(57)【要約】【課題】高い直流電流増幅率、特に小電流領域で高い直流電流増幅率を得ることができる縦型バイポーラトランジスタを提供する。【解決手段】ｎ型半導体基板１の下層に高濃度ｎ型半導体層２を形成し、上層にｐ型半導体層３を形成し、ｐ型半導体層３に表面から層内へ延在する高濃度ｎ型半導体層４を形成し、ｐ型半導体層３および高濃度ｎ型半導体層４に二酸化珪素膜５を形成してなり、所定の水分を添加した酸素、または所定の水分を添加した酸素を含むガスからなる雰囲気下で熱処理することにより、二酸化珪素膜５の表面電荷密度を低くして、高い直流電流増幅率、特に小電流領域に於いて高い直流電流増幅率を得る。【選択図】図１
2007242650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の主面にコレクタ領域を有し、他方の主面にベース領域を有し、前記ベース領域にエミッタ領域を有し、前記ベース領域および前記エミッタ領域に二酸化珪素膜を形成するバイポーラトランジスタであって、前記二酸化珪素膜が、所定の水分を添加した酸素、または所定の水分を添加した酸素を含むガスからなる雰囲気下で熱処理されてなることを特徴とする縦型バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
半導体基板の一方の主面にコレクタ領域を形成し、他方の主面にベース領域を形成し、前記ベース領域にエミッタ領域を形成し、前記ベース領域および前記エミッタ領域に二酸化珪素膜を形成するバイポーラトランジスタの製造方法において、所定の水分を添加した酸素、または所定の水分を添加した酸素を含むガスからなる雰囲気下で熱処理することを特徴とする縦型バイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記熱処理によって、前記二酸化珪素膜の表面電荷密度を低くすることを特徴とする請求項２に記載の縦型バイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記熱処理は、ウェハ製造の最終の熱処理工程として行うことを特徴とする請求項２に記載の縦型バイポーラトランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型バイポーラトランジスタおよびその製造方法に関し、大電力、高電流増幅率の縦型バイポーラトランジスタに係る技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、縦型バイポーラトランジスタにおける直流電流増幅率性能の向上を図るものとして、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技術が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
このバイポーラトランジスタは、半導体基板上に積層された第１の半導体層と第２の半導体層と第３の半導体層を有している。第２の半導体層は第１の半導体層に接し、かつ第１の半導体層とは異なる導電型を持つものであり、第３の半導体層は第２の半導体層に接し、かつ第１の半導体層と同一の導電型を持つもので白金拡散処理を施したものである。
【特許文献１】特開平０７−６６２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の縦型バイポーラトランジスタでは、直流電流増幅率性能の向上を目的としてベース領域を薄くするにも限界があり、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。
【０００５】
また、ベース・エミッタ接合表面の二酸化珪素膜の表面電荷密度が高いことが、バイポーラトランジスタの主要な性能である直流電流増幅率を減少させる要因となる。つまり、二酸化珪素膜の表面電荷密度が高い場合には、エミッタからベースに注入されたキャリアがエミッタ−ベース間の空間電荷領域内で再結合する割合が増加し、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、結果として直流電流増幅率を減少させる課題を有していた。特に低電流域における直流電流増幅率の減少傾向が大きく、結果としてリニアリティの低い直流電流増率−コレクタ電流特性となる問題があった。
【０００６】
なお、ここで言う表面電荷密度とは、二酸化珪素中のトラップ電荷、可動電荷、二酸化珪素とシリコン界面近傍の固定電荷、二酸化珪素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、デルタ関数的に二酸化珪素とシリコン界面の二酸化珪素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。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、縦型バイポーラトランジスタの直流電流増幅率が二酸化珪素膜の表面電荷密度の多寡で影響を受けることに鑑み、半導体基板上の二酸化珪素膜の表面電荷密度を低くすることにより直流電流増幅率の低下を防止して良好な動作を行える縦型バイポーラトランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来の課題を解決するために、本発明の縦型バイポーラトランジスタは、半導体基板の一方の主面にコレクタ領域を有し、他方の主面にベース領域を有し、前記ベース領域にエミッタ領域を有し、前記ベース領域および前記エミッタ領域に二酸化珪素膜を形成するバイポーラトランジスタであって、前記二酸化珪素膜が、所定の水分を添加した酸素、または所定の水分を添加した酸素を含むガスからなる雰囲気下で熱処理されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記した構成において、縦型ｎｐｎバイポーラトランジスタでは、コレクタ領域がｎ型半導体基板と高濃度ｎ型半導体層とからなり、ベース領域がｐ型半導体層からなり、エミッタ領域が高濃度ｎ型半導体層からなるが、縦型ｐｎｐバイポーラトランジスタでは半導体基板および各半導体層が逆導電型の構成となる。
【００１０】
そして、ベース・エミッタ領域上の二酸化珪素膜の表面電荷密度を低くすることで、高い直流電流増幅率、特に小電流領域に於いて高い直流電流増幅率を実現する。
本発明の縦型バイポーラトランジスタの製造方法は、半導体基板の一方の主面にコレクタ領域を形成し、他方の主面にベース領域を形成し、前記ベース領域にエミッタ領域を形成し、前記ベース領域および前記エミッタ領域に二酸化珪素膜を形成するバイポーラトランジスタの製造方法において、所定の水分を添加した酸素、または所定の水分を添加した酸素を含むガスからなる雰囲気下で熱処理することを特徴とする。
【００１１】
上記した構成により、所定の水分を添加した酸素、または所定の水分を添加した酸素を含むガスからなる雰囲気下における熱処理により、ベース・エミッタ領域上の二酸化珪素の表面電荷密度を低くすることができ、縦型バイポーラトランジスタにおいて高い直流電流増幅率、特に小電流領域に於いて高い直流電流増幅率を得ることができる。前記熱処理はウェハ製造の最終の熱処理工程として行うことが効果的である。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明の縦型バイポーラトランジスタおよびその製造方法によれば、二酸化珪素の表面電荷密度を低くすることで、直流電流増幅率の低下、特に低電流域の直流電流増幅率の低下を抑制し、リニアリティの高い直流電流増幅率−コレクタ電流特性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における縦型ｎｐｎバイポーラトランジスタの断面図である。図１において、１はｎ型半導体基板、２は高濃度ｎ型半導体層、３はｐ型半導体層、４は高濃度ｎ型半導体層、５は二酸化珪素膜、６はメサ部、８はガラス皮膜、９はベース電極、１０はエミッタ電極、１１はコレクタ電極を各々示している。
【００１４】
図１の構成において、ｎ型半導体基板１の下層に高濃度ｎ型半導体層２が形成されており、ｎ型半導体基板１の上層にｐ型半導体層３が形成されている。このｐ型半導体層３には表面から層内へ延在する高濃度ｎ型半導体層４が形成されており、ｐ型半導体層３および高濃度ｎ型半導体層４に二酸化珪素膜５が形成されている。
【００１５】
本実施の形態１における縦型ｎｐｎバイポーラトランジスタでは、ｎ型半導体基板１と高濃度ｎ型半導体層２とがコレクタ領域をなし、ｐ型半導体層３がベース領域をなし、高濃度ｎ型半導体層４がエミッタ領域となるが、縦型ｐｎｐバイポーラトランジスタでは半導体基板および各半導体層が逆導電型の構成となる。
【００１６】
そして、ｐ型半導体層３、高濃度ｎ型半導体層４の周辺にはｐｎ接合が露出するようメサ部６を設けており、その表面がガラス被膜８で覆われている。ｐ型半導体層３にはベース電極９を形成し、高濃度ｎ型半導体層４にはエミッタ電極１０を形成し、高濃度ｎ型半導体層２にはコレクタ電極１１を形成している。
（実施の形態２）
図２は図１の縦型ｎｐｎバイポーラトランジスタを製造するための主な工程を示す工程毎の断面図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いてその説明を省略する。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、まず、比抵抗６０Ωｃｍ、厚さ３８５μｍのシリコンから成るｎ型半導体基板１にコレクタ領域をなす高濃度ｎ型半導体層２を形成する。高濃度ｎ型半導体層２はｎ型半導体基板１の一方の主面側からリンを拡散して拡散深さ２５０μｍ、表面濃度２×１０２０ｃｍ−３に形成する。
【００１８】
その後、ｎ型半導体基板１にベース領域をなすｐ型半導体層３を形成する。ｐ型半導体層３は、高濃度ｎ型半導体層２と相反するｎ型半導体基板１の他方の主面側からボロン、アルミニウムを拡散して拡散深さ５５μｍ、表面濃度５×１０１７ｃｍ−３に形成する。そして、ｐ型半導体層３上に二酸化珪素膜５を形成する。
【００１９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層３にエミッタ拡散領域をなす高濃度ｎ型半導体層４を形成する。高濃度ｎ型半導体層４は選択的にリンを拡散させて拡散深さ１６μｍ、表面濃度４×１０１９ｃｍ−３に形成する。そして、上記ｐ型半導体層３と高濃度ｎ型半導体層４の上に二酸化珪素膜５を形成する。
【００２０】
しかる後に、図２（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層３からｎ型半導体基板１および高濃度ｎ型半導体層２ｐにわたるメサ部６を形成する。メサ部６は、メサ溝形成領域の二酸化珪素膜５を除去して後に、弗酸と硝酸と酢酸の混合液中で、揺動幅８ｃｍ、揺動速度２往復／秒の水平揺動を１３分３０秒処理して、深さ１３５μｍ、幅３２０μｍに形成する。前記混合液は弗酸：硝酸：酢酸＝３：６：２（容量比）からなり、７℃±１℃に冷却されたものである。
【００２１】
その後、図２（ｄ）に示すように、メサ部６の溝部のみに塗布膜７を形成する。塗布膜７は、半導体基板上全面にガラス粉末（６４重量％）と感光性物質（３６重量％）の混合液を厚み５０±１０μｍにスピンコーティング法（回転遠心塗布法）で塗布する。そして、露光と現像によりパターン化して電極形成部の塗布膜７を除去し、メサ部６の溝部のみに塗布膜７を残す。
【００２２】
しかる後に、図２（ｅ）に示すように、８９０℃、１５分間のガラス焼成用の熱処理を行って塗布膜７をガラス被膜８に形成する。
次いで、図２（ｆ）に示すように、半導体基板上にＡｌ電極を蒸着し、露光と現像によりベース電極９、エミッタ電極１０をパターン化する。
【００２３】
しかる後に、最終の熱処理工程として、ベース電極９とｐ型半導体層３およびエミッタ電極１０と高濃度ｎ型半導体層４との接触抵抗低減のために、本発明の特徴であるバブリング法を用いて意図的に所定の水分を添加した酸素雰囲気下で５００℃、３０分の熱処理を行う。従来においては、電極−シリコン間の接触抵抗低減用の熱処理がウエハ製造の最終工程で、かつ窒素雰囲気で実施されていた。
【００２４】
次に、図２（ｇ）に示すように、コレクタ電極１１を形成し、図２（ｈ）に示すように、最終的にメサ部６の中央部にて素子分離を行って高耐圧の縦型バイポーラトランジスタを得る。
【００２５】
なお、本実施の形態１では、電極−シリコン間の接触抵抗低減用の熱処理として、バブリング法を用いて水分を添加した酸素雰囲気下で５００℃、３０分の熱処理を行ったが、水分を添加した酸素と窒素の混合雰囲気であってもよい。また、酸素への水分の添加は、パイロジェニック法で行うこともできる。
【００２６】
ここで、本発明がウエハ製造の最終の熱処理工程において酸素雰囲気下で熱処理を行う理由を述べる。二酸化珪素膜の表面電荷密度は、熱処理の温度・雰囲気・時間により決定され、更に熱処理を施す毎にその値が変化する。もちろん、最終の熱処理条件のみで表面電荷密度が決定されているわけではないが、最終の熱処理条件でその値の大半が決定づけられている。
【００２７】
このため、本発明ではウエハ製造の最終の熱処理工程において、その雰囲気を意図的に水分を添加した酸素、または水分を添加した酸素を含むガスとして行う。
図３は、本発明の製造方法で作製された縦型バイポーラトランジスタの直流電流増幅率−コレクタ電流特性Ａと、従来法で作製された縦型バイポーラトランジスタの直流電流増幅率−コレクタ電流特性Ｂを示している。
【００２８】
図３から明らかなように、本発明の製造方法を用いることで、縦型バイポーラトランジスタにおいて高い直流電流増幅率、特に小電流領域に於いて高い直流電流増幅率を得ることができる。
【００２９】
図４は、本発明の製造方法で作製された二酸化ケイ素膜５の表面電荷密度Ａと従来法で作製された二酸化ケイ素膜の表面電荷密度Ｂを示している。表面電荷密度はＣ−Ｖ法を用いてフラットバンド電圧を測定し、そのフラットバンド電圧より算出した。図５は、本発明の製造方法で作製された二酸化ケイ素膜５に係るＣ−Ｖ測定結果Ａと従来法で作製された二酸化ケイ素膜に係るＣ−Ｖ測定結果Ｂを示している。
【００３０】
図４および図５から明らかなように、本発明の製造方法を用いることで二酸化ケイ素膜５の表面電荷密度を従来法に比べ低くすることができる。
つまり、本発明の製造方法を用いることで、二酸化ケイ素膜５の表面電荷密度を従来に比べ低くすることができ、高い直流電流増幅率、特に小電流領域に於いて高い直流電流増幅率を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の製造方法は、ウエハ製造の最終熱処理を施す際の雰囲気を意図的に水分を添加した酸素または水分を添加した酸素を含むガスとすることにより、ベース・エミッタ領域上の二酸化珪素の表面電荷密度を低くすることができ、縦型バイポーラトランジスタにおいて高い直流電流増幅率、特に小電流領域に於いて高い直流電流増幅率を得ることができるので、大電力、高電流増幅率の縦型バイポーラトランジスタに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における縦型バイポーラトランジスタを示す断面図
【図２】本発明の実施の形態２における縦型バイポーラトランジスタの製造方法の主な工程を示す工程毎の断面図
【図３】本発明の製造方法に係る縦型バイポーラトランジスタと従来法に係る縦型バイポーラトランジスタにおける直流電流増幅率−コレクタ電流特性を示すグラフ図
【図４】本発明の製造方法に係る縦型バイポーラトランジスタと従来法に係る縦型バイポーラトランジスタにおける二酸化珪素膜の表面電荷密度を示すグラフ図
【図５】本発明の製造方法に係る縦型バイポーラトランジスタと従来法に係る縦型バイポーラトランジスタにおける二酸化珪素膜のＣ−Ｖ特性を示すグラフ図
【符号の説明】
【００３３】
１  ｎ型半導体基板
２  高濃度ｎ型半導体層
３  ｐ型半導体層
４  高濃度ｎ型半導体層
５  二酸化珪素膜
６  メサ部
７  塗布膜
８  ガラス皮膜
９  ベース電極
１０  エミッタ電極
１１  コレクタ電極
【図１】
2007242650.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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