[go: up one dir, main page]

JP2000340573A - Bipolar transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Bipolar transistor and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JP2000340573A
JP2000340573A JP11147859A JP14785999A JP2000340573A JP 2000340573 A JP2000340573 A JP 2000340573A JP 11147859 A JP11147859 A JP 11147859A JP 14785999 A JP14785999 A JP 14785999A JP 2000340573 A JP2000340573 A JP 2000340573A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
impurity concentration
conductivity type
base
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11147859A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhisa Sakamoto
和久 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP11147859A priority Critical patent/JP2000340573A/en
Publication of JP2000340573A publication Critical patent/JP2000340573A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベース幅を広くして安全動作領域を広くしな
がら、スイッチング時間を早くし、かつ、電流増幅率を
大きくすることができるパワー用バイポーラトランジス
タおよびその製法を提供する。 【解決手段】 第1導電形(n形)半導体からなるコレ
クタ層1と接合して第2導電形(p形)のベース層2が
設けられ、そのベース層2内に第1導電形(n形)のエ
ミッタ領域3が設けられている。そして、ベース層2
が、コレクタ層1との接合側の不純物濃度がエミッタ領
域3との接合側の不純物濃度より高くなるように形成さ
れている。
[PROBLEMS] To provide a power bipolar transistor capable of increasing a switching time and increasing a current amplification factor while widening a base width and a safe operation area, and a method of manufacturing the same. . SOLUTION: A base layer 2 of a second conductivity type (p-type) is provided in contact with a collector layer 1 made of a semiconductor of a first conductivity type (n-type). ) Emitter region 3 is provided. And the base layer 2
Are formed such that the impurity concentration at the junction with the collector layer 1 is higher than the impurity concentration at the junction with the emitter region 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はバイポーラトランジ
スタに関する。さらに詳しくは、パワーバイポーラトラ
ンジスタなどで安全動作領域を広くするため、ベース幅
が大きくなっても電流増幅率が大きく、かつ、スイッチ
ング時間を早くすることができるバイポーラトランジス
タに関する。
[0001] The present invention relates to a bipolar transistor. More specifically, the present invention relates to a bipolar transistor that can increase the current amplification factor and shorten the switching time even when the base width is increased in order to widen the safe operation area by using a power bipolar transistor or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のパワーバイポーラトランジスタ
は、図5に示されるように、たとえばn + 形層21a上
に1012〜1016atm/cm3 (以下、単にcm-3
記す)程度の不純物濃度のn- 形層21が形成されてコ
レクタ層とするFZウェハの表面側に拡散によりp形層
を30〜50μm程度の深さに形成してベース領域22
とし、さらにベース領域22にn形不純物を拡散してエ
ミッタ領域23を形成することにより構成されている。
この構造の不純物プロファイルは、図6に示されるよう
に、エミッタ層(n+ 形)の不純物濃度が高く、ベース
領域22(p形)がそれより低くなり、さらにコレクタ
層(n- 形)が低くなり、半導体基板(n+形)は高濃
度に形成されている。
2. Description of the Related Art Conventional power bipolar transistor
Is, for example, n as shown in FIG. +On the shape layer 21a
To 1012-1016atm / cmThree(Hereinafter simply cm-3When
N) of impurity concentration of about-The shape layer 21 is formed
P-type layer by diffusion on the front side of FZ wafer to be
Is formed to a depth of about 30 to 50 μm to form a base region 22.
Then, an n-type impurity is diffused into the base
It is configured by forming a mitter region 23.
The impurity profile of this structure is as shown in FIG.
The emitter layer (n+Type) high impurity concentration, base
The region 22 (p-type) becomes lower, and the collector
Layer (n-Shape) and the semiconductor substrate (n+Shape) is high concentration
It is formed every time.

【0003】パワーバイポーラトランジスタでは、18
00〜2000V程度の高電圧にも破壊しないような広
い安全動作領域が求められるため、ベース領域22が前
述のように深く形成され、通常は長時間の拡散によって
作られる。このベース領域22が深く(ベース幅WB
大きく)なると、トランジスタをオフにしたときの少数
キャリア濃度は、図7に各領域での少数キャリア濃度が
示されるように、ベース領域での少数キャリア濃度が大
きく、少数キャリアの走行時間も長くなるため、スイッ
チング時間が遅くなる。なお、図7で破線で囲まれた部
分はそれぞれエミッタ・ベース間、およびベース・コレ
クタ間の空乏層を示している。
In a power bipolar transistor, 18
Since a wide safe operation area that does not break even at a high voltage of about 00 to 2000 V is required, the base region 22 is formed deep as described above, and is usually formed by long-time diffusion. When the base region 22 becomes deeper (greater base width W B is), the minority carrier concentration when turning off the transistor, as minority carriers concentration in each region in FIG. 7 is shown, the minority carriers in the base region Since the concentration is large and the running time of the minority carrier is also long, the switching time is long. In FIG. 7, portions surrounded by broken lines indicate a depletion layer between the emitter and the base and between the base and the collector, respectively.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、高耐圧
のバイポーラトランジスタでは、ベース幅が広くなり、
少数キャリアの消滅に時間がかかりスイッチング時間が
遅くなるという問題がある。一方、少数キャリアの走行
時間を早くするため、ベース領域の不純物濃度を大きく
すると、電流注入効率が低くなるため、電流増幅率が低
下するという問題がある。さらに、ベース領域での少数
キャリアを少なくするため、ベース幅を狭く(ベース領
域の深さを浅く)すると、耐圧が弱くなり大電力用とし
て使用できなくなる。そのため、パワーバイポーラトラ
ンジスタでは、電流増幅率が大きく、かつ、スイッチン
グ速度の速いものが得られないという問題がある。
As described above, in a bipolar transistor having a high breakdown voltage, the base width is increased,
There is a problem that the elimination of minority carriers takes a long time and the switching time is delayed. On the other hand, if the impurity concentration in the base region is increased in order to shorten the running time of minority carriers, the current injection efficiency is reduced, and the current amplification factor is reduced. Further, if the base width is narrowed (shallow the depth of the base region) in order to reduce the minority carriers in the base region, the breakdown voltage becomes weak and the device cannot be used for high power. Therefore, there is a problem that a power bipolar transistor having a large current amplification factor and a high switching speed cannot be obtained.

【0005】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、ベース幅を広くして安全動作領域を
広くしながら、スイッチング時間を早くし、かつ、電流
増幅率を大きくすることができるパワー用バイポーラト
ランジスタおよびその製法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and it is an object of the present invention to increase the switching time and increase the current amplification factor while widening the base width and widening the safe operation area. And a method for manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によるバイポーラ
トランジスタは、第1導電形半導体からなるコレクタ層
と、該コレクタ層と接合して設けられる第2導電形のベ
ース層と、該ベース層内に設けられる第1導電形のエミ
ッタ領域とからなり、前記ベース層は、前記コレクタ層
との接合側の不純物濃度が前記エミッタ領域との接合側
の不純物濃度より高くなるように形成されている。
SUMMARY OF THE INVENTION A bipolar transistor according to the present invention has a collector layer made of a semiconductor of a first conductivity type, a base layer of a second conductivity type provided in contact with the collector layer, and a base layer formed in the base layer. The base layer is formed such that an impurity concentration at a junction side with the collector layer is higher than an impurity concentration at a junction side with the emitter region.

【0007】このようにベース層に不純物濃度の差が設
けられることにより、エミッタ領域との不純物濃度差を
大きくして電流の注入効率を向上させることができ、コ
レクタ層側に不純物濃度の濃い層が設けられることによ
り、トランジスタの動作をオフにしたときの少数キャリ
アを素早く捕獲して消滅させることができ、スイッチン
グ速度を速くすることができる。しかも、ベース層とし
ては、高不純物濃度層と、低不純物濃度層との両方から
なっているため、充分の厚さを確保することができる。
その結果、ハイパワーに対しても高耐圧で、スイッチン
グ速度が速く、かつ、電流増幅率を大きくすることがで
きる。
Since the difference in impurity concentration is provided in the base layer as described above, the difference in impurity concentration from the emitter region can be increased to improve the current injection efficiency, and the layer having a higher impurity concentration can be provided on the collector layer side. Is provided, minority carriers when the operation of the transistor is turned off can be quickly captured and eliminated, and the switching speed can be increased. Moreover, since the base layer is composed of both the high impurity concentration layer and the low impurity concentration layer, a sufficient thickness can be secured.
As a result, a high breakdown voltage, a high switching speed, and a high current amplification factor can be achieved even for high power.

【0008】前記ベース層が少なくとも高不純物濃度の
エピタキシャル成長層と、低不純物濃度のエピタキシャ
ル成長層とを含む積層構造により形成されることによ
り、容易にベース層に不純物濃度の濃い層と薄い層とを
形成することができる。
Since the base layer is formed in a laminated structure including at least an epitaxially grown layer having a high impurity concentration and an epitaxially grown layer having a low impurity concentration, a layer having a high impurity concentration and a thin layer can be easily formed on the base layer. can do.

【0009】前記ベース層の動作領域の周囲がメサエッ
チングされることにより、エピタキシャル成長層により
ベース層が形成されても、その動作領域を区画すること
ができる。
By mesa etching the periphery of the operation region of the base layer, even if the base layer is formed by the epitaxial growth layer, the operation region can be partitioned.

【0010】本発明のバイポーラトランジスタの製法
は、コレクタ層とする低不純物濃度の第1導電形半導体
層を表面に有する半導体ウェハの該低不純物濃度の半導
体層上に高不純物濃度の第2導電形半導体層をエピタキ
シャル成長し、該第2導電形半導体層上に低不純物濃度
の第2導電形半導体層をエピタキシャル成長し、該低不
純物濃度の第2導電形半導体層とpn接合を有するよう
に、拡散によりエミッタ領域とする高不純物濃度の第1
導電形半導体領域を形成し、該エミッタ領域より外周側
の前記第2導電形半導体層に前記コレクタ層に達するよ
うにメサ溝を形成することにより、前記第2導電形半導
体層をベース層として動作する領域に区画することを特
徴とする。
The method of manufacturing a bipolar transistor according to the present invention is directed to a method of manufacturing a bipolar transistor, comprising the steps of: forming a second conductive type having a high impurity concentration on a low impurity concentration semiconductor layer of a semiconductor wafer having a first impurity type semiconductor layer serving as a collector layer on the surface; A semiconductor layer is epitaxially grown, and a low impurity concentration second conductivity type semiconductor layer is epitaxially grown on the second conductivity type semiconductor layer. High impurity concentration first emitter region
Forming a conductive type semiconductor region and forming a mesa groove in the second conductive type semiconductor layer on the outer peripheral side of the emitter region so as to reach the collector layer, thereby operating with the second conductive type semiconductor layer as a base layer; It is characterized in that it is divided into regions to be divided.

【0011】前記低不純物濃度の第2導電形半導体層上
に、高不純物濃度の第2導電形半導体層をさらにエピタ
キシャル成長し、前記エミッタ領域を該高不純物濃度の
第2導電形半導体層を貫通して前記低不純物濃度の第2
導電形半導体層とpn接合を有するように形成すること
により、拡散工程による不純物濃度の変動を来すことな
くエミッタ電極をオーミック接触よく形成することがで
きる。
A high impurity concentration second conductivity type semiconductor layer is further epitaxially grown on the low impurity concentration second conductivity type semiconductor layer, and the emitter region penetrates the high impurity concentration second conductivity type semiconductor layer. And the low impurity concentration of the second
By forming the conductive type semiconductor layer and the pn junction, the emitter electrode can be formed with good ohmic contact without fluctuation of the impurity concentration due to the diffusion step.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のバイポーラトランジスタおよびその製法について説
明をする。
Next, a bipolar transistor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】本発明のバイポーラトランジスタは、図1
にその一実施形態の断面説明図が示されるように、第1
導電形(たとえばn形)半導体からなるコレクタ層1と
接合して第2導電形(p形)のベース層2が設けられ、
そのベース層2内に第1導電形(n形)のエミッタ領域
3が設けられている。そして、ベース層2が、コレクタ
層1との接合側の不純物濃度がエミッタ領域3との接合
側の不純物濃度より高くなるように形成されていること
に特徴がある。
The bipolar transistor according to the present invention is shown in FIG.
As shown in FIG.
A base layer 2 of a second conductivity type (p-type) is provided in contact with collector layer 1 made of a conductivity type (for example, n-type) semiconductor;
A first conductivity type (n-type) emitter region 3 is provided in the base layer 2. The base layer 2 is characterized in that the impurity concentration at the junction with the collector layer 1 is higher than the impurity concentration at the junction with the emitter region 3.

【0014】コレクタ層1は、たとえば200μm程度
の厚さの1018〜1020cm-3程度にリンがドープされ
た高不純物濃度(低抵抗)層1aと、120μm程度の
厚さで1012〜1016cm-3程度に、たとえばリンがド
ープされたn- 形低不純物濃度(高抵抗)層1bとから
なっている。これは、通常のFZウェハと呼ばれるもの
を使用することができる。
The collector layer 1 has, for example, a high impurity concentration (low resistance) layer 1a doped with phosphorus to a thickness of about 10 μm to about 10 18 to 10 20 cm −3 , and a thickness of about 10 μm to about 10 12 μm. An n -type low-impurity-concentration (high-resistance) layer 1 b doped with, for example, phosphorus at about 10 16 cm −3 is formed. For this, what is called a normal FZ wafer can be used.

【0015】ベース層2は、図1に示される例では、1
〜20μm程度、たとえば20μmの厚さで、ジボラン
などがドープされて1013〜1017cm-3程度のp+
高不純物濃度層からなる第1層2aと、1〜50μm程
度、たとえば20μmの厚さで、ジボランなどがドープ
されて1012〜1016cm-3程度のp- 形低不純物濃度
層からなる第2層2bと、1〜20μm程度、たとえば
10μmの厚さで、ジボランなどがドープされて1015
〜1018cm-3程度のp++形の高不純物濃度層からなる
第3層2cとからなっている。第1層2aは、後述する
ように、トランジスタの動作をオフにしたときに、ベー
ス領域2に残存する電子を捕捉し易くしてスイッチング
時間を早くするための層であり、第2層2bは、エミッ
タ領域3との境界での濃度差を大きくすることにより、
電流の注入効率を向上させて電流増幅率hFEを向上する
ための層である。また第3層3cは、Alなどにより電
極8を形成する際に、半導体層とオーミック接触を保て
るようにするための層で、この第3層3cはエピタキシ
ャル成長層でなくても、エミッタ電極8を形成する部分
だけに高不純物濃度の拡散領域としてもよい。
In the example shown in FIG.
A first layer 2a made of a p + -type high impurity concentration layer of about 10 13 to 10 17 cm -3 doped with diborane or the like and having a thickness of about 20 μm, for example, 20 μm; thick, such as diborane p 10 12-10 about 16 cm -3 is doped - a second layer 2b consisting form low impurity concentration layer, about 1 to 20 [mu] m, for example, a thickness of 10 [mu] m, diborane and the like Doped 10 15
And a third layer 2c formed of a p ++ type high impurity concentration layer of about 10 to 18 cm -3 . The first layer 2a is a layer for making it easier to capture electrons remaining in the base region 2 and shortening the switching time when the operation of the transistor is turned off, as described later. By increasing the concentration difference at the boundary with the emitter region 3,
A layer for improving the current amplification factor h FE to improve the injection efficiency of the current. The third layer 3c is a layer for maintaining ohmic contact with the semiconductor layer when the electrode 8 is formed of Al or the like. Even when the third layer 3c is not an epitaxial growth layer, the third layer 3c can A diffusion region having a high impurity concentration may be formed only in a portion to be formed.

【0016】ベース層2は、このようにコレクタ層1側
に高不純物濃度の層が設けられ、エミッタ領域3との接
合部に低不純物濃度の層が設けられている。これらの層
は、はっきりと区画される必要はなく、低不純物濃度の
第2層2bの成長中に第1層2aの不純物が拡散してな
だらかな不純物濃度の勾配が形成されてもよい。要は、
前述のように、トランジスタの動作をオフにしたときに
できるだけ少数キャリアを捕捉し易い層が設けられると
共に、電流の注入効率を高くする低不純物濃度領域がエ
ミッタ領域3側に設けられておればよく、その他の濃度
分布は余り限定されない。しかし、コレクタ層1側であ
る下層ができるだけ高濃度であることが好ましく、通常
の拡散方法では、30〜50μm程度の深さを高濃度に
してその上を低濃度にすることは難しい。しかし、エピ
タキシャル成長をすることにより、前述の不純物濃度の
プロファイルを形成することができる。また、このベー
ス層2は、エピタキシャル成長層により形成されている
ため、コレクタ層1と同様に広い範囲で形成されてお
り、トランジスタのベースとしての動作領域の区画は、
図1に示されるように、その周囲にメサ溝4が形成さ
れ、その溝内にガラス保護膜5が設けられることによ
り、動作領域とするベース層が形成されている。
The base layer 2 has a high impurity concentration layer on the collector layer 1 side and a low impurity concentration layer at a junction with the emitter region 3 as described above. These layers do not need to be clearly defined, and the impurity of the first layer 2a may be diffused during the growth of the second layer 2b with a low impurity concentration to form a gentle impurity concentration gradient. In short,
As described above, it is only necessary to provide a layer that can capture minority carriers as easily as possible when the operation of the transistor is turned off, and that a low impurity concentration region for increasing current injection efficiency is provided on the emitter region 3 side. And other concentration distributions are not so limited. However, it is preferable that the concentration of the lower layer on the collector layer 1 side is as high as possible, and it is difficult to increase the depth to about 30 to 50 μm and increase the concentration above the depth by a normal diffusion method. However, the above-described profile of the impurity concentration can be formed by epitaxial growth. Further, since the base layer 2 is formed of an epitaxial growth layer, it is formed in a wide range similarly to the collector layer 1, and a section of an operation region as a base of the transistor is:
As shown in FIG. 1, a mesa groove 4 is formed around the periphery of the mesa groove, and a glass protective film 5 is provided in the groove to form a base layer serving as an operation region.

【0017】エミッタ領域3は、ベース層2へのリンな
どの拡散により形成され、第3層2cを貫通して、第2
層2bにその底部がかかるように、たとえば15μm程
度の深さで、表面の不純物濃度が、たとえば1×1019
cm-3程度に形成される。このエミッタ領域3は、前述
のベース領域の場合と同様に、この表面にエミッタ電極
9がAlなどにより形成されるため、オーミックコンタ
クトが得られるようにする必要があることなどの点から
このような高不純物濃度に形成される。なお、6は半導
体層の表面に設けられるSiO2 などの絶縁膜で、半導
体基板(コレクタ層1)の裏面には、Alなどの蒸着に
よりコレクタ電極7が形成されている。
The emitter region 3 is formed by diffusion of phosphorus or the like into the base layer 2, and penetrates through the third layer 2c to form the second region.
At a depth of, for example, about 15 μm, the impurity concentration on the surface is set to, for example, 1 × 10 19 , such that the bottom of the layer 2b covers the layer 2b.
It is formed to about cm -3 . The emitter region 3 has an emitter electrode 9 formed of Al or the like on the surface thereof as in the case of the above-described base region, so that it is necessary to obtain an ohmic contact. It is formed with a high impurity concentration. Reference numeral 6 denotes an insulating film such as SiO 2 provided on the surface of the semiconductor layer, and a collector electrode 7 is formed on the back surface of the semiconductor substrate (collector layer 1) by vapor deposition of Al or the like.

【0018】この構造のエミッタ領域3からコレクタ層
1に至る不純物濃度のプロファイルを示すと、図2に示
されるようになる。すなわち、表面側のn+ 形領域がエ
ミッタ領域3で、つぎのp- 形領域がベース層2の第2
層2bであり、p+ 形領域がベース層2の第1層2aで
あり、n- 形層がコレクタ層1の低不純物濃度層1b
で、n+ 形層がコレクタ層1の高不純物濃度層1aであ
る。なお、エミッタ領域3が形成された部分の深さ方向
への不純物濃度のプロファイルを示しているため、ベー
ス層2の第3層2cは、エミッタ領域3により相殺され
て現れていないが、相殺されない状態のプロファイルは
破線で示されるようになっている。
FIG. 2 shows a profile of the impurity concentration from the emitter region 3 to the collector layer 1 having this structure. That is, the n + type region on the surface side is the emitter region 3 and the next p − type region is the second
A layer 2b, a p + type region is a first layer 2a of the base layer 2, and an n − type layer is a low impurity concentration layer 1b of the collector layer 1.
The n + -type layer is the high impurity concentration layer 1a of the collector layer 1. In addition, since the profile of the impurity concentration in the depth direction of the portion where the emitter region 3 is formed is shown, the third layer 2c of the base layer 2 does not appear to be offset by the emitter region 3, but is not offset. The profile of the state is indicated by a broken line.

【0019】つぎに、このバイポーラトランジスタの製
法について、図3を参照しながら説明をする。
Next, a method of manufacturing the bipolar transistor will be described with reference to FIG.

【0020】まず、前述のように高不純物濃度層1a上
に低不純物濃度層1bが形成された半導体基板からなる
FZウェハの低不純物濃度層1b上に、ジボランなどの
p形不純物をドーピングしながらシリコンを成長し、前
述の不純物濃度のp+ 形のベース層2の第1層2aを、
たとえば20μm程度エピタキシャル成長する(図3
(a)参照)。
First, a p-type impurity such as diborane is doped on the low impurity concentration layer 1b of the FZ wafer made of a semiconductor substrate having the low impurity concentration layer 1b formed on the high impurity concentration layer 1a as described above. After growing silicon, the first layer 2a of the p + -type base layer 2 having the impurity concentration described above is
For example, epitaxial growth of about 20 μm is performed (FIG. 3
(See (a)).

【0021】つぎに、図3(b)に示されるように、同
様にジボランなどのp形不純物をドーピングしながらシ
リコンを成長し、前述の不純物濃度のp- 形のベース層
2の第2層2bを、たとえば20μm程度エピタキシャ
ル成長する。さらに不純物量を多くして、前述の不純物
濃度のp++形の第3層2cを、たとえば10μm程度成
長する。
Next, as shown in FIG. 3 (b), similarly to silicon is grown while doping p-type impurities such as diborane, p impurity concentration of the above - the second layer of the base layer 2 in the form 2b is epitaxially grown, for example, by about 20 μm. The impurity amount is further increased, and the p ++ -type third layer 2c having the impurity concentration described above is grown, for example, to about 10 μm.

【0022】つぎに、図3(c)に示されるように、表
面にSiO2 などのマスク11を設けて、エミッタ領域
の形成場所のみを開口し、たとえばリン(P)をイオン
注入し、1100〜1230℃程度の熱処理を5〜10
時間程度行ってリンを拡散することにより、図2に示さ
れるようなプロファイルの不純物濃度のエミッタ領域3
を形成する。この熱処理の間に開口部に露出する半導体
層上およびマスク11上にもさらに酸化膜が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 3 (c), a mask 11 of SiO 2 or the like is provided on the surface, and only the location where the emitter region is to be formed is opened. Heat treatment at ~ 1230 ° C
By diffusing phosphorus for about a time, the emitter region 3 having an impurity concentration of a profile as shown in FIG.
To form An oxide film is further formed on the semiconductor layer exposed on the opening and on the mask 11 during this heat treatment.

【0023】その後、さらに表面にSiO2 などの絶縁
膜12を形成し、エミッタ領域3から一定間隔のベース
領域を区画するためのメサ溝を形成する部分のみを開口
する。そして、フッ硝酸などのエッチング液によりコレ
クタ層1まで達するようにベース層2をエッチングして
メサ溝4を形成する。その後、メサ溝4内にドクターブ
レード法などによりガラスペーストを塗布して、700
℃程度で焼結することにより、メサ溝4の表面にガラス
保護膜5を形成する(図3(d)参照)。
Thereafter, an insulating film 12 of SiO 2 or the like is further formed on the surface, and only a portion where a mesa groove for defining a base region at a predetermined interval from the emitter region 3 is formed is opened. Then, the base layer 2 is etched by an etchant such as hydrofluoric nitric acid to reach the collector layer 1 to form a mesa groove 4. Thereafter, a glass paste is applied to the mesa groove 4 by a doctor blade method or the like, and
By sintering at about ° C, a glass protective film 5 is formed on the surface of the mesa groove 4 (see FIG. 3D).

【0024】その後、電極を形成するためのパターニン
グを絶縁膜12に形成し、Alなどを蒸着してパターニ
ングすることにより、ベース電極8およびエミッタ電極
9を形成し、半導体基板(コレクタ層)1の裏面に同様
にAlなどを蒸着などにより設けてコレクタ電極7を形
成することにより、図1に示される構造のバイポーラト
ランジスタを得ることができる。
Thereafter, patterning for forming an electrode is formed on the insulating film 12, and Al or the like is deposited and patterned to form a base electrode 8 and an emitter electrode 9, thereby forming a semiconductor substrate (collector layer) 1. By forming Al and the like on the back surface by vapor deposition and the like to form the collector electrode 7, the bipolar transistor having the structure shown in FIG. 1 can be obtained.

【0025】前述の例では、ベース層2の表面にp++
の高不純物濃度層をエピタキシャル成長により形成した
が、この層は、エミッタ電極8とのオーミックコンタク
トを得るために高不純物濃度にしているもので、エピタ
キシャル成長層により全面に設ける必要はなく、従来と
同様に、電極の形成部分のみに拡散により高不純物濃度
領域を形成してもよいことはいうまでもない。また、ベ
ース層2をエピタキシャル成長層により形成し、その領
域を区画するのにメサ溝を形成して行ったが、たとえば
ベース領域の形成場所のみに選択的にエピタキシャル成
長させて形成してもよく、また、予めコレクタ層の内部
にp+ 形の高濃度不純物の埋込層を形成しておき、その
上に達するようにベース領域を拡散により形成すること
もできる。 つぎに、本発明のバイポーラトランジスタ
の作用について説明をする。トランジスタの電流増幅率
FEは、次式(1)で与えられる。
In the above-described example, a p ++ -type high impurity concentration layer is formed on the surface of the base layer 2 by epitaxial growth, but this layer is formed with a high impurity concentration in order to obtain an ohmic contact with the emitter electrode 8. Therefore, it is needless to say that a high impurity concentration region may be formed by diffusion only in a portion where an electrode is to be formed, as in the related art. Further, although the base layer 2 is formed by an epitaxial growth layer and a mesa groove is formed to divide the region, the base layer 2 may be formed by selectively epitaxially growing only at a position where the base region is formed. Alternatively, a buried layer of ap + -type high-concentration impurity may be formed in advance in the collector layer, and the base region may be formed by diffusion so as to reach the buried layer. Next, the operation of the bipolar transistor of the present invention will be described. The current amplification factor h FE of the transistor is given by the following equation (1).

【0026】 hFE=IC /IB =(Dn /Dp )・(QE /QB ) (1) ここで、IC はコレクタ電流、IB はベース電流、Dn
はベース層を通る電子の拡散係数、Dp はベース層を通
る正孔の拡散係数、QE はエミッタの電荷量、Q B はベ
ースの電荷量で、電荷量はそれぞれの領域の不純物濃度
に比例する。Dn/Dp は、p形ベース層の不純物濃度
が低いほど大きくなり、また、QE /QBは、エミッタ
領域の不純物濃度が大きくベース層の不純物濃度が小さ
いほど大きくなる。したがって、エミッタ領域と接する
ベース層の不純物濃度が小さいほど電流増幅率hFEは大
きくなる。
HFE= IC/ IB= (Dn/ Dp) ・ (QE/ QB(1) where ICIs the collector current, IBIs the base current, Dn
Is the diffusion coefficient of electrons through the base layer, DpThrough the base layer
Hole diffusion coefficient, QEIs the charge of the emitter, Q BIs
The charge amount is the impurity concentration of each region.
Is proportional to Dn/ DpIs the impurity concentration of the p-type base layer
The lower the is, the larger theE/ QBIs the emitter
High impurity concentration in the region and low impurity concentration in the base layer
It gets bigger. Therefore, it contacts the emitter region
The current amplification factor h decreases as the impurity concentration of the base layer decreases.FEIs large
It will be good.

【0027】一方、スイッチング時間tstg は、少数キ
ャリアのベース層の走行時間τF との間に次式(2)の
関係があり、また、走行時間τF は、τF =WB /(2
n)の関係がある。したがって、ベース幅WB が小さ
いほど、また、ベース層の不純物濃度が大きいほどDn
が大きくなって走行時間を小さくすることができる。
On the other hand, the switching time t stg is related to the transit time τ F of the minority carrier base layer by the following equation (2), and the transit time τ F is given by τ F = W B / ( 2
D n ). Therefore, as the base width W B is small, also the larger the impurity concentration of the base layer D n
Becomes large, and the traveling time can be shortened.

【0028】 tstg =K・(0.6/ωt +τF /2) (2) ここにKは比例定数、ωt は時定数である。スイッチン
グ時間を早くするためには、さらに電流をオフにしたと
きのベース領域での少数キャリアをできるだけ早く除去
することが必要であり、その観点からは、ベース領域の
厚さであるベース幅WB ができるだけ小さく、少数キャ
リアを捕獲するための不純物濃度ができるだけ大きいほ
うがよい。
T stg = K · (0.6 / ω t + τ F / 2) (2) where K is a proportional constant and ω t is a time constant. To speed the switching time is required as soon as possible remove minority carriers in the base region when further turning off the current, from the point of view, the base width W B is the thickness of the base region Should be as small as possible and the impurity concentration for capturing minority carriers should be as high as possible.

【0029】したがって、電流増幅率の点からはベース
層の不純物濃度が低い(小さい)ほど好ましいが、スイ
ッチング時間の点からは不純物濃度が高く(大きく)、
かつ、ベース幅は狭いほど好ましい。しかし、ベース幅
が狭くなると前述のように耐圧が低下し、1800〜2
000V程度の高耐圧を得るためには、ベース幅WB
大きくする必要がある。
Therefore, it is preferable that the impurity concentration of the base layer is lower (lower) from the viewpoint of the current amplification factor. However, the impurity concentration is higher (higher) from the viewpoint of the switching time.
Further, the narrower the base width, the better. However, when the base width is reduced, the breakdown voltage is reduced as described above,
To obtain a high breakdown voltage of about 000V, it is necessary to increase the base width W B.

【0030】本発明では、このベース層が、コレクタ層
側に不純物濃度の高い層と、エミッタ領域との接合部に
不純物濃度の低い層を有するように、不純物濃度を異な
らせて厚く形成されている。したがって、電流増幅率に
関係するQE /QB については、不純物濃度の低いベー
ス層にエミッタ領域との接合部が形成されて充分に大き
くすることができるため、大きい電流増幅率を得ること
ができる。一方、スイッチング時間に対しては、コレク
タ層側に設けられる高不純物濃度層により、電子の拡散
スピードDn が大きくなり、走行時間τF を小さくする
ことができると共に、高不純物濃度により少数キャリア
を捕獲しやすくなり、スイッチング時間を小さくするこ
とができる。また、ベース層としては、低不純物濃度層
と高不純物濃度層とにより厚く形成されているため、充
分に破壊強度を向上させることができる。すなわち、換
言すれば、本発明のトランジスタは、ベース層が不純物
濃度の低い層と高い層とにより厚く形成されているた
め、耐圧には充分の厚さのベース層となりながら、走行
時間は、ベース層の不純物濃度の高い(濃い)層により
早くされているため、スイッチング時間に対しては、小
さいベース幅として作用する。その結果、大きな電流増
幅率でスイッチング時間の早いバイポーラトランジスタ
となる。
According to the present invention, the base layer is formed to be thick with different impurity concentrations so that the base layer has a high impurity concentration layer on the collector layer side and a low impurity concentration layer at the junction with the emitter region. I have. Therefore, Q E / Q B related to the current amplification factor can be made sufficiently large because the junction with the emitter region is formed in the base layer having a low impurity concentration, so that a large current amplification factor can be obtained. it can. On the other hand, with respect to the switching time, the high impurity concentration layer provided on the collector layer side increases the electron diffusion speed D n and can reduce the transit time τ F , and the minority carriers are reduced by the high impurity concentration. Capture becomes easier, and the switching time can be shortened. Further, since the base layer is formed to be thicker with the low impurity concentration layer and the high impurity concentration layer, the breaking strength can be sufficiently improved. In other words, in other words, in the transistor of the present invention, the base layer is formed to be thicker with the low impurity concentration layer and the high impurity concentration layer. Since the layer is made faster by a layer with a higher impurity concentration (dense), it acts as a small base width for the switching time. As a result, a bipolar transistor having a large current amplification factor and a short switching time is obtained.

【0031】図1に示される本発明のバイポーラトラン
ジスタについて、スイッチング時間と電流増幅率との関
係をシミュレーションにより調べた結果、図4のAで示
されるように、3μsのスイッチング時間tstg で電流
増幅率hFEが50程度のものが得られ、従来の関係Bの
3μsのスイッチング時間で電流増幅率が30程度より
大幅に改善されており、本発明のトランジスタで電流増
幅率が30程度であれば、スイッチング時間を1.5μ
s程度に早くすることができる。また、耐圧BVCBO
ついては、本発明のトランジスタは1800〜2000
V程度の間に分布し、従来の構造のトランジスタと殆ど
同じ分布であった。したがって、ベース層に高不純物濃
度の層が設けられても、その厚さにより耐圧を向上さ
せ、耐圧に関しては何らの影響を生じなかった。
[0031] The bipolar transistor of the present invention shown in FIG. 1, the results were examined by simulating the relationship between the switching time and the current amplification factor, as indicated by A in FIG. 4, the current amplification at the switching time t stg of 3μs A rate h FE of about 50 is obtained, and the current amplification rate is significantly improved from about 30 at a switching time of 3 μs of the conventional relation B. If the current amplification rate is about 30 in the transistor of the present invention, 1.5μ switching time
s. Regarding the breakdown voltage BV CBO , the transistor of the present invention has a thickness of 1800 to 2000
The distribution was about V, which was almost the same as that of the transistor having the conventional structure. Therefore, even when a layer having a high impurity concentration is provided in the base layer, the withstand voltage is improved by the thickness thereof, and the withstand voltage is not affected at all.

【0032】前述の例では、バイポーラトランジスタの
単体の例であったが、ICなどに組み込まれるバイポー
ラトランジスタにも同様の構造のトランジスタとして組
み込むことができることはいうまでもない。
In the above-described example, the bipolar transistor is used alone. However, it goes without saying that a bipolar transistor incorporated in an IC or the like can be incorporated as a transistor having a similar structure.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パワーバイポーラトランジスタで、安全動作領域を広く
し耐圧を従来と同様に高く維持しながら、電流増幅率を
大きくし、および/またはスイッチング時間を小さく
(スイッチング速度を早く)することができる高特性の
バイポーラトランジスタが得られる。
As described above, according to the present invention,
A power bipolar transistor with high characteristics that can increase the current amplification factor and / or shorten the switching time (faster switching speed) while maintaining a safe operation area wide and withstanding voltage as high as before. A transistor is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のバイポーラトランジスタの一実施形態
の断面説明図である。
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of one embodiment of a bipolar transistor of the present invention.

【図2】図1の構造の各半導体層の不純物濃度のプロフ
ァイルを示す図である。
FIG. 2 is a view showing a profile of an impurity concentration of each semiconductor layer having the structure of FIG. 1;

【図3】図1のトランジスタの製造工程を示す説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the transistor in FIG. 1;

【図4】本発明のトランジスタの電流増幅率とスイッチ
ング時間との関係を従来のトランジスタの特性と対比し
て示した説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the current amplification factor and the switching time of the transistor of the present invention in comparison with the characteristics of a conventional transistor.

【図5】従来のバイポーラトランジスタの構造を示す説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a structure of a conventional bipolar transistor.

【図6】図5のトランジスタの各半導体層の不純物濃度
のプロファイルを示す説明図である。
6 is an explanatory diagram showing a profile of an impurity concentration of each semiconductor layer of the transistor in FIG.

【図7】図5のトランジスタのオフ時の少数キャリアの
状態を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state of minority carriers when the transistor in FIG. 5 is off.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コレクタ層 2 ベース層 2a 第1層 2b 第2層 3 エミッタ領域 4 メサ溝 Reference Signs List 1 collector layer 2 base layer 2a first layer 2b second layer 3 emitter region 4 mesa groove

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電形半導体からなるコレクタ層
と、該コレクタ層と接合して設けられる第2導電形のベ
ース層と、該ベース層内に設けられる第1導電形のエミ
ッタ領域とからなり、前記ベース層は、前記コレクタ層
との接合側の不純物濃度が前記エミッタ領域との接合側
の不純物濃度より高くなるように形成されてなるバイポ
ーラトランジスタ。
1. A semiconductor device comprising: a collector layer made of a semiconductor of a first conductivity type; a base layer of a second conductivity type provided in contact with the collector layer; and an emitter region of a first conductivity type provided in the base layer. Wherein the base layer is formed such that the impurity concentration at the junction with the collector layer is higher than the impurity concentration at the junction with the emitter region.
【請求項2】 前記ベース層が少なくとも高不純物濃度
のエピタキシャル成長層と、低不純物濃度のエピタキシ
ャル成長層とを含む積層構造により形成されてなる請求
項1記載のバイポーラトランジスタ。
2. The bipolar transistor according to claim 1, wherein said base layer is formed by a laminated structure including at least an epitaxially grown layer having a high impurity concentration and an epitaxially grown layer having a low impurity concentration.
【請求項3】 前記ベース層の動作領域がメサエッチン
グにより区画されてなる請求項2記載のバイポーラトラ
ンジスタ。
3. The bipolar transistor according to claim 2, wherein the operation region of the base layer is partitioned by mesa etching.
【請求項4】 コレクタ層とする低不純物濃度の第1導
電形半導体層を表面に有する半導体ウェハの該低不純物
濃度の半導体層上に高不純物濃度の第2導電形半導体層
をエピタキシャル成長し、該第2導電形半導体層上に低
不純物濃度の第2導電形半導体層をエピタキシャル成長
し、該低不純物濃度の第2導電形半導体層とpn接合を
有するように、拡散によりエミッタ領域とする高不純物
濃度の第1導電形半導体領域を形成し、該エミッタ領域
より外周側の前記第2導電形半導体層に前記コレクタ層
に達するようにメサ溝を形成することにより、前記第2
導電形半導体層をベース層として動作する領域に区画す
ることを特徴とするバイポーラトランジスタの製法。
4. A high conductivity second conductivity type semiconductor layer is epitaxially grown on a low impurity concentration semiconductor layer of a semiconductor wafer having a low impurity concentration first conductivity type semiconductor layer as a collector layer on a surface thereof. A low impurity concentration second conductivity type semiconductor layer is epitaxially grown on the second conductivity type semiconductor layer, and a high impurity concentration is formed as an emitter region by diffusion so as to have a pn junction with the low impurity concentration second conductivity type semiconductor layer. Forming a first conductivity type semiconductor region, and forming a mesa groove in the second conductivity type semiconductor layer on the outer peripheral side of the emitter region so as to reach the collector layer.
A method for manufacturing a bipolar transistor, comprising dividing a conductive semiconductor layer into a region that operates as a base layer.
【請求項5】 前記低不純物濃度の第2導電形半導体層
上に、高不純物濃度の第2導電形半導体層をさらにエピ
タキシャル成長し、前記エミッタ領域を該高不純物濃度
の第2導電形半導体層を貫通して前記低不純物濃度の第
2導電形半導体層とpn接合を有するように形成する請
求項4記載の製法。
5. A high impurity concentration second conductivity type semiconductor layer is further epitaxially grown on said low impurity concentration second conductivity type semiconductor layer, and said emitter region is replaced with said high impurity concentration second conductivity type semiconductor layer. The method according to claim 4, wherein the pn junction is formed so as to have a pn junction with the second conductive semiconductor layer having a low impurity concentration.
JP11147859A 1999-05-27 1999-05-27 Bipolar transistor and manufacturing method thereof Pending JP2000340573A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11147859A JP2000340573A (en) 1999-05-27 1999-05-27 Bipolar transistor and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11147859A JP2000340573A (en) 1999-05-27 1999-05-27 Bipolar transistor and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000340573A true JP2000340573A (en) 2000-12-08

Family

ID=15439874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11147859A Pending JP2000340573A (en) 1999-05-27 1999-05-27 Bipolar transistor and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000340573A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3287269B2 (en) Diode and manufacturing method thereof
JP2748898B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN111211168B (en) A kind of RC-IGBT chip and its manufacturing method
JPH0719838B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH0241170B2 (en)
JPS60202965A (en) Method of manufacturing improved oxide-defined transistors and resulting structures
JPH05235014A (en) Semiconductor device
CN107275382A (en) Device based on mesa multi-region composite JTE terminal structure and manufacturing method thereof
JPS6097659A (en) semiconductor integrated circuit
EP0532355A2 (en) Method for manufacturing a bipolar transistor having a reduced collector-base capacitance
JPH1174283A (en) High speed bipolar transistor and manufacturing method thereof
JPH11145155A (en) Method of manufacturing power semiconductor device using semi-insulating polysilicon (SIPOS) film
JP2000340573A (en) Bipolar transistor and manufacturing method thereof
JPH10335630A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100289742B1 (en) Power semiconductor device using Semi-Insulating PO1ycrysta IIine Silicon(SIPOS) film
JP2000294563A (en) Lateral bipolar transistor
JP2817210B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2859400B2 (en) Manufacturing method of gate turn-off thyristor
JP2888652B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same
JPS5984469A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH11297709A (en) Semiconductor device
JPH04137733A (en) Bipolar transistor and its manufacturing method
JP2002222938A (en) Semiconductor device
JPH10117000A (en) Schottky barrier semiconductor device and fabrication thereof
JPH0621077A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof