JP3068510B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、エピタキシャル無
しのバイポーラプロセスに関し、特に、横型PNPトラ
ンジスタに関する。The present invention relates to a bipolar process without epitaxial growth, and more particularly to a lateral PNP transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のエピタキシャル無しのプロセスで
は、NPNトランジスタのコレクタ層を形成する際に、
コレクタ・エミッタ間の耐圧を高くするために(すなわ
ち空乏層が伸びるように)、N型不純物濃度を薄くする
必要があった。さらに、コレクタ抵抗を下げるために、
高濃度のN型の埋め込み層を入れる必要があった。この
ようなNPNトランジスタのコレクタ層の上部は、低濃
度でつくる必要上表面よりの拡散による不純物注入が行
われる。また、イオン注入では濃度コントロールがうま
くいかない。従って、表面近傍が濃く、中に行くに従っ
て薄くなるコレクタ層上部が形成されている。2. Description of the Related Art In a conventional process without epitaxial growth, when forming a collector layer of an NPN transistor,
In order to increase the withstand voltage between the collector and the emitter (that is, to extend the depletion layer), it was necessary to reduce the N-type impurity concentration. Furthermore, to lower the collector resistance,
It was necessary to insert a high concentration N-type buried layer. The upper portion of the collector layer of such an NPN transistor is required to be formed at a low concentration, and impurities are implanted by diffusion from the surface. Also, ion implantation does not provide good concentration control. Therefore, the upper portion of the collector layer is formed to be dense near the surface and become thinner toward the inside.
【0003】ここで、NPNトランジスタのキャリアが
電子であるのに比べ、PNPトランジスタは、キャリア
が正孔であるので、移動度が3倍程度重く、通常、NP
Nトランジスタに付随する形で形成される。すなわち、
NPNトランジスタの特性が優先される。よって横型P
NPトランジスタの電流増幅率の決定項であるベース層
(すなわちNPNトランジスタのコレクタ層)の濃度
は、NPNトランジスタによって決定されているので、
電流増幅率は50倍程度より上がらないのが現状であ
る。Here, the mobility of the PNP transistor is about three times as large as that of the NPN transistor, because the carrier is a hole, compared to the case where the carrier is an electron.
It is formed in a manner associated with the N transistor. That is,
The characteristics of the NPN transistor have priority. Therefore, horizontal P
Since the concentration of the base layer (that is, the collector layer of the NPN transistor), which is a term for determining the current amplification factor of the NP transistor, is determined by the NPN transistor,
At present, the current amplification factor does not increase more than about 50 times.
【0004】ここで、横型PNPトランジスタのコレク
タ層およびエミッタ層は、NPNトランジスタのベース
層で造られているので(NPNトランジスタのベース層
は特性向上のため薄く表面近傍に造られている)、PN
Pトランジスタのベース層の実効部分も表面近傍の濃度
の濃い部分になる。このトランジスタの実効部分のベー
スの濃度を薄くすることができれば、少数キャリアの再
結合電流が減り、電流増幅率が向上することになる。Here, since the collector layer and the emitter layer of the lateral PNP transistor are made of the base layer of the NPN transistor (the base layer of the NPN transistor is thinly formed near the surface to improve the characteristics),
The effective portion of the base layer of the P-transistor also has a high concentration near the surface. If the concentration of the base of the effective portion of the transistor can be reduced, the recombination current of minority carriers is reduced, and the current amplification factor is improved.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
特性上優先されるNPNトランジスタの拡散条件によっ
て、エミッタ層とコレクタ層とが浅く形成され、実効ベ
ース層が浅く濃度の濃い部分になってしまう。従って、
従来のエピタキシヤル無しのパイポーラプロセスにおけ
る横型PNPトランジスタの電流増幅率が50倍程度に
しかならないという問題があった。通常では100倍以
上が望ましい。In the above-mentioned conventional example,
The emitter layer and the collector layer are formed shallowly due to the diffusion condition of the NPN transistor which is prioritized in characteristics, and the effective base layer becomes shallow and dense. Therefore,
There is a problem that the current amplification factor of the lateral PNP transistor in the conventional bipolar process without epitaxial is only about 50 times. Usually, 100 times or more is desirable.
【0006】そこで、本発明の目的は、上記問題を解消
すべく、横型PNPトランジスタの電流増幅率向上によ
り、半導体の低消費竜力化が可能であり、それに伴い素
子数減少により高集積化が可能であり、また増幅限界の
周波数も高くなり、高速化することができる半導体装置
を提供することにある。In view of the above, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, thereby making it possible to reduce the power consumption of a semiconductor by improving the current amplification factor of a lateral PNP transistor, and thereby achieving high integration by reducing the number of elements. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device capable of increasing the frequency of the amplification limit and increasing the speed.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、第一導電型半導体基板を有
する横型PNPトランジスタの半導体装置において、第
一導電型半導体基板の表面近傍に形成された第1の第二
導電型不純物領域と、第1の第二導電型不純物領域の底
部と重なりを持ち且つ深い位置に形成された第2の第二
導電型不純物領域と、第1の第二導電型不純物領域内に
且つ表面近傍に形成された第1の第一導電型不純物領域
および第2の第一導電型不純物領域とを備え、第1の第
一導電型不純物領域と、第2の第一導電型不純物領域の
深さとを、第1の第二導電型不純物領域と、第2の第二
導電型不純物領域の重なり部分の深さとし、前記第1の
第二導電型不純物領域の濃度が、表面近くで濃く、内部
に行くに従って薄くしたことを特徴とする。In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is a lateral PNP transistor having a semiconductor substrate of the first conductivity type. A first second conductivity type impurity region formed, a second second conductivity type impurity region overlapping with the bottom of the first second conductivity type impurity region and formed at a deep position; A first conductivity type impurity region and a second first conductivity type impurity region formed in and near the surface of the second conductivity type impurity region, wherein the first first conductivity type impurity region; The first depth of the first conductivity type impurity region is defined as the depth of the overlapping portion of the first second conductivity type impurity region and the second second conductivity type impurity region .
The concentration of the second conductivity type impurity region is high near the surface,
It is characterized in that it becomes thinner as it goes to .
【0008】また、第一導電型半導体基板、並びに第1
および第2の第一導電型不純物領域をP型とし、第1お
よび第2の第二導電型不純物領域をN型とするのが好ま
しい。Further, the first conductive type semiconductor substrate and the first conductive type
Preferably, the first and second second conductivity type impurity regions are P-type, and the first and second second conductivity type impurity regions are N-type .
【0009】さらに、第1および第2の第二導電型不純
物領域をベース領域とし、第1および第2の第一導電型
不純物領域の一方をエミッタ領域とし、他方をコレクタ
領域とするのが好ましい。Furthermore, it is preferable that the first and second second conductivity type impurity regions are used as base regions, one of the first and second first conductivity type impurity regions is used as an emitter region, and the other is used as a collector region. .
【0010】またさらに、第1の第一導電型不純物領域
と、第2の第一型不純物領域の深さの調整を、熱処理の
時間の長さによって行うのが好ましい。Furthermore, it is preferable that the depth of the first first conductivity type impurity region and the depth of the second first type impurity region are adjusted by the length of the heat treatment time.
【0011】本発明の半導体装置は、特に、横型PNP
トランジスタにおけるベース層がちょうど薄い部分まで
コレクタ層とエミッタ層とを押し込み、実効ベース層を
低濃度化することによって、少数キャリアの再結合を減
らし、電流増幅率を向上させる。The semiconductor device of the present invention is particularly suitable for use in a horizontal PNP.
By pushing the collector layer and the emitter layer down to a portion where the base layer of the transistor is just thin and reducing the concentration of the effective base layer, the recombination of minority carriers is reduced and the current amplification factor is improved.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図1〜図4が本発明の半導体装
置を示し、図5〜図7が従来の半導体装置を示す図であ
る。本発明を説明する為に、従来例と比較して説明す
る。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 show a semiconductor device of the present invention, and FIGS. 5 to 7 show conventional semiconductor devices. The present invention will be described in comparison with a conventional example.
【0013】まず、図1を図5と比較して説明する。図
1は、本発明の半導体装置の実施例の構成を示す概略図
である。この装置は、コレクタ電極4aと、ベース電極
5と、エミッタ電極4bとからなる。図1のチップの製
造にあたっては、まずP型シリコン基板1に、N型拡散
層2と3とを形成する(500Ω/□程度)。次に、横
型PNPトランジスタのコレクタ層4aとエミッタ層4
bとをP+ 型で形成する(100Ω/□程度)。この
時、従来よりも長く熱処理をすることによって、N型拡
散層2と3との境目まで押し込む。次にベースのコンタ
クトであるN+ 拡散層5を形成する(100Ω/□程
度)。この図と、従来の半導体装置である図5を比較す
るとわかる通り、コレクタ層とエミッタ層を深く押し込
んであるのが本発明の特徴である。First, FIG. 1 will be described in comparison with FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of a semiconductor device of the present invention. This device includes a collector electrode 4a, a base electrode 5, and an emitter electrode 4b. In manufacturing the chip shown in FIG. 1, first, N-type diffusion layers 2 and 3 are formed on a P-type silicon substrate 1 (about 500 Ω / □). Next, the collector layer 4a and the emitter layer 4 of the lateral PNP transistor
b and P + type (about 100Ω / □). At this time, the heat treatment is performed for a longer time than in the related art, thereby pushing the boundary between the N-type diffusion layers 2 and 3. Next, an N + diffusion layer 5 as a base contact is formed (about 100Ω / □). As can be seen by comparing this figure with FIG. 5, which is a conventional semiconductor device, the feature of the present invention is that the collector layer and the emitter layer are deeply pushed.
【0014】次に、図2を図6と比較して説明する。図
2は、図1のA−A’線における濃度プロファイルで、
図6は、図2のB−B’線における濃度プロファイルで
ある。これらの図により、コレクタ層4a,エミッタ層
4bは、どこまで押し込むかということについて以下に
説明する。このように本発明のコレクタ層4aとエミッ
タ層4bとは、ちょうどベース層5の濃度プロファイル
の薄い部分まで押し込んである。すなわち、N型拡散層
2と3との境目あたりである。Next, FIG. 2 will be described in comparison with FIG. FIG. 2 is a density profile along the line AA ′ in FIG.
FIG. 6 is a density profile along the line BB ′ in FIG. With reference to these figures, how far the collector layer 4a and the emitter layer 4b are pushed will be described below. As described above, the collector layer 4a and the emitter layer 4b of the present invention have been pushed down to the portion of the base layer 5 where the concentration profile is thin. That is, it is near the boundary between the N-type diffusion layers 2 and 3.
【0015】次に、図3を図7と比較して説明する。図
3は、本発明の半導体装置の電流経路を示し、図7は従
来の半導体の電流経路を示す図である。このように本発
明では、電流経路がベース層の薄い部分が実効ベース層
となり、図中の細い矢印Cのベース電流(少数キャリア
の再結合電流)が減ることによって、電流増幅率が向上
する。すなわち、電流増幅率の高い電流経路が支配的と
なる。Next, FIG. 3 will be described in comparison with FIG. FIG. 3 shows a current path of the semiconductor device of the present invention, and FIG. 7 shows a current path of a conventional semiconductor. As described above, according to the present invention, the thinner part of the base layer in the current path becomes the effective base layer, and the base current indicated by the thin arrow C in FIG. That is, a current path having a high current amplification rate becomes dominant.
【0016】次に、図4は、本発明のコレクタ・エミッ
タ深さ対電流増幅率の特性を示す図である。縦軸に電流
増幅率(倍)を、横軸に深さXj(μm)を示してい
る。上述したように、コレクタ層4a及びエミッタ層4
bの深さは、この図の様な特性の場合は、製造ばらつき
を考慮し、電流増幅率が最大値の10%まで許容した場
合、0.48μm〜0.52μm程度が有効である。FIG. 4 is a graph showing the characteristics of the collector-emitter depth versus the current amplification factor of the present invention. The vertical axis shows the current amplification factor (times), and the horizontal axis shows the depth Xj (μm). As described above, the collector layer 4a and the emitter layer 4
In the case of the characteristic shown in this figure, the depth of b is effective in the range of about 0.48 μm to 0.52 μm when the current amplification factor is allowed to be 10% of the maximum value in consideration of manufacturing variations.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、エピタ
キシャル無しバイポーラプロセスにおける横型PNPト
ランジスタにおいて、ベース層の濃度プロファイルの薄
い所(N型拡散層2と3との境目)まで、コレクタ層と
エミッタ層とを押し込むことにより、実効ベース部分の
濃度を変え、従来と比較して電流増幅率が2.5倍程度
まで改善された。As described above, according to the present invention, in the lateral PNP transistor in the bipolar process without epitaxial layer, the collector layer and the collector layer are thinned to the point where the concentration profile of the base layer is thin (the boundary between the N-type diffusion layers 2 and 3). By pushing in the emitter layer, the concentration of the effective base portion was changed, and the current amplification factor was improved to about 2.5 times as compared with the conventional case.
【図1】本発明の半導体装置の実施例の構成を示す平面
図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
【図2】図1のA−A’線における濃度プロファイルを
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a density profile along the line AA ′ in FIG. 1;
【図3】本発明の横型PNPトランジスタの増幅作用を
説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an amplifying operation of the lateral PNP transistor of the present invention.
【図4】本発明のコレタタ・エミッタ深さ対電流増幅率
特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a collector-emitter depth vs. current gain characteristic of the present invention.
【図5】従来の半導体装置の構成を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a configuration of a conventional semiconductor device.
【図6】図5のB−B’線における濃度プロファイルを
示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a density profile along line BB ′ in FIG. 5;
【図7】従来の横型PNPトランジスタの増幅作用を説
明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an amplifying operation of a conventional lateral PNP transistor.
1 P型半導体基板 2 N型拡散層 3 N型拡散層2 4 P+ 型拡散層 4a コレクタ電極 4b エミッタ電極 5 N+ 型拡散層REFERENCE SIGNS LIST 1 P-type semiconductor substrate 2 N-type diffusion layer 3 N-type diffusion layer 24 P + -type diffusion layer 4 a Collector electrode 4 b Emitter electrode 5 N + -type diffusion layer
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−93154(JP,A) 特開 昭63−3459(JP,A) 特開 昭63−136669(JP,A) 特開 昭53−60179(JP,A) 特公 昭46−41653(JP,B1) 特公 昭51−6509(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/68 - 29/737 H01L 21/8222 - 21/8228 H01L 21/8232 H01L 27/06 - 27/06 101 H01L 27/08 - 27/08 101 H01L 27/082 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-93154 (JP, A) JP-A-63-3459 (JP, A) JP-A-63-136669 (JP, A) JP-A-53-60179 (JP, A) , A) JP-B-46-41653 (JP, B1) JP-B-51-6509 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/33-21/331 H01L 29/68-29/737 H01L 21/8222-21/8228 H01L 21/8232 H01L 27/06-27/06 101 H01L 27/08-27/08 101 H01L 27/082
Claims (4)
トランジスタの半導体装置において、 前記第一導電型半導体基板の表面近傍に形成された第1
の第二導電型不純物領域と、 前記第1の第二導電型不純物領域の底部と重なりを持ち
且つ深い位置に形成された第2の第二導電型不純物領域
と、 前記第1の第二導電型不純物領域内に且つ表面近傍に形
成された第1の第一導電型不純物領域および第2の第一
導電型不純物領域と、 を備え、前記第1の第一導電型不純物領域と、前記第2
の第一導電型不純物領域の深さとを、前記第1の第二導
電型不純物領域と、前記第2の第二導電型不純物領域の
重なり部分の深さとし、前記第1の第二導電型不純物領
域の濃度が、表面近くで濃く、内部に行くに従って薄く
したことを特徴とする半導体装置。1. A lateral PNP having a semiconductor substrate of a first conductivity type.
A semiconductor device for a transistor, comprising: a first conductive type semiconductor substrate formed near a surface of the first conductive type semiconductor substrate.
A second conductivity type impurity region, a second second conductivity type impurity region overlapping with a bottom of the first second conductivity type impurity region and formed at a deep position, and the first second conductivity type. A first first-conductivity-type impurity region and a second first-conductivity-type impurity region formed in and near the surface of the first-conductivity-type impurity region. 2
First conductivity type impurity region and a depth, wherein the first second-conductive type impurity region, the depth Satoshi of the overlapping portion of the second second-conductivity type impurity regions, the first of the second conductivity type impurity Territory
The density of the area is dense near the surface,
The semiconductor device characterized by the.
1および第2の第一導電型不純物領域をP型とし、前記
第1および第2の第二導電型不純物領域をN型とするこ
とを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor substrate of the first conductivity type, and the first and second impurity regions of the first conductivity type are P-type, and the first and second impurity regions of the second conductivity type are N-type . The semiconductor device according to claim 1, wherein:
域をベース領域とし、前記第1および第2の第一導電型
不純物領域の一方をエミッタ領域とし、他方をコレクタ
領域とすることを特徴とする、請求項2に記載の半導体
装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second second conductivity type impurity regions are used as base regions, one of the first and second first conductivity type impurity regions is used as an emitter region, and the other is used as a collector region. The semiconductor device according to claim 2, wherein:
第2の第一型不純物領域の深さの調整を、熱処理の長さ
によって行うことを特徴とする、請求項1〜3のいずれ
かに記載の半導体装置。4. The method according to claim 1, wherein the depth of said first first conductivity type impurity region and said second first type impurity region are adjusted by the length of heat treatment. The semiconductor device according to any one of the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9162144A JP3068510B2 (en) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP9162144A JP3068510B2 (en) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | Semiconductor device |
Publications (2)
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JPH118253A JPH118253A (en) | 1999-01-12 |
JP3068510B2 true JP3068510B2 (en) | 2000-07-24 |
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ID=15748882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9162144A Expired - Lifetime JP3068510B2 (en) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3068510B2 (en) |
-
1997
- 1997-06-19 JP JP9162144A patent/JP3068510B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH118253A (en) | 1999-01-12 |
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