JP2001515278A - バイポーラ電力用トランジスタとその製造法 - Google Patents
バイポーラ電力用トランジスタとその製造法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、ラジオ周波数への応用を意図した、特にラジオ基地局の増幅器段階に用いることを意図したバイポーラ電力用トランジスタと、このバイポーラ電力用トランジスタを製造する方法とに関する。この電力用トランジスタは基板１３と、基板１３の上のエピタクシャル・コレクタ層１５と、コレクタ層１５の中に作成されたベース１９およびエミッタ２１を有する。コレクタ層の添加不純物濃度Ｎc（ｘ）は、その上側表面２４から下方にコレクタ層の深さの少なくとも半分まで、本質的に少なくとも２次の多項式ａ0＋ａ1，＋ａ2ｘ2＋…に従って変化する。ここで、ａ0は上側表面２４における添加不純物濃度であり、ｘは同じ表面からの垂直方向の距離であり、ａ1、ａ2、…は定数である。このトランジスタはさらに、エピタクシャル・コレクタ層１５と高い位置に配置された金属接続層３１、３３との間に、厚さが少なくとも約２μｍの絶縁体酸化物１７を有する。
Description
【０００１】 （技術分野） 本発明は、ラジオ周波数への応用を意図した特にラジオ基地局の増幅器段階に
用いるための垂直型バイポーラ電力用トランジスタと、このバイポーラ電力用ト
ランジスタを製造する方法とに関する。
用いるための垂直型バイポーラ電力用トランジスタと、このバイポーラ電力用ト
ランジスタを製造する方法とに関する。
【０００２】 （技術の現状） 高い周波数において電力増幅を行うためのバイポーラ・トランジスタは、指定
された電源電圧および指定された動作周波数において、電力増幅と、強壮度と、
ブレークダウン電圧と、ノイズと、歪みと、静電容量と、入力インピーダンスお
よび出力インピーダンスなどとに関する、多数の詳細な要求に応じなければなら
ない。遠距離通信に対する最近の電子装置の動作周波数は、ラジオ波領域および
マイクロ波領域に変わってきている。出力電力に対する要求は数ワットから数百
ワットに変わってきている。後者の場合には、１個のカプセルの中に複数個の並
行して接続された部品が用いられる。電力用トランジスタは、高い信号レベルお
よび高い電流密度で動作する。現在存在するコンピュータ機器は、実際の応用に
おける動作または特性を詳細な方式でシュミレートすることはできない。
された電源電圧および指定された動作周波数において、電力増幅と、強壮度と、
ブレークダウン電圧と、ノイズと、歪みと、静電容量と、入力インピーダンスお
よび出力インピーダンスなどとに関する、多数の詳細な要求に応じなければなら
ない。遠距離通信に対する最近の電子装置の動作周波数は、ラジオ波領域および
マイクロ波領域に変わってきている。出力電力に対する要求は数ワットから数百
ワットに変わってきている。後者の場合には、１個のカプセルの中に複数個の並
行して接続された部品が用いられる。電力用トランジスタは、高い信号レベルお
よび高い電流密度で動作する。現在存在するコンピュータ機器は、実際の応用に
おける動作または特性を詳細な方式でシュミレートすることはできない。
【０００３】 少なくとも３ＧＨｚ以下の周波数において、電力用トランジスタに対して最も
用いられている半導体材料はシリコンである。さらに、電子の移動度がホールの
移動度よりも大きいために、ＮＰＮ形の電力用トランジスタが主として用いられ
る。このトランジスタ構造体は通常は垂直形であって、シリコン基板の裏側のコ
レクタ接触体を有する。コレクタ層は、基板の上にエピタクシャルに沈着される
。ベースおよびエミッタは、エピタクシャル層の上から拡散またはイオン注入に
より作成される。コレクタ、ベースおよび／またはエミッタの不純物添加濃度を
変えることにより、異なる種類の周波数特性およびブレークダウン電圧特性を得
ることができる。水平方向の寸法が異なることにより、異なる電流容量を有する
トランジスタが得られる。
用いられている半導体材料はシリコンである。さらに、電子の移動度がホールの
移動度よりも大きいために、ＮＰＮ形の電力用トランジスタが主として用いられ
る。このトランジスタ構造体は通常は垂直形であって、シリコン基板の裏側のコ
レクタ接触体を有する。コレクタ層は、基板の上にエピタクシャルに沈着される
。ベースおよびエミッタは、エピタクシャル層の上から拡散またはイオン注入に
より作成される。コレクタ、ベースおよび／またはエミッタの不純物添加濃度を
変えることにより、異なる種類の周波数特性およびブレークダウン電圧特性を得
ることができる。水平方向の寸法が異なることにより、異なる電流容量を有する
トランジスタが得られる。
【０００４】 出力信号の大きさが入力信号に正確には比例しない時、歪みが生ずる。バイポ
ーラ・トランジスタや電界効果トランジスタのような活性半導体装置は、非線形
の入力／出力特性により、および高い周波数で結合する際また内部および外部の
寄生要素により、非線形の出力信号を常に生ずるであろう。バイポーラ装置の非
線形度は電界効果トランジスタの非線形度よりも複雑である。その理由は、バイ
ポーラ装置の入力／出力の関係が指数関数的であるからである。
ーラ・トランジスタや電界効果トランジスタのような活性半導体装置は、非線形
の入力／出力特性により、および高い周波数で結合する際また内部および外部の
寄生要素により、非線形の出力信号を常に生ずるであろう。バイポーラ装置の非
線形度は電界効果トランジスタの非線形度よりも複雑である。その理由は、バイ
ポーラ装置の入力／出力の関係が指数関数的であるからである。
【０００５】 出力トランジスタの線形度すなわち歪みのないことが、例えば隣接するチヤン
ネルとの干渉のような、したがってその結果、隣接するチヤンネルの間に必要で
ある周波数の余裕度のような、通信システムに対する重要なパラメータを決定す
る。
ネルとの干渉のような、したがってその結果、隣接するチヤンネルの間に必要で
ある周波数の余裕度のような、通信システムに対する重要なパラメータを決定す
る。
【０００６】 バイポーラ電力用トランジスタの入力信号と出力信号との間の基本的な非線形
関係を小さくするには、トランジスタの形状または材料を変えなければならない
。けれども、静電容量のような寄生要素を小さくすることを達成することは容易
であり、それによって最も重要なことはトランジスタの出力に関して寄生要素を
小さくするべきである。この寄生要素は、主としてベース・コレクタの静電容量
および金属・基板の寄生静電容量から形成される。
関係を小さくするには、トランジスタの形状または材料を変えなければならない
。けれども、静電容量のような寄生要素を小さくすることを達成することは容易
であり、それによって最も重要なことはトランジスタの出力に関して寄生要素を
小さくするべきである。この寄生要素は、主としてベース・コレクタの静電容量
および金属・基板の寄生静電容量から形成される。
【０００７】 W.P.デュームケ（W.P.Dumke)名の論文「縮小した静電容量のためのトタンジス
タのコレクタの不純物添加（Transistor Colletor Doping for Reduced Capacit
ance）」、ＩＢＭテクニカル・ディスクロジャ・ブレチン（IBM Technical Disc
losure Bulletin)、第26巻、第２号（1983年６月）は、エピタクシャル・コレク
タの添加不純物濃度分布を変えることによりＮＰＮ形のバイポーラ高速トランジ
スタのベース・コレクタ静電容量を小さくすることを開示している。ドナー濃度
ＮD.Cは1019〜1018から変化し、エピタクシャル層の内側の最低値1016まで基板 に向かって減少し、そして次にベースに隣接する表面で1017近くまで再び増加す
る。
タのコレクタの不純物添加（Transistor Colletor Doping for Reduced Capacit
ance）」、ＩＢＭテクニカル・ディスクロジャ・ブレチン（IBM Technical Disc
losure Bulletin)、第26巻、第２号（1983年６月）は、エピタクシャル・コレク
タの添加不純物濃度分布を変えることによりＮＰＮ形のバイポーラ高速トランジ
スタのベース・コレクタ静電容量を小さくすることを開示している。ドナー濃度
ＮD.Cは1019〜1018から変化し、エピタクシャル層の内側の最低値1016まで基板 に向かって減少し、そして次にベースに隣接する表面で1017近くまで再び増加す
る。
【０００８】 （発明の開示） 本発明の目的は、基板と、前記基板の上のエピタクシャル・コレクタ層と、前
記エピタクシャル層の上に作成されたベースおよびエミッタとを有し、そして高
特性を有する、特に改良された線形度を有する、垂直形バイポーラ電力用トラン
ジスタを得ることである。
記エピタクシャル層の上に作成されたベースおよびエミッタとを有し、そして高
特性を有する、特に改良された線形度を有する、垂直形バイポーラ電力用トラン
ジスタを得ることである。
【０００９】 このことはｄＣ／ｄＶ値を小さくすることにより、それによりいわゆるＣ（Ｖ
）の振れ幅が小さくなることにより達成される。このような縮小は、結果として
得られる不純物添加濃度Ｎcがコレクタの深さｘにより大幅に変化するように、 すなわちＮc＝Ｎc（ｘ）であるように、電力用トランジスタのコレクタの不純物
添加を行うことにより達成される。
）の振れ幅が小さくなることにより達成される。このような縮小は、結果として
得られる不純物添加濃度Ｎcがコレクタの深さｘにより大幅に変化するように、 すなわちＮc＝Ｎc（ｘ）であるように、電力用トランジスタのコレクタの不純物
添加を行うことにより達成される。
【００１０】 さらに詳細に言えば、エピタクシャル・コレクタ層の不純物添加濃度Ｎc（ｘ ）が、ベースに隣接する表面から下方にコレクタ層の深さの少なくとも半分まで
、本質的に少なくとも２次の多項式ａ0＋ａ1ｘ＋ａ2ｘ2＋…に従って変化する。
ここで、ａ0はベースに隣接する表面における不純物添加濃度、ｘは同じ表面か らの垂直方向の距離、ａ1、ａ2、…は定数である。不純物添加濃度はｎ＞＞１と
してａ0＋ａnｘnに従って変化することが好ましい、またはＢを定数としてａ0ｅ Bx に従って変化することが好ましい。
、本質的に少なくとも２次の多項式ａ0＋ａ1ｘ＋ａ2ｘ2＋…に従って変化する。
ここで、ａ0はベースに隣接する表面における不純物添加濃度、ｘは同じ表面か らの垂直方向の距離、ａ1、ａ2、…は定数である。不純物添加濃度はｎ＞＞１と
してａ0＋ａnｘnに従って変化することが好ましい、またはＢを定数としてａ0ｅ Bx に従って変化することが好ましい。
【００１１】 このトランジスタはさらに、エピタクシャル・コレクタ層と高い位置に配置さ
れた金属接続層との間に厚い絶縁体酸化物を有することが好ましい。
れた金属接続層との間に厚い絶縁体酸化物を有することが好ましい。
【００１２】 本発明によるバイポーラ・トランジスタを製造する方法に従い、エピタクシャ
ル・コレクタ層の沈着の期間中、縮小した程度に従い基板に不純物添加を行うこ
とにより、エピタクシャル・コレクタ層に不純物添加が行われる。またはそれと
は異なって、エピタクシャル・コレクタ層が多重層構造体として沈着され、その
際、多重層構造体の構成層のおのおのおよび全部が一定の不純物添加濃度を有し
、その後熱処理が行われ、その結果添加不純物濃度分布が本質的に滑らかにされ
る。一定の厚さと非線形的に減少する添加不純物濃度とを有して、または増大し
た厚さと線形的に減少する添加不純物濃度とを有して、この多重層構造体の構成
層を沈着することができる。
ル・コレクタ層の沈着の期間中、縮小した程度に従い基板に不純物添加を行うこ
とにより、エピタクシャル・コレクタ層に不純物添加が行われる。またはそれと
は異なって、エピタクシャル・コレクタ層が多重層構造体として沈着され、その
際、多重層構造体の構成層のおのおのおよび全部が一定の不純物添加濃度を有し
、その後熱処理が行われ、その結果添加不純物濃度分布が本質的に滑らかにされ
る。一定の厚さと非線形的に減少する添加不純物濃度とを有して、または増大し
た厚さと線形的に減少する添加不純物濃度とを有して、この多重層構造体の構成
層を沈着することができる。
【００１３】 また別の方法に従い、エピタクシャル・コレクタ層に一定の不純物添加濃度で
不純物の添加が行われ、その後、エピタクシャル・コレクタ層の上側表面を通し
て反対導電形のイオンの注入を行い、そして次に熱処理により注入されたイオン
を駆動すると言う、いわゆる反対導電形の不純物添加が行われる。本発明の１つ
の利点は、トランジスタのコレクタが本発明に従う方法に従って不純物添加が行
われる時、電力用トランジスタの線形度が大幅に改善されることである。例えば
ブレークダウン電圧、上限周波数および増幅のような他の特性を、添加不純物分
布の数値を適切に選定することによりさらに改善することができる。
不純物の添加が行われ、その後、エピタクシャル・コレクタ層の上側表面を通し
て反対導電形のイオンの注入を行い、そして次に熱処理により注入されたイオン
を駆動すると言う、いわゆる反対導電形の不純物添加が行われる。本発明の１つ
の利点は、トランジスタのコレクタが本発明に従う方法に従って不純物添加が行
われる時、電力用トランジスタの線形度が大幅に改善されることである。例えば
ブレークダウン電圧、上限周波数および増幅のような他の特性を、添加不純物分
布の数値を適切に選定することによりさらに改善することができる。
【００１４】 厚いフィールド酸化物を用いる時、電力用トランジスタの特性をさらに改善す
ることができる。この場合、ベース金属・コレクタの静電容量は小さくなる。
ることができる。この場合、ベース金属・コレクタの静電容量は小さくなる。
【００１５】 （好ましい実施例） 下記において添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。下記
説明は本発明を単に例示したものであって、本発明の範囲が下記説明に例示され
た実施例に限定されることを意味するものではない。
説明は本発明を単に例示したものであって、本発明の範囲が下記説明に例示され
た実施例に限定されることを意味するものではない。
【００１６】 図１において、１１は高周波数への応用を意図した本発明に従う垂直型バイポ
ーラ電力用トランジスタの詳細図である。この電力用トランジスタは基板１３を
有する。基板１３の上にエピタクシャル層１５が沈着される。この層１５は、電
力用トランジスタのコレクタの全体または一部分を形成する。層１５にはＮ形不
純物が添加されることが好ましい。基板１３にはＮ形不純物を添加することがで
き、そしてまたコレクタの一部分を形成することができる。それにより、基板の
下側にコレクタ接触体が作成される。
ーラ電力用トランジスタの詳細図である。この電力用トランジスタは基板１３を
有する。基板１３の上にエピタクシャル層１５が沈着される。この層１５は、電
力用トランジスタのコレクタの全体または一部分を形成する。層１５にはＮ形不
純物が添加されることが好ましい。基板１３にはＮ形不純物を添加することがで
き、そしてまたコレクタの一部分を形成することができる。それにより、基板の
下側にコレクタ接触体が作成される。
【００１７】 これとは異なって、基板１３にＰ形不純物を添加することができるまたは半導
体材料であることができる。この場合、基板１３とエピタクシャル層１５との間
にサブコレクタが作成され、そしてコレクタ接触体がエピタクシャル層の上側に
作成される。このようないわゆる埋込み層の方法は、図には示されていない。
体材料であることができる。この場合、基板１３とエピタクシャル層１５との間
にサブコレクタが作成され、そしてコレクタ接触体がエピタクシャル層の上側に
作成される。このようないわゆる埋込み層の方法は、図には示されていない。
【００１８】 エピタクシャル・コレクタ層１５の中で、第１Ｐ形不純物添加領域１９がコレ
クタ層の上側表面に隣接して作成される。この第１Ｐ形不純物添加領域１９は電
力用トランジスタのベースを形成する。さらに、このコレクタ層の上側表面に隣
接して第２Ｎ形不純物添加領域２１が第１領域１９の中に作成される。この第２
領域２１は電力用トランジスタのエミッタを形成する。
クタ層の上側表面に隣接して作成される。この第１Ｐ形不純物添加領域１９は電
力用トランジスタのベースを形成する。さらに、このコレクタ層の上側表面に隣
接して第２Ｎ形不純物添加領域２１が第１領域１９の中に作成される。この第２
領域２１は電力用トランジスタのエミッタを形成する。
【００１９】 電力用トランジスタのベースおよびエミッタはまた、分離した層（図１には示
されていない）の中に作成することもできる。
されていない）の中に作成することもできる。
【００２０】 本発明に従い、電力用トランジスタはまた絶縁体酸化物１７と、絶縁体層２７
と、金属接続層３１、３３とを有することができる。これらは下記においてさら
に詳細に説明されるであろう。
と、金属接続層３１、３３とを有することができる。これらは下記においてさら
に詳細に説明されるであろう。
【００２１】 ベース１９とコレクタ１５との間の遷移静電容量値は、本来、非線形である。
このことにより、ベース・コレクタ遷移領域に加わる電圧が変化する時、周波数
スペクトルの中に多数個の非線形度が変化する、すなわち多数個の高調波が生ず
る。大きな信号強度をスイッチングする期間中、ベース・コレクタ遷移領域に加
わる電圧はゼロと電源電圧の２倍（典型的な場合には50Ｖ〜60Ｖ）との間で変化
する。この電圧の変化は、ベース・コレクタ静電容量値を非常に大きく変化させ
る。
このことにより、ベース・コレクタ遷移領域に加わる電圧が変化する時、周波数
スペクトルの中に多数個の非線形度が変化する、すなわち多数個の高調波が生ず
る。大きな信号強度をスイッチングする期間中、ベース・コレクタ遷移領域に加
わる電圧はゼロと電源電圧の２倍（典型的な場合には50Ｖ〜60Ｖ）との間で変化
する。この電圧の変化は、ベース・コレクタ静電容量値を非常に大きく変化させ
る。
【００２２】 コレクタの添加不純物分布に傾斜を与えることにより、ベース・コレクタの静
電容量値の変化ｄＣ／ｄＶが小さくなり、そしてこのようにして大きな信号強度
での増幅における線形度が改良される。添加不純物の濃度は、基板１３に向かっ
て順次に増加していくために、ベース１９に隣接する表面２４において最低でな
ければならない。
電容量値の変化ｄＣ／ｄＶが小さくなり、そしてこのようにして大きな信号強度
での増幅における線形度が改良される。添加不純物の濃度は、基板１３に向かっ
て順次に増加していくために、ベース１９に隣接する表面２４において最低でな
ければならない。
【００２３】 本発明に従い、エピタクシャル・コレクタ層の添加不純物濃度Ｎc（ｘ）は、 ベース１９に隣接する表面２４から下方にコレクタ層の少なくとも半分の深さま
で変化する。この変化は本質的に少なくとも２次の多項式で表される。
で変化する。この変化は本質的に少なくとも２次の多項式で表される。
【数１】 ここで、ａ0はベース１９に隣接する表面２４における添加不純物濃度であり、 ｘは同じ表面２４からの垂直方向の距離であり、ａ1、ａ2、…は定数である。
【００２４】 コレクタ層の不純物添加濃度は、本質的に下記の式に従って好都合に変化する
ことができる。
ことができる。
【数２】 ここで、ｎ＞＞１である。
【００２５】 添加不純物濃度はまた下記の式に従って変化することもできる。
【数３】 ここで、Ｂは定数である。
【００２６】 図１ｂは、図１ａの垂直型バイポーラ電力用トランジスタの点線２３に従う深
さ方向の添加不純物の濃度分布を示した図である。この図では、Ｎeはエミッタ の添加不純物の濃度分布を示し、Ｎbはベースの添加不純物の濃度分布を示し、 Ｎcはコレクタの添加不純物の濃度分布を示し、Ｎsは基板の添加不純物の濃度分
布を示す。添加不純物の濃度の対数が示されていることと、ベース・コレクタ遷
移位置２４がｘ＝０に選ばれていることと、エミッタおよびベースは非常に拡大
されていて誇張されて示されていることとに注目されたい。エミッタの典型的な
深さの値は 0.3μｍであり、ベースの典型的な深さの値は0.25μｍであり、コレ
クタの典型的な深さの値は 6.0μｍである。
さ方向の添加不純物の濃度分布を示した図である。この図では、Ｎeはエミッタ の添加不純物の濃度分布を示し、Ｎbはベースの添加不純物の濃度分布を示し、 Ｎcはコレクタの添加不純物の濃度分布を示し、Ｎsは基板の添加不純物の濃度分
布を示す。添加不純物の濃度の対数が示されていることと、ベース・コレクタ遷
移位置２４がｘ＝０に選ばれていることと、エミッタおよびベースは非常に拡大
されていて誇張されて示されていることとに注目されたい。エミッタの典型的な
深さの値は 0.3μｍであり、ベースの典型的な深さの値は0.25μｍであり、コレ
クタの典型的な深さの値は 6.0μｍである。
【００２７】 コレクタ層の上側表面１４における添加不純物濃度ａ0、および定数ａ1、ａ2 、ａ3、…、Ｂは、バイポーラ電力用トランジスタに対する他の重要なパラメー タの考察により決定され、そして実際に実現可能であるように決定される。例え
ば、電力用トランジスタはａ0〜1014ｃｍ-3であるように、および約４μｍ以上 の深さにおいて添加不純物の最大濃度が２・1015ｃｍ-3であるように作成された
。
ば、電力用トランジスタはａ0〜1014ｃｍ-3であるように、および約４μｍ以上 の深さにおいて添加不純物の最大濃度が２・1015ｃｍ-3であるように作成された
。
【００２８】 線形度に加えて、例えばブレークダウン電圧、上側遮断周波数および増幅に関
する他の特性は、エピタクシャル・コレクタの添加不純物の濃度分布に対して適
切な数値を選定することにより改善することができる。もしこれらのパラメータ
が考慮されないならば、直流電流および電力特性が悪化する危険があり、そして
全体的な改良が達成されない危険がある。これらのパラメータのいくつかが下記
で説明される。
する他の特性は、エピタクシャル・コレクタの添加不純物の濃度分布に対して適
切な数値を選定することにより改善することができる。もしこれらのパラメータ
が考慮されないならば、直流電流および電力特性が悪化する危険があり、そして
全体的な改良が達成されない危険がある。これらのパラメータのいくつかが下記
で説明される。
【００２９】 （エミッタ・コレクタ・ブレークダウン電圧（ＢＶCEO）およびベース・コレ クタ・ブレークダウン電圧（ＢＶCBO）） 高周波数に応用される電力用トランジスタの場合、ブレークダウン電圧ＢＶCE O は制限パラメータである。ＢＶCEOは電源電圧よりも好都合に大きく、そして全
体的にコレクタの表面２４の下約１μｍで起こる。ＢＶCBOは電源電圧の２倍よ りも大きくなければならなく、そして全体的にコレクタの表面２４の下約４μｍ
〜６μｍで起こる。ＢＶCBOとＢＶCEOとは経験的に相互に関係している（ＢＶCE O はＢＶCBOに比例する）。ＢＶCEOはまたコレクタの全体に不純物添加すること により小さくなる（大きな影響）ことができ、またはいわゆるベータ値を通して
小さくなる（小さな影響）ことができる。添加不純物が減少するとそれが原因と
なって、すなわちＢＶCBOが増加し、ベースのプッシュ・アウトが増加し（下記 を見よ）、およびコレクタ層のオーム損失が増加する。シュミレーションと実験
とにより、エピタクシャル層１５の浅い部分は、ＢＶCBOを変えることなくまた はベースのプッシュ・アウトを悪化させることなく、低い添加不純物濃度を有す
ることができる（それによりＢＶCEOが改良される）。
体的にコレクタの表面２４の下約１μｍで起こる。ＢＶCBOは電源電圧の２倍よ りも大きくなければならなく、そして全体的にコレクタの表面２４の下約４μｍ
〜６μｍで起こる。ＢＶCBOとＢＶCEOとは経験的に相互に関係している（ＢＶCE O はＢＶCBOに比例する）。ＢＶCEOはまたコレクタの全体に不純物添加すること により小さくなる（大きな影響）ことができ、またはいわゆるベータ値を通して
小さくなる（小さな影響）ことができる。添加不純物が減少するとそれが原因と
なって、すなわちＢＶCBOが増加し、ベースのプッシュ・アウトが増加し（下記 を見よ）、およびコレクタ層のオーム損失が増加する。シュミレーションと実験
とにより、エピタクシャル層１５の浅い部分は、ＢＶCBOを変えることなくまた はベースのプッシュ・アウトを悪化させることなく、低い添加不純物濃度を有す
ることができる（それによりＢＶCEOが改良される）。
【００３０】 （ベースのプッシュ・アウト） 大きな電流において、プッシュ・アウトが起こることに対してエピタクシャル
・コレクタ層１５の深い部分が責任がある。このプッシュ・アウトは、エピタク
シャル層１５の深い部分の添加不純物濃度が増加すると共に減少する。いわゆる
ベータ値は同じ条件の下で増加することができる。けれども、それは実際の応用
に対して重要ではない。
・コレクタ層１５の深い部分が責任がある。このプッシュ・アウトは、エピタク
シャル層１５の深い部分の添加不純物濃度が増加すると共に減少する。いわゆる
ベータ値は同じ条件の下で増加することができる。けれども、それは実際の応用
に対して重要ではない。
【００３１】 （信号の増幅と遮断周波数ｆT） これらは全体的に、ベースの特性によって制限される。けれども、もし大きな
電流レベルにおいてベースのプッシュ・アウトが減少するならば、信号の増幅と
遮断周波数ｆTが改良され、このことはさらに高い飽和出力電力を与えるであろ う。
電流レベルにおいてベースのプッシュ・アウトが減少するならば、信号の増幅と
遮断周波数ｆTが改良され、このことはさらに高い飽和出力電力を与えるであろ う。
【００３２】 本発明に従い添加不純物濃度が変化している電力用トランジスタは、全体的に
２つの異なる方法によって製造することができる。すなわち、エピタクシャル・
コレクタ層１５の沈着の期間中に基板の添加不純物濃度を変化させる段階を付け
加える方法と、反対形の不純物を添加する方法である。これらの方法を下記で説
明する。
２つの異なる方法によって製造することができる。すなわち、エピタクシャル・
コレクタ層１５の沈着の期間中に基板の添加不純物濃度を変化させる段階を付け
加える方法と、反対形の不純物を添加する方法である。これらの方法を下記で説
明する。
【００３３】 第１の製造法に従い、エピタクシャル層１５が成長している時、この工程の期
間中に基板に不純物を添加する段階が非線形に減少する程度に付け加えられる。
添加不純物の最低濃度が表面２４で得られ、そして添加不純物の濃度分布の傾斜
は本質的に滑らかでなければならない。またはそれとは異なって、異なる厚さお
よび／または異なる添加不純物濃度の複数個の層を有するエピタクシャル層１５
が作成される。この場合の複数個の層のおのおのは、均一な添加不純物濃度分布
を有する。これらの層は一定の厚さを有しそして非線形に減少する添加不純物濃
度を有して沈着されることが好ましい、または増加する厚さを有しそして線形に
減少する添加不純物濃度を有して沈着されることが好ましい。この工程の流れが
後で行われる複数個の加熱段階を有するので、エピタクシャル層の不連続な添加
不純物濃度は、最終的に完成した電力用トランジスタの中では滑らかで連続した
添加不純物濃度に変換するであろう。この方法は大きな順応性を提供するが、し
かし大量生産には応用することは多分できないであろう。
間中に基板に不純物を添加する段階が非線形に減少する程度に付け加えられる。
添加不純物の最低濃度が表面２４で得られ、そして添加不純物の濃度分布の傾斜
は本質的に滑らかでなければならない。またはそれとは異なって、異なる厚さお
よび／または異なる添加不純物濃度の複数個の層を有するエピタクシャル層１５
が作成される。この場合の複数個の層のおのおのは、均一な添加不純物濃度分布
を有する。これらの層は一定の厚さを有しそして非線形に減少する添加不純物濃
度を有して沈着されることが好ましい、または増加する厚さを有しそして線形に
減少する添加不純物濃度を有して沈着されることが好ましい。この工程の流れが
後で行われる複数個の加熱段階を有するので、エピタクシャル層の不連続な添加
不純物濃度は、最終的に完成した電力用トランジスタの中では滑らかで連続した
添加不純物濃度に変換するであろう。この方法は大きな順応性を提供するが、し
かし大量生産には応用することは多分できないであろう。
【００３４】 第２の製造法に従い、均一に不純物添加されたエピタクシャル・コレクタ層１
５に対し、反対導電形の不純物を基板に添加することがさらに加えられる。例え
ばもしコレクタ層がＮ形不純物が添加された層であるならば、このコレクタ層の
上側表面を通して１種または複数種のＰ形不純物のイオン注入が実行され、その
後、熱処理が行われて注入されたイオンの駆動が行われる。この場合、添加不純
物濃度の傾斜は本質的に滑らかになり、そして添加不純物の最低実効濃度が表面
２４において得られる。このことは正規の工程の流れの中で実施することが比較
的に簡単であるが、しかし大きな順応性は得られないであろう。
５に対し、反対導電形の不純物を基板に添加することがさらに加えられる。例え
ばもしコレクタ層がＮ形不純物が添加された層であるならば、このコレクタ層の
上側表面を通して１種または複数種のＰ形不純物のイオン注入が実行され、その
後、熱処理が行われて注入されたイオンの駆動が行われる。この場合、添加不純
物濃度の傾斜は本質的に滑らかになり、そして添加不純物の最低実効濃度が表面
２４において得られる。このことは正規の工程の流れの中で実施することが比較
的に簡単であるが、しかし大きな順応性は得られないであろう。
【００３５】 本発明に従い、ベース・コレクタの静電容量を減少させるために行うことがで
きるこの他の段階は、厚い絶縁体酸化物１７を用いることである。
きるこの他の段階は、厚い絶縁体酸化物１７を用いることである。
【００３６】 ベース１９およびエミッタ２１は、第１金属接続層３１および第２金属接続層
３３に電気的に接続される。図１ａの横断面図では、接続層３３に対するエミッ
タの接続だけが示されている。電力用トランジスタは、例えば米国特許第 5,488
,252号に開示されているように、いわゆる相互に嵌入した構造体を横方向に有す
ることができる。
３３に電気的に接続される。図１ａの横断面図では、接続層３３に対するエミッ
タの接続だけが示されている。電力用トランジスタは、例えば米国特許第 5,488
,252号に開示されているように、いわゆる相互に嵌入した構造体を横方向に有す
ることができる。
【００３７】 金属接続層３１、３３は、絶縁体酸化物１７により、エピタクシャル層１５か
ら少なくとも部分的に分離される。電力用トランジスタはさらに、絶縁体酸化物
１７の上に絶縁体層２７を部分的に有することができる。厚い絶縁体酸化物１７
をメタライゼーションの期間中に用いることにより、電力用トランジスタの特性
が大幅に改善される。この厚い絶縁体酸化物１７の厚さは、少なくとも約２μｍ
であることが好ましい
ら少なくとも部分的に分離される。電力用トランジスタはさらに、絶縁体酸化物
１７の上に絶縁体層２７を部分的に有することができる。厚い絶縁体酸化物１７
をメタライゼーションの期間中に用いることにより、電力用トランジスタの特性
が大幅に改善される。この厚い絶縁体酸化物１７の厚さは、少なくとも約２μｍ
であることが好ましい
【００３８】 本発明による垂直型バイポーラ電力用トランジスタの信頼性は高く、そして高
特性であり、特に低い歪みを有する。
特性であり、特に低い歪みを有する。
【００３９】 ａ0をベースに隣接する表面での添加不純物濃度、ｘを前記表面からの垂直方 向の距離、ａ1、ａ2、…を定数としてＮc＝ａ0＋ａ1ｘ＋ａ2ｘ2＋…に従って、 特にｎ＞＞１としてＮc＝ａ0＋ａnｘmに従って、エピタクシャル・コレクタ層の
添加不純物濃度が変化することにより、Ｃ（Ｖ）の振れ幅が減少し、そして大き
な信号のスイッチングの期間中の電力用トランジスタの線形度が極めて大幅に改
善される。
添加不純物濃度が変化することにより、Ｃ（Ｖ）の振れ幅が減少し、そして大き
な信号のスイッチングの期間中の電力用トランジスタの線形度が極めて大幅に改
善される。
【００４０】 少なくとも約２μｍという大きな厚さの絶縁体酸化物を用いることにより、電
力用トランジスタの特性は大幅に改善される。コレクタのエピタクシャル層の深
い部分に極めて高い濃度の添加不純物を有することにより多数個のパラメータを
変えることができ、それによりトランジスタの全体の特性を改善することができ
る。
力用トランジスタの特性は大幅に改善される。コレクタのエピタクシャル層の深
い部分に極めて高い濃度の添加不純物を有することにより多数個のパラメータを
変えることができ、それによりトランジスタの全体の特性を改善することができ
る。
【００４１】 本発明の範囲は前記説明および添付図面に示された実施例に限定されるわけで
はないことは当然であるが、請求項の範囲内で多くの変更を行うことができる。
特に、本発明の範囲は説明された材料、形状または寸法に限定されるわけではな
い。例えば、本発明はシリコンで実現することができるだけでなく、ヒ化ガリウ
ムのような例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体のような混合半導体で実現することができ
る。さらに、バイポーラ電力用トランジスタはＰＮＰ形であることができる。
はないことは当然であるが、請求項の範囲内で多くの変更を行うことができる。
特に、本発明の範囲は説明された材料、形状または寸法に限定されるわけではな
い。例えば、本発明はシリコンで実現することができるだけでなく、ヒ化ガリウ
ムのような例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体のような混合半導体で実現することができ
る。さらに、バイポーラ電力用トランジスタはＰＮＰ形であることができる。
【図１ａ】 高い周波数への応用を意図した本発明に従う垂直型バイポーラ電力用トランジ
スタの横断面詳細図。
スタの横断面詳細図。
【図１ｂ】 図１ａに示されたバイポーラ電力用トランジスタの添加不純物の濃度分布の図
、すなわち添加不純物の濃度を深さの関数として示した図。
、すなわち添加不純物の濃度を深さの関数として示した図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】
Claims (15)
- 【請求項１】 基板１３と、基板１３の上の第１導電形のコレクタ層１５と
、前記コレクタ層の上側表面に隣接する第２導電形の第１領域１９と、第１領域
１９隣接する前記第１導電形の第２領域２１とを有する、主としてラジオ周波数
への応用を意図した特にラジオ基地局の増幅器段階に用いるための垂直型バイポ
ーラ電力用トランジスタであって、ａ0を上側表面２４における添加不純物濃度 、ｘを同じ表面２４からの垂直方向の距離、ａ1、ａ2、…を定数として、コレク
タ層の添加不純物濃度Ｎc（ｘ）がその上側表面２４から下方にコレクタ層の深 さの少なくとも半分まで少なくとも２次の多項式ａ0＋ａ1ｘ＋ａ2ｘ2＋…に従っ
て本質的に変化することを特徴とする前記垂直型バイポーラ電力用トランジスタ
。 - 【請求項２】 請求項１記載の垂直型バイポーラ電力用トランジスタであっ
て、コレクタ層の添加不純物濃度Ｎc（ｘ）がｎ＞＞１としてａ0＋ａnｘnに従っ
て本質的に変化することを特徴とする前記垂直型バイポーラ電力用トランジスタ
。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載された垂直型バイポーラ電力
用トランジスタであって、コレクタ層の添加不純物濃度Ｎc（ｘ）がＢを定数と してａ0ｅBxに従って本質的に変化することを特徴とする前記垂直型バイポーラ 電力用トランジスタ。 - 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれかに記載された垂直型バイポー
ラ電力用トランジスタであって、第１領域１９および第２領域２１がそれぞれ第
１金属接続層３１および第２金属接続層３３に電気的に接続されることと、これ
らの金属接続層３１、３３が厚い絶縁体酸化物１７によりエピタクシャル層１５
から少なくとも部分的に分離されることとを特徴とする前記垂直型バイポーラ電
力用トランジスタ。 - 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載された垂直型バイポー
ラ電力用トランジスタであって、コレクタ層１５がシリコンで作成されることを
特徴とする前記垂直型バイポーラ電力用トランジスタ。 - 【請求項６】 請求項１〜請求項５のいずれかに記載された垂直型バイポー
ラ電力用トランジスタであって、コレクタ層１５が混合半導体、特にヒ化ガリウ
ム、で作成されることを特徴とする前記垂直型バイポーラ電力用トランジスタ。 - 【請求項７】 基板１３と、基板１３の上の第１導電形のコレクタ層１５と
、前記コレクタ層の上側表面２４に隣接する第２導電形の第１領域１９と、第１
領域１９隣接する前記第１導電形の第２領域２１とを有する、主としてラジオ周
波数への応用を意図した特にラジオ基地局の増幅器段階に用いるための垂直型バ
イポーラ電力用トランジスタを製造する方法であって、ａ0を上側表面２４にお ける添加不純物濃度、ｘを同じ表面２４からの垂直方向の距離、ａ1、ａ2、…を
定数として、コレクタ層の添加不純物濃度（Ｎc（ｘ））がその上側表面２４か ら下方にコレクタ層の深さの少なくとも半分まで少なくとも２次の多項式ａ0＋ ａ1ｘ＋ａ2ｘ2＋…に従って本質的に変化するようにコレクタ層に不純物添加が 行われることを特徴とする前記方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の方法であって、ｎ＞＞１としてコレクタ層１
５の添加不純物濃度（Ｎc（ｘ））がａ0＋ａnｘnに従って本質的に変化するよう
にコレクタ層１５に不純物添加が行われることを特徴とする前記垂直型バイポー
ラ電力用トランジスタ。 - 【請求項９】 請求項７記載の方法であって、Ｂを定数としてコレクタ層１
５の添加不純物濃度（Ｎc（ｘ））がａ0ｅBxに従って本質的に変化するようにコ
レクタ層１５に不純物添加が行われることを特徴とする前記方法。 - 【請求項１０】 請求項７〜請求項９のいずれかに記載された方法であって
、コレクタ層の沈着の期間中に小さな範囲に従って供給される基板不純物添加に
よりコレクタ層１５に不純物添加が行われることを特徴とする前記方法。 - 【請求項１１】 請求項７〜請求項９のいずれかに記載された方法であって
、コレクタ層１５が多重層構造体として沈着されここで前記多重層構造体の構成
層のおのおのおよび全部が一定の添加不純物濃度を有することと、結果として得
られる添加不純物濃度（Ｎc（ｘ））が本質的に滑らかになるようにコレクタ層 １５に熱処理が行われることとを特徴とする前記方法。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の方法であって、多重層構造体の構成層が
一定の厚さと非線形的に減少する不純物添加濃度とを有して沈着されることを特
徴とする前記方法。 - 【請求項１３】 請求項１１記載の方法であって、前記多重層構造体の構成
層が増大する厚さを有して沈着されることを特徴とする前記方法。 - 【請求項１４】 請求項７〜請求項９のいずれかに記載された方法であって
、コレクタ層１５が一定の不純物添加濃度にまで最初に不純物添加されることと
、第２導電形の基板不純物添加がその後に加えられることと、その後得られた構
造体に熱処理が行われることとを特徴とする前記方法。 - 【請求項１５】 請求項７〜請求項１４のいずれかに記載された方法であっ
て、厚さが少なくとも約２μｍの絶縁体酸化物１７がコレクタ層１５の中または
上に備えられることと、第１金属接続層３１および第２金属接続層３３が絶縁体
酸化物１７の上に少なくとも部分的に備えられおよび第１領域１９および第２領
域２１に電気的に接続されることとを特徴とする前記方法。
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