JPH0412031B2 - - Google Patents

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JPH0412031B2
JPH0412031B2 JP56180890A JP18089081A JPH0412031B2 JP H0412031 B2 JPH0412031 B2 JP H0412031B2 JP 56180890 A JP56180890 A JP 56180890A JP 18089081 A JP18089081 A JP 18089081A JP H0412031 B2 JPH0412031 B2 JP H0412031B2
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JP
Japan
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region
stage transistor
type diffusion
emitter
diffusion region
Prior art date
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JP56180890A
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Japanese (ja)
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JPS5882562A (en
Inventor
Hideo Kawasaki
Susumu Sugumoto
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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    • 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
    • H10D84/60Integrated 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 H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of BJTs
    • H10D84/641Combinations of only vertical BJTs
    • H10D84/642Combinations of non-inverted vertical BJTs of the same conductivity type having different characteristics, e.g. Darlington transistors

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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いわゆるダーリントン接続回路装置
において第1段トランジスタのエミツタ・ベース
間にダイオードを挿入した回路要素を単一半導体
基板内に形成した半導体装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device in which a circuit element in which a diode is inserted between the emitter and base of a first stage transistor is formed in a single semiconductor substrate in a so-called Darlington connection circuit device.

第1図は2個のトランジスタTr1,Tr2をダー
リントン接続した従来装置の回路を示している。
ベース端子Bは第1段トランジスタTr1のベース
電極と接続され、さらにこのトランジスタTr1
エミツタ電極が第2段トランジスタTr2のベース
電極と接続されている。またエミツタ端子Eは第
2段トランジスタTr2のエミツタ電極と接続され
るとともにコレクタ端子Cは上記両トランジスタ
Tr1,Tr2のコレクタ電極に接続されている。
FIG. 1 shows a circuit of a conventional device in which two transistors Tr 1 and Tr 2 are connected in Darlington.
The base terminal B is connected to the base electrode of the first stage transistor Tr 1 , and the emitter electrode of this transistor Tr 1 is further connected to the base electrode of the second stage transistor Tr 2 . Further, the emitter terminal E is connected to the emitter electrode of the second stage transistor Tr 2 , and the collector terminal C is connected to the emitter electrode of the second stage transistor Tr 2.
Connected to the collector electrodes of Tr 1 and Tr 2 .

なお、R1は第1段トランジスタTr1のベース・
エミツタ間の抵抗、R2は第2段トランジスタTr2
のベース・エミツタ間の抵抗、D1は第2段トラ
ンジスタTr2のエミツタ・コレクタ間のダイオー
ドである。
Note that R 1 is the base of the first stage transistor Tr 1 .
The emitter-to-emitter resistance, R 2 , is the second stage transistor Tr 2
The base-emitter resistance D1 is the emitter-collector diode of the second stage transistor Tr2 .

第2図は上記ダーリントン接続回路をたとえば
シリコンウエハー上に構成した場合の断面図であ
る。第1段トランジスタTr1はN型拡散領域3、
P型拡散領域2、N型シリコン基体1からなる
NPNトランジスタで、このN型拡散領域に3上
は第1段トランジスタTr1のエミツタ電極および
第2段トランジスタTr2のベース電極となる内部
配線9が、またP型拡散領域2の上にはベース電
極8が形成されている。一方第2段トランジスタ
Tr2はN型拡散領域4、P型拡散領域2、N型シ
リコン基体1からなり、N型拡散領域4の上には
エミツタ電極10が形成されている。また、抵抗
R1は抵抗領域5に、抵抗R2は抵抗領域6にそれ
ぞれ形成され、ダイオードD1はP型拡散領域2、
N型シリコン基体1より構成されるPN接合部分
7に形成される。また11はコレクタ電極、12
は絶縁膜である。
FIG. 2 is a sectional view of the Darlington connection circuit constructed on, for example, a silicon wafer. The first stage transistor Tr 1 includes an N-type diffusion region 3,
Consists of a P-type diffusion region 2 and an N-type silicon substrate 1
In the NPN transistor, above the N-type diffusion region 3 there is an internal wiring 9 which becomes the emitter electrode of the first stage transistor Tr 1 and the base electrode of the second stage transistor Tr 2 , and above the P-type diffusion region 2 there is the base electrode. An electrode 8 is formed. On the other hand, the second stage transistor
Tr 2 consists of an N-type diffusion region 4, a P-type diffusion region 2, and an N-type silicon substrate 1, and an emitter electrode 10 is formed on the N-type diffusion region 4. Also, resistance
R 1 is formed in the resistance region 5, resistance R 2 is formed in the resistance region 6, and the diode D 1 is formed in the P-type diffusion region 2,
It is formed in a PN junction portion 7 made of an N-type silicon substrate 1. Further, 11 is a collector electrode, 12
is an insulating film.

このように構成された従来のダーリントン接続
回路では、スイツチング動作で、ONからOFFへ
の切り替え時にベース・エミツタ間が逆バイアス
されると、第1段トランジスタTr1はOFF状態と
なり、第1段トランジスタTr1のベース・エミツ
タ間には電流が流れないため、第2段トランジス
タTr2のベース領域に蓄積されたキヤリアの放出
は抵抗R1を通じて、第1段トランジスタTr1のベ
ース電極へ徐々に流出するだけである。抵抗R1
の抵抗値が大きいときにはキヤリアの放出速度は
小さく、蓄積されたキヤリアは比較的長時間第2
段トランジスタTr2のベース領域に残留する。そ
の結果スイツチング速度が遅くなるという欠点が
ある。上記欠点を改善するために、第3図に示す
ようにダイオードD2を第1段トランジスタTr1
エミツタ・ベース間に挿入する方法が知られてい
る。
In the conventional Darlington connection circuit configured in this way, when the base and emitter are reverse biased during switching from ON to OFF, the first stage transistor Tr 1 becomes OFF state, and the first stage transistor Tr 1 turns OFF. Since no current flows between the base and emitter of Tr 1 , the carriers accumulated in the base region of the second stage transistor Tr 2 are gradually discharged to the base electrode of the first stage transistor Tr 1 through the resistor R 1 . Just do it. Resistance R 1
When the resistance value of
It remains in the base region of stage transistor Tr 2 . As a result, the switching speed becomes slow. In order to improve the above drawbacks, a method is known in which a diode D2 is inserted between the emitter and base of the first stage transistor Tr1 , as shown in FIG.

しかし、このダイオードD2は他の回路要素の
ように単一半導体基板内に一体的に作り込むこと
は寄生トランジスタが形成されるという不都合を
ともなうので、その形成がはなはだ困難なため、
従来は外部接続によつて回路構成する必要があ
り、したがつて、このような回路構成になすこと
は同回路装置の製作上、量産性、信頼性の面で、
必ずしも十分とはいえない。
However, it is very difficult to fabricate this diode D 2 integrally in a single semiconductor substrate like other circuit elements because it involves the inconvenience of forming a parasitic transistor.
Conventionally, it was necessary to configure the circuit using external connections, so using this type of circuit configuration was difficult in terms of manufacturing, mass production, and reliability of the circuit device.
It is not necessarily sufficient.

本発明は上記問題点を解消し、スイツチング動
作の高速化および高信頼性を有する多段結合形ト
ランジスタ回路装置を与えるもので、少なくとも
2段結合トランジスタ回路構成を有し、第1段ト
ランジスタのエミツタ・ベース間に、寄生トラン
ジスタ作用をもたないようなダイオードを単一半
導体基板内に設けた半導体装置を提供するもので
ある。
The present invention solves the above-mentioned problems and provides a multi-stage coupled transistor circuit device having high speed switching operation and high reliability. The present invention provides a semiconductor device in which a diode that does not have a parasitic transistor effect is provided between bases within a single semiconductor substrate.

以下本発明を図面により詳細に説明する。 The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

第4図aおよびbは本発明の一実施例を示すも
ので第4図aは左右に第1段、第2段トランジス
タを形成した半導体装置の断面図、第4図bは第
4図aのX−X断面の表面側から深さ方向にみた
不純物濃度分布グラフである。
FIGS. 4a and 4b show an embodiment of the present invention. FIG. 4a is a sectional view of a semiconductor device in which first and second stage transistors are formed on the left and right sides, and FIG. It is an impurity concentration distribution graph seen from the surface side in the depth direction of the XX cross section.

第4図aにおいて、1は第1段トランジスタ
Tr1および第2段トランジスタTr2の共通コレク
タ領域となる一導電型半導体基板であるN型シリ
コン基体、2は第1段トランジスタTr1および第
2段トランジスタTr2の共通ベース領域となるP
型拡散領域、3は第1段トランジスタTr1のエミ
ツタ領域となるN型拡散領域、4は第2段トラン
ジスタTr2のエミツタ領域となるN型拡散領域、
5は抵抗R1を形成する抵抗領域、6は抵抗R2
形成する抵抗領域、7はダイオードD1を形成す
るPN接合部分、13は第1段トランジスタTr1
のベース領域中へ作り込まれダイオードD2のカ
ソード領域となるN型拡散領域(第1の領域)、
14はN型拡散領域13の中へ作り込まれ、ダイ
オードD2のアノード領域となるP型拡散領域
(第2の領域)、8は第1段トランジスタTr1のベ
ース領域とダイオードD2のカソード領域とを相
互接続するための内部配線を兼ねるベース電極、
そして9は第1段トランジスタTr1のエミツタ領
域とダイオードD2のアノード領域および第2段
トランジスタTr2のベース領域間を相互接続する
ための内部配線である。
In Figure 4a, 1 is the first stage transistor
An N-type silicon substrate, which is a semiconductor substrate of one conductivity type, serves as a common collector region of Tr 1 and the second stage transistor Tr 2 , and P 2 serves as a common base region of the first stage transistor Tr 1 and the second stage transistor Tr 2.
3 is an N-type diffusion region that becomes the emitter region of the first stage transistor Tr 1 ; 4 is an N-type diffusion region that becomes the emitter region of the second stage transistor Tr 2 ;
5 is a resistance region forming the resistance R 1 , 6 is a resistance region forming the resistance R 2 , 7 is a PN junction part forming the diode D 1 , and 13 is the first stage transistor Tr 1.
an N-type diffusion region (first region) built into the base region of the diode D2 and serving as the cathode region of the diode D2 ;
14 is a P-type diffusion region (second region) that is built into the N-type diffusion region 13 and becomes the anode region of the diode D 2 ; 8 is the base region of the first stage transistor Tr 1 and the cathode of the diode D 2 ; a base electrode that also serves as internal wiring for interconnecting the regions;
Reference numeral 9 denotes an internal wiring for interconnecting the emitter region of the first stage transistor Tr 1 , the anode region of the diode D 2 , and the base region of the second stage transistor Tr 2 .

なお、10はエミツタ電極、11はコレクタ電
極、12は二酸化シリコン(SiO2)等の絶縁膜
である。
Note that 10 is an emitter electrode, 11 is a collector electrode, and 12 is an insulating film such as silicon dioxide (SiO 2 ).

第4図aのアノード領域となるP型拡散領域1
4とカソード領域となるN型拡散領域13より形
成されるPN接合をダイオードとして動作させる
に際し、P型拡散領域14、N型拡散領域13、
P型拡散領域2より構成されるいわゆるPNP寄
生トランジスタの電流増幅率を極めて小さくすれ
ば、そのトランジスタ作用が除去できる。
P-type diffusion region 1 which becomes the anode region in FIG. 4a
4 and the N-type diffusion region 13 which becomes the cathode region, when operating the PN junction formed by the P-type diffusion region 14, the N-type diffusion region 13,
If the current amplification factor of the so-called PNP parasitic transistor constituted by the P-type diffusion region 2 is made extremely small, its transistor action can be eliminated.

本発明は第4図bに示すように、P型拡散領域
14の活性不純物濃度をN型拡散領域13の活性
不純物濃度より低く抑えることにより、上述のよ
うなPNP寄生トランジスタ構造ではあつても、
その電流増幅率を極めて小さくし、そのトランジ
スタ作用を無視できるようになしたものである。
As shown in FIG. 4b, the present invention suppresses the active impurity concentration of the P-type diffusion region 14 to be lower than the active impurity concentration of the N-type diffusion region 13, so that even in the PNP parasitic transistor structure as described above,
The current amplification factor is made extremely small so that the transistor action can be ignored.

このような濃度分布はN型拡散領域13の拡散
不純物表面濃度に対して、P型拡散領域14の不
純物濃度を不純物蒸着時において、若干高い程度
に抑えることによつて得られる。たとえば、N型
拡散領域13の拡散不純物表面濃度が1.5×
1020/cm3の場合、P型拡散領域14の不純物濃度
を蒸着時に3.0×1020/cm3することにより拡散熱
処理後において、P型拡散領域14の不純物表面
濃度は7.0×1019/cm3になる。このような不純物
拡散プロフアイルを測定したグラフが第4図bに
相当する。
Such a concentration distribution can be obtained by suppressing the impurity concentration in the P-type diffusion region 14 to a slightly higher level than the surface concentration of diffused impurities in the N-type diffusion region 13 during impurity deposition. For example, the diffusion impurity surface concentration of the N-type diffusion region 13 is 1.5×
In the case of 10 20 /cm 3 , by setting the impurity concentration of the P-type diffusion region 14 to 3.0×10 20 /cm 3 during vapor deposition, the impurity surface concentration of the P-type diffusion region 14 becomes 7.0×10 19 /cm after the diffusion heat treatment. It becomes 3 . A graph obtained by measuring such an impurity diffusion profile corresponds to FIG. 4b.

このようにして形成されたPNP寄生トランジ
スタの電流増幅率は極めて低く、したがつて
PNP寄生トランジスタの作用はほぼ完全に除去
でき、アノード領域となるP型拡散領域14とカ
ソード領域となるN型拡散領域13からなるPN
接合はダイオードとして動作することになる。
The current amplification factor of the PNP parasitic transistor formed in this way is extremely low, so
The effect of the PNP parasitic transistor can be almost completely eliminated, and the PN consists of a P-type diffusion region 14 which becomes an anode region and an N-type diffusion region 13 which becomes a cathode region.
The junction will behave as a diode.

以上説明したところから明らかなように、本発
明によれば、ダーリントン接続回路の高速化のた
めのダイオードを単一半導体基板内に一体的に作
り込むことができるだけでなく、ダイオードのカ
ソード領域となる第1の領域の活性不純物濃度を
アノード領域となる第2の領域の活性不純物濃度
より低くすることにより、寄生トランジスタ作用
を抑えることにより半導体装置の信頼性を高める
ことができる。しかも、従来のダーリントン接続
回路素子の製造工程にダイオード領域を形成する
ための工程が追加されるだけで、外部接続によつ
てダイオードを付加した従来回路構成と同等のス
イツチング速度を持ち、しかも信頼性の面で非常
に優れた半導体装置を得ることができる。
As is clear from the above explanation, according to the present invention, not only can diodes for speeding up the Darlington connection circuit be integrated into a single semiconductor substrate, but also the cathode region of the diode By making the active impurity concentration of the first region lower than the active impurity concentration of the second region serving as the anode region, the reliability of the semiconductor device can be increased by suppressing parasitic transistor action. Moreover, by simply adding a step to form the diode region to the manufacturing process of conventional Darlington-connected circuit elements, it has the same switching speed and reliability as the conventional circuit configuration in which diodes are added through external connections. It is possible to obtain a semiconductor device that is very excellent in terms of.

また以上の説明ではNPN型ダーリントン接続
回路装置を例示したが、本発明はPNP型にも同
様に適用し得ることは勿論である。
Further, in the above explanation, an NPN type Darlington connection circuit device was illustrated, but it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a PNP type.

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

第1図は従来のダーリントン接続回路の等価回
路図、第2図は従来のダーリントン接続回路装置
の断面図、第3図はダイオードを挿入したダーリ
ントン接続回路の等価回路図、第4図aは本発明
の一実施例にかかるダーリントン接続回路装置の
断面図、第4図bは本発明のダイオード部の活性
不純物濃度分布図である。 1……N型シリコン基体、2,14……P型拡
散領域、3,4,13……N型拡散領域、5,6
……抵抗領域、7……PN接合部分、8……ベー
ス電極、9……内部配線、10……エミツタ電
極、11……コレクタ電極、12……絶縁膜。
Fig. 1 is an equivalent circuit diagram of a conventional Darlington connection circuit, Fig. 2 is a cross-sectional view of a conventional Darlington connection circuit device, Fig. 3 is an equivalent circuit diagram of a Darlington connection circuit with a diode inserted, and Fig. 4a is an equivalent circuit diagram of a conventional Darlington connection circuit device. FIG. 4b, which is a cross-sectional view of a Darlington connection circuit device according to an embodiment of the invention, is an active impurity concentration distribution diagram of the diode portion of the invention. 1... N-type silicon substrate, 2, 14... P-type diffusion region, 3, 4, 13... N-type diffusion region, 5, 6
... Resistance region, 7 ... PN junction portion, 8 ... Base electrode, 9 ... Internal wiring, 10 ... Emitter electrode, 11 ... Collector electrode, 12 ... Insulating film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 一導電型半導体基板上に設けた反対導電型の
共通ベース領域中に前記一導電型の複数のエミツ
タ領域を設けてなる多段結合トランジスタ構成の
半導体装置であつて、第1段トランジスタのベー
ス領域中に前記エミツタ領域とは独立の前記一導
電型の第1の領域を形成し、前記第1の領域中に
前記反対導電型の第2の領域を形成して、前記第
2の領域を前記第1段トランジスタの前記エミツ
タ領域と電気的に短絡し、かつ前記第1の領域を
前記第1段トランジスタの前記ベース領域と電気
的に短絡した構造をなし、かつ、前記第2の領域
の活性不純物濃度を前記第1の領域の活性不純物
濃度より低くしたことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a multi-stage coupled transistor configuration in which a plurality of emitter regions of one conductivity type are provided in a common base region of an opposite conductivity type provided on a semiconductor substrate of one conductivity type, the base region of a first stage transistor. forming a first region of one conductivity type independent of the emitter region; forming a second region of the opposite conductivity type in the first region; The emitter region of the first stage transistor is electrically shorted, and the first region is electrically shorted to the base region of the first stage transistor, and the active region of the second region is electrically shorted. A semiconductor device characterized in that the impurity concentration is lower than the active impurity concentration of the first region.
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