JPS62190757A - バイポ−ラトランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高周波増幅用のバイポーラトランジスタに関
するもので、特に自動利得制御（Ａ　ＩＩｊＯｍａｊｆ
ｃ　　Ｇ　ａｔｎ　Ｃｏｎｔｒｏ＋、以下Ａ　Ｇ　Ｃと
略記する）に用いられるフォワードＡ　Ｇ　Ｃ用バイポ
ーラトランジスタの構造に関するものである。

（従来の技術） フォワードＡＧＣ用トランジスタはＴＶ受像機の高周波
増幅段或いは映像ＩＦ回路等に使用される。　フォワー
ドＡＧＣというのは、信号入力が大きくなったときにト
ランジスタのコレクタ電流（Ｉｃ）を増加させて電力料
１？（Ｇρ）を下げ、逆に信号入力が小さくなったとき
にはＩｃを減少させてＧ、を上げ、信号入力レベルが変
動しても常にほぼ一定の信号出力となるよう自動的に利
得制御を行う働きをいう。　したがってフォワードＡＧ
Ｃ用トランジスタとしては第３図に示すＧｐＩｃ特性を
持つことが必要である。　第３図の横軸はＴｃｓ縦軸は
Ｇρ　（又は電流増幅率）で、実線ａはフォワードＡＧ
Ｃ用トランジスタ、破線ｂは一般の高周波トランジスタ
のでれそれの概略の特性を示すものである。　動作時に
は最人利ｊ９のコレクタ電流１ｃ＋以−Ｌのバイアス電
流（斜線範囲）で使用される。　フォワードＡＧＣ用１
〜ランジスタは、高周波増幅用であると共に前記Ａ　Ｇ
　ＣＩｌ！能を持つ必要がある。　このため］レクタ領
域の直列抵抗を過電に大きくしてへＧＯ機能を持たける
と共に入出力の容量が小さくなる構造としている。

第５図は従来のフォワードＡＧＣ用トランジスタの１例
を示す断面図である。　比抵抗３〜６Ω・ａｍのＮ形シ
リコン基板（］コレクタ領域１の表面にＰ形ベース領域
２、Ｎ＋形］ニミッタ領域３を各々選択的に形成する。

　シリコン基板１の厚さを研磨によって１２０〜１５０
μｍにすることによりコレクタ領域１の抵抗を適度の大
きさになるよう形成し”ＣフォワードＡＧＣ用の高周波
トランジスタを構成していた。　なお４はＳｉＯ２膜、
５はエミッタ電極、６はベース電極、７はコレクタ電極
、８はリードフレームのペレッｌ−１着ベッドである。

フォワードＡＧＣ用トランジスタでは、高周波の利得及
び低電圧でのＡＧＣ特竹を共に良くするためには、］レ
クタ領域の厚さ即ちシリコン基板の厚さを薄クシ１つそ
の比抵抗を大きくして、コレクタ抵抗を適度の大きさと
覆ることが有用である。　しかしながら従来技術の１〜
ランジスタでは、シリコン基板を薄くしていくと基板の
強αが充分でなくなり、ウェーハを取り扱う（ハンドリ
ング）とき基板の割れ等が発生し、製品の歩留りが著し
く低下し、安価に製品を提供できないという問題があっ
た。　このため実用上の厚みは１２０ｆ１ｍ程度が限界
であり、これがまた特ｔ’ｌ改良のための隘路となって
いる。

このような問題点に対し、従来技術として不純物濃度の
大きい低比抵抗のＮ＋形シリコン基板上に所望の厚さの
高抵抗のエピタキシャル成長層を設けて］レクタ領域と
し、その領域内にベース及びエミッタ領域を形成する技
術が考えられる。

しかしこの場合には、Ｎ＋形基板の不純物がエピタキシ
ャル層へしみ出し、境界近傍のエピタキシャル層の低抵
抗化や逆にファントム層発生による高抵抗化等、電気的
に不安定な層を生じ易く、更にエピタキシャル層内の平
坦度が悪化し、高周波トランジスタとしての微細なパタ
ーンが形成しにくいという問題が生ずる。　又高抵抗で
厚いエピタキシャル層を形成するためには工程が長時間
どなり且つ使用材料も高価なため、製造コストが高くな
るという問題点もある。

（発明が解決しようとする問題点） 前記の如くフォワードＡ　Ｇ　Ｃ用トランジスタでは高
比抵抗で厚さの薄いコレクタ領域とすることが要求され
る。　しかし従来技術では薄い］レクタ領域とするため
には薄いシリコン基板を必要とし、そのためウェーへの
機械的強度が不充分で歩留り低下の原因となっている。

　又このため更に基板を薄くしてより良い特性とするこ
ともできない。　使方低抵抗のシリコン基板上にエピタ
キシャル成長層を設け、このエピタキシャル層内にトラ
ンジスタを形成する方法では、前記の如くシリコン基板
からエピタキシャル層への不純物拡散等の問題があって
常に安定した特性のフォワードＡＧＣｌ−ランジスタを
生産性良く得ることは困難である。

本発明の目的は、前記問題点を解決するもので、充分な
機械的強（９）を有する基板を使用し、高比抵抗で厚さ
の薄いコレクタ領域を形成し、良好なＡＧＣ特性とより
高利得が得られる構造のフォワードＡＧＣ用トランジス
タを提供することである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明のバイポーラトランジスタは、厚さ　１０μｍな
いし１００μｍ及び比抵抗３ΩＣｍないし１０００ｃｍ
のＮ形シリコン単結晶基板と高不純物濃度のＮ＋シリコ
ン基板とを直接密着接合してなる複合半導体基板を使用
し、公知のフォワードＡＧＣ用トランジスタとほぼ同様
に、前記Ｎ形シリコン単結晶基板内に選択的にＰ形ベー
ス領域を形成し、このベース領域内に選択的にＮ＋形エ
ミッタ領域を形成し、ベース領域とエミッタ領域とを除
くＮ形シリ］ン甲結晶基板のその他の部分を］レクタ領
域とするＮＰＮ形バイポーラ１〜ランジスタである。

なお前記Ｎ＋シリ］ン基板は、シリコンを主成分とする
基板、例えばシリコン単結晶基板やシリコン多結晶基板
等に高濃度のＮ彫工細物をドープした基板である。　又
前記発明は、ＮをＰに、ＰをＮに変換したＰＮＰ形バイ
ポーラトランジスタであっても差支えない。　以下の説
明は便宜」−ＮＰＮ形トランジスタについて述べる。

（作用） 本発明のトランジスタにおいては、Ｎ形シリ］ン単結晶
基板とＮ＋形シリコン基板とを直接密着接合した複合半
導体基板を使用するが、Ｎ形シリコン単結晶基板は、フ
ォワードＡＧＣ用トランジスタを形成する領域で、Ｎ＋
形シリコン基板はシリコン単結晶基板を支持する支持板
の作用をする。

Ｎ＋形シリコン基板は、充分な機械的強度を有する板厚
に設計されるので、シリコン単結晶基板の厚さは機械的
強度の制限を受けないで所望の薄い厚さにすることが可
能である。　又Ｎ＋形シリコン基板の抵抗は、単結晶基
板に形成されるｌ・ランジスタの特性に対し、無視でき
る低抵抗とすることが必要で、例えば不純物濃度１０１
８ＣＩＩＩ−３以上とすることが好ましい。

Ｎ形シリコン単結晶基板の厚さとその比抵抗は、この基
板に形成されるフォワードＡＧＣ用トランジスタのコレ
クタ領域の厚さと］レクタ抵抗値を決定する主な要因で
ある。　厚さ１０μｍないし１００μｍ及び比抵抗３０
Ｃｍないし１００Ωｃｍの単結晶基板を使用することに
より、コレクタ抵抗を適酊の大きさとすることが可能と
なる。　厚さ　１０μｍ未満或いは比抵抗３０ｃｍ未満
の単結晶基板では、コレクタ抵抗値が過少となり、有用
なへＧＣ特性を得ることが難しい。　又厚さが１１００
Ｉ１或いは比抵抗が１００Ωｃｍを越える単結晶基板で
はコレクタ抵抗が過大となり、高周波利得の低下が著し
くなる。

複合半導体基板を使用するので、厚さ１０μｍないし１
００μｍの薄いＮ形シリコン単結晶基板に、機械的破損
のおそれなしにフォワードＡＧＣ用トランジスタを形成
できる。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例のバイポーラトランジス
タの断面図である。　このバイポーラ］・ランジスタは
、（イ）厚さ５０μｍ、比抵抗２ｏΩｃＩｌ１１結晶の
面方位（１１１）のＮ形シリコン単結晶基板１１の一主
面と、２ｘ　１０１１０ｌ８のアンチモン（Ｓｂ　）を
含有する高不純物濃度のＮ＋形多結晶シリコン基板１０
の一主面とを直接密着接合してなる複合半導体基板３ｏ
と、（ロ）単結晶基板１１内に選択的に形成されるＰ形
のベース領域１２と、（ハ）ベース領域１２内に選択的
に形成されるＮ＋形のエミッタ領域１３とを具備してい
るフォワードＡＧＣ用トランジスタである。

次にこのトランジスタの製造方法について説明する。

厚さ４００μｍのＮ形シリコン単結晶基板（つ工−ハ）
１１と厚さ４００μｍのＮ＋形多結晶シリコン基板（ウ
ェーハ）１０とを準備し、各々の被接９一 台面を鏡面研磨して表面粗さ５００Ｘ以下に形成する。

　次にこの鏡面を清浄な水で数分程度水洗し、室温でス
ピンナー処理のような脱水処理を実施する。　この処理
工程では前記鏡面に吸着していると想定される水分はそ
のまま残し、過剰な水分を除去するもので、この吸着水
分が殆ど揮散する１００℃以上の加熱乾燥を避ける。　
次にこれらの処理を経た基板１０および１１を例えばク
ラス１以下の清浄な大気雰囲気に設装置して、その鏡面
間に貢物が実質的に介在しない状態で相互に密着して接
合する。　このようにして形成された複合半導体基板３
０に１０００℃６０分の熱処理を加え、接合強度を増大
した後、単結晶基板１１側の主面をメカニカル及びケミ
カルに研磨し、総厚み４５０μｍ（したがって単結晶基
板１１の厚さは５０７１ｍ）とすると共に表面を平滑に
する。　次にこの複合基板３０を１０００℃、６０分間
水蒸気雰囲気中で酸化し、表面に膜厚０．１８１ｘｍの
酸化ＩＩＩ　（Ｓ　ｉ　０２１１！Ｉ）１４を形成する
。　次に光蝕刻法によりベース領域１２以外の表面をレ
ジストで覆い、電圧４０　ｋＶでドーズ量５Ｘ　１０１
４／　ｃｍ２のｆ３”　　（硼素）イオンを注入する。

　しかる後に１０００℃３０分の熱処理を行いイオンを
活性化しＰ形ベース領域１２を形成する。　次にこのＰ
形ベース領域１２の表面酸化膜をエミッタ領域１３の表
面部分のみ選択的に除去し、電圧５０ｋＶ、ドーズ量５
ｘ　１０１６／ｃｍ２でＡｓ４　（砒素）イオンを注入
した後、９５０℃３０分の熱処理を施しＮ＋形エミッタ
領域１３を形成する。　次にベース領域１２及びエミッ
タ領域１３のそれぞれの表面にベース及びエミッタの各
電極孔を開け、Ａｌ９８％、３ｉ　　２％からなるＡｔ
　Ｓｉ合金をスパッタにより厚さ１．５μｍに形成し、
写真蝕剣法により分離してベース電極１６及びエミッタ
電極１５を形成する。　しかる後、複合基板３０の多結
晶シリコン基板１０側の裏面を機械的に研磨し約１６０
μｍの厚さとする。　次に褒面に金合金を主体とした多
層膜（コレクタ電極）１７をスパッタにより形成する。

　このようにして製造されたウェーハは試験後０．４１
１１１１１角程度の単位ベレットに分割され、各ベレッ
トはリードフレームのベレット装着ベッド１８に接着さ
れ、エミッタ電極１５、ベース電極１６は各々ワイヤボ
ンディングによってリードフレームの各々の電極（図示
なし）に接続される。

本実施例では単結晶基板の厚さを５０μｍとしたが、多
結晶シリコン基板に支持されているので機械的強度は充
分で、所望により更に薄い厚さとすることも可能である
。　なお多くの場合、単結晶基板は厚さ３０１１ＩＩｌ
ないし８０μｍ１比抵抗３Ωｃｍないし２０ΩＣｌ１ｌ
のとき、高周波特性とＡＧＣ特性との兼ね合いで決まる
良い適度の大きさのコレクタ抵抗値を得ることができ、
好ましい実施態様である。

第４図は従来のトランジスタと本発明のトランジスタと
の電力利得対電圧の依存性を示す特性図である。　横軸
はコレクタ電圧Ｖｃ（ボルト）、縦軸は電力利得Ｇｐ（
ｄＢ）であって、実線Ｃは本発明のトランジスタ、破線
ｄは従来のトランジスタの特性である。　この図から本
発明のトランジスタは特に低電圧での利得が大きいこと
がわかる。

第２図は本発明の第２の実施例のバイポーラトランジス
タの断面図を示す。　なお同図において第１図と同符号
は、同一部分又は相当部分をあられす。　このトランジ
スタは、より高周波での使用が可能となるように、エミ
ッタ及びベースの各電極を２層構造として入出力容量を
減少させたものである。　本実施例ではＮ＋形エミッタ
領域１３を形成するのに、Ａｓ＋イオン注入に代えて、
Ａｓをドープした多結晶シリコン２１を用い、その上に
第１層のエミッタ電極１５を形成した。

第１層のエミッタ電極１５及びベース電極１６の上に層
間絶縁膜としてプラズマＣＶＤ法により膜厚３μ囮のＳ
ｉＯ２膜２２膜形２し、その上に第２層目のエミッタ電
極２５及びベース電極２６を設けた。　なおこの断面図
では例えばエミッタ電極１５は互いに分離されているが
、立体的には互いに電気的に接続されていることは勿論
である。

これによりコレクタとベース間或いはコレクタとエミッ
タ間の寄生容量は減少し高周波特性は改善される。　又
２３は、電圧５０ｋＶ１ドーズ量１×１０１６／Ｃｌ１
１２のＢ”　　（硼素）イオン注入により形成されたベ
ースコンタクトＰ＋層であり、ベース抵抗を下げ、高周
波特性の改善を図る為のものである。

本実施例ではＮ＋形シリコン基板として多結晶シリコン
基板を使用したが、（１，１，１）、（１，０，０）等
の面方位の単結晶板を使用しても差支えなく、この場合
面方位や結晶周期の連続性は必ずしも必要ではない。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の構成によれば、従来技術では
達成困難であった高比抵抗、薄形のコレクタ領域を持つ
フォワードＡＧＣ用トランジスタを高歩留りで安定に製
造できる。　又トランジスタを形成するシリコン単結晶
基板の機械的強度による制限が無くなり、設計に対する
自由度が増加する。　これらにより良好なフォワードＡ
ＧＣ特性を保ちながら、より高利得、特に低電圧での利
輸の高い高性能のフォワードＡＧＣ用トランジスタを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のバイポーラトランジス
タの断面図、第２図は本発明の第２の実施例の断面図、
第３図はフォワードＡＧＣ用トランジスタの一般的な利
得対コレクタ電流特性図、第４図は本発明及び従来のフ
ォワードＡＧＣ用トランジスタのそれぞれの利得対コレ
クタ電圧特性図、第５図は従来のバイポーラトランジス
タの断面図である。 １０・・・高不純物濃度の一導電形シリコン基板（Ｎ＋
形シリコン基板）、　１１・・・一導電形シリコン単結
晶基板（Ｎ形シリコン単結晶基板）、１２・・・反対導
電形ベース領域（Ｐ形ベース領域）、１３・・・一導電
形エミッタ領域（Ｎ＋形エミッタ領域）、　３０・・・
複合半導体基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　厚さ１０μｍないし１００μｍ及び比抵抗３Ωｃｍ
   ないし１００Ωｃｍの一導電形シリコン単結晶基板の一
   主面と高不純物濃度の一導電形シリコン基板の一主面と
   を直接密着接合して成る複合半導体基板と、前記一導電
   形シリコン単結晶基板内に選択的に形成される反対導電
   形のベース領域と、前記反対導電形ベース領域内に選択
   的に形成される一導電形のエミッタ領域とを具備するこ
   とを特徴とするバイポーラトランジスタ。 ２　一導電形シリコン単結晶基板の厚さが３０μｍない
   し８０μｍ及び比抵抗が３Ωｃｍないし２０Ωｃｍであ
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。