する。更にN+領域19をP−エピタキシヤ
ル層20の表面から所定の部分にPN接合が前記表面で
終端し、更にN+領域21と一体となつてP−エピタキ
シヤル層20を島状に分断するように形成する。更にN
−エピタキシヤル層18をP−エピタキシヤル層20の
表面上に形成する。更にP+領域12をN−エピタキシ
ヤル層18の表面からPN接合がこの表面で終端し、か
つN+領域19で囲われたP−エピタキシヤル層20に
達し、N−エピタキシヤル層18を島状に分断するよう
に形成する。更にP+領域13をP+領域12で囲われ
たN−エピタキシヤル層18の表面からPN接合がN−
エピタキシヤル層18の表面で終端するように形成する
。更にN+領域14をP+領域12で囲まれたN−エピ
タキシヤル層18に形成する。問題のPNPトランジス
タはエピタキシヤル成長を終了した段階以降はNPNト
ランジスタを作るのと同時に作ることができるので、製
造工程ぱ全く従来と変る所がない。しかも第2図では縦
方向のみを拡大して描いてあるが、実際の寸法では、こ
のPNPトランジスタのベース巾の最も狭い部分はエミ
ッター13とP−エピタキシヤル層20の間となつてお
り、HFEは表面の影響をほとんど受けず高い値を得る
ことができる。またFTもベース巾として効く部分のベ
ース巾ぱ均一であるため、適当なベース巾を与えること
により、充分高いFTを与えることができる。更に電流
が縦方向に流れるため図示の平面的なエミツタ一面積を
考慮することにより、大電流化が容易である。エピタキ
シャルウエハ一(Epitaxialwafer)完成
までぱ従来のものと比較し、や々工程が多いが、特別の
技術上の問題がないプロセスで製造出来るため、歩留り
を高く出来る。次に上述のように、N一基板22上にP
−エピタキシヤル層20を形成し、さらにその上にNー
エピタキシヤル層18を形成しているので、潜在的に寄
生トランジスタが発生しやすい。
N+領域24がない場合は、チツプの端部でN一基板2
2とP−エピタキシヤル層20によるPN接合と、P−
とエピタキシヤル層20とN−エピタキシヤル層18に
よるPN接合とが露出し、通常はこの露出した部分でP
N接合が自然に外部汚染により短絡されるのであるが、
外部状況により、その程度が変化するので、あらゆる条
件下で寄生効果が皆無になる保証がない。このため第2
図に示すように、N+領域24とアインレーシヨン領域
11とを短絡して寄生効果の生ずる余地をなくしている
。またN+領域24と隣接するアィソレーシヨン領域1
1は離れて形成されているが、当然の事ながら、これば
離さないで形成した方が面積の縮少に役立つ。またN+
領域24を形成する工程は、一般構造のバイポーラ集積
回路のNPNトランジスタのコレクタ抵抗を小さくする
ために良く用いられる工程であり、特に難しいことでは
ない。p−エピタキシヤル層20の不純物濃度をNーエ
ピタキシヤル層18の不純物濃度より高くすれば各拡散
の工程により、p−エピタキシャル層20は浮上するこ
とになるが、点線23のように最終工程で2段目のN+
埋め込み領域19の浮き上がり以下に抑えるように設計
しておけば、アイソレーシヨンは保たれたまま、PNP
トランジスタのベース巾を狭〈することが可能であり、
PNPトランジスタの高いHFEを得ることができる。
また1段目、2段目のN+埋め込み領域19,21の不
純物としては、比較的拡散係数の遅いアンチモンを使う
ことが望ましい。リンPを用いると拡散係数が大きいた
めに、各工程でN+埋め込み領域19,21の浮き上が
りが大きく構造設計が困難となる。(例えば、PNPト
ランジスタの下部のP−エピタキシヤル層20の島の部
分、NPNトランジスタのコレクタ耐圧の設計など)な
お、上述の実施例においてP型領域とN型領域を置換す
ることもできる。以上記載したように本発明によればP
NPトランジスタとNPNトランジスタを同一チツプ上
で形成した集積回路において、一方を2重拡散法で形成
し、他方をエピタキシヤルベース型トランジスタとする
ことにより、トランジスタのHFEを大にし、かつHF
Eに対する表面状態の影響を僅かにすることができ、F
Tを高くでき、電流容量を大きくすることができる。
しかも製造工程があまり複雑にならず高歩留となる。更
に寄生効果の発生を防止することができる。更にP−エ
ピタキシヤル層20の不純物濃度をN−エピタキシヤル
層18の不純物濃度より高くすることにより、縦方向エ
ピタキシヤルベース型トランジスタのHFEを一層大に
することができる。更にN+埋め込み領域19,21の
不純物として、アンチモンを使用することにより、エピ
タキシヤルベース型縦方向PNPトランジスタの構造設
計を容易にすることができる。
更に縦方向トランジスタのコレクタ領域と同時に縦方向
トランジスタの外周と他の部分を分離するアィソレーシ
ヨン領域11を同時に形成することができ、工程を短縮
することができる。
更にエピタキシヤルベース型縦方向トランジスタのエミ
ツタ13と同時に二重拡散型トランジスタのベース16
を形成し、エピタキシヤルベース型縦方向トランジスタ
のベース電極取り出し領域14と二重拡散型トランジス
タのエミツタ15と、二重拡散型トランジスタのコレク
タ17とを同時に形成することにより工程を大巾に短縮
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例の断面図、第2図は本発明の一実施例の
断面図である。 11・・・P+領域(アィソレーシヨン領域)、12・
・・P+領域(第4の半導体領域)、13・・・P+領
域(第5の半導体領域→、14・・・N+領域(ベース
電極取り出し領域)、15・・・N+領域(第7の半導
体領域)、16・・・P+領域(第6の半導体領域)、
17・・・N+領域(コレクタ電極取り出し領域)、1
8・・・N−エピタ、キシヤル層(第2のエピタキシヤ
ル層)、19・・・N+領域(第3の半導体領域)、2
0・・・P−エピタキシヤル層(第1のエピタキシヤル
層)、21・・・N+領域(第1の半導体領域)、22
−・・N一基板、23・・・N+領域(第2の半導体領
域)、24・・・N+領域(第8の半導体領域)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一導電型の単結晶基板と、この基板の一主面の所定
    部分にPN接合が前記一主面で終端するように形成され
    、更に前記基板より不純物濃度が高い一導電型の第1の
    半導体領域と、前記一主面上に形成された反対導電型の
    第1のエピタキシャル層と、この層の表面から所定の部
    分にPN接合が前記表面で終端するように形成された一
    導電型の第2の半導体領域並びに前記第1の半導体領域
    と一体となつて前記第1のエピタキシャル層を島状に分
    断する一導電型の第3の半導体領域と、前記第1のエピ
    タキシャル層及び第2、第3の半導体領域の表面上に形
    成された一導電型の第2のエピタキシヤル層と、この第
    2のエピタキシャル層の表面からPN接合がこの表面で
    終端し、更に前記第3の半導体領域で囲われた前記第1
    のエピタキシャル層に達し、前記第2のエピタキシャル
    層を島状に分断する反対導電型の第4の半導体領域並び
    に前記第2の半導体領域の外側の前記第1のエピタキシ
    ャル層に達し前記第2のエピタキシャル層を島状に分断
    する反対導電型のアイソレーシヨン領域と、前記第4の
    半導体領域並びに前記アイソレーシヨン領域でそれぞれ
    囲われた第2のエピタキシャル層表面にPN接合がその
    表面で終端するようにそれぞれ形成された反対導電型の
    第5及び第6の半導体領域と、この第6の半導体領域表
    面上に形成された一導電型の第7の半導体領域と、前記
    第4の半導体領域と前記アイソレーシヨン領域との間の
    前記第2のエピタキシャル層にその表面から前記第3の
    半導体領域に達し、更に前記アイソレーシヨン領域と電
    気的に短絡している一導電型の第8の半導体領域とから
    成り、前記第5の半導体領域をエミッタとし、前記第4
    の領域で囲われた第2のエピタキシャル層をベースとし
    、前記第4の半導体領域をコレクタとするエピタキシャ
    ルベース型縦方向トランジスタ並びに前記第7の半導体
    領域をエミッタとし、前記第6の半導体領域をベースと
    し、前記アイソレーシヨン領域で囲われる前記第2のエ
    ピタキシャル層をコレクタとする反対型の縦方向トラン
    ジスタを具備することを特徴とする半導体集積回路。 2 第1の特許請求の範囲において、前記第1のエピタ
    キシャル層の不純物濃度を前記第2のエピタキシャル層
    の不純物濃度より高くしたことを特徴とする半導体集積
    回路。 3 第1の特許請求の範囲において、前記第1及び第3
    の半導体領域のN型不純物としてアンチモンを使用した
    ことを特徴とする半導体集積回路。
JP50048191A 1975-04-22 1975-04-22 半導体集積回路 Expired JPS5917544B2 (ja)

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