DE3901881A1

DE3901881A1 - Bipolar transistor

Info

Publication number: DE3901881A1
Application number: DE19893901881
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Hamasaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-01-30
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1989-08-10

Abstract

The invention relates to a bipolar transistor having an excellent high-speed performance, comprising a buried region (12) which is constructed in a semiconductor substrate (11) and is of a first conductivity type, a collector region (13), constructed on said region, of the first conductivity type, a base region (14), formed on the collector region, of a second conductivity type, an emitter region (15), produced on the base region, of the first conductivity type, and an outer base region (16), of the second conductivity type, which is constructed surrounding the base and collector region so as to produce an ohmic contact between the base region and outer base region and to produce a pn junction between the collector region and outer base region. The concentration profile of the foreign atom (impurity) of the second conductivity type in the direction of the depth of the outer base region (16) is arranged in this case such that when maximum voltage is applied for switching through the transistor the concentration of the foreign atom of the second conductivity type in the outer base region (16) remains higher, compared respectively at the same depth, than the concentration of the charge carriers of the second conductivity type in a base expansion region formed in the collector region (13). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Bipolartransistor zur Ver wendung bei der Herstellung integrierter Schaltkreise, insbesondere einen Bipolartransistor, der eine ausgezeich nete Hochgeschwindigkeitsleistung aufweist und mit niedri gem Energie- oder Stromverbrauch betreibbar ist.The invention relates to a bipolar transistor for Ver application in the manufacture of integrated circuits, in particular a bipolar transistor, which is an excellent Has high speed performance and with low is operable according to energy or electricity consumption.

In neuerer Zeit sind verschiedene Konstruktionen von Bipolartransistoren zur Verwendung bei der Herstellung integrierter Schaltkreise mit dem Ziel, einen eine Hoch geschwindigkeitsleistung gewährleistenden und mit niedrigem Stromverbrauch arbeitenden Transistor zu schaffen, ent wickelt worden. Beispielsweise beschreibt die JP-Patent veröffentlichung 56-80 161 einen Planartyp-Bipolartransistor des in Fig. 1A dargestellten Aufbaus. Dieser Transistor, bei dem eine Emitterzone 1, eine Basiszone 2 und eine Kollektorzone 3 mit Selbstjustierung ausgebildet sind, kennzeichnet sich durch folgende Merkmale:Recently, various designs of bipolar transistors for use in the manufacture of integrated circuits have been developed with the aim of providing a transistor which ensures high-speed performance and operates with low current consumption. For example, JP Patent Publication 56-80 161 describes a planar type bipolar transistor of the structure shown in Fig. 1A. This transistor, in which an emitter zone 1 , a base zone 2 and a collector zone 3 are formed with self-adjustment, is characterized by the following features:

1. The emitter base transition is very small and essentially lichen flat.
2. The base collector transition is essentially flat and approximately the size of the emitter / base junction equal.
3. Emitter, base and collector zones 1 , 2 and 3 are enclosed by a polysilicon zone 4 of high conductivity.
4. The polysilicon region 4 is zone through a first isolation region 5 of the emitter region 1 and a second insulating 6 electrically insulated from the collector region. 3 The polysilicon zone 4 also acts as a side contact for the active base zone 2 and as a base contact for a metal electrode.

Ein Bipolartransistor mit dem Aufbau gemäß Fig. 1B ist in einer Veröffentlichung "Flat Emitter Transistor with Self-Aligned Base" von Fujita und Mitarbeitern beschrieben, die auf der "International Solid-State Circuits Conference", 1980, angekündigt und in "Jap. J. of Appl. Phys.", Vol. 20, Suppl. 20-1, S. 149-153, veröffentlicht wurde. Dieser Transistor kennzeichnet sich dadurch, daß der Emitter-Basisübergang im wesentlichen flach ist. Zudem ist dabei die p-Typ-Fremdatomkonzentration in der äußeren Basiszone 4 so hoch, daß sie sehr dicht bei der Fremdatom konzentration in der Emitterzone 1 liegt, wodurch ein niedriger Basiswiderstand erreicht wird.A bipolar transistor with the structure shown in FIG. 1B is described in a publication "Flat-emitter transistor with Self-Aligned Base" by Fujita and employees who announced at the "International Solid-State Circuits Conference," 1980 and "Jap. J of Appl. Phys. ", Vol. 20, Suppl. 20-1, pp. 149-153. This transistor is characterized in that the emitter-base junction is essentially flat. In addition, the p-type impurity concentration in the outer base zone 4 is so high that it is very close to the impurity concentration in the emitter zone 1 , whereby a low base resistance is achieved.

Weiterhin ist ein Bipolartransistor mit dem Aufbau gemäß Fig. 1C in einer Veröffentlichung "Self-Aligned Transistor with Sidewall Base Electrode" von Nakamura und Mitarbei tern beschrieben, die auf der "International Solid-State Circuits Conference", 1980, angekündigt wurde. Dieser Transistor kennzeichnet sich durch folgende Merkmale:Furthermore, a bipolar transistor with the structure according to FIG. 1C is described in a publication "Self-Aligned Transistor with Sidewall Base Electrode" by Nakamura et al., Which was announced at the "International Solid-State Circuits Conference", 1980. This transistor is characterized by the following features:

1. The base collector transition and part of the side wall of the collector zone 3 are closed by an isolation zone 6 .
2. On the insulating region 6, a polysilicon region 4 is formed in order to achieve an electrical connection of the base zone. 2
3. The impurity (the dopant) in the polysilicon zone 4 is diffused into a part of the collector zone 3 to form an outer base zone between the polysilicon zone 4 and the base zone 2 .
4. The outer base zone is in contact with a side part of the emitter zone 1 .

Der Grundgedanke, um einen Bipolartransistor für Hochge schwindigkeitsbetrieb und Betrieb mit niedrigem Stromver brauch zu befähigen, besteht herkömmlicherweise darin, den (die) p-n-Übergang(szone) in lotrechter Richtung flach auszulegen und die Größe in waagerechter Richtung zu ver ringern. Die Transistoren nach den Fig. 1A bis 1C beruhen auf diesem Grundgedanken.The basic idea in order to enable a bipolar transistor for high-speed operation and operation with low current consumption has traditionally been to lay the pn junction (szone) flat in the vertical direction and to reduce the size in the horizontal direction. The transistors of Figs. 1A to 1C based on this basic idea.

Die bisherige theoretische Untersuchung bezüglich der Be triebs- oder Arbeitsgeschwindigkeit eines Vertikal-Bipolar transistors beruht auf einem eindimensionalen Modell unter der Voraussetzung oder Annahme, daß die Betriebsgeschwin digkeit durch die Ladungsträgergeschwindigkeit in Vertikal richtung bestimmt wird. Jeder der Transistoren nach den Fig. 1A bis 1C basiert auf diesem eindimensionalen Modell.The previous theoretical investigation regarding the operating or operating speed of a vertical bipolar transistor is based on a one-dimensional model, provided that the operating speed is determined by the charge carrier speed in the vertical direction. Each of the transistors of FIGS. 1A to 1C is based on this one-dimensional model.

Als Ergebnis erfindungsgemäßer Versuche mit Rechnersimula tion hat es sich jedoch gezeigt, daß die Arbeitsgeschwindig keit eines Bipolartransistors im Fall einer großen Signal amplitude durch einen nicht im eindimensionalen Modell enthaltenen Faktor bestimmt wird. Genauer gesagt: im Be trieb eines Bipolartransistors bildet sich in der Kollektor zone ein Basiserweiterungsbereich oder -ausweitungsbereich (base-widening region). Dabei ist zu beachten, daß die Ladungsträger in diesem Basiserweiterungsbereich in zwei dimensionaler Richtung (auf)geladen und entladen bzw. abge leitet werden, nämlich sowohl in Vertikal- als auch in Horizontalrichtung. Im Fall einer großen Signalamplitude bestimmt sich die Arbeitsgeschwindigkeit des Transistors durch das Laden und Entladen in der zweidimensionalen Richtung.As a result of experiments with computer simulations according to the invention tion, however, it has been shown that the work speed speed of a bipolar transistor in the case of a large signal amplitude by a non-one-dimensional model contained factor is determined. More specifically: in the Be Driven by a bipolar transistor forms in the collector zone a basic expansion area or expansion area (base-widening region). It should be noted that the Load carriers in this basic expansion area in two dimensional direction (up) loaded and unloaded or abge be directed, namely both in vertical and in Horizontal direction. In the case of a large signal amplitude the operating speed of the transistor is determined by loading and unloading in the two-dimensional Direction.

Die durch die äußere Basiszone injizierten Ladungsträger, d.h. Löcher bzw. Elektronenmangelstellen im Fall von Fig. 1, werden in der inneren Basiszone angesammelt oder aufgespei chert und führen damit zur angegebenen "Basiserweiterung". Insbesondere überfließen die so aufgespeicherten Ladungs träger die innere Basiszone, mit dem Ergebnis, daß sich die im wesentlichen als Basis wirkende Zone in einen Teil der Kollektorzone hinein erweitert. Ersichtlicherweise ist mit "Basiserweiterungsbereich" der (die) innerhalb der Kollektorzone gelegene und praktisch als Basis wirkende Bereich bzw. Zone bezeichnet.The charge carriers injected through the outer base zone, ie holes or electron deficiency points in the case of FIG. 1, are accumulated or stored in the inner base zone and thus lead to the stated “base extension”. In particular, the charge carriers thus stored overflow the inner base zone, with the result that the zone acting essentially as a base extends into part of the collector zone. Obviously, "base extension area" means the area or zone located within the collector zone and practically acting as the base.

Die Transistoren nach den Fig. 1A bis 1C lassen jeweils Raum für weitere Verbesserung ihrer Arbeitsgeschwindigkeit aufgrund der Tatsache, daß das Laden und Entladen in zwei dimensionaler Richtung innerhalb des Basiserweiterungs bereichs eng mit der Arbeitsgeschwindigkeit eines Transistors verbunden ist. Wie erwähnt, sind diese Transistoren auf der Grundlage eines eindimensionalen Modells entworfen; demzu folge ist die Lade- und Entladegeschwindigkeit der Ladungs träger insbesondere in Horizontalrichtung im Basiserwei terungsbereich ungenügend. Beispielsweise weist der Tran sistor nach Fig. 1A keine äußere Basiszone auf, die in ohmschem Kontakt mit dem in der Kollektorzone 3 gebildeten Basiserweiterungsbereich steht. Hieraus folgt, daß in diesem letzteren Bereich die Löcher nicht unmittelbar in die äußere Basiszone entlassen oder abgegeben werden, weshalb die Löcher über eine von der inneren Basiszone 2 zur äußeren Basiszone führende Überbrückungsstrecke eines hohen Wider stands abgegeben werden müssen. Ersichtlicherweise ist da bei für das Entladen Zeit erforderlich, durch welche der Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Transistors behindert wird.The transistors of FIGS. 1A to 1C each leave room for further improvement in their operating speed due to the fact that the charging and discharging in two dimensional directions within the base extension area is closely related to the operating speed of a transistor. As mentioned, these transistors are designed on the basis of a one-dimensional model; consequently, the loading and unloading speed of the charge carriers is insufficient, in particular in the horizontal direction in the basic expansion region. For example, the transistor according to FIG. 1A does not have an outer base zone which is in ohmic contact with the base extension region formed in the collector zone 3 . It follows from this that in this latter area the holes are not released or released immediately into the outer base zone, which is why the holes have to be released over a bridging distance of a high resistance from an inner base zone 2 to the outer base zone. Obviously, time is required for the discharge by which the high-speed operation of the transistor is hindered.

Bei den Transistoren nach den Fig. 1B und 1C steht der Basiserweiterungsbereich in direktem Kontakt mit der äußeren Basiszone 4. In diesen Fällen ist jedoch das Fremdatomkonzentrationsprofil in der äußeren Basiszone 4 nicht geeignet, die im Basiserweiterungsbereich befind lichen Löcher unmittelbar in die äußere Basiszone zu entlassen oder abzugeben. Demzufolge ist für das Entladen Zeit nötig, durch welche - wie beim Transistor nach Fig. 1A - der Hochgeschwindigkeitsbetrieb beeinträchtigt wird.In the transistors according to FIGS . 1B and 1C, the base extension region is in direct contact with the outer base zone 4 . In these cases, however, the impurity concentration profile in the outer base zone 4 is not suitable for directly releasing or releasing the holes located in the base expansion region into the outer base zone. Accordingly, time necessary for unloading, by means of which - the high speed operation is affected - as in the transistor according to Fig. 1A.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines für Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeigneten Bipolartransistors. Insbesondere bezweckt die Erfindung die Verbesserung der Lade- und Entladegeschwindigkeit für die in die Bildung eines Basiserweiterungs- oder -ausweitungsbereichs im Be trieb des Transistors verwickelten Ladungsträger, speziell im Fall einer großen Signalamplitude. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Fremdatomkonzentrationsprofil in Tiefen richtung einer äußeren Basiszone in einer solchen Weise spezifiziert oder festgelegt, daß die Lade- und Entlade geschwindigkeit der an der Bildung eines Basiserweiterungs bereichs beteiligten Ladungsträger verbessert bzw. erhöht ist.The object of the invention is therefore to create a High speed operation suitable bipolar transistor. In particular, the invention aims to improve the Loading and unloading speed for those in formation a basic expansion or expansion area in the Be drive the transistor entangled charge carriers, specifically in the case of a large signal amplitude. To solve this The task is the foreign atom concentration profile in depths towards an outer base zone in such a way specifies or specifies that the loading and unloading speed of the formation of a basic expansion area carriers involved improved or increased is.

Gegenstand der Erfindung ist ein Bipolartransistor, umfassend eine in einem Halbleiter-Substrat ausgebildete, einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisende, versenkte oder ver grabene Zone einer hohen Fremdatomkonzentration, eine auf der vergrabenen Zone ausgebildete Kollektorzone des ersten Leitfähigkeitstyps, eine auf der Kollektorzone geformte Basiszone eines zweiten Leitfähigkeitstyps, eine auf der Basiszone erzeugte Emitterzone des ersten Leit fähigkeitstyps und eine den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisende äußere Basiszone, welche Basis- und Kollektor zone so umgebend oder umschließend ausgebildet ist, daß zwischen Basiszone und äußerer Basiszone ein ohmscher Kontakt hergestellt und ein(e) p-n-Übergang(szone) zwischen Kollektorzone und äußerer Basiszone gebildet ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Konzentra tionsprofil des Fremdatoms des zweiten Leitfähigkeitstyps in Tiefenrichtung der äußeren Basiszone so eingestellt ist, daß beim Anliegen der maximalen Spannung zwischen Basis- und Emitterzone zum Durchschalten des Transistors die Konzentration des Fremdatoms des zweiten Leitfähig keitstyps in der äußeren Basiszone höher bleibt als die Konzentration von Ladungsträgern des zweiten Leitfähig keitstyps in einem in der Kollektorzone gebildeten Basiserweiterungs- oder -ausweitungsbereich bei einem Vergleich in jeweils gleicher Tiefe.The invention relates to a bipolar transistor comprising one formed in a semiconductor substrate, one first type of conductivity, submerged or ver digging zone of a high concentration of foreign atoms, one of the buried zone first conductivity type, one on the collector zone shaped base zone of a second conductivity type, a emitter zone of the first guide generated on the base zone ability type and the second conductivity type showing outer base zone, which base and collector zone is so surrounding or enclosing that an ohmic between the base zone and the outer base zone Contact established and p-n junction (szone) formed between the collector zone and the outer base zone which is characterized in that the concentra tion profile of the foreign atom of the second conductivity type adjusted in the depth direction of the outer base zone is that when the maximum voltage is applied between Base and emitter zone for switching on the transistor the concentration of the foreign atom of the second conductive type in the outer base zone remains higher than that Concentration of charge carriers of the second conductive type in one formed in the collector zone Basic expansion or expansion area for one Comparison at the same depth.

Beim erfindungsgemäßen Bipolartransistor steht der Basis erweiterungsbereich im Betrieb des Transistors mit einer äußeren Basiszone in Kontakt. Zudem ist dabei die Fremd atomkonzentration in der äußeren Basiszone höher als die Ladungsträgerkonzentration im Basiserweiterungsbereich über den gesamten Bereich hinweg, in welchem der Basiserweiterungs bereich mit der äußeren Basiszone in Kontakt steht. Die Lö cher im Basiserweiterungsbereich werden somit unmittelbar durch die äußere Basiszone abgeführt oder abgegeben (released). Außerdem besitzt die Entladungsstrecke einen niedrigen Widerstand. Hieraus folgt, daß die spezielle Aus gestaltung gemäß der Erfindung eine deutlich verbesserte Schaltgeschwindigkeit des Transistors gewährleistet.The basis is in the bipolar transistor according to the invention expansion range in the operation of the transistor with a outer base zone in contact. In addition, there is the stranger atomic concentration in the outer base zone higher than that Charge carrier concentration in the basic extension area above the entire area in which the basic expansion area is in contact with the outer base zone. The Lö Thus, in the basic expansion area become immediate dissipated or released through the outer base zone (released). In addition, the discharge path has one low resistance. It follows that the special Aus design according to the invention a significantly improved Switching speed of the transistor guaranteed.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The following are preferred embodiments of the invention compared to the prior art with reference to the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1A bis 1C Schnittansichten des Hauptteils je eines herkömmlichen Bipolartransistors, Figs. 1A to 1C are sectional views of the main part of each of a conventional bipolar transistor,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Bipolartransistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 is a sectional view of a bipolar transistor according to one embodiment of the invention,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Fremdatomkon zentrationsprofils längs einer Linie A-A′ in Fig. 2, Fig. 3 is a schematic representation of the Fremdatomkon zentrationsprofils along a line AA 'in Fig. 2,

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Fremdatomkonzen trationsprofils in der äußeren Basiszone bei der Ausführungsform nach Fig. 2, Fig. 4 is a graph of the impurity concen trationsprofils in the external base region in the embodiment of Fig. 2,

Fig. 5A eine schematische Schnittansicht zur Verdeutlichung einer zweidimensionalen Rechner-Simulation bezüg lich der Betriebseigenschaften des Bipolartransistors nach Fig. 2, Fig. 5A is a schematic sectional view showing a two-dimensional computer simulation bezüg Lich of the operating characteristics of the bipolar transistor according to Fig. 2,

Fig. 5B eine schematische Schnittansicht zur Verdeutlichung einer zweidimensionalen Rechner-Simulation bezüg lich der Betriebseigenschaften des herkömmlichen Bipolartransistors, FIG. 5B is a schematic sectional view showing a two-dimensional computer simulation bezüg Lich of the operating characteristics of the conventional bipolar transistor,

Fig. 6A und 6B graphische Darstellungen der Ergebnisse einer zweidimensionalen Rechner-Simulation bezüglich der Durchschalteigenschaften des erfindungsgemäßen Bipolartransistors nach Fig. 2 bzw. des herkömm lichen Bipolartransistors, FIGS. 6A and 6B are graphical representations of the results of a two-dimensional computer simulation with respect to the gating properties of the inventive bipolar transistor of FIG. 2 or the herkömm union bipolar transistor,

Fig. 7A und 7B graphische Darstellungen der Ergebnisse einer zweidimensionalen Rechner-Simulation bezüglich der Sperreigenschaften des erfindungsgemäßen Bi polartransistors nach Fig. 2 bzw. des herkömmlichen Bipolartransistors, FIGS. 7A and 7B are graphical representations of the results of a two-dimensional computer simulation with respect to the barrier properties of the inventive bi-polar transistor according to Fig. 2 and the conventional bipolar transistor,

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Bipolartransistors gemäß einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 8 is a sectional view of a bipolar transistor according to another preferred embodiment of the invention,

Fig. 9A und 9B schematische Schnittdarstellungen zur Be wertung der Betriebseigenschaften des Bipolartran sistors nach Fig. 8 mittels einer zweidimensionalen Rechner-Simulation, FIG. 9A and 9B are schematic sectional views for loading assessment of the operating characteristics of the Bipolartran sistors in FIG. 8 by means of a two-dimensional computer simulation,

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Ergebnisse einer Rechner-Simulation bezüglich der Sperreigenschaften der Bipolartransistoren nach den Fig. 9A bzw. 9B, Fig. 10 is a graph showing the results of a computer simulation with respect to the barrier properties of the bipolar transistors of FIGS. 9A and 9B, respectively,

Fig. 11A bis 11M Schnittansichten zur Verdeutlichung der Fertigungsschritte bei der Herstellung der Bipolar transistoren nach den Fig. 1 und 8, FIG. 11A through 11M are sectional views for illustrating the production steps in the manufacture of bipolar transistors shown in FIGS. 1 and 8,

Fig. 12A und 12B schematische Schnittansichten zur Bewer tung der Betriebseigenschaften des erfindungsge mäßen Bipolartransistors mittels einer zwei dimensionalen Rechner-Simulation und FIG. 12A and 12B are schematic sectional views for valuation of the operating characteristics of the erfindungsge MAESSEN bipolar transistor by means of a two-dimensional computer simulation and

Fig. 13A und 13B graphische Darstellungen der Ergebnisse einer Rechner-Simulation bezüglich der Sperreigen schaften der Bipolartransistoren nach den Fig. 12A bzw. 12B. FIG. 13A and 13B are graphical representations of the results of a computer simulation with respect to the self-locking properties of the bipolar transistors shown in FIGS. 12A and 12B, respectively.

Die Fig. 1A bis 1C sind eingangs bereits erläutert worden. FIGS. 1A to 1C have been already explained.

Fig. 2 veranschaulicht einen NPN-Transistor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist in einem Silizium- Substrat 11 eine versenkte oder vergrabene (buried) N⁺-Typ- Kollektorzone 12 ausgebildet, auf welche (schichtweise) eine N⁻-Typ-Kollektorzone 13, eine P-Typ-Basiszone 14 und eine N -Typ-Emitterzone 15 in der angegebenen Reihen folge aufgebracht sind. Eine äußere P⁺-Basiszone 16 ist in Kontakt mit den Seitenflächen sowohl der Kollektor zone 13 als auch der Basiszone 14 ausgebildet. Gemäß Fig. 2 ist die äußere Basiszone (oder Außenbasiszone) 16 den Kollektor-Basisübergang umschließend angeordnet. Die Kollektorzone 13, die Basiszone 14 und ein Teil der äußeren Basiszone bilden, wie durch gestrichelte Linien angedeutet, gemeinsam einen trapezförmigen Querschnitt. Der Bereich des Trapezes ist innerhalb einer epitaxialen Schicht aus gebildet, während der Rest der äußeren Basiszone innerhalb einer Polysiliziumschicht ausgebildet ist. Eine strich punktierte Linie C in Fig. 2 gibt die Ausdehnung eines im Betrieb des Transistors geformten Basiserweiterungsbereichs an. Fig. 2 illustrates an NPN transistor according to an embodiment of the invention. A buried N⁺-type collector zone 12 is formed in a silicon substrate 11 , onto which (in layers) an N⁻-type collector zone 13 , a P-type base zone 14 and an N-type -Emitter zone 15 are applied in the specified order. An outer P⁺ base zone 16 is formed in contact with the side surfaces of both the collector zone 13 and the base zone 14 . Referring to FIG. 2, the external base region (or outer base region) is arranged the collector-base junction enclosing sixteenth The collector zone 13 , the base zone 14 and part of the outer base zone together, as indicated by dashed lines, form a trapezoidal cross section. The area of the trapezoid is formed within an epitaxial layer, while the rest of the outer base zone is formed within a polysilicon layer. A dash-dotted line C in FIG. 2 indicates the extent of a base extension region formed during operation of the transistor.

Ein erster SiO₂-Film 17 ist unterhalb der äußeren Basiszone 16 so eingelassen, daß er die Seitenfläche der Kollektor zone 13 umschließt. Ein zweiter SiO₂-Film 18 ist auf der äußeren Basiszone 16, den Basis-Emitterübergang umschließend, ausgebildet. Infolgedessen ist der Emitter-Basisübergang insgesamt flach, so daß ein gekrümmter oder gewölbter Ab schnitt gemäß Fig. 1C vermieden wird. Mit 21, 22 und 23 sind eine Emitter-, eine Basis- bzw. eine Kollektorelektrode bezeichnet, die jeweils aus einem Metall, wie Al, geformt sind.A first SiO ₂ film 17 is embedded below the outer base zone 16 so that it encloses the side surface of the collector zone 13 . A second SiO ₂ film 18 is formed on the outer base zone 16 , enclosing the base-emitter junction. As a result, the emitter-base transition is flat overall, so that a curved or curved section from FIG. 1C is avoided. With 21 , 22 and 23 , an emitter, a base and a collector electrode are designated, which are each formed from a metal such as Al.

Bei der Erfindung ist es sehr wichtig, die Beziehung zwi schen dem Fremdatomkonzentrationsprofil im Transistor, ins besondere dem Profil in Tiefenrichtung der äußeren Basis zone 16, und dem Ladungsträgerkonzentrationsprofil im Basis erweiterungsbereich zu berücksichtigen. Fig. 3 veran schaulicht schematisch das Fremdatomkonzentrationsprofil in jeder Zone, in Richtung der Pfeile A-A′ in Fig. 2 ge sehen. Gemäß Fig. 3 ist die Fremdatomkonzentration in der äußeren Basiszone nicht nur bei der Tiefe, bei welcher die äußere Basiszone mit der inneren Basiszone in Kontakt steht, sondern auch bei der Tiefe hoch, bei welcher die äußere Basiszone mit der Kollektorzone in Kontakt steht.In the invention, it is very important to take into account the relationship between the foreign atom concentration profile in the transistor, in particular the profile in the depth direction of the outer base zone 16 , and the charge carrier concentration profile in the base extension region. Fig. 3 shows schematically the foreign atom concentration profile in each zone, in the direction of arrows AA ' in Fig. 2 see ge. Referring to FIG. 3, the impurity concentration is high in the outer base region not only at the depth in which the external base region with the internal base region is in contact, but also with the depth in which the external base region is connected to the collector zone in contact.

Fig. 4 zeigt das Fremdatomkonzentrationsprofil in der äußeren Basiszone 16 in (deren) Tiefenrichtung, d.h. längs der Linie B-B′ in Fig. 2, und das Löcherkonzentrations profil im Basiserweiterungsbereich, d.h. längs der Linie A-A′ in Fig. 2. Das Löcherkonzentrationsprofil gilt für den Fall des größten Basiserweiterungsbereichs, der unter den Bedingungen entsteht, daß die Kollektor- und Emitter elektrodenpotentiale auf 0 V bzw. -1,9 V eingestellt sind und eine Spannung von -1,0 V an die Basiselektrode ange legt ist. Eine gestrichelte Linie in Fig. 4 gibt das Fremd atomkonzentrationsprofil in der inneren Basiszone 14 längs der Linie A-A′ an. Zu Vergleichszwecken ist auch das Fremdatomkonzentrationsprofil in der herkömmlichen äußeren Basiszone durch eine strichpunktierte Linie angegeben. Fig. 4 shows the foreign atom concentration profile in the outer base zone 16 in (its) depth direction, ie along the line BB ' in Fig. 2, and the hole concentration profile in the base extension area, ie along the line AA' in Fig. 2. The hole concentration profile applies to the case of the largest base expansion range, which arises under the conditions that the collector and emitter electrode potentials are set to 0 V and -1.9 V and a voltage of -1.0 V is applied to the base electrode. A dashed line in Fig. 4 indicates the foreign atomic concentration profile in the inner base zone 14 along the line AA ' . For comparison purposes, the impurity concentration profile in the conventional outer base zone is also indicated by a chain line.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist beim NPN-Transistor nach Fig. 2 die Fremdatomkonzentration in der äußeren Basiszone in jeder Tiefe größer als die Löcherkonzentration im Basiserweiterungs- oder -ausweitungsbereich. Infolgedessen erfüllt die äußere Basiszone 16 in ausreichendem Maße ihre Funktion über den gesamten, mit dem Basiserweiterungsbe reich in Kontakt stehenden Bereich hinweg. Mit anderen Worten: die gesamte äußere Basiszone 16 trägt zum Laden oder Aufladen (charging) von Löchern bei der Bildung des Basiserweiterungsbereichs und zum Entladen oder Ableiten (discharging) von Löchern beim Verschwinden des Basiser weiterungsbereichs bei. Hieraus folgt, daß der Lade/Ent lade-Wirkungsgrad verbessert ist und damit eine deutliche Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit des Transistors er zielt wird. Beim herkömmlichen NPN-Transistor ist dagegen die Fremdatomkonzentration in der äußeren Basiszone niedriger als die Löcherkonzentration im Basiserweiterungs bereich, und zwar in einem unterhalb einer bestimmten Höhenlage liegenden Bereich. Der Bereich niedrigerer Fremdatomkonzentration erfüllt nicht die Funktion einer äußeren Basiszone in bezug auf den Basiserweiterungsbereich, so daß ein(e) geringere(r) Wirkungsgrad oder Wirksamkeit des durch oder über die äußere Basiszone erfolgenden Ladens/Entladens des Basiserweiterungsbereichs erreicht wird. Demzufolge ist dabei die Schaltgeschwindigkeit des Transistors beeinträchtigt.As can be seen from FIG. 4, in the NPN transistor according to FIG. 2, the impurity concentration in the outer base zone is greater at any depth than the hole concentration in the base expansion or expansion region. As a result, the outer base zone 16 performs its function sufficiently over the entire area in contact with the base extension region. In other words, the entire outer base zone 16 contributes to charging or charging holes when the base expansion area is formed and to discharging holes when the base expansion area disappears. It follows that the charge / discharge efficiency is improved and thus a significant improvement in the switching speed of the transistor is aimed. In the conventional NPN transistor, on the other hand, the impurity concentration in the outer base zone is lower than the hole concentration in the base extension region, specifically in a region below a certain altitude. The area of lower impurity concentration does not function as an outer base zone with respect to the base extension area, so that a lower efficiency or effectiveness of loading / unloading of the base extension area through or over the outer base zone is achieved. As a result, the switching speed of the transistor is impaired.

Der NPN-Transistor nach Fig. 2 besitzt weitere Merkmale. Wie erwähnt, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 der Basis-Emitterübergang insgesamt flach und ohne jeden ge krümmten oder gewölbten Abschnitt, an welchem eine Kon zentration eines elektrischen Felds stattfinden könnte. Demzufolge kann eine Herabsetzung der Aushaltespannung zwischen Emitter und Basis vermieden werden. Außerdem kann (dabei) die Elektroneninjektion von der Emitterzone 15 in seitlicher oder Querrichtung vermieden werden, weil der Basis-Emitterübergang keinen gekrümmten Abschnitt auf weist. Wenn Elektronen in Querrichtung (lateraler Richtung) injiziert werden, wird der gebildete Basiserweiterungsbereich in Querrichtung vergrößert, was eine Verlängerung der für das Laden und Entladen erforderlichen Zeit bedeutet. Kurz gesagt: der flach ausgebildete Basis-Emitterübergang dient auch zur Verhinderung einer Ausweitung des Basiserweite rungsbereichs in Querrichtung, so daß damit die Schaltge schwindigkeit des Transistors verbessert wird. The NPN transistor of FIG. 2 has other features. As mentioned, in the embodiment according to FIG. 2 the base-emitter junction is flat overall and without any curved or arched section at which a concentration of an electric field could take place. As a result, a reduction in the withstand voltage between the emitter and the base can be avoided. In addition, the electron injection from the emitter zone 15 in the lateral or transverse direction can be avoided because the base-emitter junction has no curved section. If electrons are injected in the transverse direction (lateral direction), the formed base extension area in the transverse direction is enlarged, which means an extension of the time required for charging and discharging. In short: the flat base-emitter junction also serves to prevent expansion of the base extension region in the transverse direction, so that the switching speed of the transistor is improved.

Erfindungsgemäß ändert sich die Fremdatomkonzentration in der äußeren Basiszone 16 schnell in seitlicher Richtung bzw. Querrichtung an der Grenzschicht zwischen innerer Basiszone 14 und Kollektorzone 13, so daß sich Bereiche hoher Fremdatomkonzentration (bzw. hochdotierte Bereiche) im Hinblick auf die Aushaltespannung des Transistors ein ander möglichst weit annähern können und damit gemäß Fig. 3 eine steile Wand der äußeren Basiszone gebildet wird. Die steile Wand der äußeren Basiszone 16 verhindert auch eine Ausweitung des Basiserweiterungsbereichs in Quer richtung, wodurch die Verbesserung der Schaltgeschwindig keit des Transistors begünstigt wird.According to the foreign atom concentration in the outer base zone 16 changes quickly in the lateral or transverse direction at the boundary layer between the inner base zone 14 and the collector zone 13 , so that areas of high foreign atom concentration (or highly doped areas) with respect to the withstand voltage of the transistor one another as possible 3 can approach very closely and a steep wall of the outer base zone is thus formed according to FIG. 3. The steep wall of the outer base zone 16 also prevents an expansion of the base extension area in the transverse direction, whereby the improvement in the switching speed of the transistor is favored.

Weiterhin ist durch den ersten SiO₂-Film 17 die Kapazität des Außenbasis-Kollektorübergangs unter Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit des Transistors herabgesetzt.Furthermore, the capacitance of the outer base-collector junction is reduced by the first SiO ₂ film 17 while improving the operating speed of the transistor.

Zur Untersuchung der beim NPN-Transistor der speziellen Ausgestaltung erreichten Verbesserung der Schaltge schwindigkeit wurde eine im folgenden beschriebene zwei dimensionale Anordnungs-Simulation durchgeführt. Dabei wurde der NPN-Transistor gemäß Fig. 2 auf der Grundlage der Konstruktion nach Fig. 5A simuliert bzw. nachgeahmt. Zu Vergleichszwecken wurde auch ein herkömmlicher NPN- Transistor auf der Grundlage der Konstruktion nach Fig. 5B simuliert. Der Transistor mit der Ausgestaltung nach Fig. 5B ist in "A 30-ps Si-bipolar IC Using Super Self- Aligned Process Technology" von Onaka und Mitarbeitern in "IEEE Transactions on Electron Device", Vol. ED33, S. 526-531, 1986, beschrieben. Der den Aufbau gemäß Fig. 5B besitzende, bereits praktisch eingesetzte Tran sistor ist dafür bekannt, daß er von allen herkömmlichen Transistoren praktisch die höchste Arbeitsgeschwindigkeit besitzt. Bei jedem Erfindungsbeispiel und beim Vergleichs beispiel ist das Fremdatomkonzentrationsprofil in Tiefen richtung der äußeren Basiszone jeweils auf die in Fig. 4 gezeigte Weise eingestellt. In order to investigate the improvement in switching speed achieved in the NPN transistor of the special configuration, a two-dimensional arrangement simulation described below was carried out. The NPN transistor according to FIG. 2 was simulated or imitated on the basis of the construction according to FIG. 5A. For comparison purposes, a conventional NPN transistor based on the construction of Fig. 5B was also simulated. The transistor with the embodiment of FIG. 5B is in "A 30-ps-Si bipolar IC Using Super Self-Aligned Process Technology" Onaka et al in "IEEE Transactions on Electron Device", Vol. Ed33, S. 526-531, 1986. The structure shown in FIG. 5B possessing already practically used transistor is known to have practically the highest operating speed of all conventional transistors. In each example of the invention and in the comparative example, the impurity concentration profile in the depth direction of the outer base zone is set in the manner shown in FIG. 4.

In der Simulation wurden eine Shockley-Read-Hall-(SRH)- Rekombination und eine Auger-Rekombination ausgeführt. Die SRH- und Auger-Rekombinationen werden in den Fremd atomdotierungsbereichen von 10¹⁶-10¹⁸ bzw. 10¹⁸-10²⁰ cm^-3 dominierend. Eine Bandabstandsverengung aufgrund der starken Dotierungswirkung wurde ebenfalls ausgeführt.Shockley Read Hall (SRH) recombination and Auger recombination were performed in the simulation. The SRH and Auger recombinations become dominant in the foreign atom doping ranges of 10 ¹⁶ -10 ¹⁸ and 10 ¹⁸ -10 ²⁰ cm ^-3 . A bandgap narrowing due to the strong doping effect was also carried out.

Die zeitabhängigen Strom-Kontinuitätsgleichungen wurden nach einer Rückwärts-Differentialmethode unter Anwendung der sog. entkoppelten Methode (oder Gummel-Methode), gefolgt von der gekoppelten Methode (oder Newton-Methode) gelöst, bis eine Potentialänderung von weniger als 1 µV und eine Ladungsträgerkonzentrationsänderung von 0,01% er reicht waren. Das Zeitinkrement wurde so auf eine konstante Größe gesetzt oder eingestellt, daß die Differenz in den berechneten Elektrodenströmen zwischen den beiden Fällen zu weniger als 4%, zum Doppelten dieses Werts und zur Hälfte dieses Werts wurde.The time-dependent current continuity equations were using a reverse differential method the so-called decoupled method (or Gummel method), followed by the coupled method (or Newton method) solved until a potential change of less than 1 µV and a charge carrier concentration change of 0.01% were enough. The time increment was so constant Size set or set that the difference in the calculated electrode currents between the two cases less than 4%, twice this value and Was half of that value.

Die Fig. 6A und 6B veranschaulichen die durch Simulation bezüglich der erfindungsgemäßen Konstruktion bzw. der her kömmlichen Konstruktion erzielten Durchschaltcharakteristika oder -eigenschaften (ON characteristics). In diesen graphi schen Darstellungen ist die Startzeit der Änderung des Basispotentials auf 0 ps gesetzt. Ersichtlicherweise steigt der Kollektorstrom Ic bei der Erfindung im Bereich nach dem Pseudo-Sättigungsbereich früher an als bei der herkömmlichen Konstruktion. Hierdurch wird angezeigt, daß bei der Erfindung Löcher (Elektronenmangelstellen) zur Bildung des Basiserweiterungsbereichs schneller geladen werden als bei der herkömmlichen Anordnung. FIGS. 6A and 6B illustrate the through simulation with respect to the construction according to the invention or the conventional construction forth by switching characteristics or properties achieved (ON characteristics). In these graphical representations, the start time of the change in the base potential is set to 0 ps. It can be seen that the collector current Ic rises earlier in the area after the pseudo saturation area than in the conventional construction. This indicates that holes (electron deficiency spots) for forming the base extension area are charged faster in the invention than in the conventional arrangement.

Die Fig. 7A und 7B veranschaulichen die durch Simulation bezüglich der erfindungsgemäßen Konstruktion bzw. der her kömmlichen Konstruktion erzielten Sperrcharakteristika oder -eigenschaften (OFF characteristics). Ersichtlicherweise beträgt die Zeit(spanne), welche der Kollektorstrom für einen Abfall vom Wert von 90% im Dauer- oder Einschwing zustand bei 0 ps auf den Wert von 10% benötigt, bei der erfindungsgemäßen Anordnung 25 ps und bei der herkömmli chen Anordnung 35 ps. Folglich wird erfindungsgemäß eine deutliche Verbesserung erzielt.Illustrate the Figs. 7A and 7B, the through simulation with respect to the construction according to the invention or the conventional construction forth barrier characteristics or properties obtained (OFF characteristics). It can be seen that the time (span) which the collector current takes for a drop from the value of 90% in the steady or settling state at 0 ps to the value of 10% is 25 ps in the arrangement according to the invention and 35 ps in the conventional arrangement . Consequently, a significant improvement is achieved according to the invention.

Wie sich aus dem oben beschriebenen Ergebnis der Simulation ergibt, ermöglicht der erfindungsgemäße NPN-Transistor eine Verkürzung der Zeit für Laden und Entladen im Basiserweiterungsbereich, insbesondere der Entladezeit, unter deutlicher Verbesserung der Schalteigenschaften.As can be seen from the simulation result described above results, enables the NPN transistor according to the invention a reduction in loading and unloading times in the Basic extension area, especially the unloading time, while significantly improving the switching properties.

Fig. 8 veranschaulicht einen NPN-Transistor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 8, in welcher die einzelnen Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet sind, verdeutlicht einen speziellen, aus Fig. 2 nicht ausreichend erkennbaren Faktor, nämlich die Form des Basis-Emitterübergangs. Dabei ist der Übergang zwischen der inneren Basiszone 14 und der Kollektorzone 13 gemäß Fig. 8 flach und parallel zum flachen Basis-Emitterübergang ausgebildet. Zudem sind die beiden Enden des Basis-Kollektorübergangs einwärts der beiden Enden des Basis-Emitterübergangs (liegend) ange ordnet. Kurz gesagt: die Kollektorzone 13 weist einen schmalen oberen Bereich auf. Zudem ist der Übergang zwi schen der äußeren Basiszone 16 und der Kollektorzone 13 so schräggestellt, daß er vom flachen Übergang zwischen innerer Basiszone 14 und Kollektorzone 13 aus auseinander läuft bzw. divergiert. Die anderen Einzelheiten des Transistors nach Fig. 8 entsprechen denen gemäß Fig. 2. Fig. 8 illustrates an NPN transistor in accordance with a preferred embodiment of the invention. FIG. 8, in which the individual parts are designated by the same reference numerals as in FIG. 2, illustrates a special factor that cannot be sufficiently recognized from FIG. 2, namely the shape of the base-emitter transition. The transition between the inner base zone 14 and the collector zone 13 according to FIG. 8 is formed flat and parallel to the flat base-emitter transition. In addition, the two ends of the base-collector junction are arranged inward of the two ends of the base-emitter junction (lying). In short: the collector zone 13 has a narrow upper area. In addition, the transition between the outer base zone 16 and the collector zone 13 is inclined so that it diverges from the flat transition between the inner base zone 14 and the collector zone 13 . The other details of the transistor according to FIG. 8 correspond to those according to FIG. 2.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 kann der Widerstand am Übergang zwischen innerer und äußerer Basiszone ver kleinert sein, weil der Übergang zwischen äußerer Basiszone und Kollektorzone, wie erwähnt, schräggestellt ist bzw. schräg verläuft. Demzufolge kann die Arbeitsgeschwindigkeit des Transistors auch dann erhöht sein, wenn die Fremdatom konzentration in der inneren Basiszone niedrig ist. Außer dem weist die Kollektorzone 13 bei der Ausführungsform nach Fig. 8 einen schmäleren oder verengten oberen Bereich auf, wodurch die Ausweitung des Basiserweiterungsbereichs in Querrichtung unterdrückt werden kann. Hierdurch wird eben falls die Arbeitsgeschwindigkeit des Transistors ver bessert.In the embodiment according to FIG. 8, the resistance at the transition between the inner and outer base zones can be reduced because, as mentioned, the transition between the outer base zone and the collector zone is inclined or runs obliquely. As a result, the operating speed of the transistor can be increased even if the impurity concentration in the inner base zone is low. In addition, the collector zone 13 in the embodiment according to FIG. 8 has a narrower or narrowed upper area, as a result of which the expansion of the base expansion area in the transverse direction can be suppressed. This will improve if the operating speed of the transistor ver.

Die beschriebene zweidimensionale Anordnungs-Simulation wurde auch auf den Transistor gemäß Fig. 8 angewandt, um die Verbesserung seiner Schalteigenschaften (Sperreigen schaften) zu untersuchen. Die Simulation wurde auf der Grundlage der Konstruktion nach Fig. 9A durchgeführt. Zu Vergleichszwecken wurde dieselbe Simulation auch bei einem NPN-Transistor mit dem Aufbau gemäß Fig. 9B vorge nommen. Gemäß Fig. 9B sind der Emitter-Basisübergang und der Innenbasis-Kollektorübergang jeweils flach, und diese Übergänge liegen zudem parallel zueinander. In Fig. 9B liegen jedoch beide Enden des Innenbasis-Kollektorüber gangs außerhalb der beiden Enden des Basis-Emitterüber gangs. Außerdem ist der Außenbasis-Kollektorübergang nicht so schräggestellt, daß er vom flachen Übergang zwischen innerer Basiszone und Kollektorzone aus divergiert.The described two-dimensional arrangement simulation was also applied to the transistor according to FIG. 8 in order to investigate the improvement in its switching properties (blocking properties). The simulation was carried out on the basis of the construction according to FIG. 9A. For comparison purposes, the same simulation was also carried out for an NPN transistor with the structure according to FIG. 9B. Referring to FIG. 9B, the emitter-base junction and the internal base-collector junction are each flat, and these transitions are also parallel to each other. In FIG. 9B, however, both ends of the inner base collector transition are outside the two ends of the base emitter transition. In addition, the outer base collector transition is not inclined so that it diverges from the flat transition between the inner base zone and the collector zone.

Bei der Simulation wurden Werte oder Größen angewandt, die dicht bei dem bei einer Hochgeschwindigkeits-Bipolartransistor schaltung angewandten Spannungsbereich liegen. Insbesondere wurde das Basiselektrodenpotential in der Periode von 4 ps linear von -1,0 V auf -1,4 V geändert, während Kollektor elektrodenpotential und Emitterelektrodenpotential auf 0 V bzw. -1,9 V festgelegt waren. Fig. 10 zeigt die zeitabhängige Änderung des Kollektorstroms. Die für den Abfall des Kollektorstroms von 90% im Einschwingzustand bei 0 ps auf den Wert von 10% nötige Zeit beträgt 26 ps bei der Anord nung nach Fig. 9B und 17 ps bei der Anordnung nach Fig. 9A. Mit anderen Worten: die Ausführungsform nach Fig. 8, bei welcher die beiden Enden des Innenbasis-Kollektorübergangs einwärts der beiden Enden des Basis-Emitterübergangs liegen und der Außenbasis-Kollektorübergang so schrägge stellt ist, daß er vom flachen Innenbasis-Kollektorüber gang aus divergiert (to flare), gewährleistet eine deutliche Verbesserung der Sperreigenschaften des Transistors.Values or quantities were used in the simulation that are close to the voltage range used in a high-speed bipolar transistor circuit. In particular, the base electrode potential was changed linearly from -1.0 V to -1.4 V in the period of 4 ps, while the collector electrode potential and emitter electrode potential were set to 0 V and -1.9 V, respectively. Fig. 10 shows the time-dependent change of the collector current. The time required for the collector current to drop from 90% in the steady state at 0 ps to the value of 10% is 26 ps in the arrangement according to FIG. 9B and 17 ps in the arrangement according to FIG. 9A. In other words, the embodiment according to FIG. 8, in which the two ends of the inner base collector junction lie inward of the two ends of the base emitter junction and the outer base collector junction is so inclined that it diverges from the flat inner base collector junction ( to flare), ensures a significant improvement in the blocking properties of the transistor.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die der Ausführungsform nach Fig. 8 aufgrund des schmalen oberen Bereichs oder Abschnitts der Kollektorzone und des schräggestellten Außenbasis- Kollektorübergangs innewohnenden Vorteile ebenfalls erzielt werden, und zwar ohne das gekennzeichnete Fremdatomprofil in der äußeren Basiszone 16.It should be noted that the advantages inherent in the embodiment of FIG. 8 due to the narrow upper region or section of the collector zone and the inclined outer base collector transition are also achieved, without the marked impurity profile in the outer base zone 16 .

Von diesen beiden Formfaktoren ist der Faktor des schmalen oder verengten oberen Bereichs der Kollektorzone von be sonderer Wichtigkeit. Mit diesem Formfaktor allein kann be reits eine zufriedenstellende Wirkung erzielt werden. In diesem Zusammenhang wurde eine zweidimensionale Anordnungs- Simulation nach einer Methode ähnlich der oben beschrie benen für die Bipolarkonstruktionen nach den Fig. 12A und 12B vorgenommen, um die Sperreigenschaften jeder Bipolar konstruktion zu untersuchen. Bei dieser Simulation wurde die Breite der flachen Oberseite der N⁻-Kollektorzone für den Fall von Fig. 12A auf 0,2 µm (oder 0,1 µm für die rechte Hälfte der Darstellung) und auf 0,4 µm für den Fall von Fig. 12B (oder 0,2 µm für die rechte Hälfte der Darstellung) eingestellt. Das Fremdatomprofil der äußeren Basiszone wurde auf dieselbe Weise wie beim Vergleichsbeispiel nach Fig. 4 festgelegt. Insbesondere war dabei die Fremdatom konzentration der äußeren Basiszone auf 1 × 10¹⁹/cm³ in der Oberseite und auf 1 × 10¹⁶/cm³ am Übergang mit der N⁻-Kollektorzone eingestellt. Die Simulation wurde unter Anwendung auf die rechte Hälfte der Darstellung vorge nommen. Die Fig. 13A und 13B zeigen die Ergebnisse der Simulation. Ersichtlicherweise beträgt die Zeit für den Abfall des Kollektorstroms von 90% im Einschwingzustand bei 0 ps auf den Wert von 10% bei der Konstruktion nach Fig. 12B 30 ps und bei der Konstruktion nach Fig. 12A 17 ps. Dies zeigt an, daß eine deutliche Verbesserung der Sperreigenschaften des Transistors lediglich aufgrund des Faktors erzielt werden kann, daß die beiden Enden des Innenbasis-Kollektorübergangs einwärts der beiden Enden des Basis-Emitterübergangs liegend angeordnet sind.Of these two form factors, the factor of the narrow or narrowed upper region of the collector zone is of particular importance. This form factor alone can already achieve a satisfactory effect. In this connection, a two-dimensional arrangement simulation was carried out according to a method similar to that described above for the bipolar constructions according to FIGS . 12A and 12B, in order to examine the barrier properties of each bipolar construction. In this simulation, the width of the flat top of the N⁻ collector zone was set to 0.2 µm (or 0.1 µm for the right half of the illustration) for the case of FIG. 12A and to 0.4 µm for the case of FIG . 12B (or 0.2 .mu.m for the right half of the diagram) is set. The foreign atom profile of the outer base zone was determined in the same manner as in the comparative example of FIG. 4. In particular, the foreign atom concentration of the outer base zone was set to 1 × 10 ¹⁹ / cm ³ in the top and to 1 × 10 ¹⁶ / cm ³ at the transition with the N⁻ collector zone. The simulation was carried out using the right half of the illustration. Figures 13A and 13B show the results of the simulation. As can be seen, the time for the collector current to drop from 90% in the steady state at 0 ps to 10% in the construction according to FIG. 12B is 30 ps and in the construction according to FIG. 12A 17 ps. This indicates that a significant improvement in the blocking properties of the transistor can only be achieved due to the fact that the two ends of the inner base collector junction are arranged inwardly of the two ends of the base emitter junction.

Der NPN-Transistor nach Fig. 8 wird auf die im folgenden beschriebene Weise hergestellt. Gemäß Fig. 11A wird in einem ersten Schritt eine vergrabene N⁺-Kollektorzone 12 durch starkes Dotieren eines P-Typ-Siliziumsubstrats 11 mit ein N-Typ-Fremdatom gebildet. Als N-Fremdatom kann Arsen, Antimon o.dgl. verwendet werden. Sodann wird eine etwa 1 µm dicke epitaxiale N⁻-Siliziumschicht 13 nach einem (epitaxialen) Aufwachsverfahren auf der vergrabenen Kollek torzone 12 erzeugt (vgl. Fig. 11B). Die Oberfläche der epitaxialen N⁻-Siliziumschicht wird zur Ausbildung eines etwa 50 nm (500 Å) dicken Siliziumoxidfilms 31 thermisch oxidiert, worauf die aufeinanderfolgende Erzeugung eines Siliziumnitridfilms 32, eines Siliziumoxidfilms 33 und eines Siliziumnitridfilms 34 nach einem CVD-Verfahren er folgt, um eine Schichtstruktur zu erzeugen.The NPN transistor shown in FIG. 8 is prepared in the manner described below. Referring to FIG. 11A, a buried N + collector region 12 is formed by heavily doping a P-type silicon substrate 11 with an N-type impurity in a first step. As a foreign atom, arsenic, antimony or the like. be used. An approximately 1 μm thick epitaxial N⁻ silicon layer 13 is then produced on the buried collector zone 12 by an (epitaxial) growth method (cf. FIG. 11B). The surface of the N⁻ epitaxial silicon layer is thermally oxidized to form an approximately 50 nm (500 Å) thick silicon oxide film 31 , followed by the sequential formation of a silicon nitride film 32 , a silicon oxide film 33 and a silicon nitride film 34 by a CVD method by one Generate layer structure.

Die Schichtstruktur nach Fig. 11B wird nach einem aniso tropen reaktiven Ionenätzverfahren (RIE-Verfahren) unter Verwendung eines als Ätzmaske dienenden Resistmusters selektiv geätzt. Das gleiche Resistmuster wird in diesem Schritt für das selektive Ätzen des Siliziumnitridfilms 34, des Siliziumoxidfilms 33, des Siliziumnitridfilms 32, des Siliziumoxidfilms 31 und der epitaxialen N^--Silizium schicht 13 benutzt, worauf ein teilweises Ätzen der vergra benen N⁺-Kollektorzone 12 erfolgt, wodurch eine Mesa struktur 35 gemäß Fig. 11C erhalten wird. Dabei ist es wesentlich, daß die Mesastruktur 35 eine geneigte Seiten fläche oder Flanke aufweist, um den vorher in Verbindung mit Fig. 8 erwähnten schräggestellten Übergang zu erzielen. Die Seitenfläche der Mesastruktur 35 und die freiliegende Fläche der vergrabenen Kollektorzone 12 werden zur Aus bildung eines 10 nm dicken thermischen Oxidfilms thermisch oxidiert, worauf nach einem CVD-Verfahren ein 400 nm dicker Siliziumoxidfilm 36 abgelagert (aufgedampft) wird. Weiter hin wird der Oxidfilm 36 mit einem dicken Resistfilm 37 beschichtet, um die Oberfläche abzuflachen und das Gebilde nach Fig. 11D zu erhalten. Hierauf wird die gesamte Ober fläche nach dem RIE-Verfahren geätzt, bis der die Oberseite der Mesastruktur bedeckende Siliziumoxidfilm 36 abgetragen ist (vgl. Fig. 11E).The layer structure of FIG. 11B (RIE) is selectively etched by a reactive ion etching aniso tropic using a serving as an etching resist pattern. The same resist pattern is used in this step for the selective etching of the silicon nitride film 34 , the silicon oxide film 33 , the silicon nitride film 32 , the silicon oxide film 31 and the epitaxial N ^- silicon layer 13 , whereupon a partial etching of the buried N⁺ collector zone 12 takes place , whereby a mesa structure 35 according to FIG. 11C is obtained. It is essential that the mesa structure 35 has an inclined side surface or flank in order to achieve the inclined transition previously mentioned in connection with FIG. 8. The side surface of the mesa structure 35 and the exposed surface of the buried collector zone 12 are thermally oxidized to form a 10 nm thick thermal oxide film, whereupon a 400 nm thick silicon oxide film 36 is deposited (evaporated) by a CVD method. Furthermore, the oxide film 36 is coated with a thick resist film 37 in order to flatten the surface and to obtain the structure according to FIG. 11D. The entire surface is then etched using the RIE method until the silicon oxide film 36 covering the top of the mesa structure has been removed (see FIG. 11E).

Der Siliziumoxidfilm 36 wird weiterhin geätzt, bis der zwischen der Mesastruktur und dem Film 31 befindliche Ab schnitt des Oxidfilms 36 entfernt ist, worauf der Resist film 37 entfernt wird, so daß das Gebilde nach Fig. 11F erhalten wird. Nach dem Abtragen des Resistfilms wird die freiliegende (Ober-)Fläche der Mesastruktur thermisch oxi diert, um einen dünnen Siliziumoxidfilm 38 zu erzeugen. An schließend wird nach einem CVD-Verfahren ein Siliziumnitrid film 39 abgelagert (aufgedampft), so daß das Gebilde nach Fig. 11G erhalten wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Siliziumnitridfilm 39 materialeinheitlich mit dem vorher auf der Oberseite der Mesastruktur erzeugten Siliziumnitrid film 34 ausgebildet wird, so daß eine vergrößerte Dicke des Siliziumnitridfilms auf der Oberseite der Mesastruktur ent steht. Hierauf wird durch anisotropes Ätzen nach dem RIE- Verfahren der neu aufgetragene Siliziumnitridfilm 39 ent fernt. Infolgedessen bedeckt der Siliziumnitridfilm sodann lediglich die Seitenfläche und die Oberseite der Mesastruktur, wodurch gemäß Fig. 11H eine oxidationsbeständige Kappe 40 gebildet wird. Im nächsten Schritt erfolgt eine selektive Naßoxidation unter Verwendung der oxidationsbeständigen Kappe 40 als Maske; infolgedessen wächst der Siliziumoxidfilm 36 in die Mesastruktur hinein. Gemäß Fig. 11I ist der Siliziumbereich unterhalb der Mesastruktur durch einen Siliziumoxidfilm 41 verschmälert, der als Ergebnis der selektiven Naßoxidationsbehandlung neu gezüchtet worden ist.The silicon oxide film 36 is further etched until the portion of the oxide film 36 located between the mesa structure and the film 31 is removed, whereupon the resist film 37 is removed so that the structure of FIG. 11F is obtained. After the resist film has been removed, the exposed (surface) surface of the mesa structure is thermally oxidized to produce a thin silicon oxide film 38 . Finally, a silicon nitride film 39 is deposited (evaporated) by a CVD process, so that the structure according to FIG. 11G is obtained. It should be noted that the silicon nitride film 39 is made of the same material as the silicon nitride film 34 previously produced on the upper side of the mesa structure, so that an increased thickness of the silicon nitride film is formed on the upper side of the mesa structure. The newly applied silicon nitride film 39 is then removed by anisotropic etching using the RIE method. As a result, the silicon nitride film then covers only the side surface and the top of the mesa structure, thereby forming an oxidation-resistant cap 40 as shown in FIG. 11H. In the next step, a selective wet oxidation takes place using the oxidation-resistant cap 40 as a mask; as a result, the silicon oxide film 36 grows into the mesa structure. Referring to FIG. 11I, the silicon area is narrowed below the mesa structure by a silicon oxide film 41, which has been newly grown as a result of the selective wet oxidation treatment.

Anschließend werden die oxidationsbeständige Kappe 40 und die Siliziumoxidfilme 38, 33 entfernt. Danach wird nach einem CVD-Verfahren eine P⁺-Polysiliziumschicht 42 einer hohen Borkonzentration aufgedampft, womit das Gebilde nach Fig. 11J erhalten wird. Weiterhin wird die Poly siliziumschicht 42 mit einem dicken Resistfilm zum Ab flachen der Oberfläche beschichtet, worauf ein RIE-Ver fahren angewandt wird. Infolgedessen wird gemäß Fig. 11K die Oberseite oder Oberfläche der Polysiliziumschicht 42 mit der in der Mesastruktur enthaltenen N⁻-Typ-Zone bündig abschließend ausgebildet.The oxidation-resistant cap 40 and the silicon oxide films 38 , 33 are then removed. Thereafter, a P⁺ polysilicon layer 42 of a high boron concentration is evaporated by a CVD process, whereby the structure according to FIG. 11J is obtained. Furthermore, the poly silicon layer 42 is coated with a thick resist film to flat the surface, whereupon an RIE method is applied. As a result, as shown in FIG. 11K, the top or surface of the polysilicon layer 42 is formed to be flush with the N + type zone contained in the mesa structure.

In einem nächsten Verfahrensschritt erfolgt eine selektive thermische Oxidation unter Verwendung des Siliziumnitrid films 32 als oxidationsbeständige Maske zwecks Erzeugung eines Oxidfilms 43 auf der Oberfläche der Polysilizium schicht 42 (vgl. Fig. 11L). Bei der thermischen Oxidations behandlung diffundiert das in der Polysiliziumschicht 42 enthaltene Bor in einen Teil der epitaxialen N⁻-Zone 13 ein, so daß eine äußere Basiszone 16 entsteht. Nach der Erzeugung des Oxidfilms 43 werden der Siliziumnitridfilm 32 und der Siliziumoxidfilm 31 weggeätzt, worauf ein Arsen enthaltender amorpher Siliziumfilm abgelagert wird. Danach wird eine innere Basiszone 14 durch Implantieren von Bor ionen in die epitaxiale N⁻-Schicht 16 durch den amorphen Siliziumfilm hindurch ausgebildet. Die so implantierten (eindiffundierten) Borionen werden durch eine Glühbehand lung aktiviert, um eine elektrische Verbindung zwischen äußerer und innerer Basiszone 16 bzw. 14 herzustellen. Bei der Glühbehandlung kann zudem der amorphe Siliziumfilm in einen monokristallinen N⁺-Siliziumfilm umgewandelt wer den. Der so erzeugte N⁺-Siliziumfilm wird zur Ausbildung einer Emitterzone 15 gemäß Fig. 11M durch Mustern (patterned) in eine gewünschte Form gebracht. Schließlich werden an gewünschten Stellen Kontaktlöcher ausgebildet, und eine Al-Verdrahtung wird durch Al-Ablagerung oder -Aufdampfung und Mustern der abgelagerten Al-Schicht ge formt.In a next process step, a selective thermal oxidation takes place using the silicon nitride film 32 as an oxidation-resistant mask for the purpose of producing an oxide film 43 on the surface of the polysilicon layer 42 (cf. FIG. 11L). In the thermal oxidation treatment, the boron contained in the polysilicon layer 42 diffuses into a part of the epitaxial N⁻ zone 13 , so that an outer base zone 16 is formed. After the formation of the oxide film 43 , the silicon nitride film 32 and the silicon oxide film 31 are etched away, whereupon an amorphous silicon film containing arsenic is deposited. Thereafter, an inner base zone 14 is formed by implanting boron ions into the epitaxial N⁻ layer 16 through the amorphous silicon film. The boron ions implanted (diffused in) are activated by an annealing treatment in order to establish an electrical connection between the outer and inner base zones 16 and 14 , respectively. During the annealing treatment, the amorphous silicon film can also be converted into a monocrystalline N⁺ silicon film. The N⁺ silicon film thus produced is patterned into a desired shape to form an emitter zone 15 as shown in FIG. 11M. Finally, contact holes are formed at desired locations, and Al wiring is formed by Al deposition or evaporation and patterning of the deposited Al layer.

Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebenen Aus führungsformen beschränkt, bei denen z.B. die äußere Basis zone 16 aus Polysilizium besteht. Die äußere Basiszone kann vielmehr auch aus monokristallinem Silizium geformt sein. Beispielsweise kann eine SOI- oder Silizium-auf- Isolator-Technik zur Ausbildung der äußeren Basiszone aus monokristallinem Silizium angewandt werden. Die Verwendung von monokristallinem Silizium erlaubt die Herabsetzung von Basiswiderstand und Basisstrom, wodurch weitere Verbesserungen bezüglich der Transistor-Eigen schaften erreicht werden.The invention is in no way limited to the described embodiments, in which, for example, the outer base zone 16 consists of polysilicon. Rather, the outer base zone can also be formed from monocrystalline silicon. For example, an SOI or silicon-on-insulator technique can be used to form the outer base zone from monocrystalline silicon. The use of monocrystalline silicon allows the base resistance and base current to be reduced, as a result of which further improvements with regard to the transistor properties are achieved.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist der technische Grundgedanke der Erfindung auf einen NPN-Transistor ange wandt, doch ist er auch auf einen PNP-Transistor anwendbar. Weiterhin ist es möglich, den Isolierfilm 17 wegzulassen, wenn die Kapazität des Außenbasis-Kollektorübergangs ver nachlässigbar ist.In the described embodiments, the basic technical idea of the invention is applied to an NPN transistor, but it can also be applied to a PNP transistor. Furthermore, it is possible to omit the insulating film 17 if the capacity of the outer base collector junction is negligible.

Claims

1. Bipolar transistor comprising
a buried or buried zone ( 12 ) of a high impurity concentration formed in a semiconductor substrate ( 11 ) and having a first conductivity type,
a collector zone ( 13 ) of the first conductivity type formed on the buried zone,
a base zone ( 14 ) of a second conductivity type formed on the collector zone,
an emitter zone ( 15 ) of the first conductivity type and produced on the base zone
an outer base zone ( 16 ) having the second conductivity type, which base and collector zone is designed to surround or enclose such that an ohmic contact is made between the base zone and the outer base zone and a pn junction (szone) is formed between the collector zone and the outer base zone is characterized in that the concentration profile of the foreign atom of the second conductivity type in the depth direction of the outer base zone ( 16 ) is set so that when the maximum voltage between the base and emitter zone for switching the transistor is present, the concentration of the foreign atom of the second conductivity type in the outer base zone ( 16 ) remains higher than the concentration of charge carriers of the second conductivity type in a base extension or extension area formed in the collector zone ( 13 ) when compared at the same depth.

2. Bipolar transistor according to claim 1, characterized in that the transition between the base zone ( 14 ) and emitter zone ( 15 ) is flat overall and has no curved or curved portion.

3. Bipolar transistor according to claim 1, characterized in that the PN junction formed between the base zone ( 14 ) and the collector zone ( 13 ) is parallel to the PN junction between the base and emitter zone, the two ends of the PN junction between the base and Collector zone lie within the two ends of the PN junction between the base and emitter zone, and the transition between the collector zone ( 13 ) and the outer base zone ( 16 ) is inclined so that it diverges from the flat transition between the base and collector zones.

4. Bipolar transistor comprising
a buried or buried zone ( 12 ) of a high impurity concentration formed in a semiconductor substrate ( 11 ) and having a first conductivity type,
a collector zone ( 13 ) of the first conductivity type formed on the buried zone,
a base zone ( 14 ) of a second conductivity type formed on the collector zone,
an emitter zone ( 15 ) of the first conductivity type and produced on the base zone
an outer base zone ( 16 ) having the second conductivity type, which base and collector zone is designed to surround or enclose such that an ohmic contact is made between the base zone and the outer base zone and a pn junction (szone) is formed between the collector zone and the outer base zone is characterized in that the PN junction formed between the base zone ( 14 ) and the collector zone ( 13 ) is parallel to the PN junction between the base and emitter zone and the two ends of the PN junction between the base and collector zone are within half of the two ends the PN junction between the base and emitter zone are arranged horizontally.

5. Bipolar transistor according to claim 4, characterized in that the transition between the collector zone ( 13 ) and the outer base zone ( 16 ) is inclined so that it diverges from the flat transition between the base and collector zone.

6. Bipolar transistor according to one of claims 1 to 5, characterized in that an insulating film ( 18 ) the side surface (flank) of the transition between the base zone ( 14 ) and emitter zone ( 15 ) is formed enclosing.

7. Bipolar transistor according to one of claims 1 to 6, characterized in that under the outer base zone ( 16 ) a side surface of the collector zone ( 14 ) enclosing insulating film ( 17 ) is formed.

8. Bipolar transistor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the foreign atom concentration in the outer base zone ( 16 ) in the lateral direction or transverse direction changes strongly or steeply, so that the high foreign atom concentration in the outer base zone ( 16 ) with regard to the withstand voltage of the foreign atom concentration in the collector zone ( 13 ) is approximated as far as possible.