KR101009402B1 - 바이폴라 트랜지스터 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

바이폴라 트랜지스터 및 그의 제조방법이 개시된다. 상기 바이폴라 트랜지스터는 반도체 기판 상의 콜렉터층과, 콜렉터층 내에 배치되고, 일측이 요철 모양으로 돌출된 베이스층 및 베이스층 내에 배치되고, 상기 베이스층의 요철과 소정 간격을 두고 일측이 요철 모양으로 돌출된 에미터층을 포함하고, 상기 에미터층 일측의 요철 모양은 상기 베이스층의 일측의 요철 모양과 동일한 모양인 것을 특징으로 한다. 그러므로, 본 발명은 에미터 및 베이스의 일측을 돌출된 요철 모양으로 형성하여 에미터 및 베이스 접합 면적을 늘림으로써 전류이득을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
에미터, 베이스, 접합 면적

Description

바이폴라 트랜지스터 및 그의 제조방법{Bipolar transistor and method for manufacturing the same}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 바이폴라 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 바이폴라 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT)의 구조에서 중요한 요소 중 한가지는 전류이득이다. 바이폴라 트랜지스터 소자의 전류 이득은 에미터-베이스-콜렉터의 접촉면적과 밀접한 관계를 갖는다.
BJT 소자의 노멀 액티브 모드(normal active mode)에서 콜렉터 전류는 에미터와 베이스 사이에 리버스 바이어스(reverse bias)가 걸렸을 때의 커런트 값인 리버스 새츄레이션 커런트(Is)에 따라 급격하게 증가한다.
베이스 및 에미터 간의 전압은 동일하게 유지하면서 전류 이득을 늘리기 위해서는 Is를 키워야하는데, 이를 위해서는 정션 영역(junction area)의 면적을 키우거나, 베이스 깊이(Base depth)를 줄이는 방법이 있다.
그러나, Base depth를 줄이면 낮은 도우즈(dose)의 베이스로 인하여 에미터와 콜렉터에서의 공핍층(depletion area)끼리 붙을 가능성이 커져 소자의 내압특성 이 나빠지게 된다.
또한, 일반적인 바이폴라 트랜지스터의 제조방법은 제한된 에미터의 면적으로 인하여 충분한 전류 이득을 얻을 수 없는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 바이폴라 트랜지스터의 디멘젼(dimension)을 증가시키지 않고도 에미터층과 베이스층간의 접합면적을 증가시킬 수 있는 바이폴라 트랜지스터 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 바이폴라 트랜지스터는 반도체 기판 상의 콜렉터층과, 콜렉터층 내에 배치되고, 일측이 요철 모양으로 돌출된 베이스층 및 베이스층 내에 배치되고, 상기 베이스층의 요철과 소정 간격을 두고 일측이 요철 모양으로 돌출된 에미터층을 포함하고, 상기 에미터층 일측의 요철 모양은 상기 베이스층의 일측의 요철 모양과 동일한 모양인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 바이폴라 트랜지스터의 제조방법은 반도체 기판 상에 콜렉터층을 형성하는 단계와, 상기 콜렉터층 내에 일측이 요철 모양으로 돌출된 베이스층을 형성하는 단계 및 상기 베이스층 내에 일측이 요철 모양으로 돌출된 에미터층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 베이스층을 형성하는 단계는 상기 기판상에 일측이 평평한 1차 베이스층을 형성하기 위해 불순물을 도핑하는 단계와, 상기 기판 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 1차 베이스층의 하단에 추가로 불순물을 도핑하여 일측이 돌출된 요철 모양의 2차 베이스층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 바이폴라 트랜지스터 및 그 제조 방법은 에미터 및 베이스의 일측을 돌출된 요철 모양으로 형성하여 에미터 및 베이스 접합 면적을 늘림으로써 전류이득을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 바이폴라 트랜지스터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(미도시) 상에 컬렉터층(200)이 배치된다. 컬렉터층(200)은 제 1 도전형의 단결정 실리콘층일 수 있다. 컬렉터층(200) 내에 제 2 도전형의 베이스층(310)이 배치되고, 베이스층(310) 내에 제 1 도전형의 에미터층(400)이 배치된다.
여기서, 베이스층(310)은 반도체 기판을 향하는 방향으로 요철 모양을 갖는다. 또한, 베이스층(310) 내에 형성되는 에미터층(410)도 반도체 기판을 향하는 방향으로 요철 모양을 갖고, 에미터층(410)의 요철 굴곡은 베이스층(310)의 요철 굴곡과 동일하게 형성될 수 있다.
따라서, 베이스층(310) 및 에미터층(410)이 요철 굴곡을 가짐으로써, 베이스층(310)과 에미터층(410)의 접합 면적이 증가하여 전류이득을 향상시킬 수 있다.
또한, 에미터층(410)과 콜렉터층(310)의 일측이 너무 가까우면 내압특성이 나빠지게 되기 때문에 에미터(410)의 요철 굴곡에 따라 베이스층(310)에 동일한 요철 굴곡을 갖게 함으로써, 에미터층(410)과 콜렉터층(310)의 각 일측 간에 거리를 둘 수 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 바이폴라 트랜지스터의 제조방법을 설명한다.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판 상에 콜렉터층(200)을 형성한다. 예를 들어, 반도체 기판 상에 단결정 실리콘층을 에피택셜 성장시켜 형성할 수 있다. 콜렉터층(200)은 N-타입 도전형의 불순물들로 도핑된다. 이 경우에, N-타입의 불순물들은 콜렉터층(200)을 에피택셜 성장시키는 동안에 인시투(in-situ) 도핑될 수 있다.
그리고, 콜렉터층(200)의 소정 영역 위에 별도의 제 1 감광막 패턴(미도시)를 이용하여 P-타입으로 도핑하여 1차적으로 일측이 고른 베이스층(300)을 형성한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 기판 상에 베이스층(300)의 소정 부위에 제 2 감광막 패턴(미도시)을 형성한 다음, 제 2 감광막 패턴(250)을 이온주입 마스크로 이용하여 콜렉터층(200) 내에 추가로 P-타입 불순물을 도핑하여 돌출된 베이스층(310)을 형성한다.
여기서, 제 2 감광막 패턴(250)은 베이스층(300)의 일측이 요철 모양으로 돌출되도록 형성되고, 이에 따라 베이스층(310)의 일측은 돌출된 요철 모양을 갖게된다.
즉, 이러한 공정으로 베이스층(300)보다 일측이 돌출된 베이스층(310)은 추가적으로 형성된 도핑된 요철 영역만큼 넓은 면적을 갖게 된다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 베이스층(310) 상에 제 3 감광막 패턴(350)을 형성하고, 베이스층(310) 내에 에미터층(410)을 형성하기 위해 임플란트 공정을 이용하여 에미터층(410)을 형성한다.
여기서, 돌출된 에미터층(410)의 요철 굴곡은 베이스층(310)의 굴곡과 소정 간격을 유지하기 위하여 제 3 감광막 패턴(350)의 간격을 제 2 감광막 패턴과 동일하게 할 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 애싱 공정(ashing)을 이용하여 제 3 감광막 패턴(350)을 제거한 후, 에미터층(410)을 형성하기 위한 영역의 마스크로써 기판 상에 제 4 감광막 패턴(450)을 형성한다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 에미터층(410) 형성을 위한 임플란트 공정 후, 애싱 공정으로 제 4 감광막 패턴(450)을 제거한다.
제 4 감광막 패턴(450)을 제거한 후 열공정을 진행하여 주입된 불순물을 확산시켜 에미터층(410)이 형성되도록 한다. 상기 열공정은 요철 모양의 에미터층(410) 및 베이스층(310)을 형성하기 위한 공정의 에너지보다 낮은 에너지로 수행함이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 임플란트 공정을 통하여 베이스층(310)의 일측을 돌출된 요철 모양으로 형성한 후, 베이스층(310) 내에 에미터층(410) 베이스층(310)의 돌출된 요철 모양에 따라 동일한 요철 모양으로 접합을 형성하게 함으로써, 그들 간에 접합 면적을 얻게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 트랜지스터의 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 트랜지스터의 제조를 위한 공정 단면도.

Claims (7)

  1. 반도체 기판 상의 콜렉터층;
    상기 콜렉터층 내에 배치되고, 일측이 요철 모양으로 돌출된 베이스층; 및
    상기 베이스층 내에 배치되고, 상기 베이스층의 요철과 소정 간격을 두고 일측이 요철 모양으로 돌출된 에미터층을 포함하고,
    상기 에미터층 일측의 요철 모양은
    상기 베이스층의 일측의 요철 모양과 동일한 모양임을 특징으로 하는 바이폴라 트랜지스터.
  2. 삭제
  3. 반도체 기판 상에 콜렉터층을 형성하는 단계;
    상기 콜렉터층 내에 일측이 요철 모양으로 돌출된 베이스층을 형성하는 단계; 및
    상기 베이스층 내에 일측이 요철 모양으로 돌출된 에미터층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 베이스층을 형성하는 단계는
    상기 기판 상에 일측이 평평한 1차 베이스층을 형성하기 위해 불순물을 도핑하는 단계;
    상기 기판 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 1차 베이스층의 하단에 추가로 불순물을 도핑하여 일측이 돌출된 요철 모양의 2차 베이스층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 에미터층을 형성하는 단계는
    상기 기판 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 마스크로 일측이 요철 모양으로 돌출된 에미터층이 되도록 불순물을 주입하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 제거하고, 열공정을 진행하여 주입된 상기 불순물을 확산시키는 단계;
    를 포함함을 특징으로 하는 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열공정은
    상기 에미터층 및 베이스층을 형성하기 위한 공정의 에너지보다 낮은 에너지 로 수행함을 특징으로 하는 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 에미터층 일측의 요철 모양은
    상기 베이스층의 일측의 요철 모양과 동일한 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
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