JPH022630A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH022630A
JPH022630A JP63149814A JP14981488A JPH022630A JP H022630 A JPH022630 A JP H022630A JP 63149814 A JP63149814 A JP 63149814A JP 14981488 A JP14981488 A JP 14981488A JP H022630 A JPH022630 A JP H022630A
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JP
Japan
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hetero
impurity concentration
layer
emitter
forming
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Pending
Application number
JP63149814A
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English (en)
Inventor
Yutaka Sakakibara
裕 榊原
Mitsutoshi Takahashi
光俊 高橋
Mineki Ichimori
峰樹 市森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン(以下Siと略す)より広いバンド
ギャップを持つワイドギャップ半導体とSi結晶とのヘ
テロ結合素子の半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、LSIのSiバイポーラトランジスタの高速性能
は著しく向上し、遮断周波数20〜25GHzに達する
ものが開発されている。しかし、さらに飛躍的に遮断周
波数を高めるには、エミッタ部にワイドギャップ材料を
用いたヘテロバイポーラトランジスタ(以下HBTと略
す。)の開発が必要となる。この際、ワイドギャップ材
料に課せられる主な条件は、Siよりも広いバンドギャ
ップを持つことのほか、ヘテロ界面における界面単位が
少ないこと、バルクトラップ準位が少ないこと、および
熱的に安定であることである。現在までに提案されてい
るSiヘテロエミッタ材料としては、非晶質および単結
晶5iCX、多晶質および単結晶5inX、単結晶5i
NX、水素化非晶質Si、単結晶GaPなどがあるが、
これらはいずれも研究段階にあり、まだ実用に供するに
は特性が十分でない。特に、低抵抗という点で有利な単
結晶SiCイ、SiOx、’SiNxでは、界面準位が
十分には少なくなく、またバルクトラップ準位が十分に
は少なくないという欠点を有している。
第2図は従来のヘテロ結合構造の不純物濃度分布図であ
る。図において1はSi系ヘテロ材料、2はSi、3は
薄いエミツタ層である。薄いエミツタ層3はSi系ヘテ
ロ材料1とSi2の接合面のSi中の層である。Si系
ヘテロ材料1中の不純物濃度に対しSi2中の不純物濃
度は高々同レベルで、通常はSi中の方がSi系ヘテロ
材料1中の不純物濃度より低くなる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のSi系ヘテロ材料ではGaAs系とは異なって、
ヘテロ界面における界面準位、バルクトラップ準位が少
ないこと等を満足する決定的なワイドギャップ材料がな
い。またヘテロ接合面のSi1中に導入する不純物はヘ
テロ材料中より供給するため、ヘテロ材料中より不純物
の多い薄いエミツタ層は形成出来なかった。このため、
空乏層がヘテロ界面、さらにはヘテロ材料1中に広がり
、各単位の影響を大きく受けていた。また、この欠点を
防ぎ、エミッタとしての不純物濃度を確保するため、ヘ
テロ材料中に高濃度の不純物を添加する必要があった。
このため、ヘテロ材料の結晶性はさらに悪化し、これが
また界面準位、バルク)   fM度よりも高濃度の不
純物を含むSi薄層を前記ラック準位を多くするという
結果になっていた。   ヘテロ接合面に形成する製造
方法を提案した。
〔課題を解決するための手段〕
単結晶のSiと、酸素、窒素、炭素のうち少なくとも1
つを含むS1系ヘテロ材料との接合をなすヘテロ接合面
において、前記ヘテロ接合面に接した前記Si中に、前
記Si系ヘテロ材料中の不純物濃度よりも高い不純物濃
度を持った薄層を設けて、半導体装置を提案した。
また、単結晶のSiのコレクタ、ベース層と、酸化膜と
で3層を形成し、該酸化膜にエミッタ用の窓を形成する
段階と前記酸化膜上に酸素、窒素、炭素のうち少なくと
も1つを含むSi系ヘテロ材料を堆積してベース層とS
i系ヘテロ材料とのヘテロ接合面を形成する段階と、前
記Si系ヘテロ材料にエミッタバタンを形成する段階と
、ベースコンタクト用窓あけを行う段階とを具備する半
導体素子の製造方法において、前記Si系ヘテロ材料を
堆積する段階の前に、ヘテロ材料中の不純物〔実施例〕 本発明はヘテロ接合面に接したSi中にヘテロ材料中の
不純物を含む薄いエミツタ層を介在させることにより、
界面準位の影響、バルクトラップの影響を構造的にほと
んど無視できるようにするものである。すなわち、ヘテ
ロ材料に要求される条件の内、ヘテロ界面における界面
準位が少ないこと、バルクトラップ準位が少ないことと
いう条件を実効上なくす構造を提供するものである。
第1図は本発明のヘテロ結合構造の不純物濃度分布図で
ある。図において、4はヘテロ材料l中の不純物濃度で
、他の記号は前出のものを使用する。ヘテロ材料1中の
不純物濃度に対し、Si2中の不純物濃度は高くなって
いる。この不純物濃度分布を得るための製造方法を以下
に示す。
実施例1 第3図は実施例1の製造過程図である。各過程の文の末
尾の(a)、(b)、・・・は第3図(a)、(b)・
・・に対応する。
(1)従来のプロセスによりコレクタ6、ベース層7を
形成し、酸化膜8にエミッタ用の窓1)を形成する。(
a) (21800〜900℃で、10nmwそれ以下の酸化
膜12を形成する。Tb) (3)不純物としてAsまたはPをイオン注入する。
注入エネルギーは、酸化膜12/基板Si界面付近に不
純物濃度のピークがくるように、10KeVかそれ以外
に設定する。(C) (41600〜800℃で活性化した後、薄い酸化膜を
除去する。この段階で、薄いエミツタ層3が形成される
。(dl (5)超高真空中での加熱処理により、エミッタ開口部
の自然酸化膜を除去する。
(6)  (51に引き続き、減圧下の酸素雰囲気中(
真空度が約10−’To r r) 、基板温度400
〜700℃でSiを分子線成長させ、Si系ヘテロ材料
1の単結晶5iC)+13を堆積する。この隙間時に、
分子線ドーピング、イオン化ドーピングにより、または
ガスソース法で、A S % P等の不純物を添加する
。不純物量は、ヘテロ材料の低抵抗化に着目して決定す
る。(e)(7)  リソグラフィ工程によりエミッタ
パタンを形成し、Si系ヘテロ材料13を加工する。(
f)(8)以下は従来プロセスにより、ベースコンタク
ト窓あけ等を行いバイポーラトランジスタを作成する。
(g) ベースコンタクト窓あけ後の本実施例の断面構造を第3
図に示す。第3図の様に描くと従来構造と変わらないが
、エミッタの不純物分布第1の様になっているのが従来
と大きく異なる。
本実施例においては薄い酸化膜を形成してからイオン注
入したが、酸化膜なしでイオン注入することも可能であ
る。この時は、当然、(2)と(4)の除去工程がなく
なる。
また、本実施例の(2)〜(4)のかわりに、ドープ酸
化膜からの拡散、プラズマドーピング等の方法により、
Si中の不純物層を形成してもよい。
また、本実施例の(5)では、自然酸化膜を除去するた
め超高真空加熱処理を用いたが、水素プラズマ処理等の
表面清浄化法を用いてもよい。
また、本実施例の(6)では、分子線成長により5iO
Xを形成したが、SiH4、Six H6,5iH2C
16等を用いた気相成長法で形成してもよい。また、S
iOxのかわりに、5iCx、5iNXを堆積してもよ
いことは言うまでもない。
実施例2 第5図、第6図は本発明の他の実施例である。
図において、14はMDB−3iで、他の記号は前出の
ものを使用する。
(1)  従来プロセスによりコレクタ6、ベース層7
を形成し、酸化膜8にエミッタ用の窓1)を形成する。
(al (2)超高真空中での加熱処理により、エミッタ開口部
の自然酸化膜を除去する。
+31  (2)に引き続き、高真空中でSiを分子線
成長させる。(MBD−3i層14)この際同時に、A
s、P等の不純物を添加する。堆積後、膜の結晶正改善
のため、高温で短時間アニールする。
この段階で、ベース層7上に薄いエミツタ層。
が形成される。(bl (41(31に引き続き、減圧下の酸素雰囲気中(真空
度が約10−’To r r) 、基板温度400〜7
00℃でSiを分子線成長させ、Si系ヘテロ材料の単
結晶5iOx13を堆積する。この際同時に、分子線ド
ーピング、イオン化ドーピングにより、またはガスソー
ス法で、A S % P等の不純物を添加する。不純物
量は、ヘテロ材料の低抵抗化に着目して決定するが、(
3)よりは低濃度とする。(C1 (5)  リソグラフィ工程によりエミッタバタンを形
成し、Si系ヘテロ材料とMBD−3i層を加工する。
Tdl (6)以下は従来プロセスにより、ベースコンタクト窓
あけ等を行いバイポーラトランジスタを作成する。(e
) ベースコンタクト窓あけ後の本実施例の断面構造を第4
図に示す。エミッタの不純物分布が第1図の様になって
いることは言うまでもない。
本実施例の(2)では、自然酸化膜を除去するため超高
真空加熱処理を用いたが、水素プラズマ処理等の表面清
浄化を用いてもよい。
また、本実施例の(31(41では、分子線成長により
SiおよびSiOxを形成したが、SiH4、S jz
 Hb% S iHg Cj!2等を用いた気相成長法
で形成してもよい。また、SiOイのかわりに、S’ 
CX % S I NXを堆積してもよいことはいうま
でもない。
実施例1、実施例2では、Si系ヘテロ材料を堆積した
が、Si系ヘテロ材料の上に多結晶Siを堆積したもの
でもよい。また、実施例1、実施例2では、プレーナ構
造の標準的なバイポーラトランジスタについて示したが
、5STSSICO3等のセルファライン技術を駆使し
たトランジスタ等にも適用できることは云うまでもない
。また、npnのトランジスタについてのみ示したが、
同様の手法はpnp)ランジスタにも適用可能である。
実施例1、実施例2では、Si系ヘテロ材料としては単
結晶を想定しており、また本発明の効果は単結晶の時に
最も顕著である。しかし、Si系ヘテロ材料が非晶質、
多結晶、あるいは微結晶であってもよい。また、Si系
ヘテロ材料が非晶質、多結晶、あるいは微結晶の場合は
、Si系ヘテロ材料と基板Siとの間に、1〜2nmの
酸化膜を有する構造でもよい。
(発明の効果〕 請求項(1)により、Siヘテロバイポーラトランジス
タのトランジスタ特性を向上させるための実用的な構造
の半導体装置を提供した。
請求項(2)により、その半導体装置の製造方法を示し
た。
本発明の半導体装置はヘテロ界面における界面準位、バ
ルクトラップの影響を構造的にほとんど無視できるよう
になり、ヘテロ材料に要求される条件は、ワイドギャッ
プであること、低抵抗であること、熱的に安定であるこ
とのみとなる。
またヘテロ接合面のSi中のエミツタ層に注入する不純
物は、ヘテロ材料とは独立にヘテロ材料外より供給を受
けるので、不純物濃度の高いエミツタ層がそれに適した
値に設定できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の不純物濃度分布図、第2図は従来の不
純物濃度分布図、第3図は実施例1の製造過程図、第4
図は実施例1のトランジス、り断面図、第5図は実施例
2の製造過程図、第6図は実施例2のトランジスタ断面
図である。 1はSi系ヘテロ材料、2はSi、3は薄いエミツタ層
、6はコレクタ層、7はベース層、8は酸化膜、1)は
窓、12は薄い酸化膜、13はSi系ヘテロ材料、14
はMBD−3i層。 深さ(任意目盛) 本発明のヘテロ棒金構造の不純物濃度分布7第  1)
1!ll 特許出願人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 玉 蟲 久五部 (外2名) 従来のヘテロ積台構造の不純物濃度分布図書 図 第 図 (d) (e) 実施flJ2の製造過程図 第 図 (b) (c) 実施例2の製造過程図 第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単結晶のSiと、酸素、窒素、炭素のうち少なく
    とも1つを含むSi系ヘテロ材料との接合をなすヘテロ
    接合面において、 前記ヘテロ接合面に接した前記Si中に、前記Si系ヘ
    テロ材料中の不純物濃度よりも高い不純物濃度を持つた
    薄層を設けたことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)単結晶のSiのコレクタ、ベース層と、酸化膜と
    で3層を形成し、該酸化膜にエミッタ用の窓を形成する
    段階と、 前記酸化膜上に酸素、窒素、炭素のうち少なくとも1つ
    を含むSi系ヘテロ材料を堆積してベース層とSi系ヘ
    テロ材料とのヘテロ接合面を形成する段階と、 前記Si系ヘテロ材料にエミッタパタンを形成する段階
    と、 ベースコンタクト用窓あけを行う段階とを具備する半導
    体素子の製造方法において、 前記Si系ヘテロ材料を堆積する段階の前に、ヘテロ材
    料中の不純物濃度よりも高濃度の不純物を含むSi薄層
    を前記ヘテロ接合面に形成することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
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