JPS63219166A - 縦型ｐｎｐトランジスタ - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は集積回路に組込まれる縦型ＰＮＰトランジスタ
に関し、特に微細化し且つ特性良好な縦型ＰＮＰ　トラ
ンジスタに関する。

（ロ）従来の技術 従来の縦型ＰＮＰトランジスタとしては、例えば特開昭
５９−２１１２７０号公報の第１図に記載されているも
のが一般的である。

第３図は斯る構造の縦型ＰＮＰ　）ランジスタを示し、
Ｐ型シリコン半導体基板（１）上に積層して形成したＮ
型エピタキシャル層（２〉と、基板（１〉表面に形成し
たＮ＋型の埋込層（３）と、埋込層り３〉を取囲む様に
エピタキシャル層り２）を貫通したＰ＋型の上下分離領
域（４〉と、埋込層（３）に重畳して形成したＰ＋型の
コレクタ埋込層（５〉と、エピタキシャル層（２）表面
からコレクタ埋込層（５）まで達し、且つベース領域（
６）を囲む様に形成したＰ型のコレクタ導出領域（７）
と、ベース領域（６）表面に形成したＰ型のエミッタ領
域（８）及びＮ＋型のベースコンタクト領域（９）と、
酸化膜（１０）と、電極（１１〉とで構成きれている。

（ハ〉発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の縦型ＰＮＰ　トランジスタはコレ
クタ導出領域（７）及び上下分離領域（４）の一部をエ
ピタキシャル層（２）の厚みの半分以上深く拡散しなけ
ればならない為、パターンサイズが大になる欠点があっ
た。また、ベース領域（６）を低不純物濃度のエピタキ
シャル層（２）で形成する為、ベースのバイアスを均等
に印加することが難しく、最大コレクタ電流１゜ｍａｘ
を大にできない欠点があった。ベースバイアスを均等に
印加する手段として、ベースコンタクト領域（９）をエ
ミッタ領域（８）の周囲にリング状に配設する手段があ
るものの、これではパターンサイズの増大を招く。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は斯上した欠点に鑑みてなされ、ベースとして活
性な領域を除くベース領域（２６）表面にＮ型の高濃度
ベース領域（３０）を設け、その不純物濃度を、高濃度
ベース領域（３０）とコレクタ導出領域（２７）とのＰ
Ｎ接合の降伏電圧がトランジスタとして活性なコレクタ
埋込層（２５）とベース領域（２６）とのＰＮ接合によ
るベース・コレクタ間降伏電圧ＶＣ１ｌＯ２によって決
まるエミッタ・コレクタ間降伏電圧■。。。を下まわら
ないような不純物濃度に設定することにより従来の欠点
を大幅に改善した縦型ＰＮＰ　）ランジスタを提供する
ものである。

（ホ〉作用 本発明によれば、エピタキシへ・ル層（２２）よりは高
濃度の高濃度ベース領域（３０）がコレクタ領域（２７
）全周を囲むので、ベースとして活性な領域全てに略均
等なベースバイアスを印加することができ、さらに空乏
層の拡がりを抑制するのでパターンサイズを縮小できる
。

また、コレクタ導出領域（２７）と高濃度コレクタ領域
（３０）が接することによって見かけ上、ベース・コレ
クタ間降伏電圧■。＋１０１が減少するものの、−３＝ トランジスタ特性の重要な要素の１つであるエミッタ・
コレクタ間降伏電圧ｖｃｐｏは、それがトランジスタと
して活性なコレクタ埋込層（２５）とベース領域（２６
）とのＰＮ接合による実質的なベース・コレクタ間降伏
電圧Ｖ。１１０２で決定される為、前記見かけ上のＶＣ
ＢＯＩが低下してもＶ。、０には関係せず、従来と変ら
ぬｖｃＩＩｏが得られる。

（へ）実施例 以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図であり、Ｐ
型半導体基板（２１）上に積層して形成したＮ型エピタ
キシャル１１（２２）と、基板（２１）表面に形成した
Ｎ＋型埋込層（２３）と、埋込層（２３）を取囲むよう
にエピタキシャル層（２２）を貫通したＰ＋型の上下分
離領域（２４）と、埋込層（２３）に重畳して形成した
Ｐ＋型のコレクタ埋込層（２５）と、エピタキシャル層
（２２）で形成するベース領域（２６）を取囲むように
エピタキシャル層（２２）表面からコレクタ埋込層（２
５）まで達するＰ＋型のコレクタ導出領域（２７）と、
ベース領域（２６〉表面に形成したＰ型のエミッタ領域
（２８〉及びＮ”型ベースコンタクト領域（２９）と、
エミッタ領域（２８）直下のベースとして活性な領域を
除くベース領域（２６）表面に形成したＮ型の高濃度ベ
ース領域（３０）と、エピタキシャル層（２２〉を被覆
する酸化膜（３１）と、この酸化膜（３１）を開孔した
コンタクトホールを介して各領域とオーミックコンタク
トする電極（３２）とで構成されている。尚高濃度ベー
ス領域（３０）のみで良好なオーミックコンタクトが得
られるならば、ベースコンタクト領域（２９）は不要で
ある。

本発明の特徴とする高濃度ベース領域（３０）はエミッ
タ領域（２８）に接すると同時にコレクタ導出領域（２
７）にも接し、エミッタ領域（２８）を取囲むようにこ
れより深くリング状に形成しである。エミッタ領域（２
８）より深く形成することによってエミッタ領域（２８
）側面のＰＮ接合に生じる空乏層の拡がりを抑制するが
、エミッタ領域（２８）及び高濃度ベース領域（３０）
共に周端部が横方向拡散によって湾曲する為、高濃度ベ
ース領域（３０）がベースとして活性な領域を侵すこと
が無い。そして高濃度ベース領域（３０）の不純物濃度
を、コレクタ導出領域（２７）と高濃度ベース領域（３
０）のＰＮ接合による見かけ上のベース・コレクタ間降
伏電圧■。１ｌｏ１が、トランジスタとして活性なコレ
クタ埋込層（２５）とベース領域（２６）とのＰＮ接合
による実質的なベース・コレクタ間降伏電圧■。８゜２
によって決定するエミッタ・コレクタ間降伏電圧Ｖ。８
ｏを下まわらないような不純物濃度に設定しである。従
来の構造でコレクタ導出領域（２７）とベースコンタク
ト領域（２９）が接すると前記見かけ上のＶ。！１０１
が数■まで低下することが知られているから、この不純
物濃度はエピタキシャル層（２２）より高くベースコン
タクト領域（２９）より低い範囲、具体的にはＩＱ　１
２〜ｌ　Ｑ　”ｃｍ−”である。尚エミッタ領域（２８
）と高濃度ベース領域（３０）とが接することによって
ベース・エミッタ間降伏電圧Ｖ　！１０が低下する力釈
　ＰＮＰ）ランジスタが動作する際にはベース・エミッ
タ間は順方向バイアスになる為、動作上全く支障無い。

トランジスタの重要な特性の１つであるエミッタ・コレ
クタ間電圧Ｖｃｘｏは、次式で表わされることが知られ
ている。

■ｏｏｏ＝Ｂｖｏ、。２／、、Ｊｉ７　　・・・・・・
・・・・・・（１）（但し、Ｂは比例定数、ｎは整数） ここで、ｖｃｗｏはｈＦｌｌ倍のＩＣｌ０　（ベース・
コレクタ間電流）で表わされるＩＣＥＯ（エミッタ・コ
レクタ間電流）の雪崩的な増倍現象が起る電圧であるか
ら、結局（１）式の■。ＢｏａはｈＦｌｌを決めている
領域のベース・コレクタ接合のダイオード的雪崩降伏電
圧、つまりトランジスタとして活性なコレクタ埋込層（
２５）とベース領域（２６）とのＰＮ接合の降伏電圧を
意味する。従って、本願の如くコレクタ導出領域（２７
）表面における見かけ上のＶＣ！ｌｏｔを減じても（１
）式のＶ。１１０２は変化せず、ＶＣＩＯも何ら変化し
ないのである。また、高濃度ベース領域（３０）がトラ
ンジスタとして活性なエミッタ領域（２８）直下のベー
ス領域（２６）を侵さないので、ｈＦ！も何ら変りない
。但し、前記した如くエミッタ・コレクタ間にはｈ□・
ＩＣＢＯの担体の流れがあるので雪崩降伏はベース・コ
レクタのＰＮ接合より起りやすく、ＶｃＰ、ｏ　＜　Ｖ
　ｃｌｌｏであることが（１〉式からも明らかである。

従ってＶ。ＢｏｌがＶＣＩＩＯとは無関係であるとはい
え、Ｖ　ｃＢｏｘによって決まるＶｅｔｏそのものを下
まわると今度はＶ。、。＝ＶＣ！１０１になってしまう
。

第２図はこのようなＶｃｉｏ　＋　Ｖｃｌｌｏ＋　＋　
ＶｃＢｏｔの関係を説明するための特性図で、横軸に石
。を、縦軸に降伏電圧をとっである。（１）式よりＶＣ
ＫＯはｈＦｌｌの値が大きい程低くなり、ＶＣＩＯ２は
り、に関して一定になる。また、従来の構造ではコレク
タ埋込層（２５）の不純物濃度よりコレクタ導出領域（
２７〉の表面の不純物濃度の方が高いからＶ　ＣＢＯＩ
は■。Ｂｏｔより小となる。そして本発明による構造の
Ｖ。！１０１は、高濃度ベース領域（３０）とコレクタ
導出領域（２７）とが接することによって大幅に減少す
るものの、Ｖ　ｃｌｌｏｚは全く変りなく、上述した理
由によって■。８０１が■ｃｌＩｏを下まわらない限り
、ＶＣＩＩＯは変化無い。

尚、本発明はトランジスタのｈＦｌｌを考慮した上で高
濃度ベース領域（３０）の不純物濃度を設定すれ＝８− ば良い。つまり、トランジスタのｈＦｌｌを例えば１０
０に設定したのであれば、その■。８ｏは第２図Ａ点の
値を保持ずれは良いので、Ｖ　ＣＢ　ＯＩが図示点線（
本発明の他の■。ＢＯＩ　）の如く、つまりｈＦｌｌが
１００以下の範囲ではＶｃＢｏｌがＶＣＩＩＯを下まわ
るように設定しても実用上全く問題の無いトランジスタ
が得られるのである。

従って本発明によれば、従来と同じ値のｖｃｌ、ｏを維
持しつつ、エピタキシャル層（２２）より高不純物濃度
の高濃度ベース領域（３０）がコレクタ導出領域（２７
）とベース領域（２６〉とのＰＮ接合及びベース領域（
２６〉とエミッタ領域（２８）とのＰＮ接合に生じる空
乏層を抑制し、双方間のバンチスルー電圧を向上できる
ので、その分コレクタ導出領域（２７）とエミッタ領域
（２８）との離間距離を狭め、パターンサイズを縮小で
きる。また、エミッタ領域（２８）より深い高濃度ベー
ス領域（３０）がエミッタ領域（２８）全周を囲むので
、ベースとして活性なエミッタ領域（２８）直下のベー
ス領域（２６）に均等に且つ効率的にベースバイアスを
印加することができ、それによって大きな最大コレクタ
電流１ｃｍａＸを得ることができる。さらに、エミッタ
領域（２８〉周辺のエピタキシャル層（２２）のＰ型反
転層を防止することができる。

（ト）発明の詳細 な説明した如く、本発明によれば、高濃度ベース領域（
３０）の不純物濃度を選定することによって従来と同じ
値の数十Ｖの■。ア。とｈＦＥとを維持しつつ、パター
ンサイズを縮小した縦型ＰＮＰトランジスタを提供でき
る利点を有する。また、パターンサイズを縮ノ」１しつ
つ、高濃度ベース領域（３０）がエミッタ領域（２８）
を囲むので、ベースバイアスを均等に印加することがで
き、大きな最大コレクタ電ｉＩ。ｍａｘを得ることがで
きる。さらに、高濃度ベース領域（３０）がガードリン
グの役割を果たすので、ベース領域（２６）表面におけ
るＰ型反転層を防止し、リーク電流を減少できる利点を
も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による縦型ＰＮＰ　トランジスタを示す
断面図、第２図は本発明を説明するだめの特性図、第３
図は従来の縦型ＰＮＰ　トランジスタを示す断面図であ
る。 （２１）はＰ型半導体基板、　（２５）はＰ＋型コレク
タ埋込層、　　（２６）はベース領域、　（２７〉はＰ
＋型コレクタ導出領域、　（２８）はＰ型エミッタ領域
、　（３０）はＮ型高濃度ベース領域である。 出願人　三洋電機株式会社外１名 代理人　弁理士　西野卓嗣　外１名 第１図 第２図 ０　　　　１００ｈＦ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一導電型半導体基板上に積層して形成した逆導電
   型のエピタキシャル層と、前記基板表面に埋込んで形成
   した逆導電型の埋込層と、該埋込層を囲むように前記エ
   ピタキシャル層を貫通した一導電型の分離領域と、前記
   埋込層に重畳して形成した一導電型のコレクタ埋込層と
   、エピタキシャル層で形成するベース領域を囲むように
   前記エピタキシャル層表面から前記コレクタ埋込層まで
   達する一導電型のコレクタ導出領域と、前記ベース領域
   表面に形成した一導電型のエミッタ領域と、前記ベース
   領域のトランジスタとして活性な領域を除く全面に形成
   した逆導電型の高濃度ベース領域とを備え、前記高濃度
   ベースの不純物濃度を、前記高濃度ベース領域と前記コ
   レクタ導出領域とのＰＮ接合の降伏電圧が、前記ベース
   領域と前記コレクタ埋込層とのＰＮ接合のベース・コレ
   クタ間降伏電圧によって決まるエミッタ・コレクタ間降
   伏電圧より大となるような不純物濃度に設定したことを
   特徴とする縦型ＰＮＰトランジスタ。