DE10203830A1

DE10203830A1 - Bipolarer Transistor und dessen Herstellungsverfahren

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Publication number: DE10203830A1
Application number: DE10203830A
Authority: DE
Inventors: Fumihiko Hirose
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-01-09
Also published as: US20030030126A1; JP2003007714A; TW526614B

Abstract

Ein bipolarer Transistor weist ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps, eine Kollektorschicht (2) eines ersten Leitungstyps und einer geringeren Störstellenkonzentration als die des Halbleitersubstrats (1), die auf dem Halbleitersubstrat (1) gebildet ist, eine Basisschicht (3) eines zweiten Leitungstyps, die auf der Kollektorschicht (2) gebildet ist, eine Emitterschicht (4) eines ersten Leitungstyps, die auf der Basisschicht (3) gebildet ist, und einen leitfähigen Film (8), der die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht (3) bedeckt, auf. Da der leitfähige Film (8), der die Seitenflächen der Kollektorschicht (2) und der Basisschicht (3) bedeckt, vorgesehen ist, ist die elektrische Feldkonzentration in der Nähe der Seitenflächen der Kollektorschicht (2) und der Basisschicht (3) relaxiert, so dass die Stehspannung des Transistors erhöht sein kann. Ebenso ist die Dicke der Kollektorschicht (2) verringert, so dass der Stromverstärkungsfaktor erhöht sein kann.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft einen bipolaren Transistor und dessen Herstellungsverfahren, und insbesondere einen für einen Hochleistungsschalter verwendeten bipolaren Transistor und ein Herstellungsverfahren desselben.

Bipolare Transistoren sind weitestgehend als elektronische Hochleistungsschalter verwendet worden. Bei einem bipolaren Transistor wird ein Halbleiter eines zweiten Leitungstyps (z. B. p-Typ) in Kontakt mit einem Halbleiter eines ersten Leitungstyps (z. B. n-Typ) gebracht, und ferner wird ein Halbleiter eines ersten Leitungstyps in Kontakt mit dem Halbleiter des zweiten Leitungstyps in Kontakt gebracht, wobei jeder dieser Halbleiter als Basis, Emitter und Kollektor verwendet wird.

Fig. 4 stellt ein Blockschaltbild dar, welches einen Schaltkreis zeigt, der einen bipolaren Transistor verwendet. In diesem Schaltkreis werden eine Last 31 und eine Spannungsquelle 32, die seriell miteinander verbunden sind, mit einem Kollektoranschluss 35 und einem Emitteranschluss 34 des bipolaren Transistors 30 verbunden. Ein Basisstrom (Ib) fließt von einem Basisanschluss 33 zu dem Emitteranschluss 34, und ein Kollektorstrom (Ic), der von dem Kollektoranschluss 35 zu dem Emitteranschluss 34 fließt, wird geändert.

In diesem Fall, wenn der Basisstrom Ib = 0, so ist der Kollektorstrom Ic = 0. Deshalb wird ein Zustand mit hoher Impedanz zwischen dem Kollektor und dem Emitter gebildet, und auf diese Weise gelangt der bipolare Transistor in einen Aus- Zustand. Andererseits, falls der Basisstrom Ib auf einen vorbestimmten Wert erhöht wird, wird ein Zustand niedriger Impedanz zwischen dem Kollektor und dem Emitter gebildet, und auf diese Weise gelangt der bipolare Transistor 30 in den Ein-Zustand.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines bipolaren Transistors vom Mesa-Typ, der als solcher als ein Hochleistungsschalter verwendet wird. Der Mesa-Typ-bipolare Transistor ist als ein npn^-n⁺-Typ-Transistor aufgebaut, indem aufeinanderfolgend eine n-Typ-(n^-)-Halbleiterschicht 2 mit geringer Störstellenkonzentration, eine p-Typ- Halbleiterschicht 3 und eine n-Typ-Halbleiterschicht 4 auf einem n-Typ-(n^-)-Halbleitersubstrat 1 mit einer hohen Störstellenkonzentration gestapelt wird. In diesem Fall dienen das n-Typ-Halbleitersubstrat 1 und die n-Typ- Halbleiterschicht 2 als Kollektor, die p-Typ- Halbleiterschicht 3 als Basis und die n-Typ-Halbleiterschicht 4 als Emitter.

Die n-Typ-Halbleiterschicht 4 (anschließend als Emitterschicht 4 bezeichnet) ist auf der p-Typ- Halbleiterschicht 3 (anschließend als Basisschicht 3 bezeichnet) in der Form der Zähne eines Kamms gebildet, und eine Emitterelektrode 5 und eine Basiselektrode 6 sind in einem Bereich gebildet, in dem die Emitterschicht 4 und die Basisschicht 3 nach außen hin freigelegt sind. Eine Kollektorelektrode 7 ist ebenfalls auf der Rückseite des n- Typ-Halbleitersubstrats 1 gebildet. In Fig. 5 ist die Seitenwand der n-Typ-Halbleiterschicht 2 (anschließend als Kollektorschicht 2 bezeichnet) unter einem Winkel θ mit dem n-Typ-Halbleitersubstrat 1 gebildet.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Störstellenkonzentrationsprofils des bipolaren Hochleistungstransistors, der in Fig. 5 gezeigt ist. Die Abszisse stellt eine Tiefe von der Grenzfläche zwischen der Emitterelektrode 5 und der Emitterschicht 4 und die Ordinate eine Störstellenkonzentration dar.

Gewöhnlich wird die Störstellenkonzentration der Emitterschicht 4 auf 10¹⁹/cm³ oder höher eingestellt, und die Störstellenkonzentration der Basisschicht 3 wird auf ungefähr 10¹⁷ bis 10¹⁸/cm³ eingestellt. Ebenfalls wird die Breite der Basisschicht 3 bei 1,0 µm oder weniger eingestellt, um eine Abnahme der Schaltgeschwindigkeit und des Stromverstärkungsfaktors zu vermeiden. Andererseits wird die Störstellenkonzentration der Kollektorschicht 2 auf 10¹⁵/cm³ oder weniger eingestellt, und die Breite derselben wird derart eingestellt, dass sie mit Zunahme der erforderlichen Stehspannung zunimmt.

Andererseits konzentriert sich bei einem solchen bipolaren Hochleistungstransistor vom Mesa-Typ das elektrische Feld an der Seitenwand der Kollektorschicht 2, wie dies in "IEEE Transactions on Electron Devices, 1964, Vol. ED-11, p. 313" beschrieben ist. In diesem Fall hängt das Verhältnis der elektrischen Feldstärke Ee an der Seitenwand der Kollektorschicht 2 zur elektrischen Feldstärke Ec innerhalb der Kollektorschicht 2 (Ee/Ec) von dem Winkel θ zwischen der Seitenwand der Kollektorschicht 2 und dem Halbleitersubstrat 1 ab, und wenn der Winkel θ nahezu 90° beträgt, so ist Ee/Ec ungefähr gleich 2.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die die Potentialverteilung eines bipolaren Hochleistungstransistors vom Mesa-Typ zeigt. In Fig. 7 wird ein Verarmungsschichtbereich 11 in der Kollektorschicht 2 und der Basisschicht 2 durch Schraffur angedeutet, und eine äquipotentiale Verteilungskurve 41 ist durch die gepunktete Linie angedeutet.

Wie oben beschrieben, ist bei dem bipolaren Hochleistungstransistor vom Mesa-Typ die Dicke und der Widerstandswert der Kollektorschicht 2 derart eingestellt, dass der dielektrische Durchbruch (Lawinendurchbruch) nicht in dem Seitenwandbereich der Kollektorschicht 2 auftritt, da die elektrische Feldstärke Ee in einem elektrischen Feldkonzentrationsbereich an der Seitenwand der Kollektorschicht 2 ungefähr das Zweifache der elektrischen Feldstärke Ee innerhalb der Kollektorschicht 2 beträgt. Falls zum Beispiel eine Emitter-Kollektorstehspannung von 500 V erforderlich ist, so ist die Dicke und der Widerstandswert des Kollektors 2 auf einem Wert eingestellt, dass der Lawinendurchbruch selbst bei 1000 V nicht auftritt, was dem Zweifachen von 500 V entspricht.

Im Allgemeinen bezeichnet man eine Spannung, bei der der Lawinendurchbruch in dem Verarmungsschichtbereich 11 auftritt, eine theoretische Stehspannung. Die Spannung, die auf einen Transistor angewendet werden kann, ist geringer als die theoretische Stehspannung, da eine elektrische Feldkonzentration an der Oberfläche der Seitenwand des Transistors auftritt, was zu einem Stehspannungsdurchbruch führt. Da bei dem bipolaren Transistor vom Mesa-Typ ein elektrisches Feld, dessen Stärke das Zweifache dessen in der Kollektorschicht beträgt, an die Seitenwand der Kollektorschicht, wie oben beschrieben, angelegt wird, so ist die eigentliche Stehspannung ungefähr die Hälfte der theoretischen Stehspannung.

Die Dicke der Kollektorschicht 2 wird daher bei dem bipolaren Hochleistungstransistor vom Mesa-Typ hinsichtlich der Stehspannung eingestellt. Die Zunahme der Dicke der Kollektorschicht 2 verringert jedoch den Stromverstärkungsfaktor aufgrund des Kirk-Effekts. Insbesondere, falls der bipolare Transistor vom Mesa-Typ bei einer geringen Spannung mit hohem Strom betrieben wird, nimmt der Stromverstärkungsfaktor deutlich ab.

Der Kirk-Effekt, der ebenso auch als Basisverbreiterungseffekt bezeichnet wird, beruht auf einem Phänomen, bei dem das Verhältnis des Rekombinationsstroms zu dem Basisstrom zunimmt, und das Verhältnis des Basis-Emitter- Injektionsstroms, der zur Verstärkung beiträgt, nimmt ab, so dass der Stromverstärkungsfaktor ebenfalls abnimmt.

Fig. 8 zeigt die Ladungsträgerverteilung in einem Transistor zum Zeitpunkt des Auftretens des Kirk-Effekts. Wird der bipolare Transistor eingeschaltet, um einen Stromfluss von der Kollektorschicht 2 zur Emitterschicht 4 zu verursachen, fließen Elektronen in der Emitterschicht 4 durch die Basisschicht 3 in die n^--Kollektorschicht 2, und Löcher fließen von der Basisschicht 3 in die Kollektorschicht 2, so dass die elektrische Ladung in der Kollektorschicht 2 neutralisiert wird.

Zum Zeitpunkt des Auftretens des Kirk-Effekts nimmt das Verhältnis des Rekombinationsstroms des Basisstroms ab, und das Verhältnis des Basis-Emitterinjektionsstroms, der zur Verstärkung beiträgt, nimmt ab, so dass folglich der Stromverstärkungsfaktor ebenso abnimmt. In diesem Fall, falls die Dicke der Kollektorschicht 2 erhöht ist, ist der Rekombinationsbereich vergrößert und das Verhältnis des Rekombinationsstroms erhöht, so dass der Stromverstärkungsfaktor weiter abnimmt.

Bei einem herkömmlichen bipolaren Hochleistungstransistor ist es deshalb schwierig, sowohl die Stehspannung als auch den Stromverstärkungsfaktor gleichzeitig zu erhöhen. Insbesondere, falls die Dicke der Kollektorschicht 2 erhöht ist, um die Stehspannung zu verbessern, nimmt die Stromverstärkung aufgrund des Kirk-Effekts unerwünschterweise ab. Deshalb wurde herkömmlich eine Einrichtung bzw. ein Mechanismus eingesetzt, um die notwendige Stehspannung zu gewährleisten, während der Stromverstärkungsfaktor dadurch erhöht ist, indem die Dicke der Kollektorschicht 2 verringert ist.

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Transistors, in welchem ein elektrisches Feld um die Kollektorschicht 2 relaxiert ist, indem ein Führungsring verwendet wird, um die notwendige Stehspannung zu gewährleisten. In diesem Beispiel besitzt der Transistor keinen Mesa-Aufbau, d. h. die Kollektorschicht 2 erstreckt sich um den Transistor, und ein ringförmiger Führungsring 50, der z. B. aus einem p-Typ-Halbleiter gebildet ist, wird auf der Oberfläche der Kollektorschicht 2 angeordnet. Es ist berichtet worden, dass in diesem Fall die elektrische Feldkonzentration in diesem Bereich gehalten werden kann, indem der Führungsring 50 ein vorbestimmtes Potential besitzt, so dass die eigentliche Stehspannung ungefähr 80% der theoretischen Stehspannung beträgt.

Fig. 10 ist ebenfalls eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Transistors, in welchem ein Halb-Isolierfilm 51an dem Außenumfang des Transistors angeordnet ist, um die elektrische Feldkonzentration zu relaxieren. In diesem Beispiel ist die elektrische Feldkonzentration um den Transistor relaxiert, indem der Halb-Isolierfilm 51 an dem Außenumfang des Transistors angeordnet ist, und dadurch eine notwendige Stehspannung gewährleistet werden kann.

Bei dem in Fig. 9 oder 10 gezeigten herkömmlichen Transistor kann so eine Abnahme des Stromverstärkungsfaktors verhindert werden, indem die Dicke der Kollektorschicht 2 verringert ist, und eine notwendige Stehspannung wird durch das Relaxieren der elektrischen Feldkonzentration mittels des Führungsringes 50 oder des Halb-Isolierfilms 51 gewährleistet.

Der oben beschriebene Führungsring 50 oder der Halb- Isolierfilm 51 müssen jedoch in dem Außenumfangsbereich des Transistors gebildet sein, um so eine Breite von ungefähr 100 bis 1000 µm zu besitzen. Deshalb, wenn der Transistor aus einem Chip herausgeschnitten wird, nimmt der effektive Bereich, der als Transistor betrieben wird, ab, was einen Nachteil dahingehend darstellt, dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, abnimmt.

Andererseits nimmt bei dem Verfahren zur Herstellung des herkömmlichen Transistors der effektive Bereich, der als Transistor betrieben wird, ab, was dahingehend einen Nachteil darstellt, dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, abnimmt.

Fig. 11 ist eine Ansicht, die das herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines Transistors erklärt. In dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Transistors werden eine Mehrzahl von Transistorbereichen 21 zuerst in Feldform auf einem Wafer, wie in der Fig. 11(a) gezeigt, gebildet, und anschließend wird eine Mesa-Nut 60 um jeden dieser Transistorbereiche 21 durch chemisches Ätzen, wie in Fig. 11(b) gezeigt ist, gebildet.

Die Mesa-Nut 60 wird gebildet, um zu verhindern, dass der Einfluss einer Trennnut 61, die in dem nächsten Verfahren gebildet wird, auf den Transistorbereich 21 ausgeübt wird. Insbesondere, da die Oberfläche der Trennnut 61 durch Defekte und kristalline Metamorphismen metallisiert ist, sind die Basisschicht 3 und die Kollektorschicht 2 leitend miteinander verbunden, so dass ein Leckstrom in dem Aus-Zustand des Transistors ohne der Mesa-Nut 60 um den Transistorbereich 21 zunimmt.

Als nächstes wird eine Trennnut 61 an der Außenseite der Mesa-Nut 60 gebildet, indem ein Drehschleifgerät, wie in Fig. 11(c) gezeigt, verwendet wird, und der Transistorbereich 21 wird, wie in Fig. 11(d) gezeigt ist, herausgeschnitten. Die Mesa-Nut 60 und die Trennnut 61 sind ungefähr 100 µm voneinander beabstandet, um einen Buffer-Bereich vorzusehen. Dies wird ebenfalls deshalb getan, um zu verhindern, dass der Einfluss der Trennnut 61 auf den Transistorbereich 21 ausgeübt wird.

Deshalb muss bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Transistors die Mesa-Nut 60 um den Transistorbereich 21 gebildet sein, was die effektive Fläche des Transistorbereichs 21 verringert, und was zu einer Abnahme des Maximalstroms, der geschaltet werden kann, führt.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen bipolaren Hochleistungstransistor vorzusehen, der in der Lage ist, den Stromverstärkungsfaktor und die Stehspannung und den Maximalstrom, der geschaltet werden kann, zu erhöhen, und ein Herstellungsverfahren des bipolaren Transistors vorzusehen.

Um die obige Aufgabe zu lösen, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein leitfähiger Film, der die Seitenflächen einer Kollektorschicht und einer Basisschicht in dem bipolaren Transistor vom Mesa-Typ bedeckt, vorgesehen ist. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die elektrische Feldkonzentration durch den leitfähigen Film relaxiert sein, so dass die Stehspannung des Transistors erhöht sein kann. Da die Dicke der Kollektorschicht verringert sein kann, kann ebenso der Stromverstärkungsfaktor erhöht sein. Da der leitfähige Film an der Seitenfläche des Transistors gebildet ist, ist die effektive Fläche des Transistors ferner erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht sein kann.

Um die obige Aufgabe zu lösen, ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps, eine Kollektorschicht eines ersten Leitungstyps mit einer Störstellenkonzentration, die geringer ist als die des Halbleitersubstrats, und die auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist, eine Basisschicht eines zweiten Leitungstyps, die auf der Kollektorschicht gebildet ist, eine Emitterschicht eines ersten Leitungstyps, die auf der Basisschicht gebildet ist, und ein leitfähiger Film, der die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht bedeckt, vorgesehen ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung, da der leitfähige Film, der die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht bedeckt, vorgesehen ist, ist die elektrische Feldkonzentration in der Nähe der Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht relaxiert, so dass die Stehspannung des Transistors erhöht sein kann. Da die Dicke der Kollektorschicht verringert sein kann, kann ebenso der Stromverstärkungsfaktor erhöht sein.

Ebenso, als eine bevorzugte Ausführungsform der oben beschriebenen Erfindung, können die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht einen Winkel von ungefähr 90° zur Grenzfläche zwischen der Kollektorschicht und dem Halbleitersubstrat aufweisen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung, da die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht einen Winkel von ungefähr 90° zur Grenzfläche zwischen der Kollektorschicht und dem Halbleitersubstrat aufweisen können, ist der effektive Bereich des Transistors erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht sein kann.

Um ebenso die obige Aufgabe zu erzielen, ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch Bilden einer Kollektorschicht eines ersten Leitungstyps mit einer Störstellenkonzentration, die geringer ist als die des Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps, einer Basisschicht eines zweiten Leitungstyps, und einer Emitterschicht eines ersten Leitungstyps auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps; Bilden einer Mehrzahl von Gruppen aus einer Basiselektrode und einer Emitterelektrode in Abständen auf der Basisschicht und der Emitterschicht; Bilden von Trennnuten in dem Halbleitersubstrat zwischen benachbarten Gruppen aus Basiselektrode und Emitterelektrode auf der Rückseite des Halbleitersubstrats; und Trennen der Gruppen aus Basiselektrode und Emitterelektrode entlang der Trennnut.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Trennnuten innerhalb des Halbleitersubstrats von der Rückseite des Halbleitersubstrats gebildet sind, um eine Gruppe aus Basiselektrode und Emitterelektrode entlang der Trennnut zu trennen, so hat der Metamorphismus aufgrund der Trennnut, die durch ein Schleifgerät oder dergleichen gebildet ist, keine Wirkung auf die Kollektorschicht, die Basisschicht und die Emitterschicht. Deshalb besteht keine Notwendigkeit zur Bildung eines Bereichs zum Verhindern des Metamorphismus aufgrund der Trennnut an dem Außenumfang des Transistors. Folglich ist der effektive Bereich des Transistors erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines bipolaren Hochleistungstransistors entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen äquivalenten Widerstand eines Transistors zeigt;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Herstellung des bipolaren Hochleistungstransistors entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt;
Fig. 4 ist ein Blockschaltdiagramm, das einen Schaltkreis zeigt, der einen bipolaren Transistor verwendet;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen bipolaren Hochleistungstransistors;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das das Dotierkonzentrationsprofil eines herkömmlichen bipolaren Hochleistungstransistors zeigt;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Potentialverteilung eines herkömmlichen bipolaren Hochleistungstransistors zeigt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Ladungsträgerverteilung in einem Transistor zu dem Zeitpunkt zeigt, bei dem der Kirk-Effekt hervorgerufen wird;
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht eines Transistors, in welchem ein elektrisches Feld an dem Außenumfang des Transistors unter Verwendung eines Führungsringes relaxiert ist;
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht eines Transistors, in welchem die elektrische Feldkonzentration an dem Außenumfang des Transistors unter Verwendung eines Halb-Isolierfilms relaxiert ist; und
Fig. 11 ist eine Ansicht eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines bipolaren Hochleistungstransistors.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen, die unten beschrieben sind, beschränken jedoch nicht den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines bipolaren Hochleistungstransistors vom Mesa-Typ entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 werden die gleichen Bezugszeichen verwendet für diejenigen Elemente, die denen der Fig. 5 entsprechen. Der bipolare Hochleistungstransistors dieser Ausführungsform ist derart aufgebaut, indem eine Kollektorschicht 2 aus einem n-Typ- Halbleiter (n^-) mit einer geringen Störstellenkonzentration, eine Basisschicht 3 aus einem p-Typ-Halbleiter und eine Emitterschicht 4 aus einem n-Typ-Halbleiter auf einem n-Typ- Halbleitersubstrat 1 (n⁺) mit einer hohen Störstellenkonzentration gestapelt werden. Ebenso ist ein leitfähiger Film 8, der aus amorphem Silizium mit einem Leitungswiderstand von z. B. ungefähr einigen hundert Ohm.Zentimeter gebildet ist, in dem Seitenwandbereich des Transistors gebildet.
Die Emitterschicht 4 ist zu einer Form auf der Basisschicht 3 ausgebildet, die der eines Kamms ähnelt, und eine Emitterelektrode 5 und eine Basiselektrode 6 sind in einem Bereich gebildet, in dem die Emitterschicht 4 und die Basisschicht 3 zur Außenseite freigelegt sind. Ebenso ist eine Kollektorelektrode 7 auf der Rückseite des n-Typ- Halbleitersubstrats 1 gebildet.
Bei dem bipolaren Hochleistungstransistor dieser Ausführungsform ist die elektrische Feldkonzentration an der Seitenwand des Transistors durch den leitfähigen Film 8 relaxiert. Diese Tatsache wird in Bezug auf die Fig. 2 erklärt. Fig. 2(a) ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen bipolaren Transistors, und Fig. 2(b) ist eine Querschnittsansicht eines bipolaren Transistors dieser Ausführungsform.
Bei dem herkömmlichen bipolaren Transistor, der in Fig. 2(a) gezeigt ist, ist der Ersatzschaltkreis von der Basisschicht 3 zum Halbleitersubstrat 1 durch serielles Verbinden eines Verarmungsschichtwiderstands 12 (R_d) in der Nähe der Seitenwand eines Verarmungsschichtbereichs 11 zwischen der Basisschicht 3 und der Kollektorschicht 4 und durch einen Kollektorschichtwiderstand 13 (R_c) der Kollektorschicht 2 dargestellt. Wenn die Kollektor-Basisspannung als V_CB und der Leckstrom als I_C bezeichnet wird, so ist die folgende Gleichung erfüllt:

V_CB = I_C (R_d + R_c) (1)
Da der Verarmungsschichtwiderstand R_d in Gleichung (1) sehr viel höher ist als der Kollektorschichtwiderstand R_c (R_d >> R_c), so kann eine an den Verarmungsschichtbereich 11 in der Nähe der Seitenwand angelegte Spannung V_dep folgendermaßen ausgedrückt werden:

V_dep = I_C.R_d ≍ I_C (R_d + R_c) = V_CB (2)
Gleichung (2) zeigt, dass die an den Verarmungsschichtbereich 11 angelegte Spannung V_dep ungefähr gleich der Kollektor- Basisspannung V_CB ist.
Andererseits werden bei dem in Fig. 2(b) gezeigten bipolaren Transistor dieser Ausführungsform ein Kollektoroberflächenwiderstand 15 (R_CS), welcher gleich einem Widerstand aufgrund des leitfähigen Films 8 ist, und ein Basis-Kollektoroberflächenwiderstand 14 (R_CB) an der Basis- Kollektorgrenzfläche zu dem Kollektorschichtwiderstand 13 (R_c) und dem Verarmungsschichtwiderstand (R_d) in der Nähe der Seitenwand addiert. Deshalb kann die an den Verarmungsschichtbereich 11 angelegte Spannung V_dep folgendermaßen ausgedrückt werden:
Da ebenfalls R_d >> R_CB und R_c >> R_CS, kann Gleichung (3) folgendermaßen angenähert werden:

V_dep = V_CBR_CB/(R_CB + R_CS) (4)
In Gleichung (4) wird die an den Verarmungsschichtbereich 11 angelegte Spannung V_dep mit der Kollektor-Basisspannung V_CB verglichen. Da der Widerstand des leitfähigen Filmes 8 gleichmäßig ist, und die longitudinale Länge des Oberflächenbereichs der Kollektor-Basisgrenzfläche sehr viel größer als die longitudinale Länge des Oberflächenbereichs der Kollektorschicht 2 ist, ist folgende Gleichung erfüllt:

R_CB << R_CS (5)
Deshalb kann von Gleichung (4) abgeleitet werden:

V_dep << R_CB (6)
Gleichung (6) zeigt an, dass die Spannung V_dep, die auf den Verarmungsschichtbereich 11 angelegt wird, sehr viel kleiner ist als die Kollektor-Basisspannung V_CB, so dass das an den Verarmungsschichtbereich 11 angelegte elektrische Feld relaxiert ist.
Der vorher erwähnte Verarmungsschichtwiderstand R_d ist ein virtueller Widerstand erzeugt, der sich aus R_d = V/I durch einen Leckstrom I bestimmen lässt, wenn eine gewisse Spannung V zwischen der Basis und dem Kollektor angelegt ist.
Entsprechend dieser Ausführungsform kann so das elektrische Feld, das an den Verarmungsschichtbereich 11 in der Nähe der Seitenwand angelegt ist, relaxiert sein, indem der leitfähige Film 8 derart gebildet ist, dass er in Kontakt mit der Seitenwand des Transistors ist, so dass die Stehspannung des Transistors erhöht sein kann.
Ebenso kann die elektrische Feldkonzentration an der Seitenwand des Transistors durch den leitfähigen Film 8 relaxiert sein. Deshalb kann eine Abnahme des Stromverstärkungsfaktors aufgrund des Kirk-Effekts verhindert werden.
Da der leitfähige Film 8 an der Seitenwand des Transistors gebildet ist, besteht desweiteren keine Notwendigkeit zum Vorsehen eines Führungsringes etc., indem der äußere Umfangsbereich der Kollektorschicht 2 verlängert wird. Deshalb ist der effektive Bereich des Transistors erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht sein kann.
Im Folgenden wird eine Beschreibung eines Beispiels des bipolaren Hochleistungstransistors gegeben. In diesem Beispiel wurde der in Fig. 1 gezeigte bipolare Hochleistungstransistor zu einem Chip mit 4 mm × 4 mm gebildet, und die Bereiche der Emitterelektrode 5 und der Basiselektrode 6 betrugen 0,1 cm² bzw. 0,06 cm². Ebenso war die Kollektorelektrode 7 über die gesamte Rückseite des n- Typ-Halbleitersubstrats 1 gebildet. Die Art der Leitfähigkeit, die Dotierkonzentration und die Dicke einer jeden Schicht sind in Tabelle 1 gegeben. Tabelle 1 Charakteristische Tabelle für jede Schicht des Transistors dieses Beispiels
Ebenfalls schloss die Seitenfläche des bipolaren Hochleistungstransistors dieses Beispiels einen Winkel von 90 Grad mit dem n-Typ-Halbleitersubstrat 1 ein. Die Seitenfläche wurde um mehrere zehn Angström geätzt, und der leitfähige Film 8 aus amorphem Silizium wurde auf der Oberfläche derselben durch, z. B., das Plasma-CVD-Verfahren aufgebracht. Die Dicke des amorphen Silizium betrug 0,1 µm oder weniger. Dotiert wurde mit Störstellen, wie z. B. Phosphor (P), zu geringen Mengen von 10¹⁴/cm³ oder weniger, und der Widerstand betrug ungefähr 100 bis 1000 Ω.cm. Deshalb verursacht der leitfähige Film 8 keinen Kurzschluss zwischen der Basis und dem Kollektor, aber er ist ein Film mit hohem Widerstand, um so die elektrische Feldkonzentration zur Basis- Kollektorverarmungsschicht in der Nähe der Seitenwand zu relaxieren.
Um die Charakteristika des bipolaren Transistors dieses Beispiels, der mit dem leitfähigen Film 8 an der Seitenwand gebildet ist, mit denjenigen des herkömmlichen bipolaren Transistors ohne leitfähigen Film zu vergleichen, wurde im Anschluss eine Sperr-Vorspannung zwischen dem Kollektor und der Basis jeder dieser Transistoren angelegt, und eine Spannung, die einen Leckstrom von 1 mA erzeugt, wurde als Stehspannung ermittelt. Folglich wurde eine Stehspannung von ungefähr 350 V in diesem Beispiel erzielt, während der herkömmliche Transistor eine Stehspannung von ungefähr 280 V besaß.
Gemäß dem bipolaren Hochleistungstransistor dieses Beispiels kann so die elektrische Feldkonzentration an der Seitenwand des Transistors relaxiert sein, indem die Seitenwand des Transistors mit dem leitfähigen Film 8 bedeckt ist, so dass die Stehspannung erhöht sein kann.
Da die elektrische Feldkonzentration an der Seitenwand des Transistors durch den leitfähigen Film 8 relaxiert sein kann, ist ebenso die Dicke der Kollektorschicht 2 verringert, so dass eine Abnahme des Stromverstärkungsfaktors aufgrund des Kirk-Effekts verhindert werden kann.
Da die Seitenwand der Kollektorschicht 2 einen Winkel von ungefähr 90 Grad zum Halbleitersubstrat 1 aufweisen kann, besteht ferner keine Notwendigkeit zum Vorsehen eines Führungsringes etc., indem der äußere Umfangsbereich der Kollektorschicht 2 verlängert wird. Deshalb ist der effektive Bereich des Transistors erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht sein kann.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines bipolaren Hochleistungstransistors entsprechend einer Ausführungsform in Bezug auf die Fig. 3 beschrieben. Bei diesem Herstellungsverfahren entsprechend dieser Ausführungsform, wie in Fig. 3(a) gezeigt ist, werden eine Kollektorschicht 2 aus einem n^--Typ-Halbleiter, die Basisschicht 2 aus einem p-Typ-Halbleiter und die Emitterschicht 4 aus einem n-Typ-Halbleiter nacheinander auf dem Siliziumsubstrat 1 mit einem Durchmesser von 5 inch in der Orientierung der Ebene (100) gestapelt.
Zum Beispiel wird eine n^--Typ-Siliziumschicht mit 20 µm als Kollektorschicht 2 auf dem Siliziumsubstrat 1 mit einer Dicke von 550 µm gestapelt, eine p-Typ-Siliziumschicht mit 0,4 µm darauf als Basisschicht 3 gestapelt, und ferner eine n-Typ- Siliziumschicht mit 0,6 µm darauf als Emitterschicht 4 gestapelt.
Als nächstes wird diese Schichtung einer Bearbeitung, wie z. B. dem Ätzen und Bemustern, ausgesetzt, durch das die Emitterelektrode 5, die Basiselektrode 6 und die Kollektorelektrode 7, wie in Fig. 3(b) gezeigt ist, gebildet werden. In diesem Fall werden Transistorbereiche (21), von denen jeder aus einer Gruppe aus Emitterelektrode 5 und Basiselektrode 6 gebildet ist, zu einer Feldform mit Abständen von ungefähr 100 µm gebildet. Die Art der Leitung, die Dotierkonzentration und die Dicke einer jeden Schicht sind gleich den in Tabelle 1 gegebenen Werten.
Wie in Fig. 3(c) gezeigt, werden im Anschluss Schleifnuten 22 gebildet, indem ein Drehschleifer von der Rückseite des Siliziumsubstrats 1, d. h. von der Seite, an der die Kollektorelektrode 7 vorgesehen ist, verwendet wird. In diesem Fall ist die Tiefe der Schleifnut 22 derart eingestellt, so dass die Nut sich innerhalb des Siliziumsubstrats 1 befindet und nicht die Kollektorschicht 2 erreicht. Die Tiefe der Schleifnut 22 beträgt z. B. ungefähr 530 µm.
Entsprechend dem Herstellungsverfahren in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform wird so die Schleifnut 22 lediglich innerhalb des Siliziumsubstrats gebildet, und erreicht nicht die Kollektorschicht 2, die Basisschicht 3 und die Emitterschicht 4. Deshalb besitzt der Metamorphismus aufgrund der Schleifnut 22 keinen Einfluss auf die Charakteristika des Transistors.
Ungleich dem herkömmlichen Herstellungsverfahren besteht deshalb keine Notwendigkeit zum Bilden einer Mesa-Nut oder eines Buffer-Bereichs an dem Außenumfang des Transistorbereichs 21, um den Metamorphismus aufgrund der Schleifnut 22 zu verhindern. Deshalb ist der effektive Bereich des Transistors erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht sein kann.
Wie in Fig. 3(d) gezeigt, wird eine Trennung entlang der Schleifnut 22 vollzogen, um den Transistorbereich 21 herauszuschneiden. In diesem Fall, falls eine Schneidenut in Richtung parallel zur Orientierung der Ebene (111) (Richtung, entlang derer eine einfache Trennung möglich ist) gebildet ist, kann eine Trennung mittels der Schleifnut 22 vollzogen werden, so dass der gebrochene Bereich der Trennung keine Unregelmäßigkeiten aufweist, und auf diese Weise kann die Ausbeute erhöht sein. Alternativ kann man entlang der Schleifnut 22 ätzen, um die Transistorbereiche 21 voneinander zu trennen.
Gemäß dem Herstellungsverfahren in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform besteht beim Herausschneiden des Transistors keine Notwendigkeit zum Bilden eines Buffer-Bereichs, um den Metamorphismus aufgrund einer Mesa-Nut oder des Schleifens zu vermeiden. Deshalb ist der effektive Bereich des Transistors erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht sein kann.
Obwohl der bipolare Transistor vom npn^-n⁺-Typ in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann die vorliegende Erfindung auf bipolare Transistoren vom pnp^-p⁺-Typ mit umgekehrter Leitung angewendet werden.
Ebenfalls ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst die in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalente beschriebenen Erfindungen.
Da der leitfähige Film, der die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht bedeckt, vorgesehen ist, ist, wie oben beschrieben, entsprechend der vorliegenden Erfindung die elektrische Feldkonzentration in der Nähe der Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht relaxiert, so dass die Stehspannung des Transistors erhöht sein kann. Da die Dicke der Kollektorschicht verringert sein kann, kann ebenso der Stromverstärkungsfaktor erhöht sein.
Da die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht einen Winkel von ungefähr 90 Grad mit der Grenzfläche zwischen der Kollektorschicht und dem Halbleitersubstrat einschließen, ist ebenso der effektive Bereich des Transistors erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht sein kann.
Da die Trennnut innerhalb des Halbleitersubstrats von der Rückseite des Halbleitersubstrats gebildet ist, um eine Gruppe aus Basiselektrode und Emitterelektrode entlang der Trennnut zu trennen, hat ferner der Metamorphismus aufgrund der Trennnut, die durch ein Schleifgerät oder dergleichen gebildet wird, keinen Einfluss auf die Kollektorschicht, die Basisschicht und die Emitterschicht. Deshalb besteht keine Notwendigkeit zum Bilden eines Bereichs zum Verhindern des Metamorphismus aufgrund der Trennnut an dem Außenumfang des Transistors. Folglich ist der effektive Bereich des Transistors erhöht, so dass der Maximalstrom, der geschaltet werden kann, erhöht sein kann.

Claims

1. Ein bipolarer Transistor, umfassend:
ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps;
eine Kollektorschicht eines ersten Leitungstyps und einer geringeren Störstellenkonzentration als die des Halbleitersubstrats, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist;
eine Basisschicht eines zweiten Leitungstyps, die auf der Kollektorschicht gebildet ist;
eine Emitterschicht eines ersten Leitungstyps, die auf der Basisschicht gebildet ist; und
einen leitfähigen Film, der die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht bedeckt.

2. Der bipolare Transistor nach Anspruch 1, wobei die Seitenflächen der Kollektorschicht und der Basisschicht einen Winkel von ungefähr 90 Grad mit der Grenzfläche zwischen der Kollektorschicht und dem Halbleitersubstrat einschließen.

3. Der bipolare Transistor nach Anspruch 1, wobei der leitfähige Film aus amorphem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 100 bis 1000 Ωcm gebildet ist.

4. Der bipolare Transistor nach Anspruch 3, wobei der leitfähige Film eine Dicke von 0,1 µm oder weniger aufweist.

5. Ein Herstellungsverfahren für einen bipolaren Transistor, umfassend die Schritte:
Bilden einer Kollektorschicht eines ersten Leitungstyps und einer geringeren Störstellenkonzentration als die eines Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps, eine Basisschicht eines zweiten Leitungstyps, und einer Emitterschicht eines ersten Leitungstyps auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats des ersten Leitungstyps;
Bilden einer Mehrzahl von Gruppen aus einer Basiselektrode und einer Emitterelektrode in Abständen auf der Basisschicht und der Emitterschicht;
Bilden von Trennnuten in dem Halbleitersubstrat zwischen benachbarten Gruppen aus Basiselektrode und Emitterelektrode von der Rückseite des Halbleitersubstrats; und
Trennen der Gruppen aus Basiselektrode und Emitterelektrode voneinander entlang der Trennnut.

6. Das Herstellungsverfahren für einen bipolaren Transistor nach Anspruch 5, wobei die Gruppen aus Basiselektrode und Emitterelektrode einem Cleaven oder Ätzen entlang der Trennnut ausgesetzt werden.