JPS6222464B2 - - Google Patents

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JPS6222464B2
JPS6222464B2 JP53059228A JP5922878A JPS6222464B2 JP S6222464 B2 JPS6222464 B2 JP S6222464B2 JP 53059228 A JP53059228 A JP 53059228A JP 5922878 A JP5922878 A JP 5922878A JP S6222464 B2 JPS6222464 B2 JP S6222464B2
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JP
Japan
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region
gate
channel
fet
channel region
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Application number
JP53059228A
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Japanese (ja)
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JPS54150092A (en
Inventor
Toyoki Takemoto
Haruyasu Yamada
Michihiro Inoe
Hideaki Sadamatsu
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置に関し、とくに低雑音の接
合形電界効果トランジスタ(接合形FET)構造
並びにバイポーラ半導体素子と一体形成された半
導体集積回路(IC)構造に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a low-noise junction field effect transistor (junction FET) structure and a semiconductor integrated circuit (IC) structure integrally formed with a bipolar semiconductor element.

接合形FETは2乗特性などバイポーラ素子に
ない特徴を有し、音響分野を始めとして各分野で
使用されるに至つており、最近このFETとバイ
ポーラ素子を一体に組込んだ集積回路(IC)が
必要とされ、これらを一体化する試みが行われて
いる。
Junction type FETs have characteristics that bipolar elements do not have, such as square-law characteristics, and have come to be used in various fields including acoustics, and recently integrated circuits (ICs) that incorporate this FET and bipolar elements have been developed. are required, and attempts are being made to integrate them.

この目的の一つはFETを導入することによ
り、入力インピーダンスの増加による混変調の減
少や、低雑音性Oバイヤス動作による部品点数の
削減を可能にするなどの回路的な自由度の増加を
可能とすることで、FETを一体化構成してIC化
することにより、単体のFETを用いる場合に比
べ占有面積の低減とコストダウン、相互結線部等
に誘起される雑音が減少する利益を得ることがで
きる。
One of the objectives is to increase circuit flexibility by introducing FETs, such as reducing cross-modulation due to increased input impedance and reducing the number of components due to low-noise O-bias operation. By integrating the FET into an IC, it is possible to obtain the benefits of reducing the occupied area and cost, as well as reducing noise induced in interconnection parts, etc., compared to using a single FET. I can do it.

従来FETとバイポーラ素子を一体化構成した
ICはpch形FETを用いたものにかぎり市場に存在
しており、主にオペアンプ用として開発されてい
た。この理由はnch形は製作が困難な上、後述す
るごとく雑音特性が良好でないことによつてお
り、さらに+,−の電源を使用することが許容さ
れるオペアンプではFETのソースを−に引き下
げることによりpch FETの使用が可能なためで
ある。
Integrated configuration of conventional FET and bipolar element
Only ICs using PCH type FETs existed on the market, and were mainly developed for operational amplifiers. The reason for this is that the nch type is difficult to manufacture and, as will be explained later, has poor noise characteristics.Furthermore, in operational amplifiers that are allowed to use + and - power supplies, the FET source must be pulled down to -. This is because it is possible to use a pch FET.

ところで、エピタキシヤル成長層内にゲート拡
散領域を作り込む通常の上部ゲート構造のFET
はチヤンネル厚みがエピタキシヤル層の厚みとゲ
ート拡散領域の拡散深さの差によつて決定され、
それらの厳密な制御が必要とされる。一方、集積
回路におけるバイポーラトランジスタのベース巾
決定は微妙な熱処理時間の配分によつて行われ、
それによつて望ましいhfe(電流増幅率)を得て
いる。したがつて、チヤンネル厚みとベース巾の
微妙な制御とは熱処理条件内に共存出来ず上記通
常のFETとバイポーラ素子とのIC化は極めて困
難である。
By the way, FETs with a normal upper gate structure in which a gate diffusion region is created in the epitaxial growth layer
The channel thickness is determined by the difference between the thickness of the epitaxial layer and the diffusion depth of the gate diffusion region,
Their strict control is required. On the other hand, determining the base width of bipolar transistors in integrated circuits is done by delicately distributing heat treatment time.
As a result, the desired hfe (current amplification factor) is obtained. Therefore, delicate control of channel thickness and base width cannot coexist within the heat treatment conditions, and it is extremely difficult to integrate the above-mentioned ordinary FET and bipolar element into an IC.

そこで、バイポーラ素子と一体化にIC化され
るFETとしては第1図に示すバツクゲート構造
のものが採用される。第1図はバイポーラ素子と
集積回路内で一体化される従来のpch FETを示
している。すなわち、ICでは、チヤンネル領域
の形成が、バイポーラトランジスタのベース巾が
変化するほどの熱処理を行うことなく可能となり
かつDC的に安定な特性を得ることができる表面
チヤンネル、バツクゲート構造のFETが採用さ
れる。
Therefore, as an FET integrated into an IC with a bipolar element, a back gate structure as shown in FIG. 1 is adopted. FIG. 1 shows a conventional PCH FET integrated within an integrated circuit with a bipolar device. In other words, in ICs, FETs with a surface channel or back gate structure are used, which enable the formation of a channel region without performing heat treatment that would change the base width of the bipolar transistor, and which provide stable DC characteristics. Ru.

第1図はこのバツクゲート構造の一般的構造を
示し、1はp形基体で、2はp形基体1上に形成
されたn形1〜3Ω−cmのエピタキシヤル層より
なるバツクゲート領域であり、3,4はp+拡散
層よりなるソース、ドレイン領域でn形エピタキ
シヤル層2内に形成されるバイポーラトランジス
タのベース領域(図示せず)と同時に形成され
る。5はn+拡散ゲートコンタクト領域である。
6は低濃度のp形チヤンネル領域でエピタキシヤ
ル層2上面からイオン注入法により制御性よく形
成される。7は熱酸化膜で、8S,8D,8Gはそ
れぞれソース3、ドレイン4、ゲート5の金属電
極である。このFETの動作は、チヤンネル領域
6のコンダクタンス制御をゲート領域2で行うこ
とによりなされる。つまりゲート電極8Gにバイ
アス電圧を加えることにより、チヤンネル領域6
の裏面よりバイアス電圧が加えられコンダクタン
ス制御が行なわれる。この様な接合形FETはチ
ヤンネル領域6が上面に形成されているので、チ
ヤンネルの深さ及び濃度はエピタキシヤル層2の
厚さ及び濃度に強く依存せず、上面からドーブす
る不純物量にほぼ一義的に決定される利点があ
り、イオン注入法等を用いて形成すれば非常に高
精度な低抵抗チヤンネルを形成出来る。
FIG. 1 shows the general structure of this backgate structure, where 1 is a p-type substrate, 2 is a backgate region made of an n-type epitaxial layer of 1 to 3 Ω-cm formed on the p-type substrate 1, Reference numerals 3 and 4 denote source and drain regions made of p + diffusion layers, which are formed simultaneously with the base region (not shown) of the bipolar transistor formed in the n-type epitaxial layer 2. 5 is an n + diffusion gate contact region.
Reference numeral 6 denotes a lightly doped p-type channel region which is formed from the upper surface of the epitaxial layer 2 by ion implantation with good controllability. 7 is a thermal oxide film, and 8 S , 8 D , and 8 G are metal electrodes for the source 3 , drain 4 , and gate 5 , respectively. The operation of this FET is achieved by controlling the conductance of the channel region 6 using the gate region 2. In other words, by applying a bias voltage to the gate electrode 8 G , the channel region 6
A bias voltage is applied from the back side of the capacitor to control conductance. In such a junction FET, the channel region 6 is formed on the top surface, so the depth and concentration of the channel do not strongly depend on the thickness and concentration of the epitaxial layer 2, but are almost exclusively determined by the amount of impurities doped from the top surface. It has the advantage of being determined by the method, and if formed using an ion implantation method or the like, it is possible to form a low resistance channel with very high precision.

しかしながらこの素子にも重大なる欠点が存在
している。つまりチヤンネル領域6中の走行キヤ
リヤが、チヤンネル領域6下方からのゲートバイ
アス電圧により制御されるので、チヤンネル領域
6表面近傍をキヤリヤが走り雑音の原因となる。
これは酸化膜7とチヤンネル領域6との界面近傍
では表面準位との電荷の受授、加工歪等の表面で
の欠陥等多くの雑音原因が存在する為である。こ
の欠点を除去すべくチヤンネル領域6表面にキヤ
リヤを流さない様にする方法が考えられている。
However, this device also has significant drawbacks. That is, since the carrier running in the channel region 6 is controlled by the gate bias voltage applied from below the channel region 6, the carrier runs near the surface of the channel region 6 and causes noise.
This is because there are many sources of noise near the interface between the oxide film 7 and the channel region 6, such as charge exchange with the surface level and defects on the surface such as processing strain. In order to eliminate this drawback, methods have been devised to prevent the carrier from flowing onto the surface of the channel region 6.

すなわち第1の例として第2図に示すFET
は、チヤンネル領域6表面の熱酸化膜7上に電圧
印加電極8chを設けることによつて、チヤンネル
領域6表面に電気的に反転領域9を出現させチヤ
ンネル領域6と熱酸化膜7の境界面で1/f雑音
の原因となる部分にキヤリヤを流さないようにし
たものである。しかしながらこのFETにおいて
チヤンネル領域6中に反転領域9を形成する為に
は、熱酸化膜7厚にもよるが一般に10Vをはるか
に越える大きな電圧が必要となり、通常ICには
不向きである。
In other words, as a first example, the FET shown in Figure 2
By providing 8 voltage application electrodes on the thermal oxide film 7 on the surface of the channel region 6, an electrically inverted region 9 appears on the surface of the channel region 6, and an electrically inverted region 9 is created at the interface between the channel region 6 and the thermal oxide film 7. This prevents the carrier from flowing into the part that causes 1/f noise. However, in order to form the inversion region 9 in the channel region 6 in this FET, a large voltage of much more than 10 V is generally required, although it depends on the thickness of the thermal oxide film 7, which is usually unsuitable for ICs.

また第2の例としてチヤンネル領域6の表面に
真性半導体層(i層)の如き高抵抗層を設け、チ
ヤンネル領域6の表面キヤリヤを流さない方法も
考えられる。この方法においてはi層自身の不純
物濃度が低いことからチヤンネル領域6からi層
へのキヤリヤの移動が起りやすく、i層中での再
結合はこの移動キヤリヤにより行われ表面での雑
音成分はいぜんとして存在し、大幅な低減は望め
ない。
Further, as a second example, a method can be considered in which a high resistance layer such as an intrinsic semiconductor layer (i-layer) is provided on the surface of the channel region 6 so that the surface carrier of the channel region 6 does not flow. In this method, since the impurity concentration of the i-layer itself is low, carriers are likely to move from the channel region 6 to the i-layer, and recombination in the i-layer is performed by these moving carriers, so that noise components on the surface are no longer generated. exist, and no significant reduction can be expected.

本発明者らが試作した集積回路にもとづきバツ
クゲート表面チヤンネル形のFETを検討する。
本発明者らは、第1図の構造を基本としpウエル
内に形成されたnch FET、バイポーラトランジ
スタ、抵抗を一体化したICを試作した。第3図
はこのICを示し、n形埋込領域10a,10
b,10cの形成されたp形半導体基板1上にn
形エピタキシヤル層2が形成され、さらにバツク
ゲートとなるpウエル11a、抵抗形成用のpウ
エル11bが形成され、pウエル11aの中にゲ
ートコンタクト領域12がバイポーラトランジス
タのベース領域13と同時に形成される。ソー
ス、ドレイン領域14,15、抵抗コンタクト領
域16,17はトランジスタのエミツタ領域18
と同時に形成され、14,15間に表面チヤンネ
ル領域19が、16,17間に抵抗領域20が形
成される。21,22,23,24,25はそれ
それソース、ドレイン、ゲート、エミツタ、ベー
スの各電極、26,27は抵抗電極である。28
は酸化膜、29はp+形分離領域、30はチヤン
ネル領域19上のMOSゲート用電極である。。
A back gate surface channel type FET will be studied based on an integrated circuit prototyped by the inventors.
The present inventors prototyped an IC based on the structure shown in FIG. 1, which integrated a nch FET formed in a p-well, a bipolar transistor, and a resistor. FIG. 3 shows this IC, with n-type buried regions 10a, 10
b, 10c are formed on the p-type semiconductor substrate 1.
A type epitaxial layer 2 is formed, and further a p-well 11a serving as a back gate and a p-well 11b for forming a resistor are formed, and a gate contact region 12 is formed in the p-well 11a at the same time as a base region 13 of a bipolar transistor. . The source and drain regions 14 and 15 and the resistor contact regions 16 and 17 are the emitter region 18 of the transistor.
At the same time, a surface channel region 19 is formed between 14 and 15, and a resistance region 20 is formed between 16 and 17. Reference numerals 21, 22, 23, 24, and 25 are source, drain, gate, emitter, and base electrodes, respectively, and 26 and 27 are resistance electrodes. 28
29 is an oxide film, 29 is a p + type isolation region, and 30 is a MOS gate electrode on channel region 19. .

この第3図のICでは、pウエル11の製作
が、バイポーラトランジスタ製作上の他の熱処理
条件とのバランスの上で導入されているが、pウ
エル形成の後はnch FETならびに抵抗の各領域
をバイポーラ素子の各領域の形成と共用して作成
することができる。
In the IC shown in FIG. 3, the p-well 11 is manufactured in balance with other heat treatment conditions for bipolar transistor manufacturing, but after the p-well is formed, the nch FET and resistor regions are It can be created in common with the formation of each region of a bipolar element.

このICにおいて、FETは、チヤンネルの比抵
抗にもよるが比抵抗が数KΩ/口、チヤンネル厚
さが0.1〜0.4μm程度であるとき、Vp(ピンチ
オフ電圧)、IDSS(ドレイン飽和電流)、qn(相
互コンダクタンス)などのDCパラメータ、バイ
ポーラトランジスタのhfe,VCBO,VCEOなどは
特性値として満足するものが得られた。しかるに
本発明者らは第3図のFETの雑音性能を検討し
た結果、全周波数範囲にわたつて雑音が大きく、
特に、1/f雑音が大で10Hz近傍では入力換算雑
音電圧は1μV/√Hzを越えるチツプも存在し、
pch FETよりも悪いことが判明した。これは、
チヤンネルの表面をキヤリアが走行するため、主
に酸化膜シリコン面に存在するトラツプでの電荷
の受授、表面の結晶欠陥による表面雑音を生じる
ことによると思われる。さらにMSゲートを設
けても雑音性能が悪く、特にpch形に比べnch形
は低周波領域での特性が悪い。これは理論的には
定説はないが、チヤンネル内のキヤリアの種類に
関係しているように思われる。このように表面
ch形のFETは雑音的に望ましくないことが思い
出された。
In this IC, the FET has V p (pinch-off voltage), I DSS (drain saturation current) when the resistivity is several KΩ/unit and the channel thickness is about 0.1 to 0.4 μm, depending on the resistivity of the channel. , q n (mutual conductance), h fe , V CBO , V CEO of bipolar transistors, etc., satisfactory characteristic values were obtained. However, as a result of examining the noise performance of the FET shown in Figure 3, the inventors found that the noise was large over the entire frequency range.
In particular, there are chips with large 1/f noise that have an input equivalent noise voltage exceeding 1 μV/√Hz near 10 Hz.
Turns out it's worse than pch FET. this is,
This is thought to be due to the fact that the carrier travels on the surface of the channel, which causes surface noise due to the transfer of charges mainly at traps existing on the silicon oxide film surface and crystal defects on the surface. Furthermore, even if an MS gate is provided, the noise performance is poor, and in particular, the nch type has poor characteristics in the low frequency region compared to the pch type. There is no established theory on this, but it seems to be related to the type of carrier within the channel. surface like this
It was recalled that CH-type FETs are undesirable in terms of noise.

以上述べて来たように本発明者らは、単体素子
の接合形FETの製作条件の検討からDC特性のバ
ラツキを少なくさせるためには、チヤネルの深さ
及びゲートの深さは深くしてはいけないこと及び
表面部分をキヤリアを走行させると雑音特に1/
f雑音が増加すること、MOSゲートを付設して
も多大な電圧が必要なことを見い出した。またバ
イポーラ素子と一体化構成する時、FETとして
DC特性的に安定な特性を得るためには熱処理条
件として高温にする必要のないバツクゲート形が
必要であるが、この素子は雑音特性的に悪く、主
に1/f雑音が大きく実用的に問題があり、さら
に、良好な抵抗体の形成も困難で音響機器等の各
種電子機器に好適な一体化ICを得ることは困難
なことが判明した。
As stated above, the inventors of the present invention have determined that the depth of the channel and the depth of the gate should be increased in order to reduce the variation in DC characteristics based on the study of the manufacturing conditions of a single-element junction FET. Things that should not be done and when the carrier is run on the surface area, noise especially 1/1
It was discovered that the f-noise increases and that even if a MOS gate is attached, a large amount of voltage is required. Also, when integrated with a bipolar element, it can be used as a FET.
In order to obtain stable DC characteristics, a back-gate type device is required that does not require high heat treatment conditions, but this device has poor noise characteristics, mainly high 1/f noise, which is a practical problem. Furthermore, it has been found that it is difficult to form a good resistor and to obtain an integrated IC suitable for various electronic devices such as audio equipment.

そこで、表面チヤネル領域19の表面全面にチ
ヤンネルとは反対導電形の表面でのキヤリア流れ
を阻止する反転層をもうけることが考えられる
が、反転層が高濃度の不純物領域の場合は、ドレ
イン−ゲート間及びソース−ゲート間の耐圧が低
く、通常使用条件では破壊される可能性が多い。
また反転層が低濃度の場合は、ゲートに電圧を印
加した場合の空乏層の広がりが、チヤネル方向で
なく、反転層内部にも広がり、反転層を上部ゲー
トとして用いた場合ゲート電圧による制御能率が
低く、したがつて相互コンダクタンスgnが低
く、かつ空乏層が反転層及びチヤネル両方に及ぶ
ためドレイン電流IDのバラツキが大きくなる。
そしてこの上部ゲートが低濃度のため、必然的に
高抵抗となり、このためゲート入力抵抗の増加に
よる熱雑音がきわめて増加する欠点を有してい
る。
Therefore, it is conceivable to form an inversion layer on the entire surface of the surface channel region 19 to block the carrier flow on the surface of conductivity type opposite to that of the channel, but if the inversion layer is a highly doped region, the drain-gate The withstand voltage between the source and the gate is low, and there is a high possibility that it will be destroyed under normal usage conditions.
In addition, when the inversion layer has a low concentration, the depletion layer when a voltage is applied to the gate spreads not in the channel direction but also inside the inversion layer, and when the inversion layer is used as the upper gate, the control efficiency by gate voltage is Therefore, the mutual conductance g n is low, and the depletion layer extends to both the inversion layer and the channel, resulting in large variations in the drain current I D .
Since this upper gate has a low concentration, it inevitably has a high resistance, which has the drawback of significantly increasing thermal noise due to an increase in gate input resistance.

そこで、このような点に鑑み、本発明者らは特
願昭52−102426号にてDC特性、雑音特性がすぐ
れ集積化に好適な接合形FETを提案した。この
FETはソース、ドレイン領域間の表面チヤンネ
ル領域(たとえば第3図の19)内にこの領域と
反対導電形の高濃度の表面不純物導入領域をドレ
インと分離して形成したものである。この構造に
よれば雑音の原因となる表面のキヤリアを阻止で
き、チヤンネルと反対導電形の高濃度の表面不純
物領域がドレインと分離しているため高濃度とす
ることができてその抵抗は非常に小さく出来るた
め、入力抵抗による熱雑音成分はほとんど無視出
来る。第4図の曲線Iはこの特願昭52−102426号
にて提案されたFETの雑音特性を示すが、部分
的な高濃度表面領域の存在により、第3図の
FETより数KHz前後の雑音で1〜2nV/√Hzの値
が得られている。
Therefore, in view of these points, the present inventors proposed a junction type FET which has excellent DC characteristics and noise characteristics and is suitable for integration in Japanese Patent Application No. 102426/1982. this
The FET has a surface channel region (for example, 19 in FIG. 3) between the source and drain regions in which a high concentration surface impurity doped region of the opposite conductivity type to this region is formed separated from the drain. This structure can prevent surface carriers that cause noise, and since the high concentration surface impurity region of the opposite conductivity type to the channel is separated from the drain, it can be highly concentrated and its resistance is extremely low. Since it can be made small, thermal noise components due to input resistance can be almost ignored. Curve I in Fig. 4 shows the noise characteristics of the FET proposed in this patent application No. 52-102426.
A value of 1 to 2 nV/√Hz has been obtained with noise around several KHz compared to FET.

しかしながらこの構造においても若干の欠点が
ある。それは10Hz前後の雑音電圧の上昇である。
これは主にゲート領域としても用いられる高濃度
表面領域とソース、ドレイン間の表面全体が、先
にのべたように耐圧向上のために高濃度領域で覆
われていないことに起因している。
However, this structure also has some drawbacks. This is an increase in the noise voltage around 10Hz.
This is mainly due to the fact that the entire surface between the high-concentration surface region, which is also used as a gate region, and the source and drain regions is not covered with the high-concentration region in order to improve the breakdown voltage, as described above.

そこで、本発明はさらにこの低周波領域での雑
音特性を向上させるため、ドレイン並びにソース
領域と高濃度反転領域の間に低濃度反転領域を加
えたこと特徴とするものである。
Therefore, the present invention is characterized in that a low concentration inversion region is added between the drain and source regions and the high concentration inversion region in order to further improve the noise characteristics in this low frequency region.

nch FETとバイポーラ素子とを一体化形成し
た本発明の一実施例にかかるICの製造方法を第
5図に従つて説明する。
A method of manufacturing an IC according to an embodiment of the present invention in which a nch FET and a bipolar element are integrally formed will be described with reference to FIG.

第5図aはp形、(111)面指数、1〜10Ω−cm
のウエハー基板表面に、As又はSbにより形成さ
れたn+埋込拡散層31a,31b,31cが形
成された状況を示している。
Figure 5 a is p-type, (111) plane index, 1 to 10 Ω-cm
This figure shows a situation in which n + buried diffusion layers 31a, 31b, and 31c made of As or Sb are formed on the surface of a wafer substrate.

しかるのち、基板1上にSicl4を用いたエピタ
キシヤル成長を行わせ、比抵抗0.5〜3Ω−cmの
n形エピタキシヤル層32を生成し、BBr3ある
いはBcl3よりなるソースから拡散を行い、p+
アイソレーシヨン拡散層33を形成して層32を
島領域に分離する。この層33の形成に際しては
あらかじめ層33の形成部に高濃度の不純物を拡
散し、しかるのちさらに不純物を深く熱処理拡散
する。このさらに深く拡散すると同じ工程で
FETのバツクゲート領域、抵抗形成用の領域と
なる島状の領域pウエル34a,34cを形成す
る。すなわち、pウエル34a,34cは通常の
熱拡散法あるいはイオン注入法の選択的ドーピン
グの後それに続く上記熱処理により形成され比抵
抗は0.5〜数Ω−cm、巾約5μmである(b)。
Thereafter, epitaxial growth using SiCl 4 is performed on the substrate 1 to form an n-type epitaxial layer 32 with a specific resistance of 0.5 to 3 Ω-cm, and diffusion is performed from a source made of BBr 3 or Bcl 3 . A p + type isolation diffusion layer 33 is formed to separate layer 32 into island regions. When forming this layer 33, a high concentration impurity is first diffused into the formation portion of the layer 33, and then the impurity is further deeply diffused by heat treatment. This deeper diffusion will result in the same process.
Island-shaped p-well regions 34a and 34c are formed to serve as a back gate region of the FET and a region for forming a resistor. That is, the p-wells 34a and 34c are formed by selective doping using a conventional thermal diffusion method or ion implantation method, followed by the above-mentioned heat treatment, and have a specific resistance of 0.5 to several Ω-cm and a width of about 5 μm (b).

次にpウエル34aとエピタキシヤル層32上
に選択的にBBr3,Bcl3、B2O3などのボロンソー
スからの拡散を施し、npnトランジスターのp+
形ベース領域35と、nch FETの抵抗性のp+
ゲートコンタクト部36を同時に形成する(c)。
Next, a boron source such as BBr 3 , Bcl 3 , B 2 O 3 is diffused selectively onto the p-well 34a and the epitaxial layer 32, and the p +
A shaped base region 35 and a resistive p + type gate contact portion 36 of the nch FET are simultaneously formed (c).

しかるのち、POcl3,P2O5等のリン(p)ソー
スからベース領域35内にn+形のエミツタ領域
37、FETのpウエル34a内にn+形のソー
ス、ドレイン領域38,39、pウエル34c内
に抵抗領域のn+形コンタクト部40,41を1.3
〜2.0μmの深さに選択形成する。この拡散に際
して、あらかじめ高濃度のリン(p)を浅く拡散
し、しかるのち所定の温度で熱処理する方法を用
いる。このときの浅い拡散が終了したのち、
FETのチヤンネル形成部ならびに抵抗領域形成
部にリン(p)を拡散法あるいは100〜150KeV程
度のエネルギーのイオン注入法により低濃度にド
ーピングし、上記熱処理と同時にリンを拡散して
約0.4〜1.0μmの深さの低比抵抗のn形チヤンネ
ル領域42a、これと同一濃度、同一深さのn形
抵抗領域42cをそれぞれソース、ドレイン間3
8,39ならびにコンタクト部40,41間に形
成する(d)。
Thereafter, an n + type emitter region 37 is formed in the base region 35 from a phosphorus (p) source such as POcl 3 or P 2 O 5 , and n + type source and drain regions 38, 39 are formed in the FET p well 34a. The n + type contact portions 40 and 41 of the resistance region are formed in the p well 34c by 1.3 mm.
Selectively form at a depth of ~2.0 μm. For this diffusion, a method is used in which highly concentrated phosphorus (p) is first diffused shallowly and then heat-treated at a predetermined temperature. After this shallow diffusion ends,
Phosphorus (p) is doped at a low concentration into the FET channel forming part and resistance region forming part by diffusion method or ion implantation method with an energy of about 100 to 150 KeV, and at the same time as the above heat treatment, phosphorus is diffused to a thickness of about 0.4 to 1.0 μm. A low resistivity n-type channel region 42a with a depth of
8 and 39 and between the contact portions 40 and 41 (d).

こうしたのち、本発明の特徴とするp形低濃度
領域43をチヤンネル領域42a表面に形成す
る。この形成はチヤンネル領域42a形成時のマ
スクをそのまま用いてイオン注入法でボロンを注
入し、チヤンネル領域42a表面に選択的にp形
低濃度領域43を形成する。このとき、抵抗領域
42cにも同様にp形低濃度領域44が形成され
るが、この領域44は浅いため抵抗の特性を大巾
に変化させるほどのものではない。領域43はチ
ヤンネル表面の電流を阻止するもので、チヤンネ
ル42aの形成時にその表面に酸化膜が形成さ
れ、イオン注入によりこの酸化膜を介して制御性
良くたとえば0.05μ以下に浅く形成され、その比
抵抗として数100Ω〜数KΩ/口を有する。なお
この領域43の形成はドープドオキサイド法等を
用いることも可能である。
After this, a p-type low concentration region 43, which is a feature of the present invention, is formed on the surface of the channel region 42a. In this formation, boron is implanted by ion implantation using the same mask used for forming the channel region 42a, and p-type low concentration regions 43 are selectively formed on the surface of the channel region 42a. At this time, a p-type low concentration region 44 is similarly formed in the resistance region 42c, but since this region 44 is shallow, it does not significantly change the resistance characteristics. The region 43 is for blocking current on the surface of the channel, and an oxide film is formed on the surface when the channel 42a is formed, and by ion implantation, it is formed through this oxide film to a shallow depth of, for example, 0.05μ or less, with good controllability, and the ratio is It has a resistance of several 100Ω to several KΩ/port. Note that this region 43 can also be formed using a doped oxide method or the like.

次に特願昭52−102426号にて提案した表面電流
阻止用の反転層すなわち高濃度不純物導入領域4
5を形成する。この領域45はチヤンネル領域と
は反対のp形でその厚さは500Å〜3000Åのごく
薄い層よりなり、p形のボロン不純物を拡散法、
ドーブドオキサイド法、ドーブドポリシリコン法
などの手段により形成する表面濃度は1019
1021/cm3と高濃度を有し、ソース、ドレイン領域
38,39とは分離形成され、ゲート領域34に
までその一部が延びており(図示せず)pウエル
34aと接続されている(e)。したがつてこの領域
45の両側のソース、ドレインとの間にp形の領
域43a,43bが分離形成された形となる。
Next, the inversion layer for blocking surface current, that is, the high concentration impurity doped region 4 proposed in Japanese Patent Application No. 52-102426.
form 5. This region 45 is a p-type opposite to the channel region, and is made of a very thin layer with a thickness of 500 Å to 3000 Å.
The surface concentration formed by doped oxide method, doped polysilicon method, etc. is 10 19 ~
It has a high concentration of 10 21 /cm 3 , is formed separately from the source and drain regions 38 and 39, and partially extends to the gate region 34 (not shown) and is connected to the p-well 34a. (e). Therefore, p-type regions 43a and 43b are formed separately between the source and drain on both sides of this region 45.

しかるのち、通常の集積回路技術にて用いられ
るSiO2,Al2O3等の絶縁膜46を形成し、所定部
を開孔してソース、ドレイン、ゲート電極47,
48,49、エミツタ、ベース電極50,51、
抵抗電極52,53を形成し第5図fに示すIC
が完成される。なお、54,55はチヤンネル領
域42a、抵抗領域42c上に薄い絶縁膜56
a,56cを介して設置されたゲート電極であ
る。特にAl2O3は−の電荷を有しており、ゲート
の印加電圧が小さくてよく好都合である。
After that, an insulating film 46 made of SiO 2 , Al 2 O 3 or the like used in normal integrated circuit technology is formed, and holes are opened in predetermined areas to form source, drain, and gate electrodes 47 ,
48, 49, emitter, base electrode 50, 51,
The IC shown in FIG. 5f is formed by forming resistance electrodes 52 and 53.
is completed. Note that 54 and 55 are thin insulating films 56 on the channel region 42a and the resistance region 42c.
This is a gate electrode installed via a and 56c. In particular, Al 2 O 3 has a negative charge and is advantageous because the voltage applied to the gate is small.

さて、まずこうして作成されたICにおいて、
抵抗領域42cより形成される抵抗体はピンチオ
フ電圧Vpは約10〜30Vが得られ、このICで使用
される5Vの電圧では飽和せず抵抗値も比抵抗200
〜1KΩ/口の高い値を得ることができ、耐圧も
20V〜30Vと高く直線性にすぐれたものであり、
充分使用に供するものである。さらに抵抗体にお
ける電極55は、拡散領域との反応により酸化絶
縁膜56cがチヤージマツプして耐圧のクリープ
現象などの不安定性および周囲雰囲気による絶縁
膜54cのチヤージアツプにより抵抗値が変わる
ことを防ぐものであり、これにより安定性を向上
させることができた。
Now, first of all, in the IC created in this way,
The resistor formed from the resistance region 42c has a pinch-off voltage V p of approximately 10 to 30V, and does not saturate at the 5V voltage used in this IC, and has a specific resistance of 200.
A high value of ~1KΩ/mouth can be obtained, and the withstand voltage is also high.
It has a high voltage of 20V to 30V and excellent linearity.
It is fully usable. Furthermore, the electrode 55 in the resistor prevents the oxide insulating film 56c from forming a charge map due to the reaction with the diffusion region, resulting in instability such as withstand voltage creep, and from changing the resistance value due to charge up of the insulating film 54c due to the surrounding atmosphere. , which made it possible to improve stability.

第5図fのバイポーラnpnトランジスタはhfe
=90±20,VCBO≒60V、VCKO≒25Vの通常の性
能を得ることができた。
The bipolar npn transistor in Figure 5 f is h fe
=90±20, V CBO ≒60V, V CKO ≒25V normal performance could be obtained.

本構造ICでのFETは、高濃度の表面不純物ド
ーピング領域45を形成することにより、Vp
0.9±0.2V程度の極めて小くかつバラツキの小さ
いものとすることができた。このように、ピンチ
オフ電圧を小さくできた理由は0.5〜1.0μ程度の
比較的浅い一方の導電形の表面チヤンネル領域り
500Å〜3000Å(0.05μ〜0.3μ)程度の極めて浅
い他方の導電形の表面領域を形成しており、チヤ
ンネル領域がこの表面領域により制御される割合
が極めて大きいためである。
The FET in this IC structure achieves V p =
It was possible to obtain an extremely small value of about 0.9±0.2V and a small variation. The reason why we were able to reduce the pinch-off voltage is because of the relatively shallow surface channel region of one conductivity type, approximately 0.5 to 1.0μ.
This is because an extremely shallow surface region of the other conductivity type of about 500 Å to 3000 Å (0.05 μ to 0.3 μ) is formed, and the channel region is controlled to a very large extent by this surface region.

すなわち第6図に示すごとくたとえばチヤンネ
ル領域42aの厚さを0.6μ、領域45の厚さを0.1
μとし、ゲート電圧によるチヤンネル領域内への
空乏層の拡がりを0.2μとしそれを破線で示す
と、空乏層は45の底面および42aの底面から
も0.2μずつひろがり、実質的にチヤンネル領域
の厚さは0.1μとなり、領域45がないバツクゲ
ートのみの場合のチヤンネル厚さ0.4μに比べて
極めて小さくなる。したがつて、領域45を浅い
チヤンネル領域42a内に設けるとチヤンネル領
域42aの制御性が格段に向上しピンチオフ電圧
を小さくすることができる。このように、領域4
5はバツクゲート構造のごとく浅いチヤンネル領
域42aの場合に予想以上に大きなチヤンネル制
御効果を得ることが判明した。
That is, as shown in FIG. 6, for example, the thickness of the channel region 42a is 0.6μ, and the thickness of the region 45 is 0.1μ.
If μ is assumed and the spread of the depletion layer into the channel region due to the gate voltage is 0.2μ, and this is shown by a broken line, the depletion layer will expand by 0.2μ from the bottom surface of 45 and the bottom surface of 42a, which is substantially the thickness of the channel region. The channel thickness is 0.1μ, which is extremely small compared to the channel thickness of 0.4μ in the case of only the back gate without the region 45. Therefore, if the region 45 is provided within the shallow channel region 42a, the controllability of the channel region 42a can be greatly improved and the pinch-off voltage can be reduced. In this way, area 4
It has been found that in the case of the channel region 42a having a shallow channel region 42a as in the case of a back gate structure, it is possible to obtain a larger channel control effect than expected.

さらに、本発明ではp形低濃度領域43a,4
3bがチヤンネル領域42a表面に形成されてお
り、高濃度領域45とソース、ドレイン間の表面
チヤンネル電流を阻止できるため、低周波領域で
の1/f雑音を極端に少なくすることができた。
第4図のは第5図fのFETにおける雑音性能
を示し、に比べて低周波領域での雑音が低下し
ていることがわかる。
Furthermore, in the present invention, the p-type low concentration regions 43a, 4
3b is formed on the surface of the channel region 42a and can block surface channel current between the high concentration region 45 and the source and drain, making it possible to extremely reduce 1/f noise in the low frequency region.
FIG. 4 shows the noise performance of the FET shown in FIG.

そして、領域43a,43bは低濃度であり、
接合形FETの耐圧は保つことができる。
The regions 43a and 43b have a low concentration,
The breakdown voltage of the junction type FET can be maintained.

なお、回路的に接合形FETのゲートをOバイ
アスにて使用する場合、ソースとゲート間に電圧
が1V前後しか印加されない場合があるが、その
ような目的にそつたデバイス構造としては、ソー
ス及び高濃度表面ゲート領域45が直接接触して
いることも可能である。このようにした場合に
は、低濃度領域43は、ドレインと高濃度ゲート
領域間の43bのみがチヤネル表面に存在するこ
とになる(図示せず)。
In addition, when using the gate of a junction FET with an O bias circuit, there are cases where only a voltage of around 1V is applied between the source and the gate. It is also possible that the heavily doped surface gate regions 45 are in direct contact. In this case, only the lightly doped region 43b between the drain and the heavily doped gate region 43b exists on the channel surface (not shown).

以上本発明の実施例として、主にNチヤネル接
合形FETのみを検討してきたが、pチヤネルの
場合においてもほぼ同様のことが言える。
In the above embodiments of the present invention, only N-channel junction FETs have been mainly considered, but almost the same can be said for P-channels as well.

以上述べてきたように、本発明によれば他の素
子と集積化しやすいバツクゲート形接合形FET
において、チヤネル表面に、高濃度及び低濃度反
転領域をを設置し、さらに表面チヤンネル上に絶
縁膜を介してゲート電極を設置することにより、
表面雑音の一層の低減ならびに安定性の向上、
1/f並びに熱雑音を著じるしく下げることが出
来た。
As described above, according to the present invention, a back-gate type junction FET that is easy to integrate with other elements can be used.
In this method, high-concentration and low-concentration inversion regions are installed on the surface of the channel, and a gate electrode is further installed on the surface channel with an insulating film interposed therebetween.
Further reduction of surface noise and improvement of stability,
It was possible to significantly lower 1/f and thermal noise.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1,2図はバツクゲート構造のFETの構造
断面図、第3図は本発明者らが試作したnch−
FETを組込んだICの部分断面図、第4図は本発
明者らの試作にかかるFETと本発明にかかる
FETの雑音特性曲線図、第5図aないしfは本
発明の一実施例にかかるnch−FETの組込まれた
ICの製造工程図、第6図は第5図のFETの要部
構造図である。 32……n形エピタキシヤル層、34a……p
ウエル(バツクゲート領域)、34c……pウエ
ル、35,37……ベース、エミツタ領域、38
……ソース領域、39……ドレイン領域、42a
……n形チヤンネル領域、43,43a,43c
……p形低濃度表面領域、45……表面p形高濃
度不純物導入領域。
Figures 1 and 2 are cross-sectional views of the FET with a back gate structure, and Figure 3 is a nch-
Figure 4 is a partial cross-sectional view of an IC incorporating an FET, and the FET prototyped by the present inventors and the present invention are shown in Fig. 4.
FET noise characteristic curve diagrams, FIGS.
Figure 6 is a diagram showing the manufacturing process of the IC, and is a structural diagram of the main parts of the FET shown in Figure 5. 32...n-type epitaxial layer, 34a...p
Well (back gate region), 34c...p well, 35, 37...base, emitter region, 38
... Source region, 39 ... Drain region, 42a
...N-type channel region, 43, 43a, 43c
. . . p-type low concentration surface region, 45 . . . surface p-type high concentration impurity doped region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に形成された接合形電界効果ト
ランジスタの一方の導電形のゲート領域となる半
導体層内に選択的に形成された上記トランジスタ
の他方の導電形のソース、ドレイン領域と、少く
とも上記ソース、ドレイン領域を接続するごとく
上記半導体層内にその表面からソース、ドレイン
領域よりも浅く形成された他方の導電形の低抵抗
性表面チヤンネル領域と、このチヤンネル領域内
に選択的に上記ソース、ドレイン領域と分離形成
され、上記接合形電界効果トランジスタのゲート
を高濃度化するために設けられた一方の導電形の
高濃度の表面不純物導入領域と、この表面不純物
導入領域と上記ドレイン領域間の上記チヤンネル
領域の表面に上記導入領域とドレイン領域に接し
て形成された一方の導電形の低濃度領域と、上記
チヤンネル領域表面に絶縁膜を介して形成された
ゲート電極とを備えたことを特徴とする半導体装
置。 2 半導体層内にバイポーラ半導体素子が形成さ
れてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載の半導体装置。 3 高濃度の表面不純物領域がゲート領域と接続
されてなることを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載の半導体装置。 4 半導体層がPウエルよりなることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置。
[Claims] 1. Source and drain of the other conductivity type of the junction field effect transistor formed on the semiconductor substrate, which are selectively formed in a semiconductor layer serving as a gate region of one conductivity type of the transistor. a low resistance surface channel region of the other conductivity type formed shallower than the source and drain regions from the surface of the semiconductor layer so as to connect at least the source and drain regions; a high-concentration surface impurity-introduced region of one conductivity type that is selectively formed separately from the source and drain regions and is provided to highly impurity-concentrate the gate of the junction field effect transistor; and this surface impurity-introduced region. and a low concentration region of one conductivity type formed on the surface of the channel region between the channel region and the drain region in contact with the introduction region and the drain region, and a gate electrode formed on the surface of the channel region with an insulating film interposed therebetween. A semiconductor device characterized by comprising: 2. The semiconductor device according to claim 1, characterized in that a bipolar semiconductor element is formed within a semiconductor layer. 3. Claim 1, characterized in that the high concentration surface impurity region is connected to the gate region.
The semiconductor device described in . 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of a P-well.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0318413U (en) * 1989-03-02 1991-02-22

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