KR19990065625A - Bipolar transistor having a concave-convex structure - Google Patents
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Abstract
요철 구조를 갖는 전력 바이폴라 트랜지스터에 대해 기재되어 있다. 이 바이폴라 트랜지스터는, 반도체기판에 형성된 제1 도전형의 콜렉터영역과, 콜렉터영역 내에 형성된 제2 도전형의 베이스영역과, 베이스영역 내에 형성된 제1 도전형의 에미터영역을 구비하는 전력 반도체장치에 있어서, 에미터영역의 표면이 베이스영역의 표면보다 아래쪽에 존재하는 것을 특징으로 한다.A power bipolar transistor having a concave-convex structure is described. The bipolar transistor includes a first conductivity type collector region formed in a semiconductor substrate, a second conductivity type base region formed in the collector region, and a first conductivity type emitter region formed in the base region, So that the surface of the emitter region exists below the surface of the base region.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 요철구조를 갖는 전력 바이폴라 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a power bipolar transistor having a concave-convex structure.
최근 응용기기의 대형화·대용량화 추세에 따라 높은 브레이크다운 전압(breakdown voltage), 높은 전류(high current) 및 고속 스위칭 특성을 갖는 전력용 반도체 소자의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 고주파 대전력용 스위칭 소자에 적용되는 대전력용 바이폴라(bipolar) 트랜지스터는 전류 구동능력을 향상시키고 포화전압을 낮춤으로써 적용장치에서의 퍼포먼스를 향상시키는 것이 요구된다.Recently, there is a need for a power semiconductor device having high breakdown voltage, high current, and high speed switching characteristics in accordance with the trend toward larger size and larger capacity of application devices. Particularly, a bipolar transistor for a large power applied to a switching device for a high frequency and large power is required to improve the performance of the applied device by improving the current driving capability and lowering the saturation voltage.
도 1은 종래의 전력 바이폴라 트랜지스터를 도시한 단면도로서, 도면 참조번호 2는 콜렉터영역을, 4는 베이스영역을, 6은 에미터영역을, 8은 절연막을, 10은 베이스전극을, 12는 에미터전극을, 그리고 14는 콜렉터전극을 각각 나타낸다.1 is a cross-sectional view showing a conventional power bipolar transistor, in which reference numeral 2 denotes a collector region, 4 denotes a base region, 6 denotes an emitter region, 8 denotes an insulating film, 10 denotes a base electrode, And a collector electrode 14, respectively.
도시된 바와 같이, 종래의 바이폴라 트랜지스터는 에미터영역(6)에서 콜렉터 영역(2) 사이에 있는 베이스영역(4)이 넓기 때문에, 소자의 턴-온(turn-on) 동작시 베이스영역(4)에서 캐리어(carrier)들의 재결합 확률이 높아 에미터로의 캐리어의 주입효율이 작다. 이로 인해 전류 증폭률(hFE)이 낮고 콜렉터 최대전류능력(ICmax)이 떨어지며, 소자의 턴-오프(turn-off)시 콜렉터-에미터 포화전압(Vce(sat))이 높은 문제점이 있다.As shown, the conventional bipolar transistor has a base region 4 between the emitter region 6 and the collector region 2, so that the base region 4 in the turn-on operation of the device The carrier recombination probability is high and the carrier injection efficiency into the emitter is low. This causes a problem in that the current gain (h FE ) is low, the collector maximum current capability (I Cmax ) is low and the collector-emitter saturation voltage (V ce (sat) ) is high at the turn-off of the device .
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 베이스-콜렉터 내압은 감소시키지 않으면서 콜렉터 최대전류와 콜렉터-에미터 포화전압을 향상시킬 수 있는 구조의 바이폴라 트랜지스터를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a bipolar transistor having a structure capable of improving a collector maximum current and a collector-emitter saturation voltage without reducing the base-collector breakdown voltage.
도 1은 종래의 전력 바이폴라 트랜지스터를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional power bipolar transistor.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 요철 구조를 갖는 바이폴라 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a bipolar transistor having a concavo-convex structure according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
2, 22.....콜렉터영역 4, 26.....베이스영역2, 22 ..... Collector area 4, 26 ..... Base area
6, 28.....에미터영역 8, 30.....절연막6, 28 ..... Emitter regions 8, 30 ..... Insulating film
10, 32....베이스전극 12, 34....에미터전극10, 32 .... base electrode 12, 34 .... emitter electrode
14, 36....콜렉터전극14, 36 .... Collector electrodes
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 바이폴라 트랜지스터는, 반도체기판에 형성된 제1 도전형의 콜렉터영역과, 상기 콜렉터영역 내에 형성된 제2 도전형의 베이스영역과, 상기 베이스영역 내에 형성된 제1 도전형의 에미터영역을 구비하는 전력 반도체장치에 있어서,According to an aspect of the present invention, there is provided a bipolar transistor comprising: a collector region of a first conductivity type formed in a semiconductor substrate; a base region of a second conductivity type formed in the collector region; 1. A power semiconductor device having an emitter region,
상기 에미터영역의 표면이 베이스영역의 표면보다 아래쪽에 존재하는 것을 특징으로 한다.And the surface of the emitter region exists below the surface of the base region.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 의한 요철 구조를 갖는 바이폴라 트랜지스터를 도시한 단면도로서, 도면 참조번호 22는 콜렉터영역을, 26은 베이스영역을, 28은 에미터영역을, 30은 절연막을, 32는 베이스전극을, 34는 에미터전극을, 그리고 36은 콜렉터전극을 각각 나타낸다.FIG. 4 is a cross-sectional view of a bipolar transistor having a concave-convex structure according to the present invention. In FIG. 4, reference numeral 22 denotes a collector region, reference numeral 26 denotes a base region, reference numeral 28 denotes an emitter region, reference numeral 30 denotes an insulating film, 34 denotes an emitter electrode, and 36 denotes a collector electrode.
도 4를 참조하면, 베이스영역(26)에 형성된 홈의 저부에 에미터영역(28)이 형성되어 있기 때문에, 도 1에 도시된 종래의 바이폴라 트랜지스터에 비해 에미터영역(28)과 콜렉터영역(22) 사이의 거리가 매우 짧다. 따라서, 전류 증폭률이 높고 콜렉터 최대전류능력이 커지며 콜렉터-에미터 포화전압이 낮아진다. 따라서, 어떤 장치에서 동작할 때 전력의 손실이 낮아지고, 이로인해 그 시스템 장치의 퍼포먼스를 향상시킬 수 있다.4, since the emitter region 28 is formed at the bottom of the groove formed in the base region 26, the emitter region 28 and the collector region 28 22 are very short. Therefore, the current gain is high, the collector maximum current capability becomes large, and the collector-emitter saturation voltage becomes low. Therefore, the power loss when operating in a certain device is lowered, thereby improving the performance of the system device.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 요철 구조를 갖는 바이폴라 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a bipolar transistor having a concavo-convex structure according to the present invention.
도 2를 참조하면, 제1 도전형, 예컨대 n형의 불순물이 저농도로 도우프된 콜렉터영역(22)이 형성된 반도체 기판상에, 예컨대 산화막을 형성한 후 통상의 사진식각 공정을 적용하여 상기 산화막을 패터닝함으로써, 베이스영역을 형성하기 위한 마스크층(24)을 형성한다. 상기 저농도의 콜렉터영역(22)은 잘 알려진 바와 같이, 확산 또는 에피택셜(epitaxial) 방법을 사용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2, an oxide film is formed on a semiconductor substrate having a collector region 22 doped with a first conductivity type, for example, an n-type impurity at a low concentration, The mask layer 24 for forming the base region is formed. The low concentration collector region 22 can be formed using diffusion or epitaxial methods, as is well known.
다음에, 상기 베이스용 마스크층(24)을 사용하여 상기 저농도(n_) 콜렉터영역(22) 내에 제2 도전형, 예컨대 보론(B; Boron)과 같은 p형의 불순물을 고농도로 이온 주입한 후 열처리함으로써 베이스영역(26)을 형성한다. 상기 열처리 공정에 의해 반도체 기판 상에는 산화막이 성장되어 필드영역과 액티브영역에서의 산화막의 두께가 다르게 된다.Next, a p-type impurity such as boron (B) of a second conductivity type is implanted into the low concentration ( n_ ) collector region 22 at a high concentration by using the base mask layer 24 Followed by post-heat treatment to form the base region 26. The oxide film is grown on the semiconductor substrate by the heat treatment process so that the thickness of the oxide film in the field region and the oxide film in the active region becomes different.
도 3을 참조하면, 사진식각 공정을 적용하여 상기 산화막을 패터닝하여 에미터영역이 형성될 영역의 반도체 기판을 노출시키는 에미터용 마스크층을 형성한다. 다음에, 상기 에미터용 마스크층을 식각 마스크로 사용하여 노출된 반도체기판, 즉 베이스영역의 일부를 실리콘 식각액을 사용하여 식각함으로써 상기 베이스영역(26)에 홈을 형성한다. 다음에, 상기 에미터용 마스크를 이용하여 인(P)과 같은 n형의 불순물을 고농도로 이온 주입한 후 열처리함으로써, 상기 베이스영역(26) 내에 에미터영역(28)을 형성한 다음, 상기 에미터용 마스크를 제거하고 결과물의 전면에 절연막(30)을 형성한다.Referring to FIG. 3, a photolithography process is applied to pattern the oxide film to form an emitter mask layer exposing the semiconductor substrate in the region where the emitter region is to be formed. Next, a groove is formed in the base region 26 by etching the exposed semiconductor substrate, that is, a part of the base region using a silicon etchant by using the emitter mask layer as an etching mask. Next, an emitter region 28 is formed in the base region 26 by ion-implanting an n-type impurity such as phosphorus (P) at a high concentration using the above-described emitter mask and then performing heat treatment, And the insulating film 30 is formed on the entire surface of the resultant product.
도 4를 참조하면, 상기 절연막(30)을 부분적으로 식각하여 베이스영역(26) 및 에미터영역(28)의 일부를 노출시킨다. 다음, 결과물의 전면에 금속막을 증착한 후 이를 패터닝함으로써 베이스전극(32) 및 에미터전극(34)을 형성한 다음, 콜렉터영역(22)의 후면에 금속막을 형성하여 콜렉터전극(36)을 형성한다.Referring to FIG. 4, the insulating layer 30 is partially etched to expose a portion of the base region 26 and the emitter region 28. Next, a metal film is deposited on the entire surface of the resultant and then patterned to form a base electrode 32 and an emitter electrode 34. Then, a metal film is formed on the rear surface of the collector region 22 to form a collector electrode 36 do.
상술한 본 발명에 의한 요철형 구조를 갖는 바이폴라 트랜지스터에 따르면, 에미터영역(28)의 표면이 베이스영역(26)의 표면보다 아래쪽에 존재하기 때문에, 에미터영역(28)과 콜렉터영역(22) 사이의 거리가 매우 짧다. 따라서, 전류 증폭률이 높고 콜렉터 최대전류능력이 커지며 콜렉터-에미터 포화전압이 낮아진다. 따라서, 어떤 장치에서 동작할 때 전력의 손실이 낮아지고, 이로인해 장치의 퍼포먼스(performance)를 향상시킬 수 있다.According to the bipolar transistor having the uneven structure according to the present invention described above, since the surface of the emitter region 28 exists below the surface of the base region 26, the emitter region 28 and the collector region 22 ) Is very short. Therefore, the current gain is high, the collector maximum current capability becomes large, and the collector-emitter saturation voltage becomes low. Therefore, the power loss when operating in a certain device can be lowered, thereby improving the performance of the device.
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