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JPH0367347B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0367347B2
JPH0367347B2 JP59257368A JP25736884A JPH0367347B2 JP H0367347 B2 JPH0367347 B2 JP H0367347B2 JP 59257368 A JP59257368 A JP 59257368A JP 25736884 A JP25736884 A JP 25736884A JP H0367347 B2 JPH0367347 B2 JP H0367347B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
layer
type semiconductor
well region
conductivity type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59257368A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61136254A (ja
Inventor
Ryota Kasai
Takahiro Aoki
Kennosuke Fukami
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP59257368A priority Critical patent/JPS61136254A/ja
Publication of JPS61136254A publication Critical patent/JPS61136254A/ja
Publication of JPH0367347B2 publication Critical patent/JPH0367347B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/40Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00 with at least one component covered by groups H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of IGFETs with BJTs
    • H10D84/401Combinations of FETs or IGBTs with BJTs
    • H10D84/403Combinations of FETs or IGBTs with BJTs and with one or more of diodes, resistors or capacitors
    • H10D84/406Combinations of FETs or IGBTs with vertical BJTs and with one or more of diodes, resistors or capacitors

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、小型にして製造が容易で高負荷駆動
能力、低消費電力性を有するバイポーラ・MOS
複合形半導体装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の複合形半導体装置としては第3
図に示す構造のものがある。第3図において、1
00は第1導電型としてp型を有する半導体基
板、101はこの半導体基板100上に形成され
たp型半導体エピタキシヤル(エピともいう)
層、102は第2導電型としてn型を有する高濃
度の半導体埋め込み層、103はコレクタ領域と
なるn型半導体ウエル、104はベース領域とな
る高濃度のp型半導体層、105はコレクタ、エ
ミツタ、ソース、ドレインとなる高濃度のn型半
導体層、106はベース、バツクゲートとなる高
濃度のp型半導体層、107,108はそれぞれ
p型、n型の素子間分離用チヤネルカツト拡散
層、109はフイールド絶縁膜、110は金属電
極層、111はゲート金属層、113は層間絶縁
層である。
ここで、p型半導体基板100上には、コレク
タ領域となるn型半導体ウエル103と、ベース
領域となるp型半導体層104と、エミツタ領域
となる高濃度n型半導体層105とよりなるnpn
バイポーラトランジスタが構成され、そしてp型
半導体エピ層101上には、ソース、ドレインと
なる高濃度n型半導体層105と、このn型半導
体層105間にゲート酸化膜113aを介して形
成したゲート金属層113とよりなるnチヤネル
MOS電界効果トランジスタ(以下MOSトランジ
スタと略称する)が構成されている。なお、上記
MOSトランジスタは、ソース、ドレインとなる
高濃度n型半導体層105間のパンチスルーを防
止するためにp型半導体層104が形成されると
ともに、バツクゲートとなる高濃度p型半導体層
106が形成されている。
このような構造の複合形半導体装置を用いて実
現できる回路としてインバータの例を第4図に示
す。10は入力ノード、11は出力ノード、12
は電源ノード、13はアースノード、Q1は第3
図のウエル領域103に形成された上記npnバイ
ポーラトランジスタ、Q2は第3図のエピ層10
1に形成されたnチヤネルMOSトランジスタ、
R1は負荷である。ここで入力ノード10にパル
スが印加されるときを考える。入力パルスが低レ
ベル時には、MOSトランジスタQ2がカツトオフ
され、バイポーラトランジスタQ1のベース電流
がどこからも供給されないため、バイポーラトラ
ンジスタQ1もカツトオフし、従つて負荷R1を通
して出力ノード11は高レベルになる。また、入
力パルスが高レベルの時にはMOSトランジスタ
Q2がオンし、バイポーラトランジスタQ1のベー
ス電流がMOSトランジスタQ2を通して供給され
るため、バイポーラトランジスタQ1がオンし、
出力ノード11は低レベルになる。この時、出力
の立下りはnpnバイポーラトランジスタQ1の電流
駆動能力で決まるため、MOSトランジスタのみ
によるよりも高負荷時の応答が速い。また、入力
はMOSトランジスタのゲートとなるため、入力
インピーダンスが高く、前段の駆動能力は小さく
て済む。さらに、負荷R1にMOSトランジスタQ2
と相補的に動作する素子を用いれば、消費電力も
極めて小さくできるなどの利点を有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記した従来の第3図に示す構
造の複合形半導体装置は、半導体基板上の各エピ
層101、ウエル領域103にそれぞれMOSト
ランジスタおよびバイポーラトランジスタを形成
しているため、これらMOSトランジスタとバイ
ポーラトランジスタを複合するには非常に大きな
占有面積を必要としていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、2つの異なるMOSトランジスタとバイポ
ーラトランジスタの素子を同一場所に複合化する
ことにより、素子の占有面積を大幅に小さくして
高密度化を可能にした複合形半導体装置を提供す
るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、本発明の複合形半導体装置は、第1
導電型の半導体基板100内の主表面の一部領域
に形成された第2導電型を有するウエル領域10
3と、このウエル領域内の一部に形成されたその
ウエルの深さよりも充分浅い第1導電型を有する
第1の半導体層104と、この第1の半導体層内
に形成された高濃度の第2導電型を有する第2の
半導体層105bと、この第2の半導体層から一
定距離離れて第1の半導体層の領域内よりウエル
領域に延在して形成された高濃度の第2導電型を
有する第3の半導体層105aと、第2の半導体
層と第3の半導体層の間隙上部に薄い酸化膜を介
して形成されたゲート電極111と、第2の半導
体層上に形成された第1の電極層110bと、第
3の半導体層上に形成された第2の電極層110
aとからなり、ウエルと第1、第2の半導体層と
によつて縦形バイポーラトランジスタを構成し、
第1、第2、第3の半導体層とゲート電極とによ
つてMOSトランジスタを構成したものである。
〔作用〕
本発明においては、半導体基板上のウエル領域
に縦形バイポーラトランジスタとMOSトランジ
スタを複合化し、そのバイポーラトランジスタの
コレクタとMOSトランジスタのドレインがウエ
ル領域と第3の半導体層の領域で共通化され、か
つこのバイポーラトランジスタのベースとMOS
トランジスタのバツクゲートが第1の半導体層の
領域で共通されるので、小さな占有面積内に縦形
バイポーラトランジスタとMOSトランジスタを
複合化できる。また、MOSトランジスタのドレ
イン領域となる第3の半導体層のチヤネルと接合
する部分は高電界によるアバランシエを呈するの
で、そのアバランシエ電流により縦形バイポーラ
トランジスタを有効に動作させることもできる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例に基いて詳細
に説明する。
第1図は本発明の一実施例による複合形半導体
装置の基本構造を示す断面図で、第3図と同一符
号100〜111は同一または相当部分を示す。
第1図において、p型半導体基板100の主表面
の一部領域には、コレクタ領域となるn型半導体
ウエル103が形成されるとともに、このウエル
103の底面部にそれと同一導電型の高濃度n型
半導体埋め込み層102が形成されていて、前記
ウエル103を他の半導体領域と電気的に分離す
べくウエル深さよりも深い絶縁物で充てんされた
溝表面酸化膜112aを含む素子分離用溝112
が形成されている。また、このウエル103内の
一部にはベース、バツクゲートとなるウエル深さ
よりも充分浅いp型半導体層104が形成されて
いる。このp型半導体層104内にはエミツタ、
ソースとなる高濃度のn型半導体層105-bが形
成され、このn型半導体層105-bから一定距離
離れてp型半導体層104の領域よりウエル領域
103に延在してコレクタ、ドレインとなる高濃
度のn型半導体層105-aが形成されている。さ
らに、これらn型半導体層105-a,105-b
のチヤネルとなる上部には薄いゲート絶縁膜11
3aを介してゲート金属層111が形成され、前
記n型半導体層105-b上の金属電極層110-b
が第1の電極とし、前記n型半導体層105-a
の金属電極層110-aが第2の電極とし、そして
ゲート金属層111が第3の電極としてそれぞれ
形成されている。
すなわち、本実施例の複合形半導体装置が第3
図と異なる点は、npn縦形バイポーラトランジス
タQ1のコレクタとnチヤネルMOSトランジスタ
Q2のドレインが高濃度n型半導体埋め込み層1
02、n型半導体ウエル103、高濃度n型半導
体層105-aの領域で共通化され、同じくnpn縦
形バイポーラトランジスタQ1のベースとnチヤ
ネルMOSトランジスタQ2のバツクゲートがp型
半導体層104の領域で共通化されることであ
る。
このような構造の複合形半導体装置を動作させ
るには、電極110-aと電極110-bの間に一定
電圧、例えば5Vを印加し、ゲート電極111に
パルスを印加する。このとき、パルスが低レベル
にある時はnチヤネルMOSトランジスタQ2はオ
フしてあり、p型半導体層104の領域も低レベ
ルに保持され、npn縦形バイポーラトランジスタ
Q1もカツトオフ状態を維持し、電極110aと
電極110-b間には電流が流れない。一方、パル
スが高いレベルに変化すれば、nチヤネルMOS
トランジスタQ2のゲート電極111と電極11
-bとの間のゲート・ソース間がしきい値電圧以
上にバイアスされ、オンする。従つて、電極11
-a,110-b間にMOSトランジスタ電流が流
れ始める。このMOSトランジスタの電流キヤリ
アである電子はドレイン領域105-aの近傍で高
い電界を受け、弱いアバランシエを起こし、電子
−正孔対を発生する。この電子はドレイン領域1
05-aに吸収されるが、正孔は基板側のp型半導
体層104の領域にドリフトし、この領域104
の電位を上昇させる。この電位がnpnトランジス
タQ1のベース・エミツタ間電位となり、0.6V以
上になると、npnトランジスタQ1がオンする。こ
れにより、電極110-aと電極110-b間に
MOSトランジスタ電流に加えてパイポーラトラ
ンジスタ電流も流れることになる。したがつて、
電極110-aを出力、電極110-bを接地、ゲー
ト電極111を入力とし、この電極110-aと電
源間に負荷R1を接続すれば、第2図の回路を構
成できる。この動作は上述した従来例の第4図と
同様である。
このように、上記実施例の複合形半導体装置に
よると、半導体基板100の主表面のほぼ同一領
域に2つの異つた縦形npnバイポーラトランジス
タQ1とnチヤネルMOSトランジスタQ2の素子を
複合化できるので、極めて小さな占有面積の複合
形半導体装置を実現できる。また、ベースとなる
p型半導体層104が高濃度n型半導体層105
−bを介して電極110-bに接続されるので、オー
ミツク接触をとる必要がなくなり、その電極面積
が縮小化でき、高密度化をはかるうえで有利とな
る。
なお、第2図の回路構成において、入力が高レ
ベルから低レベルに変化する時、npnバイポーラ
トランジスタQ1のベースは過剰の少数キヤリア
(電子)が蓄積され、このバイポーラトランジス
タのカツトオフが妨げられる。これに対しては
npnバイポーラトランジスタQ1のベース(第1図
のp型半導体層104の領域)より電極を引出
し、適当な抵抗を介して接地すれば、過剰の少数
キヤリアはすみやかに排出できる。抵抗の変わり
にMOSトランジスタを用いてもよい。
また、本発明において、ドレイン拡散領域10
-aのチヤネルと接する部分は高電界によりアバ
ランシエが発生するが、このアバランシエ電流を
大きくしなければ、npnバイポーラトランジスタ
を有効に動作させることができない。したがつ
て、この部の接合をなるべく急峻にし、ドレイン
拡散領域105-aの不純物密度を上昇させるのが
効果的である。
また、npnバイポーラトランジスタの高速動作
を可能にするためには、高濃度n型半導体埋め込
み層102を設けること、および他の素子領域と
の電気的分離を絶縁物で充てんされた素子分離用
溝112により実施することが重要である。
また、上述においてはp型の半導体基板を用い
npnバイポーラトランジスタとnチヤネルMOS
トランジスタの素子を複合化した場合であつたが
n型の半導体基板を用いて逆導電型式の素子とす
ることもできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による複合形半導
体装置によれば、半導体基板上の小さな占有面積
内に縦形バイポーラトランジスタとMOSトラン
ジスタを複合化できるため、低消費電力で高負荷
駆動能力の集積回路を高密度化できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による複合形半導体
装置の基本構造を示す断面図、第2図は第1図の
実施例の回路図、第3図は従来例による複合形半
導体装置の断面図、第4図は第3図の回路図であ
る。 100……p型半導体基板、101……p型半
導体エピ層、102……高濃度n型半導体埋め込
み層、103……n型半導体ウエル、104……
p型半導体層、105,105-a,105-b……
高濃度n型半導体層、106……高濃度p型半導
体層、107……p型素子分離用拡散層、108
……n型素子分離用拡散層、109……フイール
ド絶縁膜、110,110-a,110-b……金属
電極層、111……ゲート金属層、112……素
子分離用溝、112a……溝表面酸化膜、113
……層間絶縁膜、113a……ゲート酸化膜、
Q1……npnバイポーラトランジスタ、Q2……nチ
ヤネルMOSトランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の半導体基板内の主表面の一部領
    域に形成された第2導電型を有するウエル領域
    と、 このウエル領域内の一部に形成されたそのウエ
    ルの深さよりも充分浅い第1導電型を有する第1
    の半導体層と、 この第1の半導体層内に形成された高濃度の第
    2導電型を有する第2の半導体層と、 この第2の半導体層から一定距離離れて前記第
    1の半導体層の領域内より前記ウエル領域に延在
    して形成された高濃度の第2導電型を有する第3
    の半導体層と、 前記第2の半導体層と第3の半導体層の間隙上
    部に薄い酸化膜を介して形成されたゲート電極
    と、 前記第2の半導体層上に形成された第1の電極
    層と、 前記第3の半導体層上に形成された第2の電極
    層と を備え、 前記ウエルと第1の半導体層と第2の半導体層
    とによつて縦形バイポーラトランジスタを構成
    し、前記第1の半導体層と第2の半導体層と第3
    の半導体層とゲート電極とによつてMOSトラン
    ジスタを構成したことを特徴とする複合形半導体
    装置。 2 ウエル領域は、このウエル領域の深さよりも
    深い絶縁物で充てんされた溝により他の半導体領
    域と電気的に分離されていることを特徴とした特
    許請求の範囲第1項記載の複合形半導体装置。 3 ウエル領域の底面部には、このウエル領域と
    同一導電型の高濃度半導体層が埋め込まれている
    ことを特徴とした特許請求の範囲第1項または第
    2項記載の複合形半導体装置。
JP59257368A 1984-12-07 1984-12-07 複合形半導体装置 Granted JPS61136254A (ja)

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JPS61136254A JPS61136254A (ja) 1986-06-24
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JPS61136254A (ja) 1986-06-24

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