(57)【要約】【課題】良好なスイッチング特性を保持しながら、かつ電流増幅率ｈＦＥリニアリティーを伸ばすバイポーラトランジスタの提供。【解決手段】第１導電型半導体基板１に、前記基板と反導電型である第２導電型半導体領域２と、前記基板と同一導電型である第３導電型半導体領域３とから成り、前記第２導電型半導体領域２とは別に前記第２導電型と同一導電型の第４導電型半導体領域４が前記第２導電型半導体領域２よりも更に深く且つ選択的に形成されており、且つ前記第３導電型半導体領域３の少なくとも直下にＮＰＮまたはＰＮＰ接合を有するバイポーラトランジスタ。【選択図】　図１
2004146723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板上に、前記半導体基板の導電型と反対導電型の第２導電型半導体領域、および前記半導体基板の導電型と同一導電型の第３導電型半導体領域が形成されており、さらに前記第２導電型半導体領域とは別に第２導電型と同一導電型の第４導電型半導体領域が、前記第２導電型半導体領域よりも更に深く、選択的に、且つ少なくとも前記第３導電型半導体領域の直下にＮＰＮまたはＰＮＰからなる接合を有することを特徴とするバイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイポーラトランジスタに関し、特にバイポーラトランジスタのスイッチング特性を向上させることに加え、「電流増幅率ｈＦＥ−コレクタ電流Ｉｃ特性」におけるリニアリティーも向上させるバイポーラトランジスタの構造に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化および低消費電力化のために、電子部品の高周波化が進んでいる。さらにスイッチング電源に代表される電子機器用高電圧電源回路に使用される電子部品、とりわけトランジスタには、高耐圧で且つ高周波特性の優れたトランジスタが要求される。
【０００３】
ところで、トランジスタの高周波特性の課題は、一般的にスイッチングオフ時間の高速化である。このスイッチングオフ時間を高速化するには、スイッチングトランジスタ素子の形成時に、白金等の重金属拡散や電子線照射により欠陥を形成しキャリアをトラップすることによりライフタイムを短くするという手段が一般的にとられる。
【０００４】
しかし、この技術は、逆回復時間Ｔｒｒが減少すると、順方向電圧が増大するというトレードオフの関係があり、定常状態での電力損失が大きいというデメリットが懸念される。
【０００５】
また、トランジスタにおいては、基板表面付近での結晶欠陥等により電流増幅率ｈＦＥが低下したり、表面リーク電流の発生により耐電圧が劣化するという問題も存在する。
【０００６】
そこで考え出されたのが、通常のベース拡散層とは別に選択的にベース層を深く拡散させるという技術である（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図２は、前記特許文献１に記載された従来のＮＰＮ型のトランジスタで、そのチップ内部ユニットセルの断面図を示すものである。
【０００８】
図２において、Ｎ型である第１導電型半導体基板１に高濃度Ｐ型不純物の第４導電型半導体領域４（グラフトベース領域）を不純物蒸着・拡散により形成する。このグラフトベース領域と呼ばれる領域は通常のチップ内部全面に形成するベース領域とは異なり、エミッタ領域周辺にポイント又はラインで形成する領域である。
【０００９】
次に、低濃度Ｐ型不純物である第２導電型半導体領域２（ベース領域）を不純物蒸着・拡散により形成する。この拡散時に先に形成した高濃度Ｐ型不純物の第４導電型半導体領域４（グラフトベース領域）は更に深く拡散される。
【００１０】
次に、Ｎ型不純物である第３導電型半導体領域３（エミッタ領域）を不純物蒸着・拡散により形成する。最後にＡｌ金属膜であるベース電極５及びエミッタ電極６を形成し、裏面電極であるコレクタ電極７を形成して完成する。
【００１１】
このように従来例ではグラフトベース領域を形成することで、この領域の抵抗成分が減少しスイッチングオフ時にエミッタ領域直下のキャリアをすばやく引き抜くことが可能となりスイッチング時間が短縮出来る。更にグラフトベースを形成するのと同時にチップ周辺にリングを形成することで高周波特性を保持しながら高耐圧特性を持つデバイスが得られる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平０２−９８１４１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来構造の問題点は、グラフトベース領域が形成される分だけ１セル内でのベース面積が大きくなることからエミッタ面積・エミッタ周辺長が小さくなることである。そして、これに起因して電流増幅率ｈＦＥリニアリティーの伸びが悪くなる（電流増幅率ｈＦＥ−Ｉｃ特性曲線における大電流領域でのｈＦＥが小さくなる）というデメリットが発生する。
【００１４】
トランジスタ応用の多くにおいては、電流増幅率ｈＦＥが大きいことばかりでなく電流レベルによってｈＦＥが変動しないことも重要である為、このような特性変動は好ましくない。
【００１５】
また、電流増幅率ｈＦＥリニアリティーの伸びは電流定格を決定する際にも重要であり、伸びが悪いと所望の電流定格になる迄チップサイズを大きくしてリニアリティーを伸ばさないといけないというデメリットまで生じる。
【００１６】
このように従来のトランジスタにおいては、良好な高耐圧・スイッチング特性を保持したまま同時に電流増幅率ｈＦＥリニアリティー特性を良くすることは困難であった。
【００１７】
すなわち従来例では、スイッチング速度を速くする為にベース層よりも深いグラフトベース層を選択的に形成しているが、このグラフトベース領域分だけベース面積が大きくなりエミッタ面積・周辺長を小さくしてしまい、結果電流増幅率ｈＦＥリニアリティーの伸びが悪くなるという別の問題点を発生させるのである。
【００１８】
そこで、本発明は以上のような問題を解決する為になされたものであって、良好なスイッチング特性を保持しながらかつ電流増幅率ｈＦＥリニアリティーを伸ばしたバイポーラトランジスタを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のバイポーラトランジスタは、第１導電型半導体基板に、前記基板と反導電型である第２導電型半導体領域と、前記基板と同一導電型である第３導電型半導体領域とから成り、前記第２導電型半導体領域とは別に前記第２導電型と同一導電型の第４導電型半導体領域が前記第２導電型半導体領域よりも更に深く且つ選択的に形成されており、且つ前記第３導電型半導体領域の少なくとも直下にＮＰＮ又はＰＮＰ接合を有するバイポーラトランジスタであって、このような構成によって良好なスイッチング特性を保持しながら、且つ良好な電流増幅率ｈＦＥリニアリティーを得るという作用効果を生むものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００２１】
図１はＮＰＮトランジスタのチップ内部ユニットセル断面図である。まず、Ｎ型である第１導電型半導体基板１に高濃度Ｐ型不純物の第４導電型半導体領域４（グラフトベース領域）を不純物蒸着・拡散により形成する。ここで前記従来例と異なる点として、セル内でエミッタ領域の周辺にポイント又はラインで形成するだけでは無く、セル内のエミッタ領域を形成する領域直下にもグラフトベース領域を形成する。次に、低濃度のＰ型不純物である第２導電型半導体領域２（ベース領域）を不純物蒸着・拡散により形成する。この拡散時に先に形成した高濃度Ｐ型不純物の第４導電型半導体領域４（グラフトベース領域）は更に深く形成される。
【００２２】
次に、Ｎ型不純物である第３導電型半導体領域３（エミッタ領域）を不純物蒸着・拡散により形成する。最後にＡｌ金属膜であるベース電極５及びエミッタ電極６を形成し、裏面電極であるコレクタ電極７を形成して完成する。トランジスタ動作に寄与するベース電流が流れるルートは、ベース表面と比較して拡散長が深い領域程濃度が低い為、エミッタ直下と比較してエミッタ周辺領域は電流が流れ易く電流が集中し易い。この電流密度集中はベース電流が大きい程顕著に現れる、つまりコレクタ大電流域に発生し易い。エミッタ周辺で電流密度集中が発生すると、その結果このエミッタ周辺領域にてエミッタからの電子電流が高注入となる。高注入になるとベース部では注入されたキャリアとの電気的中性を保つ為に多数キャリアである正孔が増加する、つまりエミッタ周辺領域にて注入効率が悪くなりその結果電流増幅率ｈＦＥが小さくなる。これが「エミッタ周辺集中効果」である。
【００２３】
これに対して新しく提案するＲＧＢ構造は、エミッタ直下のベース抵抗が従来例と比較して低い。つまりその分だけエミッタ直下領域にベース電流が流れ易く、前記「エミッタ周辺集中効果」が発生し難い。よって電流増幅率ｈＦＥの低下が起こり難くなり、結果ｈＦＥリニアリティーが伸び易いという訳である。
【００２４】
また、このＲＧＢ構造はコレクタ電流が流れる経路であるエミッタ領域直下にベース層よりも深い拡散層が形成されていることから、コレクタ層のシリーズ抵抗が低減し更に電流増幅率ｈＦＥリニアリティーが伸び易いという訳である。この実施の形態と従来例に関して電流増幅率ｈＦＥ−Ｉｃ特性図を図３に示す。
【００２５】
図３において、コレクタ電流の小電流領域では絶対値に両者差異は無いが、コレクタ電流が電流定格である４．０Ａのレベルでは実施の形態の電流増幅率ｈＦＥが従来例と比較して１．５倍になっていた。つまり実施の形態での電流増幅率ｈＦＥリニアリティーが伸びていることが確認された。
【００２６】
また、図４の蓄積時間ｔｓｔｇ−Ｉｃ特性図及び図５のコレクタ電流下降時間ｔｆ−Ｉｃ特性図に示すように、実施例と従来例を比較すると、良好なスイッチング特性は全く変化しないことが確認された。
【００２７】
なお、今回の実施の形態ではベース領域の濃度よりもグラフトベース領域の濃度が高濃度である場合を報告したが、グラフトベース領域がベース領域よりも低濃度である場合においてもエミッタ領域直下のグラフトベース領域はベース領域との合成層であるので、結果ベース領域よりも高濃度となる。つまり両者の濃度に係わらず同様の効果が得られる。
【００２８】
また、今回の実施例ではＮＰＮトランジスタに関して説明したが、ＰＮＰトランジスタについても同様の効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバイポーラトランジスタは、第１導電型半導体基板に、前記基板と反導電型である第２導電型半導体領域と、前記基板と同一導電型である第３導電型半導体領域とから成り、前記第２導電型半導体領域とは別に前記第２導電型と同一導電型の第４導電型半導体領域が前記第２導電型半導体領域よりも更に深く且つ選択的に形成され、且つ前記第３導電型半導体領域の少なくとも直下にＮＰＮまたはＰＮＰの接合を有することによって、従来例と同様に良好なスイッチング特性を保持しながら且つ良好な電流増幅率ｈＦＥ−Ｉｃ特性を得ることが出来る。
【００３０】
また、電流増幅率ｈＦＥのリニアリティーが伸びることにより、トランジスタの電流定格が大きくなるという効果がある。電流定格の定義としては、電流増幅率ｈＦＥの絶対値の１／２又は１／３になった時のＩｃ電流値を電流定格とするのが一般的であり、Ｉｃ大電流域にて電流増幅率ｈＦＥリニアリティーが伸びれば伸びるほど電流増幅率ｈＦＥの絶対値の１／２又は１／３になった時のＩｃ電流値が大きくなる、つまり電流定格が大きくなる。
【００３１】
電流定格が大きくなり余裕が出来れば、その分だけチップ面積を小さく出来るという効果が得られる。これはチップ内のパターン面積を小さくするとその分エミッタ面積とエミッタ周辺長が小さくなり電流増幅率ｈＦＥ−Ｉｃが悪くなり電流定格が小さくなるが、前記の効果により電流増幅率ｈＦＥリニアリティーが伸びて電流定格が大きくなっているため、チップサイズが小さくなっても所望の電流定格が得られるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を説明する断面図
【図２】従来例を説明する断面図
【図３】一実施の形態と従来例の電流増幅率ｈＦＥ−Ｉｃ特性図
【図４】一実施の形態と従来例のｔｓｔｇ−Ｉｃ特性図
【図５】一実施の形態と従来例のｔｆ−Ｉｃ特性図
【符号の説明】
１　第１導電型半導体基板
２　第２導電型半導体領域
３　第３導電型半導体領域
４　第４導電型半導体領域
５　ベース電極
６　エミッタ電極
７　コレクタ電極
【図１】
2004146723.tif 000003
【図２】
2004146723.tif 000004
【図３】
2004146723.tif 000005
【図４】
2004146723.tif 000006
【図５】
2004146723.tif 000007