(57)【要約】【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８
2006210564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化膜が形成された半導体基板上部に金属膜を形成する工程と、
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。
【請求項２】
前記酸化剤は酸素、または水、またはその両方であることを特徴とする請求項１記載の縦型トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記熱処理は、前記半導体基板と前記金属配線とのシンタリング処理であることを特徴とする請求項１または２記載のバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記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を特徴とする請求項１または３のいずれかに記載のバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項５】
請求項１および３のいずれかに記載の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は、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開昭５５−５８５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
上記の特性が得られた理由について、以下に説明する。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係るバイポーラトランジスタを示す構造断面図
【図２】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を示す工程断面図
【図３】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を示す工程断面図
【図４】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を示す工程断面図
【図５】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を示す工程断面図
【図６】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を示す工程断面図
【図７】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を示す工程断面図
【図８】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を示す工程断面図
【図９】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を示す工程断面図
【図１０】バイポーラトランジスタにおけるコレクタ電流と直流電流増幅率との特性相関図
【図１１】従来技術のバイポーラトランジスタの製造方法を示す断面図
【符号の説明】
【００５１】
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
【図１】
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【図２】
2006210564.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006210564.tif 000010
【図９】
2006210564.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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