JPH0745627A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH0745627A
JPH0745627A JP5184283A JP18428393A JPH0745627A JP H0745627 A JPH0745627 A JP H0745627A JP 5184283 A JP5184283 A JP 5184283A JP 18428393 A JP18428393 A JP 18428393A JP H0745627 A JPH0745627 A JP H0745627A
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JP
Japan
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epitaxial layer
conductivity
base
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JP5184283A
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English (en)
Inventor
Hideaki Ota
英明 大田
Kazuji Yamazaki
和次 山崎
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高周波高出力バイポーラトランジスタの出力電
力を向上させる。 【構成】ベース領域6直下のN- 型エピタキシャル層4
の底部にN+ 型シリコン基板1よりも高不純物濃度のN
++型埋込層を形成して実効的なエピタキシャル層の厚さ
を薄くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に関し、特にバイポーラトランジスタおよびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プレーナー型バイポーラトランジスタ
は、遮断周波数fT を上げるためにベースの接合深さx
j は0.4μm以下と浅くつくられている。ところで、
コレクタ・ベース間耐圧(以下C−B耐圧と記す)はコ
レクタの不純物濃度NC が一定の場合、コレクタ・ベー
ス接合(以下C−B接合と記す)外周部の曲面で決ま
り、接合部が球面であると仮定するとC−B耐圧はC−
B接合の曲率、即ちベースの接合深さxj により決ま
る。従って、ベースの接合深さxj が浅い程、C−B接
合の電界強度は大きくなり、C−B耐圧は低くなる。
【0003】ところで、動作周波数が1MHz以上で、
出力電力が1W以上の高周波高出力トランジスタにおい
ては、C−B接合に12V以上の印加電圧(以下VCC
記す)をかけるが、電圧スイングを考慮し、C−B間耐
圧はVCCの2倍以上となる様に設計されている。一方、
高周波動作させるために遮断周波数fT を上げなければ
ならないためベース接合深さxj は浅くしなければなら
ないので、浅いベース接合深さxj でも所要のC−B耐
圧を得られるように、一般にベース領域の外周にベース
接合深さが1μm程度と深いベースガードリング層を設
けている。
【0004】図2は従来の半導体装置の第1の例を示す
半導体チップの断面図である。
【0005】図2に示すように、コレクタとなるN+
(高不純物濃度N型)シリコン基板1の上にN- 型(低
不純物濃度N型)エピタキシャル層21を形成し、N-
型エピタキシャル層21の上に酸化シリコン膜5を形成
する。次に、N- 型エピタキシャル層21の表面に選択
的にP型の不純物をイオン注入してベース領域6と、ベ
ース領域6の周囲に接して取囲むベースガードリング層
7を設ける。
【0006】次に、酸化シリコン膜5を選択的にエッチ
ングしてエミッタ形成用の第1の開口部とベースコンタ
クト用の第2の開口部のそれぞれを形成し、第1の開口
部にN型不純物を含む多結晶シリコン膜8を設けて熱処
理により不純物をベース領域6内に拡散してN+ 型のエ
ミッタ領域9を形成し、第2の開口部にP型不純物を導
入してP+ 型ベースコンタクト層10を形成する。次
に、多結晶シリコン膜8およびベースコンタクト層10
と接続するエミッタ電極11およびベース電極12のそ
れぞれを形成しバイポーラトランジスタを構成する。
【0007】このバイポーラトランジスタは、ベース領
域6の接合深さxjcよりベースガードリング層7の接合
深さxjBG が深いという構造を有している。
【0008】ところで、C−B耐圧は、エピタキシャル
層の厚さte0にも依存する。即ちC−B接合の空乏層が
広がりN+ 型シリコン基板1に達するようになるとパン
チスルー現象が生じる。このため、ベースガードリング
層7下のエピタキシャル層の厚さte2(=te0
jBG )はある程度の厚さが必要となる。エピタキシャ
ル層の濃度を5×1013cm-3、C−B耐圧を40Vと
したとき、エピタキシャル層の厚さte2は3.5μm程
度必要である。ここで、ベースガードリング層の深さx
jBG を2μm、ベース層の深さxjcを0.3μmとする
と実効エピタキシャル層の厚さte1(=te0−xjc)は
5.2μmとなる。ここで、高周波高出力トランジスタ
において、その出力電力は前述の実効エピタキシャル層
の厚さte1に反比例するため、エピタキシャル層の厚さ
e1は出来るだけうすいことが要求される。
【0009】また、高周波小信号トランジスタでは高出
力トランジスタのように高耐圧を必要としないが、実効
エピタキシャル層の厚さte1を薄くすることにより高周
波特性を向上させる例が特公昭60−84872号公報
に記載されている。
【0010】図3は従来の半導体装置の第2の例を示す
半導体チップの断面図である。
【0011】図3に示すように、P型シリコン基板31
の表面にN型のコレクタ埋込層32を選択的に形成し、
コレクタ埋込層32を含む表面にN- 型エピタキシャル
層33を形成する。次に、N- 型エピタキシャル層33
の表面に絶縁膜34を形成してエミッタ領域形成用開口
部を形成した後、絶縁膜34をマスクとして数百KeV
〜数MeVの高い加速エネルギーでヒ素イオンをイオン
注入してN+ 型埋込層35を形成する。次に、N+ 型の
コレクタコンタクト層36を形成した後、高周波高出力
トランジスタと同様に、P型のベース領域6,エミッタ
領域形成用開口部に形成したN型不純物を含む多結晶シ
リコン膜8からベース領域6内に不純物を拡散して形成
したN+ 型のエミッタ領域9,絶縁膜34に形成したベ
ースコンタクト用開口部にP型不純物を拡散して形成し
たP+ 型のベースコンタクト層10とこれらに接続して
形成したエミッタ電極11,ベース電極12,コレクタ
電極13のそれぞれを形成する。
【0012】このトランジスタではN+ 型埋込層35に
より実効エピタキシャル層の厚さte1を薄くでき高周波
特性を向上できるが、ベースガードリング層がないた
め、高出力トランジスタに必要な高耐圧を得ることがで
きない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
は、高周波高出力トランジスタのベース領域の接合深さ
jcよりベースガードリング層の接合深さxjBG が深く
なっており、実効エピタキシャル層の厚さte1がxjBG
とxjcの深さの差の分だけ厚くなっているので、出力電
力が低く抑えられてしまうという問題点があった。
【0014】また、高周波小信号トランジスタのよう
に、エミッタ直下に高濃度埋込層を設けることによりt
e1を小さくできるが、大電流動作には適応できないとい
う問題があった。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
高不純物濃度の一導電型半導体基板上に形成した低不純
物濃度の第1の一導電型エピタキシャル層と、前記第1
の一導電型エピタキシャル層中に選択的に形成した前記
半導体基板よりも高不純物濃度の一導電型埋込層と、前
記埋込層を含む表面に形成して前記第1の一導電型エピ
タキシャル層と一体化した低不純物濃度の第2の一導電
型エピタキシャル層と、前記埋込層上の前記第2の一導
電型エピタキシャル層の表面に形成した逆導電型のベー
ス領域と、前記ベース領域の周囲に接して取囲み且つ前
記ベース領域よりも深い接合深さを有するベースガード
リング層と、前記ベース領域内に形成した一導電型のエ
ミッタ領域とを有する。
【0016】本発明の半導体装置の製造方法は、高不純
物濃度の一導電型半導体基板上に低不純物濃度の第1の
エピタキシャル層を形成して選択的に高濃度の不純物を
導入し前記半導体基板よりも高不純物濃度の一導電型埋
込層を形成する工程と、前記埋込層を含む表面に形成し
て前記第1の一導電型エピタキシャル層と一体化した低
不純物濃度の第2の一導電型エピタキシャル層を形成す
る工程と、前記埋込層上の前記第2のエピタキシャル層
の表面に選択的に逆導電型のベース領域および前記ベー
ス領域の周囲に接して取囲み且つ前記ベース領域よりも
深い接合深さを有する逆導電型のベースガードリング層
をそれぞれ形成する工程と、前記ベース領域内に一導電
型エミッタ領域を選択的に形成する工程とを含んで構成
される。
【0017】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0018】図1(a)〜(e)は本発明の一実施例の
製造方法を説明するための工程順に示した半導体チップ
の断面図である。
【0019】まず、図1(a)に示すように、コレクタ
となる不純物濃度が5×1015〜5×1016cm-3のN
+ 型シリコン基板1の上に比抵抗が0.5〜5Ωcm
(望ましくは1〜2Ωcm)の第1のN- 型エピタキシ
ャル層2を1〜20μm(望ましくは2μm)の厚さに
成長し、N- 型エピタキシャル層2の一部にヒ素イオン
をイオン注入してN+ 型シリコン基板1よりも高不純物
濃度(不純物濃度が1×1017〜1×1018cm-3)の
++型埋込層3を形成する。
【0020】次に、図1(b)に示すように、N++型埋
込層3を含む表面にN- 型エピタキシャル層を5〜8μ
mの厚さに形成してN- 型エピタキシャル層2と一体化
した第2のN- 型エピタキシャル層4を形成する。次
に、N- 型エピタキシャル層4の表面を熱酸化して厚さ
0.3μm程度の酸化シリコン膜5を形成すると共にN
++埋込層3をアニールする。
【0021】次に、図1(c)に示すように、N- 型エ
ピタキシャル層4の表面にホウ素イオンを加速エネルギ
ー100〜150keV、ドーズ量0.5×1013
1.0×1013cm-2で選択的にイオン注入し、熱処理
して環状のP+ 型のベースガードリング層7を形成し、
同様にホウ素イオンを加速エネルギー10〜20ke
V、ドーズ量1×1013〜1×1014cm-2でガードリ
ング層7の内側にイオン注入してベースガードリング層
7の内側に接続し且つベースガードリング層7よりも浅
いP型のベース領域6を形成する。
【0022】次に、図1(d)に示すように、酸化シリ
コン膜5を選択的にエッチングしてエミッタ領域形成用
の第1の開口部とベースコンタクト用の第2の開口部の
それぞれを形成する。次に、第2の開口部をマスクして
第1の開口部にリンを含む多結晶シリコン膜8を選択的
に形成して熱処理し、多結晶シリコン膜8よりリンを第
1の開口部のベース領域6内に拡散してN+ 型エミッタ
領域9を形成する。次に多結晶シリコン膜8をマスクし
て第2の開口部のベース領域内にホウ素イオンをイオン
注入してP+ 型ベースコンタクト層10を形成する。
【0023】次に、図1(e)に示すように、多結晶シ
リコン膜7およびベースコンタクト層10を含む表面に
金膜を堆積してパターニングし、多結晶シリコン膜7と
接続するエミッタ電極10およびベースコンタクト層9
と接続するベース電極11のそれぞれを形成し、バイポ
ーラトランジスタを構成する。
【0024】従来例のトランジスタではコレクタ抵抗が
0.6〜1.1Ω程度であるのに対して、この実施例の
トランジスタではコレクタ抵抗が0.4〜0.8Ω程度
と低くなり、出力電力を5〜20%増大することができ
る。
【0025】なお、本実施例ではNPNトランジスタの
場合について説明したが、PNPトランジスタに適用し
た場合にも同様に高出力化が実現できる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ベース領
域と対向する部分に半導体基板より高不純物濃度のコレ
クタ埋込層を設けているので、実効的なエピタキシャル
層の厚さを従来よりうすくすることができ、高周波高出
力トランジスタにおける出力電力を向上できるという効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程順に示した半導体チップの断面図。
【図2】従来の半導体装置の第1の例を示す半導体チッ
プの断面図。
【図3】従来の半導体装置の第2の例を示す半導体チッ
プの断面図。
【符号の説明】
1 N+ 型シリコン基板 2,4,21,33 N- 型エピタキシャル層 3 N++型埋込層 5 酸化シリコン膜 6 ベース領域 7 ベースガードリング層 8 多結晶シリコン層 9 エミッタ領域 10 ベースコンタクト層 11 エミッタ電極 12 ベース電極 13 コレクタ電極 31 P型シリコン基板 32 コレクタ埋込層 34 絶縁膜 35 N+ 型埋込層 36 コレクタコンタクト層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高不純物濃度の一導電型半導体基板上に
    形成した低不純物濃度の第1の一導電型エピタキシャル
    層と、前記第1の一導電型エピタキシャル層中に選択的
    に形成した前記半導体基板よりも高不純物濃度の一導電
    型埋込層と、前記埋込層を含む表面に形成して前記第1
    の一導電型エピタキシャル層と一体化した低不純物濃度
    の第2の一導電型エピタキシャル層と、前記埋込層上の
    前記第2の一導電型エピタキシャル層の表面に形成した
    逆導電型のベース領域と、前記ベース領域の周囲に接し
    て取囲み且つ前記ベース領域よりも深い接合深さを有す
    るベースガードリング層と、前記ベース領域内に形成し
    た一導電型のエミッタ領域とを有することを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 高不純物濃度の一導電型半導体基板上に
    低不純物濃度の第1のエピタキシャル層を形成して選択
    的に高濃度の不純物を導入し前記半導体基板よりも高不
    純物濃度の一導電型埋込層を形成する工程と、前記埋込
    層を含む表面に形成して前記第1の一導電型エピタキシ
    ャル層と一体化した低不純物濃度の第2の一導電型エピ
    タキシャル層を形成する工程と、前記埋込層上の前記第
    2のエピタキシャル層の表面に選択的に逆導電型のベー
    ス領域および前記ベース領域の周囲に接して取囲み且つ
    前記ベース領域よりも深い接合深さを有する逆導電型の
    ベースガードリング層をそれぞれ形成する工程と、前記
    ベース領域内に一導電型エミッタ領域を選択的に形成す
    る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP5184283A 1993-07-27 1993-07-27 半導体装置およびその製造方法 Pending JPH0745627A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4712616A (ja) * 1970-12-17 1972-06-26

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4712616A (ja) * 1970-12-17 1972-06-26

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19981013