JPH06232149A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH06232149A
JPH06232149A JP5015338A JP1533893A JPH06232149A JP H06232149 A JPH06232149 A JP H06232149A JP 5015338 A JP5015338 A JP 5015338A JP 1533893 A JP1533893 A JP 1533893A JP H06232149 A JPH06232149 A JP H06232149A
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眞喜男 飯田
Takayoshi Sugisaka
貴是 杉坂
Toshio Sakakibara
利夫 榊原
Osamu Ishihara
治 石原
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Abstract

(57)【要約】 【目的】耐圧向上と集積度向上の両立が可能なバイポー
ラ型の半導体装置を提供する。 【構成】第1側面分離絶縁物領域9aにより埋め込みコ
レクタ領域3及びコレクタ耐圧領域4の側面が第1側面
分離絶縁物領域(シリコン酸化膜)9aを挟んで隣接半
導体領域(トレンチT2内のポリシリコン溝埋め領域8
又はN- 領域11)から絶縁分離される誘電体分離型の
バイポーラトランジスタにおいて、ベ−ス領域5と表面
コレクタ領域7との間に埋め込みコレクタ領域3の表面
部に達する第2側面分離絶縁物領域(シリコン酸化膜)
9bが形成される。この結果、ベ−ス領域5と表面コレ
クタ領域7との間の水平距離を短縮してもベ−ス領域5
と表面コレクタ領域7との間の電気絶縁が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも側面を誘電
体分離されるバイポーラトランジスタ(BPT)を有す
る半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高ノイズ環境下で使用される車両エンジ
ン制御用のマイコンなどの車載半導体装置では多少の集
積度の低下及び製造工程増加のデメリットを甘受しても
耐圧向上が重要であり、側面誘電体分離構造や全面(側
面及び底面)誘電体分離構造(特開昭48−10008
1号公報)のトランジスタ集積回路が好適である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようなバイポーラ
集積回路において、トランジスタ寸法を縮小して集積度
を向上するには、ベース領域から側面分離絶縁膜までの
水平距離(すなわち、ベ−ス領域の外側のコレクタ耐圧
領域の横幅)Wを縮小する必要がある。しかしながら、
水平距離Wを縮小すると、集積度は向上するもののコレ
クタ耐圧BVceo が低下するという欠点があった。
【0004】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、耐圧向上と集積度向上の両立が可能なバイポーラ
型の半導体装置を提供することを、その目的としてい
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板から絶縁分離された高濃度第1導電型の埋め
込みコレクタ領域と、前記埋め込みコレクタ領域の上部
に形成された低濃度第1導電型のコレクタ耐圧領域と、
島状の前記両領域の側面を絶縁分離する第1側面分離絶
縁物領域と、前記島状のコレクタ耐圧領域の表面部に形
成される第2導電型のベース領域と、前記島状のコレク
タ耐圧領域の表面部に前記ベース領域と離れて形成され
る高濃度第1導電型の表面コレクタ領域と、前記ベース
領域の表面部に形成される高濃度第1導電型のエミッタ
領域と、前記第1側面分離絶縁物領域を挟んで前記島状
の半導体耐圧領域に隣接する隣接半導体領域とを備える
半導体装置において、前記ベース領域と前記表面コレク
タ領域とを絶縁分離して前記埋め込みコレクタ領域の表
面部に達する第2側面分離絶縁物領域を備えることを特
徴としている。
【0006】ここで、第2側面分離絶縁物領域は、埋め
込みコレクタ領域の表面部に接触しなくても、近傍に達
するだけでよい。例えばベ−ス領域底面から埋め込みコ
レクタ領域表面までのコレクタ耐圧領域の実質深さの8
0%以上を第2側面分離絶縁物領域が形成されていれば
よい。好適な態様において、前記第1側面分離絶縁物領
域は、前記ベ−ス領域の側面に接する。
【0007】好適な態様において、前記隣接半導体領域
に、前記表面コレクタ領域の電位より前記エミッタ領域
の電位に近い電位が印加される。好適な態様において、
前記隣接半導体領域は、前記第1、第2側面分離絶縁物
領域を挟んで前記ベ−ス領域を囲むポリシリコン溝埋め
領域からなる。好適な態様において、前記隣接半導体領
域に、前記エミッタ領域の電位と同じ電位が印加され
る。
【0008】
【作用及び発明の効果】第1側面分離絶縁物領域により
埋め込みコレクタ領域及びコレクタ耐圧領域の側面が隣
接半導体領域から絶縁分離される誘電体分離型のバイポ
ーラトランジスタにおいて、ベ−ス領域と表面コレクタ
領域との間に前記埋め込みコレクタ領域の表面部に達す
る第2側面分離絶縁物領域が形成される。
【0009】この結果、ベ−ス領域と表面コレクタ領域
との間の水平距離を短縮してもベ−ス領域と表面コレク
タ領域領域との間の電気絶縁はこの第2側面分離絶縁物
領域により確保され、かつ、第2側面分離絶縁物領域は
第1側面分離絶縁物領域のように埋め込みコレクタ領域
を分断しないので、ベ−ス領域直下の埋め込みコレクタ
領域と表面コレクタ領域との導通が確保される。
【0010】すなわち、本発明の半導体装置は、浅い第
2側面分離絶縁物領域により、埋め込みコレクタ領域を
分断することなくベ−ス領域と表面コレクタ領域とを絶
縁分離するので、ベ−ス領域と表面コレクタ領域との間
の距離を短縮し、耐圧低下を招くことなくトランジスタ
寸法の縮小が可能となる。特に、ベ−ス領域に両側面分
離絶縁物領域を挟んで隣接半導体領域(例えばポリシリ
コン溝埋め領域)を隣接させ、この隣接半導体領域に例
えばエミッタ電位といった低電位を印加すると、両側面
分離絶縁物領域に近接するコレクタ耐圧領域の部位に形
成されるコレクタ空乏層の曲がりが抑圧され、それによ
り電界集中が緩和され、この部分での降伏が抑止される
ので、ベ−ス領域が第1、第2側面分離絶縁物領域と直
接接触させてトランジスタ寸法の縮小を図っても、耐圧
低下を抑止できるという優れた効果を奏することができ
る。
【0011】
【実施例】(実施例1)以下、本発明の半導体装置の一
実施例として全面誘電体分離構造の高耐圧NPNバイポ
ーラトランジスタを示す。1はP- シリコン基板(半導
体基板)、2は底部絶縁用のシリコン酸化膜、3はN+
埋め込みコレクタ領域、4はN- コレクタ耐圧領域、5
はP+ ベース領域、6はN+ エミッタ領域、7はN+
面コレクタ領域、8はトレンチ充填用のポリシリコン溝
埋め領域(隣接半導体領域)、9aは島状の埋め込みコ
レクタ領域3及びその直上のコレクタ耐圧領域4の側面
を囲むシリコン酸化膜(第1側面分離絶縁物領域)、9
bはベ−ス領域5の側面を囲み、ベ−ス領域5と表面コ
レクタ領域7とを分離するシリコン酸化膜(第2側面分
離絶縁物領域)である。
【0012】また、10は表面のシリコン酸化膜であ
り、E,B,Cはそれぞれアルミニウムからなるエミッ
タコンタクト電極、ベースコンタクト電極、コレクタコ
ンタクト電極、12はシリコン酸化膜9aを挟んでこの
バイポ−ラトランジスタの側面を囲むN- 領域11の表
面に形成されたN+ コンタクト領域であり、13はその
コンタクト電極である。
【0013】この実施例では、ポリシリコン溝埋め領域
9bの両端はポリシリコン溝埋め領域9aに接続されて
おり、コンタクト電極13とともに接地されている。ま
た、エミッタ電極Eには接地電位又は接地電位に近い電
位が印加されている。このトランジスタの製造工程を以
下に説明する。まず図2に示すように、鏡面研磨された
比抵抗3〜5Ω・cmのN- 型(100)単結晶シリコ
ン基板40を用意し、その表面に気相拡散法を用いてア
ンチモンを3μm拡散してN+ 拡散層30を形成する。
また別にP- 基板1の片方の主面に鏡面研磨を施した
後、熱酸化を行い、厚さ約1.0μmのシリコン酸化膜
2をする。これらシリコン基板1及びシリコン基板40
をH2 2 −H2 SO4 混合液中で加熱し、親水性処理
を行い、室温清浄雰囲気中で貼り合わせ、摂氏1100
度N2 雰囲気で2時間熱処理し、接合させた。つづいて
所定の厚さに基板40を厚さ14μmまで鏡面研磨して
SOI基板を作製した。
【0014】次に図3に示すように、このSOI基板の
表面に熱酸化で約0.5μmのフィールド酸化膜を形成
し、その上にLPCVD法で0.1μmの窒化シリコン
膜を形成する。次に、窒化シリコン膜上にレジストマス
クを形成し、フッ素系エッチングガスによるプラズマエ
ッチング、フッ酸エッチング、及びフッ素系エッチング
ガスによる反応性イオンエッチングを行って、バイポ−
ラトランジスタ形成予定領域の周囲にシリコン酸化膜2
に達するトレンチT1を形成し、このトレンチT1の表
面を酸化してシリコン酸化膜9aを形成する。つづい
て、LPCVD法でポリシリコンのデポジションを実施
し、トレンチ領域T1を埋設する。次に、窒化シリコン
膜表面上のポリシリコンを除去し、トレンチT1から露
出するポリシリコンの表面を酸化し、その後、ドライエ
ッチングで窒化シリコン膜を除去する。これによりトレ
ンチT1の内部にシリコン酸化膜9aで囲まれたポリシ
リコン溝埋め領域8が形成される。このポリシリコン溝
埋め領域はN+ にドープされている。そして、シリコン
酸化膜9aにより、N+ 拡散層30及びN- 領域40か
ら島状のN+ 埋め込みコレクタ領域3とN- コレクタ耐
圧領域4が分離形成される。
【0015】次に図4に示すように、上記トレンチT
1、シリコン酸化膜9a、トレンチT1内のポリシリコ
ン溝埋め領域8形成プロセスと同じプロセスにて、トレ
ンチT2、シリコン酸化膜9b、トレンチT2内のポリ
シリコン溝埋め領域8が形成される。なお、トレンチT
2は、ベ−ス予定領域と表面コレクタ領域との間におい
て埋め込みコレクタ領域3の表面部に達するまで形成さ
れ、トレンチT1、T2の両ポリシリコン溝埋め領域
8、8は接触して電気的に導通される。
【0016】次に図1に示すように、P+ ベ−ス領域
5、N+ エミッタ領域6、N+ 表面コレクタ領域7、N
+ コンタクト領域12をホトリソ工程、イオン注入工
程、ドライブイン工程により形成し、その後、酸化膜1
0を開口して、各電極E、B、C、13を形成する。ま
た図示しないが、ポリシリコン溝埋め領域8の所定の1
箇所にコンタクトするコンタクト電極も同様に形成され
る。
【0017】なお、ベ−ス領域5の全側面はシリコン酸
化膜9a、9bに接して形成されており、表面コレクタ
領域7の全側面もシリコン酸化膜9a、9bに接して形
成されている。その結果、ベ−ス領域5直下のN- コレ
クタ耐圧領域4の全側面もシリコン酸化膜9a、9bに
接して形成されることになる。このようにすれば、ベ−
ス領域5の側面がN- コレクタ耐圧領域4を介すること
なく直接にシリコン酸化膜9a、9bの側面に接して形
成されるので、その分、トランジスタの平面寸法を縮小
することができ、集積度を向上できる。ちなみに、ベ−
ス領域5の平面寸法を等しくした場合、従来の接合分離
型バイポーラトランジスタに比較して1/8に面積を縮
小できた。
【0018】また、ポリシリコン溝埋め領域8を接地す
ることにより、耐圧向上を実現できた。なお、ポリシリ
コン溝埋め領域8をフローティング電位又は空乏化し、
+領域12を本発明でいう隣接半導体領域として接地
してもよい。各部のパラメータの一例を記載する。N-
コレクタ耐圧領域4の不純物濃度は1×1015原子/c
3 、P+ ベース領域の表面における不純物濃度は3×
1018原子/cm3 、N+ エミッタ領域6の表面におけ
る不純物濃度は1×1020原子/cm3 、ベ−ス領域5
と埋め込みコレクタ領域3との間のコレクタ耐圧領域4
の厚さは4μm、ポリシリコン溝埋め領域8の不純物濃
度は1×1020原子/cm3 、その横幅は1μm、シリ
コン酸化膜9a,9bの厚さは0.7μm、ベ−ス領域
5の厚さは3μmとした。次に、ポリシリコン溝埋め領
域8の接地することにより耐圧が向上することの説明を
図5のトランジスタモデル及びそのベ−ス領域5の平面
形状と耐圧との関係を示す図6〜図8により説明する。
この図5のトランジスタは、図1のトランジスタにおい
て、トレンチT2を省略し、かつ、ベ−ス領域5とシリ
コン酸化膜9aとを離して形成したものである。
【0019】ただし、エミッタ領域6及びN+ コンタク
ト領域13(N- 領域11と等電位とする)は接地さ
れ、N+ 埋め込みコレクタ領域3には+50Vが印加す
るものとする。ポリシリコン溝埋め領域8はN- 領域で
あって、実質的にシリコン酸化膜9aとともに絶縁物と
なっているとする。図6〜図8はベ−ス領域5の側縁と
シリコン酸化膜9aとの間のN+ コレクタ耐圧領域4の
水平幅Wが15μm、10μm、5μmである場合のコ
レクタ空乏層の各縦断面形状を示す。なお、この水平幅
Wはレジストマスク開口パタンの値とする。マスクの開
口パタンのエッジはベ−ス領域5の表面におけるエッジ
に対し2.5μm変位している。
【0020】図6〜図7から、接地されたN- 領域11
の電位的影響によりベ−ス領域5の側縁とシリコン酸化
膜9aとの間のN+ コレクタ耐圧領域4に形成される空
乏層の等電位線は上記水平幅が縮小されるほど曲がりが
減り、近似的に水平方向に平坦な形状となることがわか
る。この曲がりが小さいと電界集中によりトランジスタ
の降伏電圧が向上する。
【0021】実際に上記水平距離Wを種々変更した場合
のコレクタ耐圧領域4内の最大電界強度が変わる様子の
シミュレーション結果を図9に示す。図9から、距離W
が減少するにつれて最大電界強度が低下することがわか
る。すなわち、シリコン領域11が低電位であるため
に、シリコン領域11の低電位がシリコン酸化膜9a
(ポリシリコン溝埋め領域8を含む。この場合、フロー
ティング電位であるポリシリコン溝埋め領域8の不純物
濃度は低く、空乏化していると仮定するか又はポリシリ
コン溝埋め領域8はシリコン酸化膜に置換されているも
のと仮定して議論を進める))を介してベ−ス領域5の
側面近傍のコレクタ耐圧領域4に静電的な影響を与え
(静電的に低電位とし)、ベ−ス領域5の側面近傍のコ
レクタ耐圧領域4の空乏層電界を緩和する。これによ
り、電界集中が最も激しく、最初にアバランシェ崩壊が
生じるベ−ス領域5の角部近傍の空乏層電界を緩和し
て、耐圧向上が実現する。
【0022】図10に、ベ−ス領域5とシリコン酸化膜
9aとの間の距離Wを変え、その他は上記と同じ条件と
した場合におけるベースオープン時のコレクタエミッタ
耐圧BVCEO のシミュレーション結果を示す。この時の
空乏層幅は9μmである。空乏層が側面分離絶縁物領域
9に達すると、BVCEO が向上することが理解される。
【0023】図11は図5のモデルにおいて、N- コレ
クタ耐圧領域4の不純物濃度及びWを種々変更した場合
におけるBVCEO のシミュレーション結果を示す。最良
の条件において、120〜130Vの耐圧を実現するこ
とができることがわかる。上記各データはN- 領域11
を接地し、かつ、ポリシリコン溝埋め領域8を空乏化と
いう条件で行ったが、ポリシリコン溝埋め領域8の不純
物濃度を高濃度とし、かつ接地するという条件において
もほとんど同じデータが得られた。
【0024】次に、N- 領域11にコレクタ電圧+50
Vを印加し、更にポリシリコン溝埋め領域8をN+ (約
1×1020原子/cm3 )とし、ポリシリコン溝埋め領
域8に0V又は+50Vを印加した場合における空乏層
の状態を図12〜図14に示す。図12はコレクタ空乏
層がシリコン酸化膜9aに到達しない場合(W=13.
5μm)でこの場合にはBVCEO は54Vであった。図
13はコレクタ空乏層がシリコン酸化膜9aに到達し
(W=約3μm)、かつポリシリコン溝埋め領域8に+
50Vを印加する場合で、BVCEO は55Vであった。
図14はコレクタ空乏層がシリコン酸化膜9aに到達し
(W=約3μm)、かつ、ポリシリコン溝埋め領域8に
0Vを印加する場合で、BVCEO は75Vであった。
【0025】図14から、ポリシリコン溝埋め領域8を
接地することにより、著しい耐圧向上が実現することが
わかる。他の態様を図15に示す。 (a),上記実施例(図1)では、ポリシリコン溝埋め
領域8を接地したが、ポリシリコン溝埋め領域8をフロ
ーティングとし、その外側のN- 領域11を接地しても
よい。また、ポリシリコン溝埋め領域8とN- 領域11
の両方を接地してもよい。この場合、ポリシリコン溝埋
め領域8が低濃度であれば空乏化して誘電体として機能
し、高濃度であれば、リークによりなんらかの電位に落
ち着く。したがって、ポリシリコン溝埋め領域8をフロ
ーティングとする場合(電極コンタクトしない場合)に
は、ポリシリコン溝埋め領域8を低不純物濃度とするこ
とが好ましく、電極コンタクトしてエミッタ電位に近い
電位を印加する場合には空乏化しない部分が残る程度の
不純物濃度とすることが好ましい。
【0026】ただし、P+ ベ−ス領域5とN+ 表面コレ
クタ領域7との間の間の(すなわちトレンチT2の)ポ
リシリコン溝埋め領域8は、フローティングとすると、
+表面コレクタ領域7の影響がP+ ベ−ス領域5直下
のN- コレクタ耐圧領域4の空乏層を曲がらせるので、
少なくともトレンチT2のポリシリコン溝埋め領域8は
高不純物濃度とし、接地電位又はそれに近い電位に固定
して、表面コレクタ領域7からの静電的な影響を遮断す
ることが好ましい。
【0027】もちろん、実施例1においてポリシリコン
溝埋め領域8を空乏化し、シリコン酸化膜9aに隣接す
るN- 領域11を接地してもよい。この場合でもシリコ
ン酸化膜9b以外の部位におけるコレクタ耐圧領域では
耐圧向上が図ることができる。 (b),上記実施例(図1)では、トレンチT1内のポ
リシリコン溝埋め領域8とトレンチT2内のポリシリコ
ン溝埋め領域8は同じ不純物濃度としたが、変更しても
よい。例えば、トレンチT2内だけを高不純物濃度かつ
接地電位とし、トレンチT1のポリシリコン溝埋め領域
8を低不純物濃度とし、トレンチT1の外側のN- 領域
11を接地してもよい。 (c),上記実施例では、一個のバイポ−ラトランジス
タだけを示したが、このバイポ−ラトランジスタととも
にCMOS、ラテラルPNPバイポ−ラトランジスタ、
IILなどを集積できることは当然である。 (実施例2)他の実施例を図15に示す。
【0028】この実施例では、ベ−ス領域5の周囲をト
レンチT2すなわちシリコン酸化膜9bで完全に囲み、
かつ、トレンチT2内のポリシリコン溝埋め領域8を高
不純物濃度とし、接地したものである。このようにすれ
ばトレンチT1内のポリシリコン溝埋め領域8は低不純
物濃度とすることができ、トランジスタのコレクタ寄生
容量を削減でき、耐圧低下、寸法縮小を図りつつ周波数
特性を改善することができる。 (実施例3)他の実施例を図16に示す。
【0029】この実施例では、ベ−ス領域5と表面コレ
クタ領域7とを分離するトレンチT2のポリシリコン溝
埋め領域8の横幅をトレンチT1のポリシリコン溝埋め
領域8の横幅より大きく形成したものである。このよう
にすれば、トレンチT2内のポリシリコン溝埋め領域8
を低不純物濃度としても、表面コレクタ領域7の高電位
の影響がベ−ス領域5の直下のコレクタ耐圧領域4に及
びにくくなり、コレクタ空乏層の曲がりを低減すること
ができ、耐圧向上が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の半導体装置の断面図である。
【図2】実施例1の工程を示す断面図である。
【図3】実施例1の工程を示す断面図である。
【図4】実施例1の工程を示す断面図である。
【図5】実施例1の半導体装置の作用効果を説明するた
めのトランジスタモデルを示す平面図である。
【図6】図5のトランジスタのコレクタ空乏層の電位分
布を示す断面図である。
【図7】図5のトランジスタのコレクタ空乏層の電位分
布を示す断面図である。
【図8】図5のトランジスタのコレクタ空乏層の電位分
布を示す断面図である。
【図9】図5のトランジスタのベ−ス領域の水平方向外
側のコレクタ耐圧領域の横幅Wと最大電界強度との関係
を示す特性図である。
【図10】図5のトランジスタの上記横幅Wとコレクタ
/エミッタ間耐圧との関係を示す特性図である。
【図11】図5のトランジスタの上記横幅Wとコレクタ
/エミッタ間耐圧とコレクタ耐圧領域の不純物濃度との
関係を示す特性図である。
【図12】図5のトランジスタのコレクタ空乏層の電位
分布を示す断面図である。
【図13】図5のトランジスタのコレクタ空乏層の電位
分布を示す断面図である。
【図14】図5のトランジスタのコレクタ空乏層の電位
分布を示す断面図である。
【図15】実施例2の半導体装置を示す断面図である。
【図16】実施例3の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1はN+ シリコン基板(半導体基板)、2はシリコン酸
化膜、3はN+ 埋め込みコレクタ領域、4はN- コレク
タ耐圧領域、5はP+ ベ−ス領域、6はN+ エミッタ領
域、7はN+ 表面コレクタ領域、8はポリシリコン領域
(隣接半導体領域)、9aは第1側面分離絶縁物領域、
9bは第2側面分離絶縁物領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 治 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板から絶縁分離された高濃度第
    1導電型の埋め込みコレクタ領域と、前記埋め込みコレ
    クタ領域の上部に形成された低濃度第1導電型のコレク
    タ耐圧領域と、島状の前記両領域の側面を絶縁分離する
    第1側面分離絶縁物領域と、前記島状のコレクタ耐圧領
    域の表面部に形成される第2導電型のベース領域と、前
    記島状のコレクタ耐圧領域の表面部に前記ベース領域と
    離れて形成される高濃度第1導電型の表面コレクタ領域
    と、前記ベース領域の表面部に形成される高濃度第1導
    電型のエミッタ領域と、前記第1側面分離絶縁物領域を
    挟んで前記島状の半導体耐圧領域に隣接する隣接半導体
    領域とを備える半導体装置において、 前記ベース領域と前記表面コレクタ領域とを絶縁分離し
    て前記埋め込みコレクタ領域の表面部に達する第2側面
    分離絶縁物領域を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1側面分離絶縁物領域は、前記ベ
    −ス領域の側面に接する請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記隣接半導体領域に、前記表面コレク
    タ領域の電位より前記エミッタ領域の電位に近い電位が
    印加される請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記隣接半導体領域は、前記第1、第2
    側面分離絶縁物領域を挟んで前記ベ−ス領域を囲むポリ
    シリコン溝埋め領域からなる請求項3記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 前記ポリシリコン溝埋め領域は、前記エ
    ミッタ領域と同じ電位が印加される請求項4記載の半導
    体装置。
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