JPS61208260A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61208260A
JPS61208260A JP60048290A JP4829085A JPS61208260A JP S61208260 A JPS61208260 A JP S61208260A JP 60048290 A JP60048290 A JP 60048290A JP 4829085 A JP4829085 A JP 4829085A JP S61208260 A JPS61208260 A JP S61208260A
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JP
Japan
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region
collector
layer
buried
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP60048290A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Okada
豊 岡田
Katsuyoshi Washio
勝由 鷲尾
Tomoyuki Watabe
知行 渡部
Takahiro Okabe
岡部 隆博
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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Publication date
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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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0821Collector regions of bipolar transistors
    • 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

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、特に耐圧の高いバイポ
ーラ・トランジスタの構造に関する。
〔発明の電量〕
半導体素子を高速化するためには、素子の微細化が必須
である。特に、縦方向の微細化(接合のシャロー化)は
、バイポーラ・トランジスタの遮断周波数fTの向上の
有力な手段である。ところが、縦方向の微細化は、耐圧
を低下させるという問題を伴っていた。
以下、第2図を用いて、従来の半導体装置について説明
する。
第2図において、1はp型半導体基板、2はn++込層
、3はn型エピタキシャル層、4,5,6はp型領域、
7,8,9,10はn+型領領域11は素子分離領域を
表わす、2(エミッタ)、3a(エミッタ)、4(イン
ジェクタ)、5(ベース)、7(コレクタ)、8(コレ
クタ)でI”L回路を構成しており、2 (コレクタ)
、3b  (コレクタ)、6(ベース)、9 (エミッ
タ)、10 (コレクタ電極取出し領域)でnpnトラ
ンジスタを構成している。
さて、I2Lを高速化するためには、エピタキシャル層
3aの厚さを薄くしなければならない。
なぜなら、エピタキシャル層3aの厚さが厚いと、ベー
ス5から注入されるホールが多量に蓄積され、拡散容量
が大きくなるからである。他方、エピタキシャル層3b
を薄くすると、npnトランジスタの耐圧が下がってし
まう。即ち、ベース、コレクタ接合の空乏層が、n+埋
込層2に達するため、耐圧BVcaoが低下する。従っ
て、耐圧BVCEOも低下する6以上述べたようにI2
Lを高速化させることは、バイポーラ・トランジスタの
耐圧の低下を招くことになる。
以上の問題を解決する一手段として提案されているのが
G U T (Gate Underlaid Tra
nsistor)である、OUTは1981年のインタ
ーナショナル・ソリッド・ステイト・サーキット・コン
ファレンス(International 5olid
 5tate C1rcuitConference)
で提案されたように(IEEE 40〜41頁)、n+
埋込層を省く方法である。
第2図を用いて説明すれば、ベース層6の周辺の下には
、n4埋込層を設けず、ベース層6をゲートとし、エピ
タキシャル層3bをチャネルとする接合電界効果トラン
ジスタを形成する方法である。
この方法によれば、接合電界効果トランジスタがコレク
タと直列に設けられるため耐圧は向上するが反面、コレ
クタ直列抵抗が大きくなるという問題がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、薄いエピタキシャル層上に形成され、
耐圧が高く、コレクタ直列抵抗の低いnpnトランジス
タを提供することにある。
〔発明の概要〕
上記の問題の解決法として、ベース直下のn+埋込層を
省く方法があるにの方法は既に本発明者らが出願済みの
ものである。
第3図(a)、(b)はこの方法のトランジスタの平面
パターンと断面構造図である。ベース層6の直下には埋
込層がなく、ベース層6の周辺直下に埋込層2(斜線部
分)が設けられている。この埋込層2はコレクタ抵抗を
下げるためのものである。しかしながら、この方μでは
、ラッチアップを招き易いという問題がある。第3図(
a)、(b)の構造の等価回路を同図(c)に示す。本
装置では、ベース層6の直下の埋込層を省いたため、p
nphランジスタの電流増幅率β2が大きく、npnト
ランジスタのβnとの間にβ2×β、l>1となり得る
。さらに、基板抵抗が大きいために第3図(c)の基板
端子Sの電位は接地電位より高くなり得る。そのため、
この装置では、コレクタ端子から入るノイズによりラッ
チアップが起きてしまうのである。
本発明の半導体装置では、ベース・コレクタ間の耐圧B
Vcaoを向上させるために、ベース層直下のn+埋込
層を省き、さらに、コレクタ直列抵抗を低減させるため
に、ベース層周辺の少なくとも一部分の直下にn+埋込
層を設けるとともに、ラッチアップを避けるために、半
導体基板もしくはコレクタの少なくとも一方と金属電極
とによって構成されるショットキーダイオードを設けた
ものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の第1の実施例を第1図により説明する。
同図の符号1〜11は第3図の1〜11に対応する。
本実施例では、図示のごとく、ベース層6の直下には埋
込層を設けず、6の周辺部に埋込層2を設けて、さらに
埋込層2に達する10”cm−’以上の高濃度層10に
よりコレクタ抵抗を下げる。
この場合p型領域(エミッタ)6、n型エピタキシャル
層(ベース) 3b、半導体基板(コレクタ)1により
構成されるpnpトランジスタによる寄生の影響を除く
ために、金属電極13.14と101’cm−3以下の
低濃度n型層3bとによってショットキーダイオードS
BDを形成する。これにより等価回路は同図(c)のよ
うになる、同図(c)の5BDI、2はそれぞれ同図(
b)の13.14に対応する。これらのSBDの効果は
次の通りである。
まず、n型領域(エミッタ)9、p型領域(ベース)6
、n型エピタキシャル層(コレクタ) 3bによって構
成されるnpnトランジスタが飽和したとき、ベース6
とコレクタ3bのpn接合電圧が5BDIによりクラン
プされる。これによりベース6からコレクタ3へのホー
ルの注入、さらには基板1へのホールの注入を減少させ
ることができる。これにより、基板に流れる電流が減少
し基板電位が接地電位より上昇するのを防止できる。
従って同図(c)のS端子の電圧が上がらないため、ラ
ッチアップを起きにくくすることができる。
次に、5BD2の効果は、コレクタ端子に外因性の負電
圧のノイズが加わったとき、基板1とコレクタ3bのp
n接合が深く順バイアスされるのを防ぐことである。そ
のため、p層領域6、n型エピタキシャル層3.基板1
によって構成される寄生のPnPトランジスタ動作を避
けることが可能となり、ラッチアップを防止することが
できる。
なお、本実施例によれば、従来のプロセス工程を全く変
更することなく、マスクパターンを変更するだけで本発
明を実施することができる。
次に1本発明の第2の実施例を第4図により説明する。
同図の符号1〜11は第3図の1〜11に対応する。さ
らに、金属電極13とn型領域とによってショットキー
ダイオード5BDIを形成する点は第1図に示した第1
の実施例と同じである。本実施例では、基板1とコレク
タ3との間にショットキーダイオード5BD2を形成す
るために、不純物濃度が1017cn+−3以下のp型
低濃度層15を設ける。p型層15と金属電極16との
間には、15がアノード、16がカソードとなる5BD
2が形成される。
領域15はP型領域11を通じて基板1へ導通させる。
本実施例では、電極16がコレクタ電極と兼用できるの
で新らしく電極を追加しなくて済むので、配線の自由度
の点で有利である。
次に、本発明の第3の実施例を第5図により説明する。
同図の符号1〜14は第1図の1〜14に対応する0本
実施例では、ベース層6の直下に不純物濃度が10”c
m−’以下のn型領域17を追加する。
領域17の最高不純物濃度を領域2の最高不純物濃度(
10”c+s−”以上)より低くすることにより、耐圧
を確保する。領域17はコレクタの直列抵抗を減少させ
る点で効果がある。なお、領域17の不純物濃度は、所
望の耐圧を満たす限りにおいて、高くすることが可能で
ある。
次に、本発明の第4の実施例を第6図により説明する。
同図の符号1〜14は第2図の1〜11及び第1図の1
3.14に対応する1本実施例は、同一基板1上に、I
”L (3,4,5,7,8) 、通常のnpnトラン
ジスタ(3,6,9)及び本発明の素子を同時に設ける
ものである。本実施例では、エピタキシャル層3の厚さ
を薄くして、I”Lの動作速度を速くでき、さらに、耐
圧の高くない通常のnpnトランジスタと、耐圧の高い
npnトランジスタとを共存させることができる。なお
、本実施例も、従来のバイポーラ・プロセスによって実
施することが可能であり、利点が非常に大きい。
次に、本発明の第5の実施例を第7図により説明する。
本実施例は、本発明を次に述べるような装置に適用した
ものである。すなわち、この装置は、第1導電型の半導
体基板1上に形成した第2導電型の第1領域3を溝と溝
の下に設けた第1導電型の第2領域11とを用いて分離
し2分離された島の少なくとも1つの島にリニア素子を
形成し。
溝だけで区分した少なくとも1つの島にはI”L素子を
形成する構造を有する。第7図の符号1〜14は第6図
の1〜14と対応する。
この装置は、図示の如く、エツチング溝による素子分離
により高集積化を行ない、さらに、I”L部のエピタキ
シャル層を通常のnpnトランジス ゛り部のエピタキ
シャル層より薄くすることにより、nPnトランジスタ
の耐圧を低下させることなくI”Lを高速化したもので
あり、高集積・高速のI”Lディジタル回路と比較的耐
圧の高いアナログ回路を共存させるLSIに好適である
。本実施例は、そのようなLSIの入出力トランジスタ
の耐圧を50v以上にすることができ、LSIの適用範
囲を格段に拡大することを可能にする6本実施    
例では、npnトランジスタのコレクタ電極を素子分離
溝の下から取出すことができるので、第4の実施例の有
する効果に加えて、さらにコレクタの直列抵抗を小さく
できるという利点を有する。
さらに、第3の実施例と同様に、高耐圧トランジスタに
n型領域17を追加することにより、コレクタ抵抗を減
少することができる。また、領域17と同時にI”L部
分にもn型領域18を設けることができる。領域18の
不純物濃度をn型領域3の不純物濃度より高くする(例
えば10”c+a−”以下程度)ことにより、I”Lの
エミッタに蓄積されるホールが減少するので、I”Lの
高速化を図ることが可能である。さらに、領域18は4
,3,5で構成されるラテラルpnpトランジスタのベ
ース領域の不純物濃度を高くすることにもなるので、領
域5からインジェクタ4へのホール注入(インジェクタ
への戻り電流)を減少することができ、I”Lの電流増
幅率βを向上でき、製造余裕が増大するという大きな利
点を派生する。なお、第7図では。
領域17.18が領域3の途中まで上方向拡散された図
を示しであるが、領域17.18の上方向拡散が表面に
まで及んでいても何ら問題はない、なお1通常のnpn
トランジスタ部(9,6,3)には耐圧確保のために、
領域17と同じようなn型領域を設けない方が望ましい
〔発明の効果〕
本発明の効果は、第1に、薄いエピタキシャル層上に高
耐圧のトランジスタが形成できることである。エピタキ
シャル層の厚さが1.7#fflでBV(:E。
を70V以上にすることができた。第2に、npnトラ
ンジスタのベース層直下の高濃度埋込領域を省いたにも
かかわらず、コレクタ抵抗の増大を防止したことである
。第3に、ショットキーダイオードを付加することによ
り、ラッチアップを防止した点である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は第1の実施例の平面図、第1図(b)は
第1図(a)のA−B断面図、第1図(c)はその等価
回路図、第2図は従来構造の断面図、第3図(a)は本
発明の詳細な説明するために用いる平面図、第3図(b
)は第3図(a)のA−B断面図、第3図(c)はその
等価回路、第4図(a)は第2の実施例の平面図、第4
図(b)は第4図(a)のA−B断面図、第5図は第3
の実施例の断面図、第6図は第4の実施例の断面図、第
7図は第5の実施例の断面図である。 1・・・P型半導体基板 2・・・n+埋込層 3、3a、 3b・・・n型エピタキシャル層4.5,
6・・・n型領域 7.8,9.10−n型領域 11・・・分離用n型領域 13、14.16・・・ショットキーダイオード形成用
金属電極 15・・・n型領域 17、18・・・n型領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基板上に、上記第1導電型と
    は逆の第2導電型の第1領域を有し、該第1領域内に第
    1導電型の第2領域を有し、該第2領域内に第2導電型
    の第3領域を有する半導体装置において、上記第2領域
    の直下には高濃度の第2導電型の領域を設けず、上記第
    2領域の周辺の少なくとも一部の直下に高濃度の第2導
    電型の第4領域を設け、かつ上記半導体基板もしくは上
    記第1領域の少なくとも一方と金属電極とによって構成
    されるショットキーダイオードを設けたことを特徴とす
    る半導体装置。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において
    、上記第2領域の直下に上記第4領域より低不純物濃度
    の第2導電型の第5領域を設けたことを特徴とする半導
    体装置。
JP60048290A 1985-03-13 1985-03-13 半導体装置 Pending JPS61208260A (ja)

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JP60048290A JPS61208260A (ja) 1985-03-13 1985-03-13 半導体装置
KR1019860000889A KR860007749A (ko) 1985-03-13 1986-02-08 Sbd를 가진 고내압 바이포라 트랜지스터

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JP60048290A JPS61208260A (ja) 1985-03-13 1985-03-13 半導体装置

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JP60048290A Pending JPS61208260A (ja) 1985-03-13 1985-03-13 半導体装置

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KR (1) KR860007749A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006216802A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Hitachi Ulsi Systems Co Ltd 半導体装置
US8018006B2 (en) 2005-02-04 2011-09-13 Hitachi Ulsi Systems Co., Ltd. Semiconductor device having an enlarged space area surrounding an isolation trench for reducing thermal resistance and improving heat dissipation

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JP2006216802A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Hitachi Ulsi Systems Co Ltd 半導体装置
US8018006B2 (en) 2005-02-04 2011-09-13 Hitachi Ulsi Systems Co., Ltd. Semiconductor device having an enlarged space area surrounding an isolation trench for reducing thermal resistance and improving heat dissipation

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