JPH0413864B2 - - Google Patents

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JPH0413864B2
JPH0413864B2 JP61002212A JP221286A JPH0413864B2 JP H0413864 B2 JPH0413864 B2 JP H0413864B2 JP 61002212 A JP61002212 A JP 61002212A JP 221286 A JP221286 A JP 221286A JP H0413864 B2 JPH0413864 B2 JP H0413864B2
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JP
Japan
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region
vertical transistor
layer
collector
transistor
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP61002212A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61263148A (en
Inventor
Hiroshi Iwasaki
Osamu Ozawa
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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 Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP61002212A priority Critical patent/JPS61263148A/en
Publication of JPS61263148A publication Critical patent/JPS61263148A/en
Publication of JPH0413864B2 publication Critical patent/JPH0413864B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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

Landscapes

  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は余り耐圧を必要とせず低消費電力で
高速動作をするI2L(Integrated In−jection
Logic)と高耐圧を必要とする通常のバイポーラ
トランジスタとを集積してなる半導体装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] This invention is an integrated injection system (I 2 L) that does not require much withstand voltage and operates at high speed with low power consumption.
Logic) and a normal bipolar transistor that requires high breakdown voltage.

I2Lは、信号出力端領域となるコレクタ領域を
半導体基板表面に設ける逆構造のバーテイカルト
ランジスタと、コレクタ領域、ベース領域をそれ
ぞれ上記バーテイカルトランジスタのベース領
域、エミツタ領域と共有するこれと相補型のラテ
ラルトランジスタとから構成される。I2Lは素子
間分離を必要としない点で高密度化が可能で、か
つ低消費電力動作をする論理素子として注目され
ている。
I 2 L is a vertical transistor with an inverted structure in which the collector region, which is the signal output end region, is provided on the surface of the semiconductor substrate, and is complementary to this in which the collector region and base region are shared with the base region and emitter region of the above vertical transistor, respectively. It consists of a type of lateral transistor. I 2 L is attracting attention as a logic element that allows high density operation because it does not require isolation between elements, and operates with low power consumption.

また、I2Lは通常のバイポーラトランジスタと
共に同一半導体基板上に容易に集積することがで
きるという利点も有する。
I 2 L also has the advantage that it can be easily integrated on the same semiconductor substrate with ordinary bipolar transistors.

ところで、I2Lと通常のバイポーラトランジス
タとを同一基板上に同一製造工程で集積する場
合、I2L部の逆構造バーテイカルトランジスタの
電流増幅率を大きくしてI2Lの高速性を保とうと
すると、バイポーラトランジスタの耐圧が非常に
小さいものとなり、逆にバイポールトランジスタ
の耐圧を大きくしようとするとI2Lの高速性が損
われる、という問題がある。この問題を解決する
手段として従来より既にいくつか提案されている
が、未だ十分なものはないのが現状である。
By the way, when I 2 L and a normal bipolar transistor are integrated on the same substrate in the same manufacturing process, the current amplification factor of the reverse structure vertical transistor in the I 2 L part must be increased to maintain the high speed of I 2 L. If this happens, the breakdown voltage of the bipolar transistor will become extremely low, and conversely, if the breakdown voltage of the bipolar transistor is increased, there is a problem in that the high-speed performance of I 2 L will be impaired. Several methods have been proposed to solve this problem, but at present none are sufficient.

この発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、I2Lと通常のバイポーラトランジスタとをそ
れぞれの特性を損うことなく集積した半導体装置
を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a semiconductor device in which I 2 L and a normal bipolar transistor are integrated without impairing their respective characteristics.

即ち、この発明は逆構造の第1のバーテイカル
トランジスタを有するI2Lと通常のバイポーラト
ランジスタである第2のバーテイカルトランジス
タとを集積してなる半導体装置において、第1の
バーテイカルトランジスタのペース領域のうち少
くともコレクタ領域直下を低濃度層として深く形
成し、コレクタ領域を取り囲む部分および第2の
バーテイカルトランジスタのベース領域を比較的
高濃度として浅く形成し、しかも第1のバーテイ
カルトランジスタのコレクタ領域と第2のバーテ
イカルトランジスタのエミツタ領域の厚さを変
え、高速動作且つ高耐圧化を可能にしたことを特
徴としている。
That is, the present invention provides a semiconductor device in which an I 2 L having a first vertical transistor having an inverted structure and a second vertical transistor which is a normal bipolar transistor is integrated. At least a region immediately below the collector region is formed deeply as a low concentration layer, a portion surrounding the collector region and the base region of the second vertical transistor is formed shallowly with a relatively high concentration, and the layer surrounding the collector region and the base region of the second vertical transistor is formed shallowly with a relatively high concentration. The device is characterized in that the thicknesses of the collector region and the emitter region of the second vertical transistor are changed to enable high-speed operation and high breakdown voltage.

以下図面を参照してこの発明の実施例を説明す
る。第1図a〜eは一実施例の製造工程を示すも
ので、論理素子として逆構造のnpnバーテイカル
トランジスタ(第1のバーテイカルトランジス
タ)とpnpラテラルトランジスタを有するI2Lを、
また第2のバーテイカルトランジスタとして通常
のnpnバイポーラトランジスタを集積した例であ
る。これを製造工程に従つて説明すると、P-
Si基板1のI2L部およびバイポーラトランジスタ
部にn+層21,22を拡散形成した後、全面にn層
3をエピタキシヤル成長させるa。次にこの基板
表面を全面酸化し、所定の拡散窓を開けて、素子
分離用のp+層4、I2L部の接地端となるn+層5、
バイポーラトランジスタ部のコレクタ取り出し用
のn+層6を拡散形成し、更にI2L部のコレクタ領
域直下の活性ベース領域にイオン注入を行つて
p-層71,72を形成しておくb。次いで、高温の
熱工程を所定時間加えることで、p+層4はp-
Si基板1に達するように、n+層5,6はそれぞれ
n+層21,22に達するように、かつp-層71,72
はシート抵抗3000〜5000Ω/□、拡散深さ3〜
3.5μm程度の低濃度層になるようにするc。この
とき、n+層21,22もn層3内に浮き上つてp-
1,72がn+層21に接するようにする。続いて、
I2L部のインジエクタ用pnpラテラルトランジス
タのエミツタ領域となるp層8、ラテラルトラン
ジスタのコレクタ領域、即ちインバータ用逆構造
npnバーテイカルトランジスタのコレクタ領域を
取り囲むベース領域部となるp層9およびバイポ
ーラトランジスタのベース領域となるp層10
を、例えばボロンのイオン注入と拡散を用いてシ
ート抵抗80〜180Ω/□、拡散深さ約2μmとなる
ように比較的高濃度に同時に形成するd。その
後、I2L部の出力端領域、即ち逆構造バーテイカ
ルトランジスタのコレクタ領域となるn+層111
112およびバイポーラトランジスタのエミツタ
領域となるn+層12を同時拡散により深さ1.3〜
2.0μm程度に形成し、最後にAlの蒸着、パターニ
ングにより、I2L部の信号入力端電極IN、信号出
力端電極OUT1,OUT2、接地電極GND、外部電
源印加電極+VEEおよびバイポーラトランジスタ
のエミツタ電極E、ベース電極B、コレクタ電極
Cをそれぞれ形成するe。なお、n+層111,1
2とn+層12はそれぞれのベース領域濃度の違
いにより拡散深さが異なり、例えば前者が約
1.7μmのとき後者が約1.4μmとなる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figures 1a to 1e show the manufacturing process of one embodiment, in which an I 2 L having an inversely structured npn vertical transistor (first vertical transistor) and pnp lateral transistor is used as a logic element.
This is also an example in which a normal npn bipolar transistor is integrated as the second vertical transistor. To explain this according to the manufacturing process, P - -
After the n + layers 2 1 and 2 2 are diffused and formed in the I 2 L portion and the bipolar transistor portion of the Si substrate 1, the n layer 3 is epitaxially grown on the entire surface. Next, the entire surface of this substrate is oxidized, a predetermined diffusion window is opened, and a p + layer 4 for element isolation, an n + layer 5 which will be a grounding end of the I 2 L part,
An n + layer 6 for extracting the collector of the bipolar transistor section is formed by diffusion, and ions are further implanted into the active base region directly under the collector region of the I 2 L section.
Form p - layers 7 1 and 7 2 b. Next, by applying a high-temperature thermal process for a predetermined period of time, the p + layer 4 becomes p - -
In order to reach the Si substrate 1, the n + layers 5 and 6 are
n + layers 2 1 , 2 2 and p - layers 7 1 , 7 2
is sheet resistance 3000~5000Ω/□, diffusion depth 3~
Make it a low concentration layer of about 3.5μm c. At this time, the n + layers 2 1 and 2 2 also float up into the n layer 3 so that the p layers 7 1 and 7 2 are in contact with the n + layer 2 1 . continue,
The p-layer 8, which becomes the emitter region of the pnp lateral transistor for the injector in the I 2 L section, and the collector region of the lateral transistor, that is, the reverse structure for the inverter.
A p-layer 9 serving as a base region surrounding the collector region of the npn vertical transistor and a p-layer 10 serving as the base region of the bipolar transistor.
For example, using boron ion implantation and diffusion, d is simultaneously formed at a relatively high concentration so that the sheet resistance is 80 to 180 Ω/□ and the diffusion depth is about 2 μm. After that, the n + layer 11 1 , which becomes the output end region of the I 2 L section, that is, the collector region of the inverted vertical transistor,
11 2 and the n + layer 12, which will become the emitter region of the bipolar transistor, are simultaneously diffused to a depth of 1.3~
Formed to a thickness of approximately 2.0 μm, and finally, by vapor deposition and patterning of Al, the signal input end electrode IN, signal output end electrode OUT 1 , OUT 2 , ground electrode GND, external power application electrode +V EE , and bipolar transistor of the I 2 L section are formed. form an emitter electrode E, a base electrode B, and a collector electrode C, respectively. Note that the n + layer 11 1 , 1
1 2 and the n + layer 12 have different diffusion depths due to the difference in their respective base region concentrations. For example, the former has a
When it is 1.7 μm, the latter is approximately 1.4 μm.

このようにして得られた装置では、I2L部のイ
ンバータ用逆構造npnバーテイカルトランジスタ
は、コレクタ直下の活性ベース領域を低濃度層と
したことにより、ベース幅が1〜2μmあつても電
流増幅率は十分大きくとれ、かつこの活性ベース
領域の低濃度層をn+層21に接するように深くし
たことおよび活性ベース領域を取りまくように比
較的高濃度のベース領域を設けたことにより高速
動作が可能となり、また、1個のI2Lゲートで多
くのフアンアウトをとることが可能となる。ま
た、バイポーラトランジスタ部をみると、この
npnバーテイカルトランジスタのベース領域はn+
層22まで1〜1.5μmの層3を残しているため、
コレクタ・エミツタ間の高耐圧が確保される。更
に、I2L部とバイポーラトランジスタ部のベース
濃度の違いにより、I2L部のコレクタ領域拡散よ
りバイポーラトランジスタ部のエミツタ領域拡散
の方が浅くなることは、バイポーラトランジスタ
部のベース領域拡散をより浅くできることを意味
しており、バイポーラトランジスタ(第2のバー
テイカルトランジスタ)の耐圧を一層高くする上
で有利で、またI2Lの高速動作をより発揮できる。
In the device obtained in this way, the inverted structure npn vertical transistor for the inverter in the I 2 L part has a low concentration layer in the active base region directly under the collector, so that even if the base width is 1 to 2 μm, there is no current. The amplification factor is sufficiently large, and the low concentration layer in the active base region is made deep so as to be in contact with the n + layer 2 1 , and the relatively high concentration base region is provided surrounding the active base region to achieve high speed. In addition, it is possible to obtain a large fanout with one I 2 L gate. Also, if you look at the bipolar transistor section, this
The base region of an npn vertical transistor is n +
Since layer 3 of 1 to 1.5 μm is left until layer 2 ,
A high withstand voltage between the collector and emitter is ensured. Furthermore, due to the difference in base concentration between the I 2 L section and the bipolar transistor section, the emitter region diffusion of the bipolar transistor section is shallower than the collector region diffusion of the I 2 L section. This means that it can be made shallower, which is advantageous in further increasing the withstand voltage of the bipolar transistor (second vertical transistor), and it is also possible to further demonstrate the high-speed operation of I 2 L.

第2図はこの発明の別の実施例を第1図eに対
応させて示したものである。第1図eと相対応す
る部分には同一符号を付して詳細な説明を省く。
この実施例はL2L部の低濃度ベース領域であるp-
層7′をコレクタ直下のみでなく、ベース領域全
体に拡散形成し、その拡散端はn+層21に接する
ようにすると共に、p-層7′の上から再度比較的
高濃度でコレクタ領域をとり囲むp層9をバイポ
ーラトランジスタ部のベース領域となるp層10
と同時にp-層7′より浅く拡散形成したものであ
る。この実施例では、先の実施例と比較して、
I2L部の高濃度ベース領域であるp層9の下にn
層3を残すことがなくなるため、I2L部のエミツ
タ領域でのキヤリア蓄積が減少し、I2Lをより高
速で動作させることができる。
FIG. 2 shows another embodiment of the invention, corresponding to FIG. 1e. Portions corresponding to those in FIG. 1e are designated by the same reference numerals and detailed explanations will be omitted.
This example is a low concentration base region of L 2 L part p -
The layer 7' is formed by diffusion not only directly under the collector, but also over the entire base region, with its diffusion end in contact with the n + layer 21 , and the layer 7' is formed again in the collector region from above the p - layer 7' with a relatively high concentration. The p layer 9 surrounding the p layer 10 serves as the base region of the bipolar transistor section.
At the same time, it is formed by diffusion to be shallower than the p - layer 7'. In this example, compared to the previous example,
There is an n
Since layer 3 is not left behind, carrier accumulation in the emitter region of the I 2 L portion is reduced, and I 2 L can be operated at higher speed.

以上詳細に説明したように、この発明によれ
ば、高速動作が可能で十分なフアンアウトをとれ
る論理素子I2Lと高耐圧を要するバイポーラトラ
ンジスタとをそれぞれの特性を損うことなく集積
した各種論理回路構成に有用な半導体装置を提供
することができる。
As explained in detail above, according to the present invention, various types of logic elements I 2 L capable of high-speed operation and sufficient fan-out and bipolar transistors requiring high breakdown voltage are integrated without impairing their respective characteristics. A semiconductor device useful for logic circuit configuration can be provided.

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

第1図a〜eはこの発明の一実施例の製造工程
を示す図、第2図は別の実施例を第1図eに対応
させて示す図である。 1…p-−Si基板、21,22…n+層、3…n層、
4…p+層(素子分離用)、5…n+層(接地用)、
6…n+層(コレクタ取出し用)、71,72,7′…
p-層(低濃度ベース領域)、8…p層(インジエ
クタのエミツタ領域)、9…p層(高濃度ベース
領域)、10…p層(高濃度ベース領域)、111
112…n+層(コレクタ領域)、12…n+層(エミ
ツタ領域)。
1A to 1E are diagrams showing the manufacturing process of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing another embodiment corresponding to FIG. 1E. 1...p - -Si substrate, 2 1 , 2 2 ...n + layer, 3... n layer,
4...p + layer (for element isolation), 5...n + layer (for grounding),
6...n + layer (for collector extraction), 7 1 , 7 2 , 7'...
p - layer (low concentration base region), 8... p layer (emitter region of injector), 9... p layer (high concentration base region), 10... p layer (high concentration base region), 11 1 ,
11 2 ...n + layer (collector region), 12...n + layer (emitter region).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 信号出力端領域となるコレクタ領域を半導体
基板表面に設ける逆構造の第1のバーテイカルト
ランジスタと、コレクタおよびベース領域をそれ
ぞれ前記第1のバーテイカルトランジスタのベー
スおよびエミツタ領域と共有する第1のバーテイ
カルトランジスタと相補型のトランジスタとから
なる論理素子を、エミツタ領域を半導体基板表面
に設ける第2のバーテイカルトランジスタと共に
同一半導体基板に集積してなる半導体装置におい
て、 前記半導体基板は第1導電型基体上に前記第
1、第2のバーテイカルトランジスタに夫々対応
して設けられた夫々第1のバーテイカルトランジ
スタのエミツタ、第2のバーテイカルトランジス
タのコレクタとなる第2導電型の高濃度埋込み層
を介して第2導電型の低濃度層が設けられてな
り、前記第1のバーテイカルトランジスタのベー
ス領域のうち少くともコレクタ領域直下を前記第
2導電型の高濃度埋込み層に達する低濃度層とし
て深く形成し、コレクタ領域を取り囲む部分およ
び前記第2のバーテイカルトランジスタのベース
領域を比較的高濃度層として浅く形成し、前記第
1のバーテイカルトランジスタのコレクタ領域を
前記第2のバーテイカルトランジスタのエミツタ
領域より深く形成したことを特徴とする半導体装
置。
[Scope of Claims] 1. A first vertical transistor having an inverted structure in which a collector region serving as a signal output end region is provided on the surface of a semiconductor substrate, and a collector region and a base region are respectively provided in the base and emitter regions of the first vertical transistor. A semiconductor device in which a logic element consisting of a first vertical transistor and a complementary transistor shared with the semiconductor substrate is integrated on the same semiconductor substrate together with a second vertical transistor whose emitter region is provided on the surface of the semiconductor substrate. The substrate is a second conductive type, which is provided on a first conductive type base and corresponds to the first and second vertical transistors, and serves as the emitter of the first vertical transistor and the collector of the second vertical transistor, respectively. A low concentration layer of a second conductivity type is provided through a high concentration buried layer of the second conductivity type, and at least immediately below the collector region of the base region of the first vertical transistor is buried with a high concentration of the second conductivity type. A relatively high concentration layer is formed at a shallow depth in a portion surrounding the collector region and the base region of the second vertical transistor, and a collector region of the first vertical transistor is formed in a shallow depth. A semiconductor device characterized in that the emitter region is formed deeper than the emitter region of the second vertical transistor.
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JPS516488A (en) * 1974-07-05 1976-01-20 Hitachi Ltd
JPS52185A (en) * 1975-06-23 1977-01-05 Hitachi Ltd Semiconductor

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