JP2006210564A - Bipolar transistor manufacturing method and bipolar transistor using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】直流電流増幅率の特性が向上した耐電圧、大電力のバイポーラトランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】ベース領域3及びエミッタ領域4の上部に、それぞれベース電極パターン9a、エミッタ電極パターン10aを形成する。形成方法は、電極材料であるAlをスパッタ処理によりAl膜を形成し、リソグラフィ、ドライエッチング処理により電極パターンにする。次に、酸化剤である水、酸素雰囲気下で熱処理を行ない、表面が酸化されたベース電極9b、エミッタ電極10bを形成する。
【選択図】図8Disclosed is a method of manufacturing a bipolar transistor having a withstand voltage and a high power with improved DC current gain characteristics.
A base electrode pattern (9a) and an emitter electrode pattern (10a) are formed above the base region (3) and the emitter region (4), respectively. As a forming method, Al as an electrode material is formed by sputtering, and an Al film is formed by lithography and dry etching. Next, heat treatment is performed in an atmosphere of water or oxygen as an oxidant to form a base electrode 9b and an emitter electrode 10b whose surfaces are oxidized.
[Selection] Figure 8
Description
本発明は大電力、高電流増幅率のバイポーラトランジスタおよび製造方法に関するものである。 The present invention relates to a bipolar transistor having a high power and a high current gain, and a manufacturing method.
バイポーラトランジスタでは、シリコン基板とベース、エミッタ電極のオーミック特性向上のため、シンタリング処理が行なわれている。 In the bipolar transistor, a sintering process is performed to improve the ohmic characteristics of the silicon substrate, the base, and the emitter electrode.
以下、図11を参照しながら、特許文献1に示された、ベース電極、エミッタ電極のシンタリング処理方法について説明する。
Hereinafter, a method for sintering a base electrode and an emitter electrode disclosed in
先ず、コレクタとなるN+型Si基板101上にN型層102をエピ成長させ、ここにP型のエミッタ領域103とべース領域104とを拡散形成し、領域104内にN型エミッタ領域105を設けて夫々にプレーナ結合を生じさせる。
First, an N-
次に、全面にパッシベーション膜106を被着し領域103〜105上に夫々窓を開け、Alを用いて領域103にエミッタ電極107を、また領域105にベース電極108を形成する。
Next, a
その後、Alと半導体との間のオーミック特性を良好にするために、約430℃の熱処理を行なう。このとき、H2ガスの流量比を40〜80%としたH2、N2混合雰囲気中で行なう。
バイポーラトランジスタの直流電流増幅率の特性向上を図るには、ベース領域を薄くし、且つ、エミッタ・ベース領域の不純物濃度分布を急峻にすることが一般的である。 In order to improve the DC current gain characteristics of a bipolar transistor, it is common to make the base region thin and make the impurity concentration distribution in the emitter / base region steep.
しかし、高耐圧・大電力のバイポーラトランジスタではベース領域の薄膜化や、エミッタ・ベース領域の不純物濃度分布を急峻にするにも技術困難がある。 However, a high breakdown voltage / high power bipolar transistor has technical difficulties in reducing the thickness of the base region and steepening the impurity concentration distribution in the emitter / base region.
前記に鑑み、本発明は、バイポーラトランジスタにおいて直流電流増幅率の特性向上を図ることを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to improve the characteristics of a direct current amplification factor in a bipolar transistor.
上記課題を解決するために、本発明のバイポーラトランジスタの製造方法は、酸化膜が形成されたシリコン基板上部に金属膜を形成する工程と、金属膜をパターン化して金属配線を形成する工程と、酸化膜および金属配線が形成された前記半導体基板に熱処理を行う工程と、を備えたバイポーラトランジスタの製造方法において、熱処理は、酸化剤雰囲気下で行なうことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a bipolar transistor manufacturing method of the present invention includes a step of forming a metal film on a silicon substrate on which an oxide film is formed, a step of forming a metal wiring by patterning the metal film, And a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate on which the oxide film and the metal wiring are formed, wherein the heat treatment is performed in an oxidizing agent atmosphere.
なお、本発明のバイポーラトランジスタの製造方法において、酸化剤は酸素、または水、またはその両方であることがより好ましい。 In the bipolar transistor manufacturing method of the present invention, the oxidizing agent is more preferably oxygen, water, or both.
なお、本発明のバイポーラトランジスタの製造方法において、熱処理はシリコン基板と金属配線とのシンタリング処理であることがより好ましい。 In the bipolar transistor manufacturing method of the present invention, the heat treatment is more preferably a sintering process between a silicon substrate and a metal wiring.
なお、本発明のバイポーラトランジスタの製造方法において、金属膜を形成する工程はスパッタリング処理であることがより好ましい。 In the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention, the step of forming the metal film is more preferably a sputtering process.
また、本発明に係るバイポーラトランジスタの製造方法により製造されたバイポーラトランジスタにおいて、金属配線は表面が酸化されたAlであることがより好ましい。 In the bipolar transistor manufactured by the method for manufacturing a bipolar transistor according to the present invention, the metal wiring is more preferably Al whose surface is oxidized.
本発明のバイポーラトランジスタの製造方法では、コレクタ、エミッタ電極−領域間のオーミック特性向上と合わせて、シリコン酸化膜の表面電荷密度低減を行なうことが出来る。 In the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention, the surface charge density of the silicon oxide film can be reduced together with the improvement of ohmic characteristics between the collector and emitter electrodes and the region.
以下、本発明の実施形態に係るバイポーラトランジスタについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, bipolar transistors according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態に係る縦型npnバイポーラトランジスタの構造断面図である。 FIG. 1 is a structural sectional view of a vertical npn bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、n型シリコン基板1にコレクタ領域2を、その上部にはベース領域3とエミッタ領域4を形成する。ベース領域3とベース電極9b、エミッタ領域4とエミッタ電極10bは、保護膜であるシリコン酸化膜5を一部介しながら、それぞれ接合する。
As shown in FIG. 1, a
また、コレクタ電極11は基板1裏面よりコレクタ領域2と接合し、さらにベース電極9bおよびエミッタ電極10bはAlで形成され、そのAl表面は酸化アルミで覆われている。
The collector electrode 11 is joined to the
そして、素子の周囲に分離のためにメサ溝6を設け、メサ溝6の上部には側壁リークを抑える表面保護膜としてガラス被膜8を形成する。 Then, a mesa groove 6 is provided around the element for separation, and a glass film 8 is formed on the mesa groove 6 as a surface protective film for suppressing side wall leakage.
次に、図2から図9までを参照しながら、本発明の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法について説明をする。 Next, a bipolar transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
先ず、図2に示すように、比抵抗60Ωcm、厚さ385μmのn型のシリコン基板1に、シリコン基板1表面よりリンを導入するため熱拡散処理を行ない、拡散深さ250μm、表面濃度約2×1020cm-3のコレクタ領域2を形成する。
First, as shown in FIG. 2, a thermal diffusion process is performed on an n-
さらに、ボロン、アルミニウムを導入するため熱拡散処理を行ない、拡散深さ250μm、表面濃度約2×1020cm-3のベース領域3を形成する。このとき、保護膜として基板1表面に酸化膜を形成して熱拡散をしてもよい。
Further, thermal diffusion treatment is performed to introduce boron and aluminum, thereby forming a
次に、図3に示すように、基板1表面より選択的にリンを導入するために熱拡散処理を行ない、ベース領域3内にエミッタ領域4を形成する。エミッタ領域は拡散深さ16μm、表面濃度4×1019cm-3である。このとき、保護膜として基板1表面に酸化膜を形成して熱拡散をしてもよい。
Next, as shown in FIG. 3, a thermal diffusion process is performed to selectively introduce phosphorus from the surface of the
さらに、ベース領域3及びエミッタ領域4上面に、熱酸化処理によりシリコン酸化膜5を形成する。なお、シリコン酸化膜5は前工程で熱拡散時に、保護膜としてシリコン酸化膜を形成した場合、新たに形成せずにそのまま用いてもよい。
Further, a
次に、図4に示すように、ウエットエッチング処理により、後に説明するベース、エミッタ電極を形成する領域の一部と、メサ溝を形成する領域のシリコン酸化膜5を除去する。
Next, as shown in FIG. 4, a part of a region for forming a base and an emitter electrode, which will be described later, and a
さらに、シリコン基板1にウエットエッチング処理を行ない、素子分離を目的としたメサ溝6を形成する。メサ溝6は、深さ135μm、幅320μmである。
Further, a wet etching process is performed on the
ウエットエッチングの条件は、エッチング液として、数度に温度制御した弗酸:硝酸:酢酸=3:6:2(容量比)に基板1を10〜30秒浸水させる。また、浸水中は基板1に対して一定の揺動幅で、水平揺動を行なった。
As the wet etching conditions, the
次に、図5に示すように、メサ溝6表面のみに、ガラス粉末(64重量%)と感光性物質(36重量%)からなる塗布膜7を形成する。その方法は、ガラス粉末(64重量%)と感光性物質(36重量%)と溶媒からなる塗布材料として用いたリソグラフィ処理である。 Next, as shown in FIG. 5, a coating film 7 made of glass powder (64 wt%) and a photosensitive substance (36 wt%) is formed only on the surface of the mesa groove 6. The method is a lithography process used as a coating material composed of glass powder (64% by weight), a photosensitive substance (36% by weight) and a solvent.
次に、図6に示すように、約900℃で、10〜30分間程度を熱処理する。この処理により、塗布膜7に含まれるガラス粉末とシリコンとが反応し、メサ溝6表面にガラス被膜8を形成する。 Next, as shown in FIG. 6, heat treatment is performed at about 900 ° C. for about 10 to 30 minutes. By this treatment, the glass powder contained in the coating film 7 reacts with silicon to form a glass film 8 on the surface of the mesa groove 6.
次に、図7に示すように、ベース領域3及びエミッタ領域4の上部に、それぞれベース電極パターン9a、エミッタ電極パターン10aを形成する。形成方法は、電極材料であるAlをスパッタリング処理によりAl膜を形成し、リソグラフィ、ドライエッチング処理により電極パターンにする。
Next, as shown in FIG. 7, a base electrode pattern 9a and an
次に、図8に示すように、酸化剤である水、酸素雰囲気下で熱処理を行ない、表面が酸化されたベース電極9b、エミッタ電極10bを形成する。なお、水分の供給方法は、バブリング法、パイロジェニック法が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 8, heat treatment is performed in an atmosphere of water and oxygen as an oxidant to form a
最後に、図9に示すように、シリコン基板1面のコレクタ領域2にAlからなるコレクタ電極11をスパッタリング処理により形成する。
Finally, as shown in FIG. 9, a collector electrode 11 made of Al is formed in the
以上の工程により、本発明の実施形態に係るバイポーラトランジスタを形成する。 Through the above steps, the bipolar transistor according to the embodiment of the present invention is formed.
本実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法は、図7の工程において、ベース電極9b、エミッタ電極10bの形成時のスパッタリング処理、ドライエッチング処理により、シリコン酸化膜5はプラズマ放電と接触する。
In the manufacturing method of the bipolar transistor according to the present embodiment, the
このため、シリコン酸化膜5の表面電荷密度が上昇する。具体的には、図7の工程後、シリコン酸化膜5の表面電荷密度の値は5.3×1011cm-2であった。
For this reason, the surface charge density of the
しかし、図8で示した処理を行なうと、シリコン酸化膜5の表面電荷密度の値は、4.7×1011cm-2になった。
However, when the process shown in FIG. 8 is performed, the value of the surface charge density of the
したがって、図8の工程は、図7の後工程として行なうと、コレクタ、エミッタ電極−領域間のオーミック特性向上と合わせて、シリコン酸化膜5の表面電荷密度低減を行なうことが出来る。
Therefore, when the step of FIG. 8 is performed as a subsequent step of FIG. 7, the surface charge density of the
次に、図10を用いて、本発明の実施形態と従来技術のトランジスタ特性について説明する。図10は、縦軸は直流電流増幅率、横軸はコレクタ電流を示している。 Next, the transistor characteristics of the embodiment of the present invention and the prior art will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the vertical axis represents the direct current amplification factor, and the horizontal axis represents the collector current.
図より、本発明の実施形態は従来技術と比較して、高い直流電流増幅率を示すことがわかる。特に、コレクタ電流が0.0001から0.1アンペアの小電流領域では、本発明の実施の形態では22から31であるのに対し、従来技術は5.3から26であり、大きな差がある。 From the figure, it can be seen that the embodiment of the present invention exhibits a higher DC current gain than the prior art. In particular, in the small current region where the collector current is 0.0001 to 0.1 amperes, the conventional technique is 5.3 to 26 compared to 22 to 31 in the embodiment of the present invention. .
上記の特性が得られた理由について、以下に説明する。 The reason why the above characteristics are obtained will be described below.
直流電流増幅率に起因する特性として、シリコン酸化膜5の表面電荷密度が挙げられる。
A characteristic resulting from the direct current amplification factor is the surface charge density of the
但し、本実施形態で述べる表面電荷密度とは、シリコン酸化膜5中のトラップ電荷、可動電荷、シリコン酸化膜5とシリコン界面近傍の固定電荷、シリコン酸化膜5とシリコン界面の界面トラップ電荷が半導体表面に実質的に影響するものと考え、デルタ関数的にシリコン酸化膜5とシリコン界面のシリコン酸化膜側に存在しているとみなした単位面積当りの正味の電荷密度のことを示す。
However, the surface charge density described in the present embodiment refers to the trap charge in the
この表面電荷密度が高い場合、エミッタからベースに注入されたキャリアのエミッタ−ベース間の空間電荷領域内における再結合割合が増加する。このため、エミッタからコレクタに到達するキャリアの割合が減少し、直流電流増幅率が減少するのである。 When this surface charge density is high, the recombination rate in the space charge region between the emitter and the base of carriers injected from the emitter to the base increases. For this reason, the proportion of carriers that reach the collector from the emitter decreases, and the direct current amplification factor decreases.
以上が、酸化剤である水、酸素雰囲気下で、バイポーラトランジスタのベース、エミッタ接合表面のシリコン酸化膜5に熱処理を行なうと、直流電流増幅率が向上する理由である。
The above is the reason why the direct current amplification factor is improved when the
一般的に、バイポーラトランジスタにおける直流電流増幅率の特性向上を図るには、ベース領域3を薄くし、且つ、エミッタ・ベース領域の不純物濃度分布を急峻にすることが行なわれる。
In general, in order to improve the direct current gain characteristics of a bipolar transistor, the
しかし高耐圧・大電力のバイポーラトランジスタではベース領域3を薄くするにも限界があり、またエミッタ・ベース領域の不純物濃度分布を急峻にするにも限界がある。
However, in a high breakdown voltage / high power bipolar transistor, there is a limit in making the
したがって、本発明を縦型バイポーラトランジスタに適用すると、高電流増幅率、耐電圧、大電力を同時に実現出来る。 Therefore, when the present invention is applied to a vertical bipolar transistor, a high current gain, a withstand voltage, and a large power can be realized simultaneously.
本発明にかかるバイポーラトランジスタの製造方法は、直流電流増幅率を向上させることができ、高耐圧・大電力の縦型バイポーラトランジスタの製造方法として有用である。 The method for manufacturing a bipolar transistor according to the present invention can improve the direct current amplification factor, and is useful as a method for manufacturing a high-voltage / high-power vertical bipolar transistor.
1 シリコン基板
2 コレクタ領域
3 ベース領域
4 エミッタ領域
5 シリコン酸化膜
6 メサ溝
7 塗布膜
8 ガラス被膜
9a ベース電極パターン
9b ベース電極
10a エミッタ電極パターン
10b エミッタ電極
11 コレクタ電極
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記金属膜をパターン化して金属配線を形成する工程と、
前記酸化膜および前記金属配線が形成された前記半導体基板に熱処理を行う工程と、を備えたバイポーラトランジスタの製造方法において、
前記熱処理は、酸化剤雰囲気下で行なうことを特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。 Forming a metal film on the semiconductor substrate on which the oxide film is formed;
Forming a metal wiring by patterning the metal film;
A step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate on which the oxide film and the metal wiring are formed.
The method for manufacturing a bipolar transistor, wherein the heat treatment is performed in an oxidant atmosphere.
前記金属配線は表面が酸化されたAlであることを特徴とするバイポーラトランジスタ。 A bipolar transistor manufactured by the bipolar transistor manufacturing method according to claim 1,
2. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the metal wiring is Al having an oxidized surface.
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