JPH0590284A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

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JPH0590284A
JPH0590284A JP3251718A JP25171891A JPH0590284A JP H0590284 A JPH0590284 A JP H0590284A JP 3251718 A JP3251718 A JP 3251718A JP 25171891 A JP25171891 A JP 25171891A JP H0590284 A JPH0590284 A JP H0590284A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 高い直流電流増幅率と、高い高速動作特性が
得られる、横型バイポーラトランジスタ構造を提供す
る。 【構成】 高濃度のn型エミッタ層と高濃度のp型外部
ベース層を、絶縁膜等を介して分離した構造とし、エミ
ッタ、コレクタ接合の少なくとも一方をヘテロ接合とし
て、内部ベース層の中央部を外部ベース層に近い周辺部
に比べて、バンドギャップの小さい組成とした。 【効果】 エミッタ層の周辺部から高濃度ベース領域に
注入される電子数を低減し、ヘテロベース層中の電界に
よってコレクタ層へ到達する電子数を増加させる。ベー
ス層中央部でのバンドギャップが、真性ベース周辺より
も狭い構造とすることによって、ベース層中央部での不
純物濃度を高くし、ベース抵抗を低減できる同時に、高
コレクタ電流領域まで電流集中効果の発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、広範囲の電流領域での
動作の高速化、高性能化を図った、超小型の横型バイポ
ーラトランジスタおよびヘテロ接合バイポーラトランジ
スタからなる半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体技術の急速な発展にともな
って、半導体素子への高集積化、高速化の要求が高まっ
ている。このような高速化の要求に対しては、高集積化
への要求をも同時に実現しうることから、素子の微細化
による対応が主流となっている。
【0003】と同時に、MOSトランジスタにおいて
は、バルク型半導体素子の技術的な微細化限界ならびに
動作可能限界が、チャネル長で0.1μm近傍であると
考えられており、将来的には、液体窒素温度(77K)
動作といった、動作温度を低温化するか、あるいは、新
たな素子構造を適用していく必要に迫られている。
【0004】バルク型半導体素子が有する、この限界を
克服する一手法として、薄膜SOI(Silicon-On-Insul
ator)MOSトランジスタが注目されている。この構造
においては、高移動度、高ラッチアップ耐性、高ドレイ
ン耐圧といったメリットが存在し、常温動作において
も、チャネル長0.1μmレベルの素子が高性能動作可
能という実験結果が報告されている。このような背景か
ら、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタを混
載したBiCMOS素子においても、薄膜SOI基板に
素子を形成する手法が検討され始めている。薄膜SOI
基板にバイポーラトランジスタを形成した一例として、
図6に示すもの(1991 Symp.VLSI Tech.Digest of Tech
nical Papers, p.53, N.Higaki, et al.)がある。
【0005】しかしながら図6の素子では、図7に示し
た平面図からわかるように、エミッタ領域の高濃度n型
層と、外部ベース領域の高濃度p型層が接した構造とな
っている。このため、エミッタ領域から注入された電子
の多くが、高濃度p型領域から供給される正孔と再結合
してしまうために、図8に示したように、直流電流増幅
率が15程度という非常に小さな値となってしまう、大
きな問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
技術においては、横型バイポーラトランジスタの直流電
流増幅率に充分な値が得られないという重大な問題があ
った。
【0007】本発明は、この点を鑑みてなされたもので
あり、高い直流電流増幅率と、高い高速動作特性が得ら
れる、横型バイポーラトランジスタ構造を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、高濃度n型エ
ミッタ層と高濃度のp型外部ベース層を、絶縁膜等を介
して分離した構造とし、エミッタ、コレクタ接合の少な
くとも一方をヘテロ接合として、内部ベース層の中央部
を外部ベース層に近い周辺部に比べて、バンドギャップ
の小さい組成としたことを特徴とする。例えば、歪みエ
ピタキシャル層であるSiGe合金を用いてベース層を
構成するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
中央部でのバンドギャップが外周部でのそれより狭くな
るようにゲルマニウム濃度分布が設定された内部ベース
層を用いる。
【0009】
【作用】本発明によれば、エミッタ層の周辺部から高濃
度ベース領域に注入される電子数を低減し、かつ、Si
Ge合金中の電界によって、コレクタ層へ到達する電子
数を増加させることが可能となる。これによって、従来
よりも、著しく高い直流電流増幅率を得ることが可能と
なる。またベース層中での、Si中のGe含有量を制御
して、ベース層中央部でのバンドギャップが狭い構造と
することによって、ベース層中央部での不純物濃度を高
くすることが可能となり、ベース抵抗を低減できる同時
に、高コレクタ電流領域まで電流集中効果の発生を抑制
して、高速性能の向上を達成することが可能となる。
【0010】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳細
に説明する。
【0011】図1は、この発明の一実施例に係わるヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ構造を示す平面図(図1
(a))および平面図中のL−L′断面での断面図(図
1(b))である。
【0012】図1において、シリコン原子のイオン注入
とそれに続く熱酸化、もしくは、ウェファ張り付け技術
によって、n- 型シリコン層11中にシリコン酸化膜層
12が埋設され、その上に単結晶シリコン層が形成され
ている。さらに、素子分離のパターニングを行って素子
領域の周囲には、シリコン酸化膜が形成されている。次
に、リンのイオン注入によって低濃度n型層20が形成
されている。次いで、外部ベース層およびベース電極引
き出し部となる高濃度p型層がイオン注入によって形成
された後、パターニングしたCVDシリコン酸化膜と、
その側壁に残存させたシリコン窒化膜をマスクとしてゲ
ルマニウムのイオン注入が行われ、真性ベース領域とな
るSiGe合金層25が、真性ベース領域中央部から外
部ベース方向に向かって、SiGe中のGe濃度が低下
するように形成されている。さらに、レジストをマスク
として、ヒ素のイオン注入によって高濃度のn型エミッ
タ領域27とコレクタ領域28が同時に形成されてい
る。この際、高濃度n型エミッタ領域の真性ベース側金
属学的接合端は、SiGe合金層25に接しないように
形成されている。次いで、CVDシリコン酸化膜が堆積
された後、エミッタ、ベースおよびコレクタのコンタク
トが開口され、最後にAl等の金属からなるエミッタ電
極30、ベース電極31およびコレクタ電極32が形成
されている。
【0013】次に上記構造の一製造方法を、製造工程断
面図を参照して説明する。図2〜図4の(a)〜(g)
は、第1図の構造の具体的な製造工程を示す。まず、n
- 型シリコン基板11に対して、シリコンのイオン注入
後の酸化、もしくは、ウェファ張り付け技術を用いて、
シリコン基板11中にシリコン酸化膜12を埋設する。
ついで、1000A(Aはオングストローム、以下同
様)のシリコン熱酸化膜(図示せず)を形成、剥離した
後、500Aの熱酸化膜13を形成する。さらに100
0Aのポリシリコン膜14、1500Aのシリコン窒化
膜15、4000Aのポリシリコン膜16を堆積する
(図2(a))。
【0014】次に、フォトレジスト・マスク(図示せ
ず)を用いた反応性イオンエッチング法によって、ポリ
シリコン膜16をエッチングした後、1000℃で40
0分間、水蒸気雰囲気中に晒して、11000Aのシリ
コン酸化膜17を形成する。さらに、シリコン酸化膜1
7をマスクとして、反応性イオンエッチング法によって
シリコン窒化膜15をパターニングする(図2
(b))。
【0015】次いで、ウェットエッチング法を用いてシ
リコン酸化膜17を除去した後、1000℃で60分
間、窒素で希釈した酸素雰囲気に晒し、シリコン窒化膜
15をマスクとして、6000Aのシリコン酸化膜18
を形成する(図2(c))。
【0016】さらに、シリコン窒化膜15を、CDE法
を用いて除去した後、あらたにシリコン基板全面に25
00AのCVDシリコン酸化膜19を堆積し、フォトレ
ジスト・マスク(図示せず)を用いた反応性イオンエッ
チング法によって、CVDシリコン酸化膜19をパター
ニングする。次に、加速電圧100KeV、ドーズ量1
×1012cm-2の条件で、全面にリンのイオン注入を行
って、低濃度n型層20を形成する中にする(図3
(d))。なお、図3(d)以下では、素子の主要部分
のみを拡大して示していく。また、図3(d)の平面図
を図5(a)に示す。なお図3(d)は、図5(a)中
のA−A′方向の断面図である。
【0017】次に、全面に膜厚1000Aのシリコン窒
化膜21を堆積した後、反応性イオンエッチング法を用
いてエッチバックして、CVDシリコン酸化膜19の側
壁にのみ残存させる。さらに、加速電圧15keV、ド
ーズ量1×1014cm-2の条件で、全面にボロンのイオ
ン注入を行ってp型層22を形成する(図3(e))。
【0018】さらに、シリコン窒化膜21およびCVD
シリコン酸化膜19を剥離した後、再度、全面にCVD
シリコン酸化膜23、シリコン窒化膜24を堆積して、
反応性イオンエッチング法を用いてエッチバックして、
CVDシリコン酸化膜23の側壁にのみシリコン窒化膜
24を残存させる。次いで、全面にゲルマニウムのイオ
ン注入を行い、ゲルマニウムを含有したP型層25を形
成する(図3(f))。ここで、図3(f)中のB−
B′方向の紙面に垂直な面の断面図を図5(b)に示
す。
【0019】次に、CVDシリコン酸化膜23およびシ
リコン窒化膜24を剥離して、フォトレジスト26を塗
布、パターニングした後、加速電圧60keV、ドーズ
量1×1016cm-2の条件で、全面に砒素のイオン注入
を行って、高濃度のn型エミッタ層27とコレクタ層2
8を同時に形成する(図4(g))。
【0020】次いで、レジスト26を剥離した後、最後
に、2000AのCVDシリコン膜29を堆積し、コン
タクトを開口後、エミッタ、ベース、コレクタの各金属
電極30、31、32を形成して、第1図に示したヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタが完成する(図4
(h))。以上が、本発明の構造を実現する一実施例で
ある。
【0021】
【発明の効果】以上詳細に述べてきたように、本発明に
よれば、高濃度エミッタ層から高濃度外部ベース領域に
直接的に注入される電子数を低減し、かつ、SiGe合
金中の電界によって、コレクタ層へ到達する電子数を増
加させることが可能となって、エミッタ注入効率を改善
することができて、直流電流増幅率の著しい向上が期待
できる。さらに、SOI層上に堆積したCVDシリコン
酸化膜の、側壁に残存させた窒化膜をマスクとするイオ
ン注入という簡単な工程のみで、真性ベース層中でのS
i中のGe含有量を制御できる。これにより、ベース層
中央部でのバンドギャップが狭い構造とすることによっ
て、ベース層中央部での不純物濃度を高くすることが可
能となって、ベース抵抗を低減できる同時に、高コレク
タ電流領域まで電流集中効果の発生を抑制して、高速性
能の向上を達成することが可能となり、超小型かつ高性
能のヘテロ接合バイポーラトランジスタを実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に係わるバイポーラトラ
ンジスタの構造を示す平面図および断面図。
【図2】 図1に示すバイポーラトランジスタの一製造
方法を示す工程断面図。
【図3】 図2の続きの工程を示す工程断面図。
【図4】 図3の続きの工程を示す工程断面図。
【図5】 図3(d)の断面を含む構造平面図ならびに
図3(f)の断面に垂直な方向の断面図。
【図6】 従来のSOI横型バイポーラトランジスタを
示す構造断面図。
【図7】 従来のSOI横型バイポーラトランジスタを
示す構造平面図。
【図8】 従来のSOI横型バイポーラトランジスタに
おける直流増幅率のコレクタ電流依存性。
【符号の説明】
11 n- 型シリコン基板 12、13、17、18 シリコン熱酸化膜 14、16 ポリシリコン膜 15、21、24 シリコン窒化膜 19、23、29 CVDシリコン酸化膜 20 低濃度n型層 22 p型層 25 p型シリコン・ゲルマニウム合金層 26 レジスト 27 高濃度n型エミッタ層 28 高濃度n型コレクタ層 30 エミッタ金属電極 31 ベース金属電極 32 コレクタ金属電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板中に埋設された絶縁膜上の単
    結晶半導体層中に、第1導電型のエミッタ層、第2導電
    型のベース層および第1導電型のコレクタ層を、半導体
    基板表面と平行な方向に配置して、上記第1導電型のコ
    レクタ層と対向する面を除いた、第1導電型のエミッタ
    層が、全て絶縁膜で覆われるような構造とし、かつ、上
    記第2導電型のベース層を、第1導電型のエミッタ層お
    よびコレクタ層よりもバンドギャップが狭い半導体材料
    を用いて形成し、上記第2導電型のベース層中央部のバ
    ンドギャップが外周部でのそれより狭くなるような構造
    としたことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジ
    スタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6563146B1 (en) 1999-10-21 2003-05-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Lateral heterojunction bipolar transistor and method of fabricating the same
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