JPH07254609A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH07254609A JPH07254609A JP6043627A JP4362794A JPH07254609A JP H07254609 A JPH07254609 A JP H07254609A JP 6043627 A JP6043627 A JP 6043627A JP 4362794 A JP4362794 A JP 4362794A JP H07254609 A JPH07254609 A JP H07254609A
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- silicon layer
- semiconductor device
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D10/00—Bipolar junction transistors [BJT]
- H10D10/311—Thin-film BJTs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/411—Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/421—Insulated-gate bipolar transistors [IGBT] on insulating layers or insulating substrates, e.g. thin-film IGBTs
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Element Separation (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】SOI基板にバイポーラトランジスタを形成し
ても、その特性の劣化を防止し得る電力用半導体装置を
提供すること。 【構成】シリコン基板1上にシリコン酸化膜2を介して
形成された厚さが6μm以下のSOI層としてのn- 型
シリコン3層と、このn- 型シリコン3層内に形成さ
れ、ベース領域6がエミッタ領域5で囲まれ、エミッタ
領域5がコレクタ領域7で囲まれたバイポーラトランジ
スタとを備え、ベース領域6下部のコレクタ層としての
n- 型シリコン3層の厚さが1μm以上であることを特
徴とする。
ても、その特性の劣化を防止し得る電力用半導体装置を
提供すること。 【構成】シリコン基板1上にシリコン酸化膜2を介して
形成された厚さが6μm以下のSOI層としてのn- 型
シリコン3層と、このn- 型シリコン3層内に形成さ
れ、ベース領域6がエミッタ領域5で囲まれ、エミッタ
領域5がコレクタ領域7で囲まれたバイポーラトランジ
スタとを備え、ベース領域6下部のコレクタ層としての
n- 型シリコン3層の厚さが1μm以上であることを特
徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力用半導体装置に係
り、特に半導体素子がSOI(Semiconductor On Insul
ator)基板上に形成された半導体装置に関する。
り、特に半導体素子がSOI(Semiconductor On Insul
ator)基板上に形成された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、コンピュータや通信機器の重要部
分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達成
するようにむすびつけ、1チップ上に集積化して形成し
た集積回路(IC)が多用されている。このようなIC
中で、高耐圧素子を含むものはパワーICと呼ばれてい
る。
分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達成
するようにむすびつけ、1チップ上に集積化して形成し
た集積回路(IC)が多用されている。このようなIC
中で、高耐圧素子を含むものはパワーICと呼ばれてい
る。
【0003】図15は、SOI基板を用いた従来のパワ
ーICの要部を示す平面図および断面図である。図中、
101はシリコン基板を示しており、このシリコン基板
101上には、シリコン酸化膜102を介して、n- 型
シリコン層103が形成されている。このn- 型シリコ
ン層103には半導体素子(図にはnpnトランジス
タ、IGBTが示されている)が形成されている。
ーICの要部を示す平面図および断面図である。図中、
101はシリコン基板を示しており、このシリコン基板
101上には、シリコン酸化膜102を介して、n- 型
シリコン層103が形成されている。このn- 型シリコ
ン層103には半導体素子(図にはnpnトランジス
タ、IGBTが示されている)が形成されている。
【0004】半導体素子間の絶縁分離は、トレンチ分離
により行なわれている。すなわち、n- 型シリコン層1
03にはシリコン酸化膜102に達するトレンチ溝が形
成され、このトレンチ溝は絶縁物質108で充填されて
いる。
により行なわれている。すなわち、n- 型シリコン層1
03にはシリコン酸化膜102に達するトレンチ溝が形
成され、このトレンチ溝は絶縁物質108で充填されて
いる。
【0005】なお、図15において、npnトランジス
タが形成された左側の領域はロジック部を示しており、
一方、IGBTが形成された右側の領域は高耐圧素子部
を示している。
タが形成された左側の領域はロジック部を示しており、
一方、IGBTが形成された右側の領域は高耐圧素子部
を示している。
【0006】しかしながら、この種の従来のパワーIC
にあっては以下のような問題があった。npnトランジ
スタをSOI基板上に形成すると、図示の如く、コレク
タ高濃度領域107、ベース高濃度領域106、エミッ
タ領域105の形状は長方形となり、エミッタ領域10
5から注入された電子はベース領域106の下部のn型
ウェル104を通ってコレクタ高濃度領域107に達す
る。
にあっては以下のような問題があった。npnトランジ
スタをSOI基板上に形成すると、図示の如く、コレク
タ高濃度領域107、ベース高濃度領域106、エミッ
タ領域105の形状は長方形となり、エミッタ領域10
5から注入された電子はベース領域106の下部のn型
ウェル104を通ってコレクタ高濃度領域107に達す
る。
【0007】すなわち、npnトランジスタをSOI基
板上に形成すると、電子の流れる経路が長くなる結果、
抵抗が増加したり、増幅率が低下したりするという問題
が生じる。
板上に形成すると、電子の流れる経路が長くなる結果、
抵抗が増加したり、増幅率が低下したりするという問題
が生じる。
【0008】なお、通常のnpnトランジスタの場合と
同様に、n+ 埋込み層を設ければ上記の如きの抵抗の増
加は防止できるが、薄いSOI基板の場合には、n+ 埋
込み層の作成が困難で、コストが上昇するという新たな
問題が生じる。
同様に、n+ 埋込み層を設ければ上記の如きの抵抗の増
加は防止できるが、薄いSOI基板の場合には、n+ 埋
込み層の作成が困難で、コストが上昇するという新たな
問題が生じる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、薄いSO
I基板を用いた従来の電力用半導体装置の場合、npn
トランジスタの電子の流れる経路が長くなるため、抵抗
が増加したり、増幅率が低下したりするという問題があ
った。
I基板を用いた従来の電力用半導体装置の場合、npn
トランジスタの電子の流れる経路が長くなるため、抵抗
が増加したり、増幅率が低下したりするという問題があ
った。
【0010】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、SOI基板にバイポー
ラトランジスタを形成しても、その特性の劣化を防止し
得る電力用半導体装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、SOI基板にバイポー
ラトランジスタを形成しても、その特性の劣化を防止し
得る電力用半導体装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電力用半導体装置(請求項1)は、絶縁
性基板上に設けられ、厚さが6μm以下のシリコン層
と、ベース領域が前記シリコン層の表面に選択的に形成
され、エミッタ領域が前記ベース領域の表面に選択的に
形成され、コレクタ高濃度領域が前記ベース領域を囲む
ように前記シリコン層の表面に選択的に形成されたバイ
ポーラトランジスタとを備え、前記ベース領域下部のコ
レクタ層として働く前記シリコン層の厚さを1μm以上
としてある。
めに、本発明の電力用半導体装置(請求項1)は、絶縁
性基板上に設けられ、厚さが6μm以下のシリコン層
と、ベース領域が前記シリコン層の表面に選択的に形成
され、エミッタ領域が前記ベース領域の表面に選択的に
形成され、コレクタ高濃度領域が前記ベース領域を囲む
ように前記シリコン層の表面に選択的に形成されたバイ
ポーラトランジスタとを備え、前記ベース領域下部のコ
レクタ層として働く前記シリコン層の厚さを1μm以上
としてある。
【0012】ここで、上記バイポーラトランジスタはn
pnトランジスタであることが好ましい。また、本発明
の他の電力用半導体装置(請求項2)は、絶縁性基板上
に設けられ、厚さが6μm以下のシリコン層と、ベース
領域が前記シリコン層の表面に選択的に形成され、エミ
ッタ領域が前記ベース領域の表面に選択的に形成され、
コレクタ高濃度領域が前記ベース領域を囲むように前記
シリコン層の表面に選択的に形成されたバイポーラトラ
ンジスタと、前記シリコン層の表面から前記絶縁性基板
に達し、前記シリコン層の電位を固定するための電位が
与えられた電位固定用拡散層とを備えてなり、前記ベー
ス領域下部のコレクタ層として働く前記シリコン層の厚
さを1μm以上としている。
pnトランジスタであることが好ましい。また、本発明
の他の電力用半導体装置(請求項2)は、絶縁性基板上
に設けられ、厚さが6μm以下のシリコン層と、ベース
領域が前記シリコン層の表面に選択的に形成され、エミ
ッタ領域が前記ベース領域の表面に選択的に形成され、
コレクタ高濃度領域が前記ベース領域を囲むように前記
シリコン層の表面に選択的に形成されたバイポーラトラ
ンジスタと、前記シリコン層の表面から前記絶縁性基板
に達し、前記シリコン層の電位を固定するための電位が
与えられた電位固定用拡散層とを備えてなり、前記ベー
ス領域下部のコレクタ層として働く前記シリコン層の厚
さを1μm以上としている。
【0013】ここで、上記バイポーラトランジスタはn
pnトランジスタであることが好ましい。また、本発明
の他の電力用半導体装置(請求項3)は、絶縁性基板上
に設けられた半導体層と、エミッタ領域、高濃度のベー
ス領域が前記半導体層の表面に選択的に形成され、コレ
クタ高濃度領域が、前記エミッタ領域と前記ベース領域
との間を完全に分断しないように、且つ前記エミッタ領
域の一部を囲むように前記半導体層の表面に選択的に形
成されたバイポーラトランジスタとを備えている。ここ
で、上記バイポーラトランジスタはpnpトランジスタ
であることが好ましい。
pnトランジスタであることが好ましい。また、本発明
の他の電力用半導体装置(請求項3)は、絶縁性基板上
に設けられた半導体層と、エミッタ領域、高濃度のベー
ス領域が前記半導体層の表面に選択的に形成され、コレ
クタ高濃度領域が、前記エミッタ領域と前記ベース領域
との間を完全に分断しないように、且つ前記エミッタ領
域の一部を囲むように前記半導体層の表面に選択的に形
成されたバイポーラトランジスタとを備えている。ここ
で、上記バイポーラトランジスタはpnpトランジスタ
であることが好ましい。
【0014】
【作用】本発明者等の研究によれば、本発明(請求項
1,2)の構成においてシリコン層を6μm以下の厚さ
にすると、高温でのリーク電流を低減できることが分か
った。更に、本発明者等の研究によれば、本発明(請求
項1,2)のように、ベース領域下部のコレクタ層とし
て働くシリコン層の厚さを1μm以上にすると、増幅率
の低下を招かずに流せる電流を大きくできることが分か
った。また、本発明(請求項1,2)によれば、上記二
つの作用効果の他に、以下のような作用効果が得られ
る。
1,2)の構成においてシリコン層を6μm以下の厚さ
にすると、高温でのリーク電流を低減できることが分か
った。更に、本発明者等の研究によれば、本発明(請求
項1,2)のように、ベース領域下部のコレクタ層とし
て働くシリコン層の厚さを1μm以上にすると、増幅率
の低下を招かずに流せる電流を大きくできることが分か
った。また、本発明(請求項1,2)によれば、上記二
つの作用効果の他に、以下のような作用効果が得られ
る。
【0015】すなわち、本発明(請求項1)によれば、
エミッタ領域から注入されたキャリアがベース領域の下
部を介さずにコレクタ高濃度領域に達することができる
ので、キャリアが流れる経路の抵抗を低減できるように
なる。
エミッタ領域から注入されたキャリアがベース領域の下
部を介さずにコレクタ高濃度領域に達することができる
ので、キャリアが流れる経路の抵抗を低減できるように
なる。
【0016】また、本発明(請求項2)によれば、電位
固定用拡散層によってシリコン層の電位が固定されるの
で、シリコン層に論理回路を形成しても、シリコン層と
絶縁性基板との間に反転層が形成されることによる論理
回路の誤動作を防止できるようになる。
固定用拡散層によってシリコン層の電位が固定されるの
で、シリコン層に論理回路を形成しても、シリコン層と
絶縁性基板との間に反転層が形成されることによる論理
回路の誤動作を防止できるようになる。
【0017】また、本発明(請求項3)によれば、エミ
ッタ領域とベース領域との間にコレクタ高濃度領域が存
在しないので、ベース領域とエミッタ領域とが空乏層に
より分離されるのを防止できるようになる。
ッタ領域とベース領域との間にコレクタ高濃度領域が存
在しないので、ベース領域とエミッタ領域とが空乏層に
より分離されるのを防止できるようになる。
【0018】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は、本発明の第1の実施例に係る薄い(SOI
層の厚さが6μm以下)SOI基板を用いた電力用半導
体装置の要部を示す平面図および断面図である。
る。図1は、本発明の第1の実施例に係る薄い(SOI
層の厚さが6μm以下)SOI基板を用いた電力用半導
体装置の要部を示す平面図および断面図である。
【0019】図中、1はシリコン基板を示しており、こ
のシリコン基板1上にはシリコン酸化膜2が形成され、
これら1,2により絶縁性基板が形成されている。この
絶縁性基板上には厚さが6μm以下の薄いn- 型シリコ
ン層3(SOI層)が形成されている。このn- 型シリ
コン層3には半導体素子(図にはnpnトランジスタ、
IGBTが示されている)が形成されている。
のシリコン基板1上にはシリコン酸化膜2が形成され、
これら1,2により絶縁性基板が形成されている。この
絶縁性基板上には厚さが6μm以下の薄いn- 型シリコ
ン層3(SOI層)が形成されている。このn- 型シリ
コン層3には半導体素子(図にはnpnトランジスタ、
IGBTが示されている)が形成されている。
【0020】図16は、n型活性層(SOI層)の厚さ
とリーク電流との関係を示す特性図である。この図16
から、素子温度が高いほど、n型拡散層が薄い素子構造
がリーク電流が小さく、高温動作に適当であることが分
かる。特に、50℃と常温近傍では6μm以下でリーク
電流が低減していることが分かる。したがって、本実施
例のように、厚さが6μm以下のSOI層を用いれば、
特に高温でのリーク電流を小さくできる。
とリーク電流との関係を示す特性図である。この図16
から、素子温度が高いほど、n型拡散層が薄い素子構造
がリーク電流が小さく、高温動作に適当であることが分
かる。特に、50℃と常温近傍では6μm以下でリーク
電流が低減していることが分かる。したがって、本実施
例のように、厚さが6μm以下のSOI層を用いれば、
特に高温でのリーク電流を小さくできる。
【0021】半導体素子間の絶縁分離は、トレンチ分離
により行なわれている。すなわち、n- 型シリコン層3
にはシリコン酸化膜2に達するトレンチ溝が形成され、
このトレンチ溝は絶縁物質8で充填されている。
により行なわれている。すなわち、n- 型シリコン層3
にはシリコン酸化膜2に達するトレンチ溝が形成され、
このトレンチ溝は絶縁物質8で充填されている。
【0022】なお、図1において、npnトランジスタ
が形成された左側の領域はロジック部を示しており、一
方、IGBTが形成された右側の領域は高耐圧素子部を
示している。
が形成された左側の領域はロジック部を示しており、一
方、IGBTが形成された右側の領域は高耐圧素子部を
示している。
【0023】IGBTは従来と同構造で、一方、npn
トランジスタは従来と異なり、以下のような構造になっ
ている。n- 型シリコン層3内にはコレクタ層として働
くn型ウェル4が選択的に形成され、このn型ウェル4
内にはベース層として働くp型ウェル9が選択的に形成
されている。このp型ウェル9内にはp+ 型ベース領域
6が選択的に形成されている。
トランジスタは従来と異なり、以下のような構造になっ
ている。n- 型シリコン層3内にはコレクタ層として働
くn型ウェル4が選択的に形成され、このn型ウェル4
内にはベース層として働くp型ウェル9が選択的に形成
されている。このp型ウェル9内にはp+ 型ベース領域
6が選択的に形成されている。
【0024】また、p型ウェル9内にはp+ 型ベース領
域6を囲むようにn+ 型エミッタ領域5が選択的に形成
されている。ここで、p+ 型ベース領域6の下部のn-
型シリコン層3(n型ウェル4)の厚さdは、1μm以
上になっている。n型ウェル4内にはn+ 型エミッタ領
域5を囲むようにコレクタ高濃度領域としてのn+ 型コ
レクタ領域7が選択的に形成されている。
域6を囲むようにn+ 型エミッタ領域5が選択的に形成
されている。ここで、p+ 型ベース領域6の下部のn-
型シリコン層3(n型ウェル4)の厚さdは、1μm以
上になっている。n型ウェル4内にはn+ 型エミッタ領
域5を囲むようにコレクタ高濃度領域としてのn+ 型コ
レクタ領域7が選択的に形成されている。
【0025】このような構成のnpnトランジスタによ
れば、n+ 型エミッタ領域5から注入された電子はp+
型ベース領域6の下部を通らずにn+ 型コレクタ領域7
に達することができる。したがって、従来に比べて、電
子の流れる経路が短くなり、抵抗の増加を防止でき、大
きな電流を流せることができるようになる。
れば、n+ 型エミッタ領域5から注入された電子はp+
型ベース領域6の下部を通らずにn+ 型コレクタ領域7
に達することができる。したがって、従来に比べて、電
子の流れる経路が短くなり、抵抗の増加を防止でき、大
きな電流を流せることができるようになる。
【0026】更に、p+ 型ベース領域6の下部のn- 型
シリコン層3(n型ウェル4)の厚さdが1μm以上に
なっているため、大きな電流を流しても増幅率Hfeが低
下することはない。
シリコン層3(n型ウェル4)の厚さdが1μm以上に
なっているため、大きな電流を流しても増幅率Hfeが低
下することはない。
【0027】図2は、そのことを示す特性図であり、p
+ 型ベース領域6の下部のn- 型シリコン層3(n型ウ
ェル4)の厚さdと、増幅率Hfeの低下を招かずに流せ
る最大の電流Imax との関係を示している。図2から厚
さdが1μmよりも薄くなると、急激に最大電流Imax
が低下することが分かる。
+ 型ベース領域6の下部のn- 型シリコン層3(n型ウ
ェル4)の厚さdと、増幅率Hfeの低下を招かずに流せ
る最大の電流Imax との関係を示している。図2から厚
さdが1μmよりも薄くなると、急激に最大電流Imax
が低下することが分かる。
【0028】また、本実施例では、n- 型シリコン層3
が6μm以下の厚さなので、200℃の高温まで動作で
きる回路をロジック部に形成できる。また、n- 型シリ
コン層3が十分に薄ければ、図7に示すように、低耐圧
素子(図にはnpnトランジスタ、CMOSが示されて
いる)間をトレンチ分離しなくても200℃の高温まで
動作可能な回路を作成できる。また、トレンチ分離すれ
ば更に高い温度でも動作可能な回路を実現できる。
が6μm以下の厚さなので、200℃の高温まで動作で
きる回路をロジック部に形成できる。また、n- 型シリ
コン層3が十分に薄ければ、図7に示すように、低耐圧
素子(図にはnpnトランジスタ、CMOSが示されて
いる)間をトレンチ分離しなくても200℃の高温まで
動作可能な回路を作成できる。また、トレンチ分離すれ
ば更に高い温度でも動作可能な回路を実現できる。
【0029】なお、IGBT等の高耐圧素子を作成する
場合には、まず、高耐圧素子を形成する部分にn型不純
物をイオン注入し、次いで熱処理(例えば、熱拡散)に
より上記n型不純物の分布が縦方向に略一様になるよう
にする。本実施例の場合、SOI基板が6μm以下であ
るため、熱処理時間は熱処理温度1100℃の場合で数
時間である。
場合には、まず、高耐圧素子を形成する部分にn型不純
物をイオン注入し、次いで熱処理(例えば、熱拡散)に
より上記n型不純物の分布が縦方向に略一様になるよう
にする。本実施例の場合、SOI基板が6μm以下であ
るため、熱処理時間は熱処理温度1100℃の場合で数
時間である。
【0030】npnトランジスタやCMOS(低耐圧素
子)の作成は、例えば、npnトランジスタについて
は、まず、高耐圧素子よりも高濃度で略一様な不純物分
布を有するn型ウェル拡散層を形成する。一方、CMO
Sについては、上記n型ウェル拡散層の表面から浅く不
純物を拡散層して形成する。ここで、拡散層が底に達す
ると厚みのばらつき(ばらつきが生じるとCMOSのし
きい値電圧がばらつく)で表面濃度が変わるので、底に
達した以降の熱処理の時間はあまり長くならないように
する。すなわち、CMOSを作成するためのウェル拡散
は、表面から内部に向かって不純物濃度が低くなるよう
にする。このようにすることで、SOI基板の底部で不
純物濃度が高いことが低抵抗化のために必要な耐圧素子
と、npnトランジスタとの特性を良好なものとするこ
とができる。
子)の作成は、例えば、npnトランジスタについて
は、まず、高耐圧素子よりも高濃度で略一様な不純物分
布を有するn型ウェル拡散層を形成する。一方、CMO
Sについては、上記n型ウェル拡散層の表面から浅く不
純物を拡散層して形成する。ここで、拡散層が底に達す
ると厚みのばらつき(ばらつきが生じるとCMOSのし
きい値電圧がばらつく)で表面濃度が変わるので、底に
達した以降の熱処理の時間はあまり長くならないように
する。すなわち、CMOSを作成するためのウェル拡散
は、表面から内部に向かって不純物濃度が低くなるよう
にする。このようにすることで、SOI基板の底部で不
純物濃度が高いことが低抵抗化のために必要な耐圧素子
と、npnトランジスタとの特性を良好なものとするこ
とができる。
【0031】以下、本発明の他の実施例について説明す
る。なお、以下の図において、前出した図と同一符号は
同一部分または相当部分を示し、詳細な説明は省略す
る。図3は、本発明の第2の実施例に係る薄いSOI基
板を用いた電力用半導体装置の要部を示す平面図および
断面図である。
る。なお、以下の図において、前出した図と同一符号は
同一部分または相当部分を示し、詳細な説明は省略す
る。図3は、本発明の第2の実施例に係る薄いSOI基
板を用いた電力用半導体装置の要部を示す平面図および
断面図である。
【0032】本実施例のnpnトランジスタが先の実施
例のそれと異なる点は、p+ 型ベース領域6が完全には
n+ 型エミッタ領域5によって囲まれていないことにあ
る。このように構成されたnpnトランジスタでも、電
子の流れる経路は全体としては従来よりも短くなり、先
の実施例と同様な効果が得られる。なお、本実施例で
は、CMOSも同一SOI基板上に形成してある。
例のそれと異なる点は、p+ 型ベース領域6が完全には
n+ 型エミッタ領域5によって囲まれていないことにあ
る。このように構成されたnpnトランジスタでも、電
子の流れる経路は全体としては従来よりも短くなり、先
の実施例と同様な効果が得られる。なお、本実施例で
は、CMOSも同一SOI基板上に形成してある。
【0033】図4は、本発明の第3の実施例に係る薄い
SOI基板を用いた電力用半導体装置の要部を示す断面
図である。本実施例のnpnトランジスタが第1の実施
例のそれと異なる点は、n型ウェル4の周りに、基板電
位を固定するための基準電位Vr が与えられ、基板表面
からシリコン酸化膜2に達するp+ 型ウェル10が形成
されていることにある。
SOI基板を用いた電力用半導体装置の要部を示す断面
図である。本実施例のnpnトランジスタが第1の実施
例のそれと異なる点は、n型ウェル4の周りに、基板電
位を固定するための基準電位Vr が与えられ、基板表面
からシリコン酸化膜2に達するp+ 型ウェル10が形成
されていることにある。
【0034】一般に、高耐圧素子(IGBT)と低耐圧
素子(npnトランジスタ、p型MOSトランジスタ)
とが同一SOI基板上に形成されていると、低耐圧素子
の電位が全体として基板電位よりも高くなるときがあ
る。
素子(npnトランジスタ、p型MOSトランジスタ)
とが同一SOI基板上に形成されていると、低耐圧素子
の電位が全体として基板電位よりも高くなるときがあ
る。
【0035】この場合、図4(b)に示すように、n-
型シリコン層3の底部にp型反転層11が形成され、こ
のp型反転層11とシリコン酸化膜2とシリコン基板1
とからなる寄生容量が発生する。
型シリコン層3の底部にp型反転層11が形成され、こ
のp型反転層11とシリコン酸化膜2とシリコン基板1
とからなる寄生容量が発生する。
【0036】ここで、従来構造の場合、コレクタ電流の
一部が上記寄生容量を介してシリコン基板1に流れる結
果(基板電流が流れる結果)、p型反転層11(n- 型
シリコン層3)の電位が変動し、これが原因してノイズ
が発生し、ロジック部の論理回路が誤動作するという問
題がある。
一部が上記寄生容量を介してシリコン基板1に流れる結
果(基板電流が流れる結果)、p型反転層11(n- 型
シリコン層3)の電位が変動し、これが原因してノイズ
が発生し、ロジック部の論理回路が誤動作するという問
題がある。
【0037】一方、本実施例の場合には、基準電位Vr
がp+ 型ウェル10を介してp型反転層11(n- 型シ
リコン層3)に与えられているので、基板電流が流れて
も電位の変動は無視できる程度に抑制され、上記誤動作
の問題を解決できる。
がp+ 型ウェル10を介してp型反転層11(n- 型シ
リコン層3)に与えられているので、基板電流が流れて
も電位の変動は無視できる程度に抑制され、上記誤動作
の問題を解決できる。
【0038】なお、本実施例では、p型MOSトランジ
スタも同一SOI基板上に形成してあり、このp型MO
Sトランジスタにも、基準電位Vr が与えられたp+ 型
ウェル10が設けられている。また、本実施例では、ソ
ース拡散層13とn型ウェル12とがソース電極により
短絡されている。
スタも同一SOI基板上に形成してあり、このp型MO
Sトランジスタにも、基準電位Vr が与えられたp+ 型
ウェル10が設けられている。また、本実施例では、ソ
ース拡散層13とn型ウェル12とがソース電極により
短絡されている。
【0039】図5は、本発明の第4の実施例に係る薄い
SOI基板を用いた電力用半導体装置の要部を示す平面
図である。本実施例はpnpトランジスタの改良例であ
る。図中、14はベース層として働くn型ウェルを示し
ており、このn型ウェル14の表面にはp+ 型エミッタ
領域5が選択的に形成されている。また、n型ウェル1
4の表面にはp+ 型エミッタ領域5を囲むようにp+ 型
コレクタ領域7が選択的に形成されている。ここで、p
+ 型エミッタ領域5は完全にはp+ 型コレクタ領域7に
よって囲まれてはいない。すなわち、n型ウェル14の
表面に選択的に形成されたn+ 型ベース高濃度領域6と
p+ 型エミッタ領域5との間にp+ 型コレクタ領域7が
存在しない領域がある。また、図中、15,16,17
は、それぞれ、コレクタ電極、エミッタ電極、ベース電
極を示している。
SOI基板を用いた電力用半導体装置の要部を示す平面
図である。本実施例はpnpトランジスタの改良例であ
る。図中、14はベース層として働くn型ウェルを示し
ており、このn型ウェル14の表面にはp+ 型エミッタ
領域5が選択的に形成されている。また、n型ウェル1
4の表面にはp+ 型エミッタ領域5を囲むようにp+ 型
コレクタ領域7が選択的に形成されている。ここで、p
+ 型エミッタ領域5は完全にはp+ 型コレクタ領域7に
よって囲まれてはいない。すなわち、n型ウェル14の
表面に選択的に形成されたn+ 型ベース高濃度領域6と
p+ 型エミッタ領域5との間にp+ 型コレクタ領域7が
存在しない領域がある。また、図中、15,16,17
は、それぞれ、コレクタ電極、エミッタ電極、ベース電
極を示している。
【0040】本実施例によれば、p+ 型エミッタ領域5
とn+ 型ベース領域6との間にp+型コレクタ領域7が
ないので、図6に示す従来のpnpトランジスタの場合
に問題となる空乏層によるn+ 型ベース領域6とp+ 型
エミッタ領域5との分離を防止できるようになる。
とn+ 型ベース領域6との間にp+型コレクタ領域7が
ないので、図6に示す従来のpnpトランジスタの場合
に問題となる空乏層によるn+ 型ベース領域6とp+ 型
エミッタ領域5との分離を防止できるようになる。
【0041】図8は、本発明の第5の実施例に係るSO
I基板の形成方法を示す工程断面図である。まず、図8
(a)に示すように、シリコン基板20の表面にn+ 型
埋込み層25、p+ 型埋込み層26を選択的に形成す
る。この後、シリコン基板20の表面に形成されている
自然酸化膜等の酸化膜(不図示)を除去する。
I基板の形成方法を示す工程断面図である。まず、図8
(a)に示すように、シリコン基板20の表面にn+ 型
埋込み層25、p+ 型埋込み層26を選択的に形成す
る。この後、シリコン基板20の表面に形成されている
自然酸化膜等の酸化膜(不図示)を除去する。
【0042】次に図8(b)に示すように、n+ 型埋込
み層25、p+ 型埋込み層26が形成された側の表面に
SIPOS層23を形成した後、このSIPOS層23
上にシリコン酸化膜22をCVD法により形成する。こ
の後、シリコン酸化膜22の表面を研磨して平坦化す
る。
み層25、p+ 型埋込み層26が形成された側の表面に
SIPOS層23を形成した後、このSIPOS層23
上にシリコン酸化膜22をCVD法により形成する。こ
の後、シリコン酸化膜22の表面を研磨して平坦化す
る。
【0043】最後に、図8(c)に示すように、シリコ
ン基板20と別のシリコン基板21とを直接接合した
後、シリコン基板20を研磨してμm程度の厚さにす
る。図9は、本発明の第6の実施例に係る電力用半導体
装置の要部を示す断面図である。これは図8のSOI基
板を用いたものである。
ン基板20と別のシリコン基板21とを直接接合した
後、シリコン基板20を研磨してμm程度の厚さにす
る。図9は、本発明の第6の実施例に係る電力用半導体
装置の要部を示す断面図である。これは図8のSOI基
板を用いたものである。
【0044】図9には高耐圧素子(耐電圧50V以上)
としてのIGBTと、低耐圧のアナログ回路を構成する
npnトランジスタ、pnpトランジスタ、CMOSが
示され、各半導体素子は絶縁物質24で充填されたトレ
ンチ溝により絶縁分離されている。
としてのIGBTと、低耐圧のアナログ回路を構成する
npnトランジスタ、pnpトランジスタ、CMOSが
示され、各半導体素子は絶縁物質24で充填されたトレ
ンチ溝により絶縁分離されている。
【0045】n+ 型埋込み層25はn+ 型拡散層28と
ともにnpnトランジスタのコレクタを構成している。
一方、p+ 型埋込み層26はp+ 型拡散層31とともに
pnpトランジスタのコレクタを構成している。なお、
図中、36,27は、それぞれ、npnトランジスタの
エミッタとしてのn型拡散層、ベースとしてのp型拡散
層を示している。また、29,30は、それぞれ、pn
pトランジスタのエミッタとしてのp型拡散層、ベース
としてのn型拡散層を示している。
ともにnpnトランジスタのコレクタを構成している。
一方、p+ 型埋込み層26はp+ 型拡散層31とともに
pnpトランジスタのコレクタを構成している。なお、
図中、36,27は、それぞれ、npnトランジスタの
エミッタとしてのn型拡散層、ベースとしてのp型拡散
層を示している。また、29,30は、それぞれ、pn
pトランジスタのエミッタとしてのp型拡散層、ベース
としてのn型拡散層を示している。
【0046】本実施例によれば、エミッタから流れた電
流が、n+ 型埋込み層25(p+ 型埋込み層26)、n
+ 型拡散層28(p+ 型拡散層31)を通ってコレクタ
電極(不図示)に抜けるため、電流が流れる経路の抵抗
が減少し、バイポーラトランジスタの飽和電圧が改善さ
れる。これは高精度のアナログ回路を実現する上で非常
に有利である。
流が、n+ 型埋込み層25(p+ 型埋込み層26)、n
+ 型拡散層28(p+ 型拡散層31)を通ってコレクタ
電極(不図示)に抜けるため、電流が流れる経路の抵抗
が減少し、バイポーラトランジスタの飽和電圧が改善さ
れる。これは高精度のアナログ回路を実現する上で非常
に有利である。
【0047】図10は、本発明の第7の実施例に係る電
力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例の
電力用半導体装置が第6の実施例のそれと主として異な
る点は、SIPOS層23の代わりに、ポリシリコン膜
32を基板電位のシールド層として用いたことにある。
力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例の
電力用半導体装置が第6の実施例のそれと主として異な
る点は、SIPOS層23の代わりに、ポリシリコン膜
32を基板電位のシールド層として用いたことにある。
【0048】図11は、本発明の第8の実施例に係る電
力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例の
電力用半導体装置が第6の実施例のそれと異なる点は、
トレンチ溝の側壁にもn+ 型埋込み層25を形成し、そ
して、pnpトランジスタを横型にしたことにある。本
実施例の場合、pnpトランジスタの特性は第6の実施
例に比べて劣るが、SOI基板のコストを下げることが
できる。
力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例の
電力用半導体装置が第6の実施例のそれと異なる点は、
トレンチ溝の側壁にもn+ 型埋込み層25を形成し、そ
して、pnpトランジスタを横型にしたことにある。本
実施例の場合、pnpトランジスタの特性は第6の実施
例に比べて劣るが、SOI基板のコストを下げることが
できる。
【0049】なお、第6、第7、第8の実施例におい
て、CMOSのラッチアップを防止するために、p型M
OSトランジスタとn型MOSトランジスタとを別の島
に形成しても良い。
て、CMOSのラッチアップを防止するために、p型M
OSトランジスタとn型MOSトランジスタとを別の島
に形成しても良い。
【0050】図12は、本発明の第9の実施例に係る電
力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例の
電力用半導体装置は、第6、第7、第8の場合とは異な
り、埋込み層を用いずにバイポーラトランジスタの特性
を改善するものである。
力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例の
電力用半導体装置は、第6、第7、第8の場合とは異な
り、埋込み層を用いずにバイポーラトランジスタの特性
を改善するものである。
【0051】n- 型シリコン基板20の表面には図示の
如く浅いn型拡散層33が選択的に形成され、これによ
り、基板表面で横方向に電流が流れる横型のnpnトラ
ンジスタが構成されている。また、図中、30は基板表
面上に絶縁膜(不図示)を介して形成されたポリシリコ
ン膜34を示している。
如く浅いn型拡散層33が選択的に形成され、これによ
り、基板表面で横方向に電流が流れる横型のnpnトラ
ンジスタが構成されている。また、図中、30は基板表
面上に絶縁膜(不図示)を介して形成されたポリシリコ
ン膜34を示している。
【0052】n型拡散層33はベースとしてのp型拡散
層27の表面付近の濃度を下げるため、トランジスタの
増幅率が増加する。また、n型拡散層33はp型拡散層
27とn+ 型拡散層28との間の高抵抗のn- 型シリコ
ン基板20の抵抗を下げ、これにより、バイポーラトラ
ンジスタの飽和電圧を下げる効果が得られる。
層27の表面付近の濃度を下げるため、トランジスタの
増幅率が増加する。また、n型拡散層33はp型拡散層
27とn+ 型拡散層28との間の高抵抗のn- 型シリコ
ン基板20の抵抗を下げ、これにより、バイポーラトラ
ンジスタの飽和電圧を下げる効果が得られる。
【0053】図13は、本発明の第10の実施例に係る
電力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例
のnpnトランジスタが第8の実施例のそれと異なる点
は、p型拡散層27とn+ 型拡散層28とが接触してい
ることにある。このようにp型拡散層27とn+ 型拡散
層28とを接触させることにより、更に飽和電圧を下げ
ることが可能となる。
電力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例
のnpnトランジスタが第8の実施例のそれと異なる点
は、p型拡散層27とn+ 型拡散層28とが接触してい
ることにある。このようにp型拡散層27とn+ 型拡散
層28とを接触させることにより、更に飽和電圧を下げ
ることが可能となる。
【0054】図14は、本発明の第11の実施例に係る
電力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例
のnpnトランジスタが第9の実施例のそれと異なる点
は、トレンチ溝の側壁にコレクタとして用いるn+ 型拡
散層35を付加し、更に特性の改善を図ったことにあ
る。
電力用半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例
のnpnトランジスタが第9の実施例のそれと異なる点
は、トレンチ溝の側壁にコレクタとして用いるn+ 型拡
散層35を付加し、更に特性の改善を図ったことにあ
る。
【0055】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、例えば、上記実施例を種々組み合わせ
ても良い。また、上記実施例では、SOI層としてシリ
コン層を用いたが、他の半導体層を用いても良い。
るものではなく、例えば、上記実施例を種々組み合わせ
ても良い。また、上記実施例では、SOI層としてシリ
コン層を用いたが、他の半導体層を用いても良い。
【0056】また、SOI基板の絶縁膜としてシリコン
酸化膜を用いたが、他の絶縁膜を用いても良い。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
酸化膜を用いたが、他の絶縁膜を用いても良い。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
【0057】
【発明の効果】以上詳述したように本発明(請求項1,
2)によれば、エミッタ領域から注入されたキャリアが
ベース領域の下部を介さずにコレクタ領域に達すること
ができるので、キャリアが流れる経路の抵抗を低減でき
る。また、ベース領域下部のシリコン層の厚さを1μm
以上にしているので、増幅率の低下を招かずに流せる電
流を大きくできる また、本発明(請求項3)によれば、エミッタ領域とベ
ース領域との間にコレクタ領域が存在しないので、ベー
ス領域とエミッタ領域とが空乏層により分離されるのを
防止できる。
2)によれば、エミッタ領域から注入されたキャリアが
ベース領域の下部を介さずにコレクタ領域に達すること
ができるので、キャリアが流れる経路の抵抗を低減でき
る。また、ベース領域下部のシリコン層の厚さを1μm
以上にしているので、増幅率の低下を招かずに流せる電
流を大きくできる また、本発明(請求項3)によれば、エミッタ領域とベ
ース領域との間にコレクタ領域が存在しないので、ベー
ス領域とエミッタ領域とが空乏層により分離されるのを
防止できる。
【図1】本発明の第1の実施例に係るSOI基板を用い
た電力用半導体装置の要部を示す平面図および断面図
た電力用半導体装置の要部を示す平面図および断面図
【図2】本発明の効果を示す特性図
【図3】本発明の第2の実施例に係る薄いSOI基板を
用いた電力用半導体装置の要部を示す平面図および断面
図
用いた電力用半導体装置の要部を示す平面図および断面
図
【図4】本発明の第3の実施例に係る薄いSOI基板を
用いた電力用半導体装置の要部を示す断面図
用いた電力用半導体装置の要部を示す断面図
【図5】本発明の第4の実施例に係る薄いSOI基板を
用いた電力用半導体装置の要部を示す平面図
用いた電力用半導体装置の要部を示す平面図
【図6】従来のSOI基板を用いた電力用半導体装置の
要部を示す平面図
要部を示す平面図
【図7】第1の実施例の電力用半導体装置の変形例を示
す断面図
す断面図
【図8】本発明の第5の実施例に係るSOI基板の形成
方法を示す工程断面図
方法を示す工程断面図
【図9】本発明の第6の実施例に係る電力用半導体装置
の要部を示す断面図
の要部を示す断面図
【図10】本発明の第7の実施例に係る電力用半導体装
置の要部を示す断面図
置の要部を示す断面図
【図11】本発明の第8の実施例に係る電力用半導体装
置の要部を示す断面図
置の要部を示す断面図
【図12】本発明の第9の実施例に係る電力用半導体装
置の要部を示す断面図
置の要部を示す断面図
【図13】本発明の第10の実施例に係る電力用半導体
装置の要部を示す断面図
装置の要部を示す断面図
【図14】本発明の第11の実施例に係る電力用半導体
装置の要部を示す断面図
装置の要部を示す断面図
【図15】従来のパワーICの要部を示す平面図および
断面図
断面図
【図16】SOI層の厚さとリーク電流との関係を示す
特性図
特性図
1…シリコン基板 2…シリコン酸化膜 3…n- 型シリコン層 4…n型ウェル 5…n+ 型エミッタ領域 6…p+ 型ベース領域 7…n+ 型コレクタ領域(コレクタ高濃度領域) 8…絶縁物質 9…p型ウェル 10…p+ 型ウェル(電位固定用拡散層) 11…p型反転層 12…n型ウェル 13…ソース拡散層 14…n型ウェル 15…コレクタ電極 16…エミッタ電極 17…ベース電極 20…シリコン基板 21…シリコン基板 22…シリコン酸化膜 23…SIPOS層 24…絶縁物質 25…n+ 型埋込み層 26…p+ 型埋込み層 27…p型拡散層 28…n+ 型拡散層 29…p型拡散層 30…n型拡散層 31…p+ 型拡散層 32…ポリシリコン膜 33…浅いn型拡散層 34…ポリシリコン膜 35…n+ 型拡散層 36…n型拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8249 27/06 27/08 331 E 27/12 Z H01L 27/06 321 E
Claims (3)
- 【請求項1】絶縁性基板上に設けられ、厚さが6μm以
下のシリコン層と、 ベース領域が前記シリコン層の表面に選択的に形成さ
れ、エミッタ領域が前記ベース領域の表面に選択的に形
成され、コレクタ高濃度領域が前記ベース領域を囲むよ
うに前記シリコン層の表面に選択的に形成されたバイポ
ーラトランジスタとを具備してなり、 前記ベース領域下部のコレクタ層として働く前記シリコ
ン層の厚さが1μm以上であることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項2】絶縁性基板上に設けられ、厚さが6μm以
下のシリコン層と、 ベース領域が前記シリコン層の表面に選択的に形成さ
れ、エミッタ領域が前記ベース領域の表面に選択的に形
成され、コレクタ高濃度領域が前記ベース領域を囲むよ
うに前記シリコン層の表面に選択的に形成されたバイポ
ーラトランジスタと、 前記シリコン層の表面から前記絶縁性基板に達し、前記
シリコン層の電位を固定するための電位が与えられた電
位固定用拡散層とを具備してなり、 前記ベース領域下部のコレクタ層として働く前記シリコ
ン層の厚さが1μm以上であることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項3】絶縁性基板上に設けられた半導体層と、 エミッタ領域、高濃度のベース領域が前記半導体層の表
面に選択的に形成され、コレクタ高濃度領域が、前記エ
ミッタ領域と前記ベース領域との間を完全に分断しない
ように、且つ前記エミッタ領域の一部を囲むように前記
半導体層の表面に選択的に形成されたバイポーラトラン
ジスタとを具備してなることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6043627A JPH07254609A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6043627A JPH07254609A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07254609A true JPH07254609A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12669100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6043627A Pending JPH07254609A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07254609A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002319590A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Denso Corp | 半導体装置 |
| JP2005101134A (ja) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2005101581A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-04-14 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置 |
-
1994
- 1994-03-15 JP JP6043627A patent/JPH07254609A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002319590A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Denso Corp | 半導体装置 |
| JP2005101581A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-04-14 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2005101134A (ja) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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