JP4774196B2 - 成長したベース領域を有する炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、一般に、炭化ケイ素上に形成されたバイポーラ接合トランジスタ(BJT)
に関し、とりわけ、パワーマイクロ波用途への利用に好適な、成長したベース領域を有する、完全にエピタキシャルで垂直なSiCバイポーラ接合トランジスタに関するものである。
ハイパワーマイクロ波トランジスタは、携帯電話ステーション、レーダーシステムなどの用途において大きな需要がある。ケイ素ラテラルMOSFETと並んで、ケイ素バイポーラトランジスタは現在、固体レーザー送信機に使用される主要技術である。近年、0.4〜4GHzの範囲のパワーステージとしてのバイポーラ接合トランジスタの利点が広く認識されている。最新のレーダーシステムは、クライストロンまたは管状送信機の性能をはるかに上回る性能基準を要求しているが、固体デバイスに好適であることを理想とするようである。
発明の第1の様態により、SiCバイポーラ接合トランジスタを作成する方法が提供さられる。この方法は、ドナー材料が添加されたSiCを含み、第1および第2主要表面を有するコレクタを設けるステップと;ドナー材料が添加されたSiC含むドリフト層をコレクタの第1主要表面上に任意に形成するステップと;コレクタの第1主要表面上にまたはドリフト層上に、アクセプタ材料が添加されたSiCを含む第1ベース層を形成するステップと;ドナー材料が添加されたSiCを含むエミッタ層を第1ベース層上に形成するステップと;エミッタ層および第1ベース層を貫いてエッチングして、コレクタまたはドリフト層を露出させるとともに、底部および側壁表面を含むエッチングされたエミッタおよび第1ベース層の領域により範囲が画定された上部表面を有する高くなったエミッタ領域を少なくとも1以上形成するステップと;アクセプタ材料が添加されたSiCを含み、エッチングされた領域の底部および側壁表面とエミッタ領域の上部表面とを覆う第2ベース層を形成するステップと;エミッタ領域の上部表面上に第2ベース層を貫いて、底部および側壁表面を有するエミッタコンタクト開口部を形成してエミッタ材料を露出させるステップと;エッチングされた領域内の第2ベース材料の表面上にベースコンタクトを形成するステップと;さらに、エミッタコンタクト開口部内のエミッタ材料の表面上にエミッタコンタクトを形成するステップと、を含む。
本発明は、添付図面を参照することにより、より良く理解することができる。
本発明により、エピタキシャルに成長したSiCの高周波バイポーラ接合トランジスタ(BJT)を提供する。本発明のデバイスは、比較的薄い(例えば、3μm以下)第1ベース領域と、成長した第2ベース領域とを含む。成長したベース領域はバーポーラ接合トランジスタの第1ベース領域に対して電気的接触を与える。本発明によると、成長したベース層上に形成されたベースコンタクト層が、下にある成長したベース層をエッチングするためのマスクとして利用されるセルフアライメント技術によって、エミッタコンタクト開口部を成長したベース層内に(例えば、エッチングされた状態で)形成することができる。その後、エミッタコンタクトを、結果として生じるセルフアラインされたエミッタコンタクト開口部内に形成することができる。本発明による炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタは薄いベース領域を有することが可能であり、その厚さは不純物添加レベルおよびデバイスの対象ベース突き抜け電圧に依存させることができる。
Claims (31)
- SiCバイポーラ接合トランジスタを製造する方法であって、
ドナー材料が添加されたSiCを含み、第1および第2主要表面を有するコレクタを設けるステップと;
ドナー材料が添加されたSiC含むドリフト層をコレクタの第1主要表面上に形成するステップと;
ドリフト層上に、アクセプタ材料が添加されたSiCを含む第1ベース層を形成するステップと;
ドナー材料が添加されたSiCを含むエミッタ層を第1ベース層上に形成するステップと;
エミッタ層および第1ベース層を貫いてエッチングして、ドリフト層を露出させるとともに、底部および側壁表面を含むエッチングされたエミッタおよび第1ベース層の領域により範囲が画定された上部表面を有する高くなったエミッタ領域を少なくとも1以上形成するステップと;
アクセプタ材料が添加されたSiCを含み、エッチングされた領域の底部および側壁表面とエミッタ領域の上部表面とを覆う第2ベース層を形成するステップと;
エミッタ領域の上部表面上に第2ベース層を貫いて、底部および側壁表面を有するエミッタコンタクト開口部を形成してエミッタ材料を露出させるステップと;
エッチングされた領域内の第2ベース材料の表面上にベースコンタクトを形成するステップと;さらに
エミッタコンタクト開口部内のエミッタ材料の表面上にエミッタコンタクトを形成するステップと、を含むことを特徴とする方法。 - ドリフト層を形成するステップがコレクタの露出表面上にドリフト層をエピタキシャルに成長させることを含み、第1ベース層を形成するステップがドリフト層の露出表面上に第1ベース層をエピタキシャルに成長させることを含む、請求項1に記載の方法。
- コレクタ層に第1不純物添加レベルでドナー材料が添加され、ドリフト層に第2不純物添加レベルでドナー材料が添加され、第1不純物添加レベルが第2不純物添加レベルよりも高い、請求項1に記載の方法。
- 第1不純物添加レベルが1018atoms・cm-3以上であり、第2不純物添加レベルが5×10 16 atoms・cm-3以下である、請求項3に記載の方法。
- エミッタ層を形成するステップが、第1ベース層上にエミッタ層をエピタキシャルに成長させることを含む、請求項2に記載の方法。
- エピタキシャル成長中にドナー材料がエミッタ層に添加される、請求項5に記載の方法。
- エピタキシャル成長中に1018atoms・cm-3以上の不純物添加レベルでエミッタ層に添加される、請求項6に記載の方法。
- 第2ベース層を形成するステップが、エミッタ層の露出表面上に第2ベース層をエピタキシャルに成長させることを含む、請求項5に記載の方法。
- エピタキシャル成長中にアクセプタ材料が第2ベース層に添加される、請求項8に記載の方法。
- エピタキシャル成長中に1018atoms・cm-3以上の不純物添加レベルで第2ベース層に添加される、請求項9に記載の方法。
- 複数の高くなったガードリングを第2ベース層内に形成し、高くなったガードリングが高くなったエミッタ領域を取り囲むステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- ガードリングがエミッタコンタクト開口部の形成と同時に形成される、請求項11に記載の方法。
- SiCバイポーラ接合トランジスタを製造する方法であって、
ドナー材料が添加されたSiCを含み、第1および第2主要表面を有するコレクタを設けるステップと;
ドナー材料が添加されたSiCを含むドリフト層をコレクタの第1主要表面上に形成するステップと;
ドリフト層上に、アクセプタ材料が添加されたSiCを含む第1ベース層を形成するステップと;
ドナー材料が添加されたSiCを含むエミッタ層を第1ベース層上に形成するステップと;
エミッタ層および第1ベース層を貫いてエッチングして、ドリフト層を露出させるとともに、底部および側壁表面を含むエッチングされたエミッタおよび第1ベース層の領域により範囲が画定され高くなったエミッタ領域を少なくとも1以上形成するステップと;
アクセプタドーパントが添加されたSiCを含み、エッチングされた領域の底部および側壁表面とエミッタ領域の上部表面を覆う第2ベース層を形成するステップと;
第2ベース層上にベースコンタクト層を形成するステップと;
ベースコンタクト層を貫いてエミッタコンタクト開口部を高くなったエミッタ領域の上部表面上に形成して第2ベース層を露出させるステップと;
ベースコンタクト層をマスクとして利用して、高くなったエミッタ領域の表面上の第2ベース層を貫いてエミッタコンタクト開口部をエッチングして、エミッタ材料を露出させるステップと;さらに
エミッタコンタクト開口部内のエミッタ材料上にエミッタコンタクトを形成するステップと、を含むことを特徴とする方法。 - ドリフト層を形成するステップが、コレクタの第1主要表面上にエピタキシャルにドリフト層を成長させることを含み;
第1ベース層を形成するステップが、ドリフト層上にエピタキシャルに第1ベース層を成長させることを含み;
エミッタ層を形成するステップが、第1ベース層の露出表面上にエピタキシャルにエミッタ層を成長させることを含み;さらに
第2ベース層を形成するステップが、エミッタ層の露出表面上にエピタキシャルに第2ベース層を成長させることを含み;
ドーパント材料が成長中に各層に組み込まれる、請求項13に記載の方法。 - コレクタが10 18 atoms・cm -3 以上の第1不純物添加レベルでドナー材料が添加され、ドリフト層が5×10 16 atoms・cm -3 以下の第2不純物添加レベルでドナー材料が添加される、請求項13に記載の方法。
- エピタキシャル成長中に1018atoms・cm-3以上の不純物添加レベルでエミッタ層に不純物が添加される、請求項14に記載の方法。
- エピタキシャル成長中に1018atoms・cm-3以上の不純物添加レベルで第2ベース層に不純物が添加される、請求項14に記載の方法。
- 複数の高くなったガードリングをベースコンタクト層内に形成し、高くなったガードリングが1以上高くなったエミッタ領域およびエッチングされた領域を取り囲み;さらに
ベースコンタクト層をマスクとして利用して、第2ベース層内の複数の高くなったガードリングをエッチングするステップを更に含む、請求項14に記載の方法。 - ガードリングおよびエミッタコンタクト開口部が、同時にベースコンタクト層内に形成され、および/または同時に第2ベース層内にエッチングされる、請求項18に記載の方法。
- 炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタであって、
第1および第2主要表面を有するコレクタであって、ドナー材料が添加されたSiCを含むコレクタと;
コレクタの第1主要表面上に形成されたドリフト層であって、ドナー材料が添加されたSiCを含むドリフト層と;
ドリフト層に形成されかつ同じ広がりを持たない1以上高くなったエミッタ領域であって、高くなったエミッタ領域がドリフト層の中央部分に形成され、かつ低部ベース層上に形成された上部エミッタ層を含み、上部エミッタ層がドナー材料が添加されたSiCを含み、かつ低部ベース層がアクセプタ材料が添加されたSiCを含み、低部ベース層がドリフト層と接触しており、上部エミッタ層が低部ベース層と同じ広がりを持つエミッタ領域と;そして
低部ベース層よりも高い不純物添加レベルでアクセプタ材料が添加された第2ベース層とを含み、第2ベース層がドリフト層の露出表面上におよび高くなったエミッタ領域の側壁と上部表面を含む露出表面上に形成されて、第2ベース層がSiC層であることを特徴とするトランジスタ。 - 第1ベース層が0.3μm以下の厚さを有する、請求項20に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- コレクタに第1不純物添加レベルでドナー材料が添加され、ドリフト層に第2不純物添加レベルでドナー材料が添加され、第1不純物添加レベルが第2不純物添加レベルよりも高い、請求項20に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- 第1不純物添加レベルが1018atoms・cm-3以上であり、第2不純物添加レベルが5×10 16 atoms・cm -3 以下である、請求項22に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- 多指構成に配置された、複数の高くなったエミッタ領域を含む、請求項20に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- コレクタの第2主要表面上に配置されたコレクタコンタクトを更に含む、請求項20に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- エミッタ領域の上部表面上の第2ベース層内のエミッタ開口部と、エミッタ材料と接触してエミッタ開口部内に配置されたエミッタコンタクトとを含む、請求項20に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- 第2ベース層上に形成されたベースコンタクトを更に含む、請求項20に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- 第2ベース層上に形成され、かつ同じ広がりを持つベースコンタクト層を更に含む、請求項20に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- エミッタ領域の上部表面上のベースコンタクト層および第2ベース層内のエミッタコンタクト開口部であって、エミッタコンタクト開口部が底部および側壁表面を含み、第2ベース層内のエミッタコンタクト開口部がベースコンタクト層内のエミッタコンタクト開口部と位置合わせされたエミッタコンタクト開口部と、
エミッタコンタクト開口部内の露出エミッタ材料上に配置されたエミッタコンタクトと、を更に含む、請求項28に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。 - ドリフト層の周辺部分上に形成され、高くなったエミッタ領域を取り囲む複数の高くなったガードリングを更に含み、ガードリングにアクセプタ材料が添加された炭化ケイ素層を含む、請求項20に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
- ドリフト層と向かい合ったガードリングの表面上に形成された導電材料層を更に含む、請求項30に記載の炭化ケイ素バイポーラ接合トランジスタ。
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