KR0148699B1 - 반도체소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체소자에 관한 것으로, 베이스 접촉부의 고농도 불순물 영역을 접합깊이까지 확산함시킴으로써 베이스의 부성저항에 의한 콜렉터 에미터간 항복전압의 스위치백 현상을 완화하여 상기 콜렉터 에미터간 항복전압을 전류이득과 무관하게 향상시킬 수 있으며, 베이스의 분포저항 및 에미터 영역에서의 측면 주입효과를 감소시켜 최대콜렉터 전류와 포화전압특성을 향상시킬 수 있고, 또한 상기 최대콜렉터 전류와 포화전압특성의 향상으로 작은 칩면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체소자
제1도는 종래의 기술에 의한 반도체소자의 단면도.
제2도는 본 발명에 의한 반도체소자의 단면도.
제3도는 본 발명의 반도체소자에 따른 제조 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 제1불순물 확산영역 23 : 반도체기판
25 : 제2불순물 확산영역 27 : 제3불순물 확산영역
29 : 제4불순물 확산영역 31 : 절연막
33 : 금속전극
본 발명은 반도체소자에 관한 것으로, 특히 밀러지수(Miller's exponent : n)를 향상시켜 소자의 전기적특성을 개선하기 위한 반도체소자에 관한 것이다.
일반적으로 전력용 트랜지스터의 콜렉터(collector)와 에미터(emitter)간 항복전압(BVCEO)은 소자의 콜렉터 비저항층의 저항율과 두께에 의해 결정되는데, 정상적으로 설계된 소자에서는 콜렉터와 베이스간 항복전압(BVCBO)이 항상 콜렉터와 에미터간 항복전압보다 최소한 같거나 크기 때문에 상기 콜렉터와 에미터간 항복전압에 비해 콜렉터와 베이스간 항복전압 정격 만족은 그리 큰 문제가 되지 않지만, 상기 콜렉터와 에미터간 항복전압은 밀러에 의해 유도된 식(1)에 나타낸 바와 같이 콜렉터와 에미터간 항복전압의 정격을 만족하기 위해서는 상기 전류이득값과의 상보관계(trade-off)를 적절히 고려해야 한다.
이때 상기 콜렉터와 에미터간 항복전압은 상기한 바와 같이 소자의 콜렉터 비저항층의 저항율, 즉 콜렉터 농도와 두께에 의해 결정되고, 상기 전류이득값은 에미터에서의 캐리어의 주입효율에 의해서 결정되며, 상기 밀러지수는 상기 식(1)을 변형하여 보면 아래의 식(2)와 같이 나타낼 수 있으므로 상기 콜렉터와 에미터간 항복전압의 증가시 함께 증가됨을 알 수 있으며, 통상적으로 제작사의 설계 및 공정조건에 의해 NPN 트랜지스터의 경우는 3~5로, PNP 트랜지스터의 경우는 9~11 정도로 결정되는데, 그 크기로 소자제작에 대한 기술력을 판단하므로, 이 밀러지수의 향상을 통해 소자의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
그러나 종래의 반도체소자의 경우, 제1도에 도시한 바와 같이 베이스 전극(11) 아래 위치하는 P+영역(7)의 접합깊이가 수㎛ 정도이므로 베이스의 부성저항에 의한 상기 콜렉터와 에미터간 항복전압의 스위치백(switch back) 현상이 심하며, 실제로 오믹(ohmic) 접촉용으로 밖에는 사용할 수 없기 때문에, 높은 전류이득값을 가지는 소자를 제작하는 경우 상기 콜렉터와 에미터간 항복전압과 전류이득값의 상보관계(trade-off)관계로 인해 상대적으로 상기 콜렉터와 에미터간 항복전압이 감소하여 수율이 저하되고, 도 베이스 영역의 분포저항으로 인해 에미터 영역 가장자리에서의 캐리어 주입이 증가하여 최대 콜렉터 전류가 감소하고 항복전압이 증가하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 베이스 전극 하부에 베이스 접합깊이까지 불순물을 깊게 확산시킴으로써 동일한 전류이득값 내에서 최대콜렉터 전류 및 포화전류를 향상시킬 수 있는 반도체소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자는, 반도체기판의 일면에 상기 반도체기판과 동일한 제1전도형의 고농도 불순물을 확산시켜 형성된 제1불순물 확산영역과, 상기 반도체기판의 다른면에 반도체기판과 다른 제2전도형의 저농도 불순물을 확산시켜 형성된 제2불순물 확산영역과, 상기 제2불순물 확산영역에 상호 일정간격을 가지도록 제2전도형의 고농도 불순물을 상기 제2불순물 확산영역의 바닥부까지 확산시켜 형성된 다수의 제3불순물 확산영역과, 상기 제3불순물 영역 상이의 제2불순물 확산영역에 제1전도형의 고농도 불순물을 소정깊이까지 확산시켜 형성된 다수의 제4불순물 확산영역과, 상기 제 3불순물 확산영역 및 제4불순물 확산영역과 접촉하며 상호절연된 다수의 금속전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 반도체소자는 제2도에 도시한 바와 같이 N-형 반도체기판(23)의 일면에 콜렉터 영역을 형성하기 위해 N+형 불순물을 확산시켜 형성된 제1불순물 확산영역(21)과, 상기 반도체기판(23)의 다른 면에 절연물질을 도포한 후 식각하여 확산개구부를 형성하고 상기 확산개구부를 통해 P-형 불순물 선택적으로 확산시켜 형성된 제2불순물 확산영역(25)과, 상기 제2불순물 확산영역(25) 위에 다시 일정한 간격을 가지는 확산개구부를 형성하고 베이스 영역을 형성하기 위해 P+형 불순물을 상기 제2불순물 확산영역(25)의 바닥부까지 확산시켜 형성된 다수의 제3불순물 확산영역(27)과, 제3불순물 영역(27) 사이의 제2불순물 확산영역에 에미터 영역을 형성하기 위해 N+형 불순물을 소정깊이까지 확산시켜 형성된 다수의 제4불순물 확산영역(29)과, 상기 제3불순물 확산영역(27) 및 제4불순물 확산영역(29)과 접촉하며 절연막(31)에 의해 상호절연된 다수의 금속전극(33)으로 구성되며, 이때 상기 각 불순물 확산영역 및 반도체기판의 전도형은 트랜지스터에 적합하도록 선택한다.
제3도의 (a)내지 (c)는 본 발명 반도체소자 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 제2도에 도시한 본 발명 반도체소자는 N-형 반도체기판(23)의 상부전면에 절연막(41)을 증착하고, 그 절연막(41)의 일부를 식각하여 상기 N-형 반도체기판(23)의 상부일부를 노출시킨 후, 상기 노출된 N-형 반도체기판(23)에 P-형 불순물이온을 이온주입하고 어닐링하여 제2불순물 확산영역(25)을 형성하고, 상기 N-형 반도체기판(23)의 배면에 N+불순물 이온을 이온주입 및 어닐링하여 제1불순물 확산영역(21)을 형성하는 단계(제3도의 (a))와; 상기 절연막(41)을 제거한 후, 다시 절연막(42)을 상기 제2불순물 확산영역(25)이 형성된 N-형 반도체기판(23)의 상부에 증착하고 사진식각공정을 통해 상기 제2불순물 확산영역(25)의 일부를 노출시키는 다수의 창을 형성하고, 그 창을 통해 P+불순물이온을 주입 및 어닐링하여 제3불순물 확산영역(27)을 형성하는 단계(제3도의 (b))와; 상기 절연막(42)을 제거하고, 절연막(31)을 증착 및 패턴을 형성하여 상기 제3불순물 확산영역(27)과 교번하여 위치하는 제2불순물 확산영역(25)을 노출시킴과 아울러 상기 N-반도체기판(23)과 인접한 제3불순물 확산영역(27)과 소정거리 이격된 위치의 N-반도체기판(23)의 일부를 노출시키고, 그 노출된 영역에 N+불순물 이온을 이온주입 및 어닐링하여 제4불순물 확산영역(29)을 형성한 다음, 상기 제3불순물 확산영역(27)을 노출시켜, 금속배선공정을 통해 상기 다수의 제3불순물 확산영역(27)을 연결하는 베이스 금속전극(33)과, 상기 제3불순물 확산영역(27)과 인접한 다수의 제4불순물 확산영역(29)을 연결하는 에미터 금속전극(33)을 형성한 후, 다시 상기 제1불순물 확산영역(21)의 배면에 금속을 증착하여 콜렉터 금속전극을 형성하는 단계(제3도의 (c))로 제조한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면 베이스 접촉부의 고농도 불순물영역을 접합깊이까지 확산시킴으로서 베이스의 부성저항에 의한 콜렉터와 에미터간 항복전압의 스위치백 현상을 완화하여 상기 콜렉터와 에미터간 항복전압을 전류이득과 무관하게 향상시킬 수 있으며, 베이스의 분포저항 및 에미터 영역에서의 측면 주입효과를 감소시켜 최대콜렉터 전류와 포화전압특성을 향상시킬 수 있고, 또한 상기 최대콜렉터 전류와 포화전압특성의 향상으로 작은 칩면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 반도체기판의 일면에 상기 반도체기판과 동일한 제1전도형의 고농도 불순물을 확산시켜 형성된 제1불순물 확산영역과, 상기 반도체기판의 다른면에 반도체기판과 다른 제2전도형의 저농도 불순물을 확산시켜 형성된 제2불순물 확산영역과, 상기 제2불순물 확산영역에 상호 일정간격을 가지도록 제2전도형의 고농도 불순물을 상기 제2불순물 확산영역의 바닥부까지 확산시켜 형성된 다수의 제3불순물 확산영역과, 상기 제3불순물 영역상이의 제2불순물 확산영역에 제1전도형의 고농도 불순물을 소정깊이까지 확산시켜 형성된 다수의 제4불순물 확산영역과, 상기 제3불순물 확산영역 및 제4불순물 확산영역과 접촉하며 상호절연된 다수의 금속전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체소자.
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