JP2006237155A - バイポーラトランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】引き出し電極が多結晶膜で形成されているバイポーラトランジスタについて、高周波特性（ｆ_T ，ｆ_max ）、電流増幅率ｈ_FEやコレクタ−エミッタ間耐圧等のトランジスタの性能低下やバラツキを増加させることなく、寄生抵抗を効果的に低減する。
【解決手段】引き出し電極が多結晶膜で形成されているバイポーラトランジスタであって、多結晶膜がＳｉ_(1-y)Ｃ_y（０＜y＜１）の組成を有している。あるいは、多結晶膜がＳｉ_(1-x-y)Ｇｅ_xＣ_y（０＜ｘ＜１、０＜y＜１）の組成を有している。ポリシリコン／シリコン界面の界面酸化膜の破壊が促進され、エミッタ寄生抵抗が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的なポリシリコンを引き出し電極として用いるバイポーラトランジスタに関する。

近年、バイポーラトランジスタの高周波化・低消費電力化の要請が高まっている。ポリシリコンを引き出し電極として用いたバイポーラトランジスタは、微細化による寄生容量の低減が容易なため、高速化に適したトランジスタ構造として高周波分野で盛んに採用されている。

以下、一例としてポリシリコンを引き出し電極として用いた一般的なバイポーラトランジスタの構造について説明する（例えば、特許文献１参照）。

図４は、一般的なポリシリコンを引き出し電極として用いた、エピタキシャル成長による真性ベース層を有するバイポーラトランジスタのエミッタ部およびベース部の断面構造図である。

Ｓｉ基板中にコレクタ層１１が形成され、コレクタ層１１の周辺にはシャロートレンチなどの素子分離領域１２が形成されている。さらにコレクタ層１１上に、選択Ｓｉエピタキシャル成長法によりＢ（ボロン）などのＰ型不純物がドーピングされた真性ベース層１３と、真性ベース層１３と金属電極２０とを接続するためのＢ原子などのＰ型不純物がドーピングされたベースポリシリコン電極（引き出し電極）１４が形成されている。

さらに、真性ベース層１３中にエミッタ層１５が形成され、さらに、エミッタ層１５を金属電極２０と接続するためにＰ（リン）原子などのＮ型不純物がドーピングされたエミッタポリシリコン電極（引き出し電極）１７が形成されている。ここで、エミッタ層１５は、エミッタポリシリコン電極１７を形成した後、熱処理を行うことによりエミッタポリシリコン電極１７から真性ベース層１３へ不純物を拡散させることにより形成される。

さらに、エミッタポリシリコン電極１７とベースポリシリコン電極１４間を電気的に絶縁するために、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜１６がエミッタポリシリコン電極１７とベースポリシリコン電極１４の間に形成されている。さらに、エミッタポリシリコン電極１７およびベースポリシリコン電極１４の上部には金属電極２０とのコンタクト抵抗を低減するためにＣｏ（コバルト）シリサイドなどのシリサイド層１８が形成されており、Ｗ（タングステン）等で埋め込まれたコンタクトホール１９を通じて金属電極２０と接続されている。

上記のポリシリコンを引き出し電極として用いたバイポーラトランジスタは、微細化による寄生容量の低減が容易であり、電気特性向上の観点から有望な技術である。しかし、一方で以下のように寄生抵抗が大きくなりやすいという課題も有している。以下、本課題について説明する前に、まず図４を用いて、ポリシリコンを引き出し電極として用いるバイポーラトランジスタにおけるエミッタ寄生抵抗Ｒeの構成成分について説明する。

Ｒe₁ は金属電極２０との接続のために形成されたコンタクトホール１９とエミッタポリシリコン電極１７とのコンタクト抵抗、Ｒe₂はエミッタポリシリコン電極１７の抵抗、Ｒe₃ はエミッタポリシリコン電極１７とエミッタ層１５とのコンタクト抵抗、Ｒe₄はエミッタ層１５の抵抗である。エミッタ寄生抵抗Ｒe は、一般にこれらの抵抗の和として、次式のように表される。

Ｒe ＝Ｒe₁ ＋Ｒe₂ ＋Ｒe₃ ＋Ｒe₄
エミッタポリシリコン電極１７は、減圧の化学気相成長法であるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて形成される。ＬＰ−ＣＶＤ法は５００℃〜７００℃程度の熱処理を伴うため、図５に示すように、ポリシリコンと下地のシリコン層との界面に、数ｎｍ程度の酸化膜（界面酸化膜）２１が形成されてしまう。この界面酸化膜２１はポリシリコン成長前の温度安定時にロードロック室および反応炉内の残留酸素との化学反応により形成されるため、取り除くことは技術的に困難である。

界面酸化膜２１は電子あるいはホール伝導のバリアとして作用するため、界面酸化膜２１が存在する分だけエミッタコンタクト抵抗Ｒe₃ が上昇してしまう。エミッタコンタクト抵抗Ｒe₃ 以外の各成分は、不純物濃度を十分高める等の手法により十分に低減することができる。このため、エミッタ寄生抵抗Ｒeの構成成分のうち、エミッタコンタクト抵抗Ｒe₃ の占める割合が特に大きい。したがって、エミッタコンタクト抵抗Ｒe₃ を低減すること、つまり界面酸化膜２１による抵抗上昇を抑制することがエミッタ寄生抵抗Ｒeを低減するためには効果的である。

ポリシリコン電極を有するバイポーラトランジスタでは、界面酸化膜によるコンタクト抵抗上昇を抑制する手法として、例えば以下のような手法が用いられている。

［手法１］不純物拡散時のアニール処理の高温度化
［手法２］ポリシリコン電極の不純物濃度の高濃度化
一般的に、ポリシリコン電極を有するバイポーラトランジスタでは、エミッタポリシリコン電極１７の形成後に８００℃以上のアニール処理（活性化アニール）を行うことにより、エミッタポリシリコン電極１７中の不純物を活性化させると同時にエミッタポリシリコン電極１７からベース層１３側へ不純物を拡散させ（固相拡散）、エミッタ層１５を形成する。

図５に示すように、活性化アニール処理時にポリシリコン／シリコン界面の界面酸化膜２１が破壊され、ボールアップによりシリコン酸化物２２が形成される。そして、ポリシリコン／シリコン界面においてシリコン側からポリシリコン側に数ｎｍ程度の薄いエピタキシャル層２３が部分的に形成される（ボールアップ現象）。

このボールアップ現象が生じると、ポリシリコンとシリコンとのコンタクト性が改善されるため、コンタクト抵抗を下げることができる。ボールアップ現象による界面酸化膜の破壊を促進させるほど、コンタクト抵抗低減の効果は大きくなる。上記の［手法１］や［手法２］はこのボールアップ現象の促進するものである。
特開平６−６９２２５号公報（第６頁、第１図） 特開２００４−２２１１９５号公報（第５−７頁、第２−５図）

しかしながら、上記の［手法１］あるいは［手法２］はエミッタコンタクト抵抗Ｒe₃ を低減するためには有望な手法であるものの、一方で、以下のような課題も有している。

上記の［手法１］や[手法２]では、コンタクト抵抗低減のために、活性化アニール温度を上げるか、あるいはポリシリコン電極１７中の不純物濃度を高めるが、これらに従って、図６に示すように、下地となるベース層１３側への不純物拡散が促進される。その結果、エミッタ拡散深さは増加し、またバラツキも増加してしまう。

このように［手法１］や［手法２］のような従来技術では、高周波特性の低下や電流増幅率ｈ_FEのバラツキの増加、コレクタ−エミッタ間の耐圧低下等のバイポーラトランジスタの電気特性の低下を招いてしまう。従来の技術では、トランジスタの性能を犠牲にすることなく、コンタクト抵抗を十分に低減することは不可能である。

さらに、エミッタ不純物としてＰ（リン）原子が一般的に用いられることが多い。特にＰ原子は、活性化アニール時にポリシリコン／シリコン基板界面付近やポリシリコン膜中で発生する格子間Ｓｉとペア（格子間Ｓｉ−Ｐペア）を形成しやすい。このペアが形成されるとＰ原子の拡散が促進され（異常拡散）、エミッタ拡散増加およびバラツキ増加によるトランジスタの性能低下が顕著となる。

本発明は、引き出し電極が多結晶膜で形成されているバイポーラトランジスタについて、高周波特性（ｆ_T ，ｆ_max ）、電流増幅率ｈ_FEやコレクタ−エミッタ間耐圧等のトランジスタの性能低下やバラツキを増加させることなく、寄生抵抗を効果的に低減することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明によるバイポーラトランジスタは、引き出し電極が多結晶膜で形成されており、前記多結晶膜がＳｉ_(1-y)Ｃ_y（０＜y＜１）の組成を有することを特徴とするものである。

多結晶膜電極中に導入されたＣ原子は、活性化アニール時に発生する格子間Ｓｉ原子の捕獲において、Ｐ（リン）原子よりも作用が大きい。Ｃ原子による格子間Ｓｉ原子の捕獲によって、Ｐ原子の異常拡散を抑制し、不純物の深さプロファイルを浅く、かつポリシリコン／シリコン界面に急峻にする。これにより、活性化アニールの高温化が可能となり、さらにＰ原子の偏析（平衡状態にある組成の異なる液相において、降温に伴って析出固化部分の組成が時間経過によって異なる現象）が増加するため、界面酸化膜の破壊（ボールアップ現象）を促進させ、エミッタコンタクト抵抗を低減できる。すなわち、トランジスタの特性低下やバラツキ増加を招くことなく、寄生抵抗を低減することができる。

また、本発明によるバイポーラトランジスタは、引き出し電極が多結晶膜で形成されており、前記多結晶膜がＳｉ_(1-x-y)Ｇｅ_xＣ_y（０＜ｘ＜１、０＜y＜１）の組成を有することを特徴とするものである。

Ｇｅ原子の混在により移動度が増加し、またＧｅ原子は格子間Ｓｉ原子やＰ原子と作用せずペアを作らないため、Ｃ原子とともにＧｅ原子を添加することにより、さらにエミッタ抵抗を低減できる。また、Ｇｅ原子とＣ原子はソースとなるガスが異なるため、添加量を独立に制御することが可能である。Ｓｉ表面に付着したＧｅ原子が反応サイトとなり膜の成長速度が上昇するので、Ｃ原子の取り込みが促進され、成膜プロセスの低温化も図れる。

上記の構成において、前記多結晶膜については、Ｃ原子濃度の異なる２層膜で形成され、下地となる半導体層と接触する領域でＣ原子濃度が高くされているという構成も好ましいものである。

Ｃ原子添加量が多くなるほど多結晶膜電極自身の抵抗が上昇する傾向があり、結果的にＣ原子添加による界面酸化膜の破壊（ボールアップ現象）を利用する抵抗低減効果を十分に得られない場合が生じる。また、コンタクトホールと多結晶膜電極とのコンタクト抵抗を低減するシリサイド膜の形成に対して、Ｃ原子添加はシリサイド化反応の阻害要因となり、シリサイド膜の薄膜化や膜質低下が生じるおそれもある。そこで、２層膜構造をとることにより、Ｃ原子添加量を必要最小限として抵抗低減効果を確保しながら、シリサイド化反応の性状も良好化することができる。

また、上記の構成において、前記多結晶膜については、Ｃ原子濃度が傾斜勾配を有し、下地となる半導体層との界面で最大であり、多結晶膜中で０となるという構成も好ましいものである。

多結晶膜とシリコンとの界面付近にＣ原子濃度のピークを持たせることにより、界面近傍で選択的にＰ−Ｓｉペアを乖離させ、界面近傍のＰ原子の偏析を増加させることで、ボールアップによる界面酸化膜破壊効果をさらに促進できる。

また、上記の構成において、前記多結晶膜の組成におけるＣ原子の組成割合ｙについては、０．００１≦ｙ≦０．０３とするのが好ましい。Ｃ原子の添加は、活性化アニール時に発生する格子間Ｓｉ原子を捕獲するためである。したがって、Ｃ原子の添加量は、０．１atom％以上であれば十分である。また、ポリシリコン膜質の低下や従来の成膜プロセスとの整合性の観点から、Ｃ原子添加量は３atom％以下であることが望ましい。

また、上記の構成において、前記多結晶膜の組成におけるＧｅ原子の組成割合ｘについては、０．０５≦ｘ≦０．３とするのが好ましい。Ｇｅ原子の添加は、多結晶膜電極の抵抗率を低減すること、およびＣ原子の導入を容易化するためである。したがって、Ｇｅ原子添加量は５atom％以上であることが望ましい。また、Ｇｅ原子添加量が増加するに従い、ポリシリコンの膜質低下、成長速度の低下等、成膜プロセスに対して困難が生じる。そこで、この不具合を避けつつ本発明の効果を得るために、Ｇｅ原子添加量は３０atom％以下であることが望ましい。

また、上記の構成において、前記多結晶膜中のＣ原子濃度が高い領域の膜厚を１０ｎｍ以上とすることが望ましい。Ｃ原子が添加されている多結晶膜電極の膜厚の下限は、格子間Ｓｉの捕獲による異常拡散抑制効果を得るために必要な厚みであり、１０ｎｍ以上であることが望ましい。

また、上記の構成において、前記多結晶膜中のＣ原子濃度が低い領域の膜厚を５０ｎｍ以上とすることが望ましい。Ｃ原子が添加されていない多結晶膜電極の膜厚は、Ｃ原子によるシリサイド化反応阻害を抑制するために必要な厚みであり、熱処理によるＣ原子の拡散やシリサイド化反応時の反応種の拡散を考慮し、５０ｎｍ以上であることが望ましい。

また、本発明によるバイポーラトランジスタは、引き出し電極が多結晶膜で形成されているバイポーラトランジスタであって、前記多結晶膜の主成分がＳｉ原子であり、前記多結晶膜中に一導電型の不純物原子とこの不純物原子よりもＳｉ原子に対して強い結合力を有する原子とを含んでいることを特徴とするものである。

上記の構成において、前記Ｓｉ原子に対して強い結合力を有する原子が酸素原子およびフッ素原子であることが好ましい。

Ｐ原子の拡散を抑制するための原子については、本発明の効果はＣ原子に限定されるものではない。格子間Ｓｉ−Ｐペアよりも格子間Ｓｉとの結合エネルギーが強い原子、例えば酸素原子やフッ素原子等であれば、同様の効果が得られる。

本発明によると、引き出し電極が多結晶膜で形成されているバイポーラトランジスタにおいて、トランジスタ特性（ｆ_T やｆ_max 、ｈ_FEなど）を低下させることなく、寄生抵抗低減を容易に実現できる。

以下、本発明にかかわるバイポーラトランジスタの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを基本に説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるバイポーラトランジスタのエミッタ部の断面構造図、図１（ｂ）は不純物濃度プロファイルを示す図である。図１において、１はＳｉ基板中に形成されたコレクタ層、２はコレクタ層１上でエピタキシャル成長法によりボロン（Ｂ）などのＰ型不純物がドーピングされた真性ベース層、３は真性ベース層２内に形成されたエミッタ層、４は絶縁膜、５はエミッタポリシリコン電極である。エミッタ層３は、エミッタポリシリコン電極５を形成した後、熱処理を行うことによりエミッタポリシリコン電極５から真性ベース層２へ不純物を拡散させることにより形成されたものである。その他の構成については、従来の技術の図４に示す構成が援用されるものとする。

本実施形態は、引き出し電極として用いるポリシリコン電極５中に微量のＣ（カーボン）原子が添加されていることを特徴とする。Ｃ原子の添加により、以下のような効果を得る。

ポリシリコン電極５中に導入されたＣ原子は、Ｐ（リン）原子よりも活性化アニール時にポリシリコン／シリコン界面付近やポリシリコン膜中で発生する格子間Ｓｉ原子とペア（Ｓｉ−Ｃペア）を形成しやすい（Ｃ原子による格子間Ｓｉの捕獲）。このため、ポリシリコン／シリコン界面での格子間Ｓｉ濃度を従来よりも低下させ、Ｐ原子の異常拡散を抑制することができる。図１（ｂ）に示すように、Ｃ原子添加により、従来よりも不純物の深さプロファイルを浅く、かつポリシリコン／シリコン界面に急峻にできる。

このＰ原子の異常拡散抑制効果により、エミッタ拡散長を従来レベルに維持したまま活性化アニールの高温化が可能となり、界面酸化膜の破壊（ボールアップ現象）を促進させ、エミッタコンタクト抵抗Ｒe₃ を低減することができる。

さらに、Ｐ原子の異常拡散抑制効果により、ポリシリコン／シリコン界面へのＰ原子の偏析が増加（界面でのＰ原子濃度が増加）するため、この効果によっても界面酸化膜の破壊は促進され、エミッタコンタクト抵抗Ｒe₃ をさらに低減することができる。

Ｃ原子の添加は、活性化アニール時に発生する格子間Ｓｉ原子を捕獲することが目的である。したがって、ヘテロエミッタ層として作用させるために用いられる化学量論比１：１のシリコンカーバイド膜（ＳｉＣ膜）の組成である必要はない。Ｃ原子の添加量は、０．１atom％以上であれば十分その効果が得られる。また、ポリシリコン膜質の低下や従来の成膜プロセスとの整合性の観点から、Ｃ原子添加量は３atom％以下であることが望ましい。

このように、本発明の効果を得るためのＣ原子添加量は微量で十分なため、ポリシリコン電極５中へのＣ原子の添加は、メチルシラン等のＣ原子を含むプロセスガスをポリシリコン電極５の形成時に同時に添加することにより、従来の成膜技術の範囲内で容易に実現することができる。また、成膜温度の上昇等の成膜プロセス変更も伴わないため、成膜プロセスが変わることによるトランジスタ特性低下の懸念もなく、一般的なシリコンＬＳＩプロセスへ容易に適用することが可能である。

なお、上記ではエミッタポリシリコン電極５についての説明であったが、ベースポリシリコン電極でも同様である。

以上の効果により、ポリシリコン電極中へ微量のＣ原子を添加することにより、トランジスタの特性低下やバラツキ増加を招くことなく、寄生抵抗のみを低減することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、引き出し電極となるポリシリコン電極５にＣ原子と同時にＧｅ（ゲルマニウム）原子を添加することを特徴とするものである。Ｃ原子と同時にＧｅ原子を添加することにより、さらにエミッタ抵抗Ｒe を低減することができる。さらに実施の形態１よりも、Ｃ原子の添加を容易な成膜プロセス条件で行うことが可能となる。

一般にＳｉ半導体よりもＧｅ半導体の方が移動度が大きい。ＳｉＧｅ混晶半導体においては、Ｇｅ組成が大きくなるに伴い移動度が大きくなることが知られている。多結晶膜においても、結晶粒内では同様の現象が生じる。不純物のドーピング量が同一であれば、通常のポリシリコン電極もゲルマニウムが添加されたポリシリコンゲルマニウム電極の方が膜の抵抗率は小さくなる。ポリシリコン電極５にＧｅ原子を添加してポリシリコンゲルマニウム電極４とすることで、エミッタ寄生抵抗の構成成分のうち、ポリシリコン電極抵抗Ｒe₂ を低減することができる。ポリシリコン電極５中にＧｅ原子を添加しても、Ｇｅ原子は格子間Ｓｉ原子やＰ原子等と作用せずペアを作らないため、実施の形態１における効果を維持しつつ、上記の効果が得られる。結果的に実施の形態１よりさらにエミッタ抵抗Ｒeを低減することが可能となる。

ポリシリコン電極５へのＧｅ原子の添加については、ゲルマン（Ｇｅ_nＨ_2n+2）等のＧｅ原子を含むプロセスガスをポリシリコン電極形成時に同時に添加することにより、従来の成膜技術を用いて低抵抗化を容易に実現することができる。また、Ｇｅ原子とＣ原子とはソースとなるガスが異なるため、添加量をほぼ独立に制御することが可能である。

さらに、ポリシリコン電極５の形成中のＣ原子の取り込み効率は低いため、Ｃ原子単独ではＣ原子添加の制御は困難である。しかし、Ｇｅ原子を同時に添加した場合、Ｓｉ表面に付着したＧｅ原子が反応サイトとして作用するため膜の成長速度が上昇する。その結果、Ｃ原子の取り込みが促進されるとともに、通常のポリシリコン成長よりも成膜プロセスを低温化できるという効果も得る。

Ｇｅ原子の添加は、ポリシリコン電極５の抵抗率を低減すること、およびＣ原子の導入を容易化することが目的である。したがって、Ｇｅ原子添加量は５atom％以上であることが望ましい。

また、Ｇｅ原子添加量が増加するに従い、ポリシリコンの膜質低下、成長速度の低下等、成膜プロセスに対して困難が生じてしまう。そこで、この不具合を避けつつ本発明の効果を得るために、Ｇｅ原子添加量は３０atom％以下であることが望ましい。

なお、上記ではエミッタポリシリコン電極についての説明であったが、ベースポリシリコン電極でも同様である。

以上のように実施の形態２によれば、Ｃ原子と同時にＧｅ原子をポリシリコン電極に添加することにより、Ｃ原子単独の場合よりもさらにバイポーラトランジスタの寄生抵抗を低減することが可能となる。

（実施の形態３）
一般に、ポリシリコンにＣ原子を添加するに従い、膜の抵抗率が上昇することが知られている。このため、Ｃ原子添加量が多くなるほどポリシリコン電極５の抵抗Ｒe₂ が上昇してしまい、結果的にＣ原子添加によるエミッタ抵抗低減効果を十分に得られない場合が生じる。

また、従来の技術の図４に示したようにコンタクトホール１９とエミッタポリシリコン電極１７とのコンタクト抵抗Ｒe₁ を低減するために、エミッタポリシリコン電極１７上にシリサイド膜１８を形成する。しかし、Ｃ原子添加によりシリサイド化反応が阻害され、シリサイド膜１８の薄膜化や膜質低下が生じてしまうという不具合が発生するおそれもある。

本発明の実施の形態３は、実施の形態１，２において生じる可能性のある上記のような不具合点を解消し、本発明の効果をさらに際立たせるためのものである。本実施の形態は、ポリシリコン電極がＣ原子およびＧｅ原子の濃度の異なる２層膜で形成されていることを特徴とするものである。

図２（ａ）は本発明の実施の形態３におけるバイポーラトランジスタのエミッタ部の断面構造図、図２（ｂ）は不純物濃度プロファイルを示す図である。図２において、実施の形態１の図１におけるのと同じ符号は同一構成要素を指しているので、詳しい説明は省略する。

実施の形態３では、引き出し電極としてＣ原子およびＧｅ原子が添加されたポリシリコン電極５ａ上に、Ｃ原子が添加されていないＧｅ原子のみが添加されたポリシリコン電極５ｂが形成されている。つまりポリシリコン電極中のＣ原子添加領域をポリシリコン／シリコン界面付近のみとする構造である。

図２の構造を用いることにより、ポリシリコン／シリコン界面付近で実施の形態１，２の効果によるコンタクト抵抗低減効果を維持しつつ、ポリシリコン膜表面のシリサイド化反応は従来のＣ原子を添加しない場合と同様に行えるため、コンタクトホールとエミッタポリシリコン電極とのコンタクト抵抗Ｒe₁ の上昇という不具合を発生させることはない。

また、Ｃ原子の添加領域をポリシリコン電極全体とするのではなく必要最小限に抑えることにより、ポリシリコン電極の抵抗率上昇を実用上問題ないレベルに抑制することができる。

以上のように図２の構造により、Ｃ原子添加によって不具合を生じさせることなく、Ｃ原子添加によるエミッタ抵抗低減効果が得られる。

なお、Ｃ原子が添加されているポリシリコン電極５ａの膜厚の下限は、格子間Ｓｉの捕獲による異常拡散抑制効果を得るために必要な厚みであり、１０ｎｍ以上であることが望ましい。一方、上記膜厚の上限は、エミッタコンタクト抵抗Ｒe₂ の増加を抑制するために１００ｎｍ以下にすることが望ましい。

また、Ｃ原子が添加されていないポリシリコン電極５ｂの膜厚は、Ｃ原子によるシリサイド化反応阻害を抑制するために必要な厚みであり、熱処理によるＣ原子の拡散やシリサイド化反応時の反応種の拡散を考慮し、５０ｎｍ以上であることが望ましい。一方、上記膜厚の上限は、エミッタ引き出し電極の加工上の制約から３００ｎｍ以下にすることが望ましい。

また、Ｃ原子の濃度の異なる領域は、成膜プロセス中にＣ原子のソースガスの流量を変更する等の手法を用いて容易に形成することが可能である。

また、Ｃ原子が添加されていないポリシリコン電極５ｂは、必ずしもＧｅ原子が添加されている必要はないが、実施の形態２における効果を得るためにもＧｅ原子は添加されている方が望ましい。

なお、上記ではエミッタポリシリコン電極についての説明であったが、ベースポリシリコン電極でも同様である。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、実施の形態３における効果をより効果的に得るためのものである。

図３（ａ）は本発明の実施の形態４におけるバイポーラトランジスタのエミッタ部の断面構造図、図３（ｂ）は不純物濃度プロファイルを示す図である。図３において、実施の形態１の図１におけるのと同じ符号は同一構成要素を指しているので、詳しい説明は省略する。

実施の形態４では、Ｃ原子が添加された領域におけるＣ原子濃度がポリシリコン界面で最大であり、界面からポリシリコン電極表面に向かうにつれ徐々にＣ原子濃度が低下する傾斜構造を有することを特徴とするものである。Ｃ原子濃度に傾斜を持たせることにより以下のような効果が得られる。

活性化アニール時にポリシリコン／シリコン界面付近やポリシリコン電極中で発生する格子間Ｓｉ原子は、ポリシリコン電極中のＰ原子などの不純物とペアを作り、下地のシリコン膜中へ拡散していく。本実施形態のようにポリシリコン／シリコン基板界面付近にＣ原子濃度のピークを持たせることにより、界面近傍で選択的にＰ−Ｓｉペアを乖離させることができる。このことにより、界面近傍のＰ原子の偏析を増加させ、ボールアップによる界面酸化膜破壊効果をさらに促進できる。

さらに、Ｃ原子添加によるポリシリコン電極の抵抗率上昇という不具合点も最小限に抑えることができ、実施の形態１〜３よりも効果的にエミッタ寄生抵抗Ｒeを低減する効果が得られる。

Ｃ原子の濃度傾斜は、図３のように必ずしも連続的に変化している必要はなく、濃度の異なる膜の積層構造でも同様の効果が得られる。

さらに、Ｃ原子の濃度傾斜は、成膜プロセス中に段階的にガス流量を変化させる等の手法で容易に実現可能である。また、Ｃ原子濃度に傾斜構造を持たせても、トランジスタ特性低下等の不具合を生じることはない。

なお、上記ではエミッタポリシリコン電極についての説明であったが、ベースポリシリコン電極でも同様である。

また、実施の形態１〜４では、ポリシリコン電極形成中にＣ原子およびＧｅ原子を添加する方法（in-Situ doping）で説明を行ったが、ポリシリコン膜形成後にイオン注入等を用いてＣ原子を導入しても同様の効果が得られる。

また、実施の形態１〜４では、ＮＰＮトランジスタを用いて説明を行ったが、Ｂ（ボロン）等のＰ型不純物においても同様の効果が得られる。そのため、Ｂ原子をドープしたポリシリコン膜をエミッタ引き出し電極として用いるＰＮＰトランジスタや、Ｂ原子をドープしたポリシリコン膜をベース引き出し電極に用いるＮＰＮトランジスタにおいても同様の効果が得られる。

さらに、実施の形態１〜４では、Ｐ原子あるいはＢ原子の拡散を抑制するための原子としてＣ原子を用いて説明を行ったが、本発明の効果はＣ原子に限定されるものではなく、格子間Ｓｉ−Ｐペアあるいは格子間Ｓｉ−Ｂペアよりも格子間Ｓｉとの結合エネルギーが強い原子、例えば酸素原子やフッ素原子等であれば、同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明は、ポリシリコン膜を引き出し電極として用いるバイポーラトランジスタ等に有用である。

本発明の実施の形態１，２におけるバイポーラトランジスタのエミッタ部（ベース部）の断面構造と不純物濃度プロファイルを示す図 本発明の実施の形態３におけるバイポーラトランジスタのエミッタ部（ベース部）の断面構造と不純物濃度プロファイルを示す図 本発明の実施の形態４におけるバイポーラトランジスタのエミッタ部（ベース部）の断面構造と不純物濃度プロファイルを示す図 従来のポリシリコンを引き出し電極として用いたバイポーラトランジスタのエミッタ部、ベース部の断面構造およびエミッタ寄生抵抗の構成成分を示す図 ポリシリコン／シリコン界面におけるボールアップ現象による界面酸化膜の破壊を示す図 従来のバイポーラトランジスタのエミッタ部、ベース部の断面構造と不純物濃度プロファイルを示す図

符号の説明

１ コレクタ層
２ 真性ベース層（エピタキシャル層）
３ エミッタ層
４ 絶縁膜
５，５ａ，５ｂ エミッタポリシリコン電極

Claims (10)

1. 引き出し電極が多結晶膜で形成されているバイポーラトランジスタであって、前記多結晶膜がＳｉ_(1-y)Ｃ_y（０＜y＜１）の組成を有することを特徴とするバイポーラトランジスタ。
2. 引き出し電極が多結晶膜で形成されているバイポーラトランジスタであって、前記多結晶膜がＳｉ_(1-x-y)Ｇｅ_xＣ_y（０＜ｘ＜１、０＜y＜１）の組成を有することを特徴とするバイポーラトランジスタ。
3. 前記多結晶膜は、Ｃ原子濃度の異なる２層膜で形成され、下地となる半導体層と接触する領域でＣ原子濃度が高くされている請求項１または請求項２に記載のバイポーラトランジスタ。
4. 前記多結晶膜は、Ｃ原子濃度が傾斜勾配を有し、下地となる半導体層との界面で最大であり、多結晶膜中で０となる請求項１または請求項２に記載のバイポーラトランジスタ。
5. 前記多結晶膜の組成におけるＣ原子の組成割合ｙが、０．００１≦ｙ≦０．０３である請求項１から請求項４までのいずれかに記載のバイポーラトランジスタ。
6. 前記多結晶膜の組成におけるＧｅ原子の組成割合ｘが、０．０５≦ｘ≦０．３である請求項１から請求項５までのいずれかに記載のバイポーラトランジスタ。
7. 前記多結晶膜中のＣ原子濃度が高い領域の膜厚が１０ｎｍ以上である請求項３に記載のバイポーラトランジスタ。
8. 前記多結晶膜中のＣ原子濃度が低い領域の膜厚が５０ｎｍ以上である請求項３に記載のバイポーラトランジスタ。
9. 引き出し電極が多結晶膜で形成されているバイポーラトランジスタであって、前記多結晶膜の主成分がＳｉ原子であり、前記多結晶膜中に一導電型の不純物原子とこの不純物原子よりもＳｉ原子に対して強い結合力を有する原子とを含んでいることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
10. 前記Ｓｉ原子に対して強い結合力を有する原子が酸素原子およびフッ素原子であることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
    

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