JPS60233856A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS60233856A
JPS60233856A JP59087704A JP8770484A JPS60233856A JP S60233856 A JPS60233856 A JP S60233856A JP 59087704 A JP59087704 A JP 59087704A JP 8770484 A JP8770484 A JP 8770484A JP S60233856 A JPS60233856 A JP S60233856A
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JP
Japan
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emitter
layer
region
collector
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP59087704A
Other languages
English (en)
Inventor
Masatoshi Kimura
正利 木村
Takeaki Okabe
岡部 健明
Mitsuzo Sakamoto
光造 坂本
Kazuo Hoya
保谷 和男
Koichiro Satonaka
里中 孝一郎
Toyomasa Koda
幸田 豊正
Isao Shimizu
勲 志水
Kenji Kaneko
金子 憲二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59087704A priority Critical patent/JPS60233856A/ja
Publication of JPS60233856A publication Critical patent/JPS60233856A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体集積回路に係り、特に高耐圧集積回路に
好適なラテラルpnp)’ランジスタに関する。
〔発明の背景〕
高耐圧バイポーラICでは、npnトランジスタの耐圧
を上げるために、コレクタ層となるエピタキシャル層の
抵抗率を高くしなければならない。
そのため同一チップ上に形成されるラテラルpnpトラ
ンジスタはベース中に空乏層が延び易くなり。
パンチスルーによる耐圧低下を招いた。ラテラルpnp
)’ランジスタのパンチスルーを防いで耐圧を高くする
ためには、ベース幅(第1図で示したWa)を大きくせ
ざるを得す、直流電流増幅率り、Hの低下、周波数特性
の低下を来たした。
従来の改良側は、第2図の断面構造で示すように、P形
のエミッタ拡散層5aの周囲に高濃度のn形波散層9(
以下、nウェル領域と略す)を形成してパンチスルーを
抑え耐圧低下を防いだ。
これらは’83 IE” IEDM 83p、p、42
4〜427 、rA HIGHPERFORMANCE
 HIGHVOLTAGELATERAL PNP 5
TRUCTURf!J及び、同じ<P−P−412〜4
15 rPRACTICAL 5IZE LIMITS
 0FHIGHVOLTAGE IC’SJ ニ記載さ
れテイル。
しかし、この構造でも以下の欠点があった。
(1)第1図、第2図のエミッタ電極8aは、6゛チヤ
ージこぼれ″に起因する耐圧低下を防ぐために、コレク
タ拡散層5bの上部まで張り出したオーバーラツプ電極
構造として、信頼性の向上を図っている6nウエル領域
9によりパンチスルーを抑えることができても、このオ
ーバーラツプ電極構造のため、エミッタ電[i3aの直
下のコレクタ拡散5b近傍で電界集中が起こり降伏して
しまい、耐圧をそれ程高くできなかった。
(2)パンチスルーを抑えるために導入したnウェル領
域9により、エミッタの注入効率が下がり、hFIIの
低下を招いた。特に、第1図の平面図で示したような、
エミッタ領域5aがコレクタ領域5bにより、はぼ同心
円状に囲まれた構造では、パンチスルーを防ぐために、
かなり高濃度なnウェル9を必要とし、益々hFIIの
低下を招いた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記欠点を改善し、周波数特性が良く
、かつ、従来に比べて大幅に面積の小さな高耐圧ラテラ
ルpnphランジスタの共存する半導体集積回路を提供
することKある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置におい
ては、−導電型の半導体基体の主表面領域に、互いに離
れて設けられた上記基体と反対導電型のエミッタ領域と
コレクタ領域を有し、上記基体をベース領域にするラテ
ラルトランジスタにおいて、上記コレクタ領域の周囲に
エミッタ領域を配置し、エミッタのコレクタに近い側に
、ベース領域と同一導電型の高不純物濃度領域を有し、
エミッタの外側にエミッタと接するように、前記高不純
物濃度層よりもさらに、1桁以上の高い濃度で、埋込み
層に達する程深く、ベース領域と同一導電型である拡散
層を有してなることを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第3図により説明する。第3
図(a)は平面図、(b)は断面構造を示したもので、
エミッタ拡散層5aがコレクタ拡散層5bを囲むように
配置されている。エミッタのコレクタに近い側にエピタ
キシャル層4よりも高い不純物濃度の拡散層9 (nウ
ェル領域)が設けられ、さらに、エミッタの外側にはエ
ミッタに接して、n形埋込層2に達するnウェル領域よ
りも一桁以上高濃度の深いn膨拡散層10で取り囲まれ
ている。パンチスルーをnウェル領域で防ぎ、その耐圧
上昇分ベース幅を短かくでき周波数特性が良くなると同
時に、エミッタから基板へ流れる正孔の無効注入を深い
n膨拡散層10とn+埋込層2により取り囲むことで減
少させて、hFmの改善を図ることができる。
また、コレクタとエミッタを使来例図1や図2と異なり
逆に配置したことで大幅に、トランジスタサイズを小さ
くできる。従来構造ではn膨拡散層10とコレクタのp
形波散層5bとの間に、耐圧に必要な距離だけ離さなけ
ればならなかったが、本発明では工、ミッタ拡散層5a
をコレクタ拡散層5bの外側に配置しているために、n
膨拡散層10にエミッタ拡散層5aが接していても良く
、距離を離す必要が無い。ベース・エミッタ間は順バイ
アスで使用されるので、耐圧を必要とはないからである
。この配置で、更に良いことは、次に述べるように、n
ウェル領域の濃度を同じ耐圧ならば、従来例の第2図に
比べて低くでき、その分エミッタからの正孔の注入効率
を上げることができ、hFBを高くできる点である。
第4図(a)は、同心円状の従来の改良形ラテラルpn
p (第2図)の平面図でコレクタ・エミッタ間を示し
たものである。B−B’の間でGHIJで示した扇形の
pnpトランジスタの一次元モデルを考える。ここでN
Aはコレクタの不純物濃度、MDIはエピタキシャル層
の不純物濃度、ND2tN02′はnウェル中の不純物
濃度である。コレクタとベベース間に電圧Vを印加した
ときに空乏層が延びたとして、その間の電荷のつり合い
の条件から以下に示した式が同図(b)で成り立つ。
Or ”)’o ”INA ”−Q2 ’δ”I N 
D 2また、本発明の構造、即ち、コレクタとエミッタ
の位置を逆にした場合の第4図(C)では次式が成り立
つ。
Q2・γ。・qNAたQl・δ・qNf12′ここで、
エピタキシャル層の不純物濃度NDlはnウェルの不純
物濃度ND2より一桁以上小さい(N o r ”N、
 D2 )ので無視した。
■、■式より が得られ、QI>Qzであるから N O! ’ <N o2 ・・・■ となる。
即ち、同じ耐圧ならばnウェルの不純物濃度は。
従来の第4図(b)に比べて本発明の第4図(c)の構
造の方が低くて良いことを示している。
以上のようにして、本実施例によれば、nウェル領域9
によりバンチスルーを防ぎコレクタ・エミッタ間距離、
即ち、ベース幅を狭くすることができもかつ、エミッタ
とコレクタの配置を入れ変え、高不純物濃度のn形波散
層10とn形埋込層2により取り囲むことでh Fil
の改善と素子面積の減少を図ることができ、高性能高集
積なラテラルpnpトランジスタを得ることができる。
第5図は他の実施例で、耐圧改善とベース幅の縮小によ
る周波数特性の改善を図ったものである。
第3図では、エミッタ側から張り出しているオーバラッ
プ電極8aのために、コレクタ5aの拡散層表面近傍で
電界集中が起こりブレークダウンするが、第5図では、
新たにP形低不純物濃度層501を追加してブレークダ
ウンを防いでいる。
p形低不純物濃度層501は、高電圧下でピンチオンし
て電界集中を緩和し、ブレークダウンを抑える。このp
形層501はコレクタとしても働くので、ラテラルpn
pのベース幅はその分狭くなり、周波数特性を良くでき
る。また、オーバーラツプ電極構造であるので、信頼性
も問題ない。
第6図は他の実施例で、高耐圧ラテラルpnpに適用し
た例である。厚いエピタキシャル層41を得るには、本
願出願人によって以前に提案された[半導体装置の製造
方法」 (特開昭58−43903 )を利用すれば良
い。素子分離はエピタキシャル層の薄い部分4で行なっ
ている。150v以上の高耐圧を得る場合に有利な構造
である。
7第7図は、第6図の例で、コレクタおよびエミッタと
して用いるp形波散層5の代りに、分離拡散層3を用い
た例である。この場合、pnpトランジスタのコレクタ
・エミッタ拡散の深さが大きくなることによって高耐圧
を得やすくなる。また、工程簡略化、コスト低減に有利
である。
第8図は、本発明の素子面積低減効果を示したものであ
る。第8図(a)は従来の改良型ラテラルpnpの主要
な拡散層の平面パターンで、250v酎圧の例である。
第8図(b)は、本発明の250V酎圧のラテラルpn
pの平面パターンで、第8図(a)と同一レイアウドル
ールを用いて設計した例である。従来例に比べて素子面
積が60%と、約半分近くまで減少していることが分る
。高集積化に適したラテラルpnpを本発明の構造によ
り得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ラテラルpnpの周波数特性を低下さ
せずに耐圧向上と素子面積の低減を図ることができる。
例えば、250Vの耐圧のICを実現する場合、npn
トランジスタの耐圧を確保するために、エピタキシャル
層は30Ω1以上となるので、ラテラルpnpのベース
幅は従来構造ではマスク上で50μm以上となる。その
ため、ラテラルpnpの利得帯域幅積f7は、I M 
Hz以下となり、周波数特性が悪い。しかし、本発明を
用いることで、耐圧250vを維持したまま、ベース幅
を20μmと短かくできるので、fTは4〜5 M H
zと数倍も性能が上げられる効果がある。その上、同一
レイアウドルールで素子設計した場合、従来に比べて素
子面積が約半分にできるという効果もある。
更に、本発明によればこぼれ電荷による信頼度耐圧劣化
などの問題も生じない構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は従来のラテラルpnpの平面図
と断面図、第2図は従来の改良例を示す断面構造図、第
3図(a)、(b)は本発明の実施例を示す平面図と断
面図、第4図は本発明の詳細な説明するための図、第5
図〜第7図は本発明の他の実施例を示す断面構造図、第
8図は本発明の面積低減効果を説明するための平面図で
ある。 1・・・P形基板、2・・・n形高不純物濃度埋込層、
3゜3a、3b・・・p形分離拡散層、4・・・n形エ
ピタキシャル層、5a、5b・・・P形波散層、501
・・・P形低不純物濃度層、6・・・n形波散層、7・
・・酸化膜、8.8a、8b、8c・・・アルミ電極、
9・・・nウェル拡散層、10・・・n形波散層、11
・・・層間絶縁膜、12・・・2層目のアルミ電極、4
1・・・厚いn形エピタキシャル層。 尤 3 図 1′ 、f75 図 %+ 図 第 2 図 第 7 図 第 3 H−χ 第1頁の続き @発明者幸1)豊正 0発 明 者 志 水 勲 [相]発明者金子 電工 高崎市西横手町111番地 株式会社日立製作所高崎工
場内央研究所内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、−導電形の半導体基体の主表面領域に、互いに離れ
    て設けられた上記基体と反対導電型のエミッタ領域とコ
    レクタ領域を有し、上記基体をベース領域とするラテラ
    ルトランジスタにおいて、上記コレクタ領域の周囲にエ
    ミッタ領域を配置し、エミッタのコレクタに近い側に、
    ベース領域と同一導電型の高不純物濃度領域を有し、エ
    ミッタの外側にエミッタと接するように、前記高不純物
    濃度層よりも、さらに−桁以上高い濃度で、上記基体と
    同一導電型の埋込層にまで達する程深い上記基体と同一
    導電型の拡散層を有してなることを特徴とする半導体装
    置。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
    コレクタ表面周囲に上記基体と反対導電型の低不純物濃
    度領域が接してなることを特徴とする半導体装置。 3、特許請求の範囲第2項記載の半導体装置において、
    エミッタ電極がコレクタ周囲の上記基体と反対導電型の
    低不純物濃度領域上まで絶縁物を介して延在してなるこ
    とを特徴とする半導体装置。 4、特許請求の範囲第2項、又は第3項記載の半導体装
    置において、上記基体は上記基体と反対導電型の半導体
    基板の一部凹陥部上にエピタキシャル成長させた深い半
    導体領域であることを特徴とする半導体装置。 5、特許請求の範囲第4項記載の半導体装置において、
    エミッタ領域およびコレクタ領域として用する拡散層は
    、分離拡散層としても用いていることを特徴とする半導
    体装[。
JP59087704A 1984-05-02 1984-05-02 半導体装置 Pending JPS60233856A (ja)

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JPS60233856A true JPS60233856A (ja) 1985-11-20

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JP (1) JPS60233856A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077594A (en) * 1990-03-16 1991-12-31 Motorola, Inc. Integrated high voltage transistors having minimum transistor to transistor crosstalk
US5272371A (en) * 1991-11-19 1993-12-21 Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. Electrostatic discharge protection structure

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