JPH09181091A

JPH09181091A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法

Info

Publication number: JPH09181091A
Application number: JP8330726A
Authority: JP
Inventors: Bahram Jalali-Farahani; ジャラリ−ファラハニバーラム; Clifford A King; アランキングクリフォード
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的平坦な構造を有するヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】集積回路におけるヘテロ接合バイポーラ
トランジスタは、内側領域ベース部分（６０）および外
側領域ベース部分（７０）を有する。内側領域ベース部
分は、実質的にエピタキシャルシリコン−ゲルマニウム
合金からなる。外側領域ベース部分は、実質的に多結晶
材料からなり、イオン注入された不純物の分布を含む。
エミッタ（８０）は、内側領域ベース部分を覆い、スペ
ーサ（１００）はエミッタを少なくとも部分的に覆う。
スペーサは、少なくともイオン注入される不純物の横方
向の広がりの特性距離だけ外側領域ベース部分にオーバ
ハングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベース層がシリコ
ン−ゲルマニウム合金からなるシリコンヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタおよびこれを製造するための方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ（ＨＢＴ）が、低雑音および広い周波数応答という
有利な特性を有するものとすることができることは良く
知られている。これは、シリコン−ゲルマニウム合金ベ
ースが、約３０％以上の比較的高いゲルマニウム割合お
よび約５×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の比較的高いベースドーピ
ングレベルを有するＨＢＴにおいて特にあてはまること
がわかっている。この種のデバイスは、例えば、A. Sch
ueppen等による「IEDM Tech. Digest (1994) p.377」
に示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのデバ
イスは、従来、パターン化されていない基板上でのブラ
ンケットエピタキシーおよびその後に行なうメサアイソ
レーションを使用して製造されている。この種の方法
は、より高い程度の平坦性を有するデバイス構造を要求
する進歩した半導体製造プロセスと両立しない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、急速熱エ
ピタキシ（rapid thermal epitaxy：ＲＴＥ）の技術を
用いて、高レベルの集積が可能となる新規でより平面上
の構造体を有するＨＢＴを形成した。

【０００５】本発明は、シリコンＨＢＴを製造する方法
であり、本発明の方法によれば、実質的に単結晶シリコ
ン製のコレクタ領域が、誘電体層に規定されたウィンド
ウ内に形成される。このコレクタ領域に、反対の導電型
のＳｉＧｅ合金層がこのコレクタ領域の上と、このコレ
クタ領域に隣接する誘電体層の少なくとも一部の上に形
成される。このＳｉＧｅ合金層は、非選択性急速熱エピ
タキシ（ＲＴＥ）により形成され、その結果、このよう
にして得られた層が、コレクタ領域の上では実質的にエ
ピタキシャル成長し、誘電体層の上では実質的に多結晶
であるように行われる。コレクタ領域の上の合金層の部
分は、以下の説明においては、内側領域と称し、誘電体
層の上の合金層の部分は、外側領域と称する。この用
語、「内側領域」と「外側領域」とは、材料の構成をい
うのではなく、その部分の空間的配置を意味するだけで
ある。

【０００６】さらに、本発明によれば、コレクタ領域と
同一の導電型のシリコン層が、ＳｉＧｅ合金層の上に、
非選択的ＲＴＥにより形成され、その結果得られた層
は、コレクタ領域の上ではエピタキシャルで、誘電体層
の上では多結晶であり、これは、前述のＳｉＧｅ合金層
の場合と同じである。それぞれのシリコン層のエピタキ
シャル部分と、多結晶部分とは、以下の説明において
は、内側領域と外側領域であり、これは、ＳｉＧｅ合金
層の場合と同じである。さらに、本発明によれば、Ｓｉ
Ｇｅ合金層と同一の導電型のドーパント種が、合金層の
外側領域と、シリコン層の外側領域に注入されるが、こ
れらの層の内側領域には注入されない。この注入は、Ｓ
ｉＧｅ合金層と、シリコン層の外側領域には、形成され
たときのＳｉＧｅ合金層と同一の導電型のドーピングレ
ベルが生成されるが、コレクタ領域とＳｉＧｅ合金層の
内側部分と、シリコン層の内側部分内のドーピングレベ
ル以上となるように行われる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態は、図１に示
されたｎｐｎトランジスタに関する。しかし、ここに開
示される技術は、ｐｎｐデバイスの製造にも同様に容易
に適応される。以下の説明においてｎｐｎトランジスタ
を選択したことは、例示の目的のためであって、本発明
の範囲を制限することを意図するものではない。

【０００８】図示しないシリコン基板の上に少なくとも
１つのｎ＋サブコレクタ領域１０が形成される。ｎ型コ
レクタ領域２０は、領域１０の一部分の上に形成され、
絶縁フィールド酸化物領域３０横方向に有する。領域３
０は、典型的に二酸化珪素からなるが、窒化珪素のよう
な他の誘電体材料も使用することができる。コレクタ領
域の典型的な厚さの範囲は、１００〜１０００ｎｍであ
る。下限値は、高速デジタルデバイスにおいて好まし
く、上限値は、パワーデバイスにおいて好ましい。この
コレクタ領域は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3ないし１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3の範囲に典型的にあるドーピングレベルにおいて砒
素がドープされる。デバイスの降伏電圧を増大させるた
めに、コレクタ領域の上側部分におけるドーピングレベ
ルを減少させることが好ましい。

【０００９】薄いシリコンの核となる層４０，５０が、
後続の製造ステップを容易にするために、領域２０およ
び３０の上に形成される。この層が非選択ＲＴＥにより
形成される場合、誘電体材料の上にある外側領域部分４
０は、実質的に多結晶層となり、単結晶シリコンの上に
ある内側領域部分５０は、実質的に単結晶層となる。薄
い層４０，５０は、少なくとも１００〜５００オングス
トロームの範囲の厚さに形成される場合、誘電体領域３
０上の多結晶シリコンの成長の核となるための種層とし
て有効である。一般に、核となる層の内側領域部分５０
は、デバイスのコレクタの一部として機能することにな
る。

【００１０】内側領域ベース６０は、部分５０の上に形
成される。内側領域ベースは、典型的には５％〜５０％
の範囲、好ましくは３０％のゲルマニウム分子の割合を
有するエピタキシャルＳｉＧｅ合金からなる。内側領域
ベースは、ｐ形ドーパント、好ましくはホウ素で本来の
場所にドープされる。内側領域ベースの全体の厚さは、
典型的には、１５〜１００ｎｍの範囲にある。所定のゲ
ルマニウム分子の割合において、この厚さが、そのよう
なゲルマニウム分子の割合を有するキャップＳｉＧｅ層
のための平衡状態の決定的な厚さ以下であることが望ま
しい。

【００１１】シリコンＩＣ製造の分野における実務家に
良く知られているように、ＳｉＧｅの格子定数は、純粋
なシリコンの格子定数と異なる。それにも関わらず、こ
れが充分に薄い場合、接触面に平行な格子パラメータが
等しくなるように引っ張られたＳｉＧｅの層をシリコン
上に成長させることが可能である。即ち、格子の不整合
は、ＳｉＧｅ層の厚さがクリティカルな厚さよりも小さ
い限り、弾性的な引っ張り力により適応され得る。クリ
ティカルな厚さは、例えば、「J. C. Bean etal., "Ge_x
Si_1-x/Si Strained-Layer Superlattice Grown by Mole
cular Beam Epitaxy," J.Vac. Sci. Technol. A2 (198
4) 436-440 および "Determination ofthe Critical La
yer Thickness of Si_1-xGe_x/Si Heterostructures by D
irect Observation of Misfit Dislocations," Appl. P
lys. Lett. 52 (Feb. 1988) 380-382」に記載されてい
る。

【００１２】ドープされた層を同じゲルマニウム分子の
一対の非ドープスペーサ層の間に納めることが好まし
い。好ましくは、１０ｎｍのドープ領域が、４ｎｍのス
ペーサ層の間に納められる。得られる全体の厚さ１８ｎ
ｍは、上記したように、ゲルマニウム分子の割合３０％
についての平衡状態の厚さより小さい。

【００１３】一般にｐ＋導電形の性質を与える内側領域
ベースのドーピングは、典型的に１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜２
×１０²⁰ｃｍ^-3の範囲にあるレベルである。５×１０¹⁸
ｃｍ^-3〜２．５×１０¹⁹ｃｍ^-3の範囲のドープされた層
におけるドーピングプロファイルを使用することが好ま
しい。ピークドーピング濃度は、ほぼこのプロファイル
の中心にある。内側領域ベースの範囲をその中に画定す
るＳｉＧｅ層の外側領域部分７０が、内側領域ベース６
０と連続的に形成される。この層が非選択ＲＴＥにより
堆積される場合、多結晶シリコン領域４０の上に堆積さ
れる外側領域部分は、実質的に多結晶材料として形成さ
れる。

【００１４】ｎ型単結晶シリコンからなるエミッタ８０
が内側領域ベース６０上に形成される。エミッタ８０の
範囲をその中に画定するシリコン層の外側領域部分９０
が、エミッタ８０と連続的に形成される。この層が非選
択ＲＴＥにより堆積される場合、多結晶ＳｉＧｅ領域７
０上に堆積される外側領域部分も、実質的に多結晶材料
として形成される。

【００１５】外側領域部分４０，７０および９０は、イ
オン注入によりｐ形ドーパントでドープされる。典型的
には、少なくともｐ形内側領域ベース６０と同じレベ
ル、および少なくともｎ形エミッタ８０と同じレベルの
ドーピングレベルまでドープする。このドーピングレベ
ルの典型的な範囲は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3〜５×１０²⁰ｃ
ｍ^-3であり、好ましくは２．５×１０¹⁹ｃｍ^-3である。
この注入ステップの結果は、部分４０，７０および９０
を含む外側ベース領域を形成することである。この外側
ベース領域が、部分４０および９０における多結晶シリ
コンおよび部分７０における多結晶ＳｉＧｅを含み、外
側ベース領域のそれぞれの層のような部分４０，７０お
よび９０がそれぞれ対応するエレメント５０，６０およ
び８０と連続的に形成されることがわかる。

【００１６】エミッタ８０は、好ましくは３００ｎｍの
厚さの、典型的にはＴＥＯＳ堆積された二酸化珪素であ
る誘電体スペーサ１００により覆われている。図２に示
されているように、スペーサ１００は、オーバハング長
ｘだけ外側領域部分９０にオーバハングするように好都
合に形成される。得られたトランジスタの性能は、注入
された外側領域ベースドーパント種の分布に敏感である
ことがわかった。具体的には以下の影響が観察された。

【００１７】１．注入が単結晶材料（即ち内側領域部
分）の中に行われた場合、移動点欠陥は、横方向に拡散
する可能性もあり、内側領域ベースドーパント種（特に
ホウ素）を誘導して、内側領域ベースをコレクタ２０お
よびエミッタ８０から分離するヘテロ接合を通して拡散
させる。これは、得られるトランジスタの注入効率（し
たがって、コレクタ電流）を低下させる。逆に、注入が
実質的に多結晶（即ち外側領域）材料内において行われ
た場合、注入ダメージは、そのような材料内に留まる傾
向にあり、内側領域ベースが実質的に完全な状態に保た
れる。

【００１８】２．注入ステップは、外側領域ベースとエ
ミッタとの間のｐ−ｎ接合の形成を導く。注入が実質的
に多結晶材料内で行われた場合、最初に形成された接合
も多結晶材料内に存在する。しかし、ｐ−ｎ接合のその
ような配置は、比較的高い再結合電流を導き、ベース電
流を増加させることになる。逆に、注入が内側領域まで
拡張される場合、ベース電流は小さくなる傾向にあり、
ｐ−ｎ接合は、単結晶材料内に形成される。

【００１９】３．ｐ−ｎ接合が単結晶材料内ではなく多
結晶材料内に形成される場合、コレクタ−ベース静電容
量（Ｃ_BC）は、大きくなる傾向にある。考察は、この影
響を、多結晶グレイン境界と結び付けられた電気的にア
クティブな欠陥位置により作られる薄い空乏領域のせい
であるとする。

【００２０】これらの３つの影響の１番目のものは、注
入された不純物種が内側領域内に止まることを阻止する
ような方法で実行される注入ステップに影響を及ぼす。
この阻止機能は、スペーサ１００により達成される。具
体的には、オーバハング長ｘは、直接的な注入または横
方向の広がりのいずれかの結果として、注入される種が
エレメント６０および８０内に停止することを実質的に
ブロックするために充分であるように選ばれる。したが
って、ｘは、横方向の広がりの特性距離と少なくとも等
しくなければならないことがわかる。この状況におい
て、エレメント６０またはエレメント８０内に形成され
る注入された種の最高濃度が外側領域ベースにおけるピ
ークドーピングレベルの１％以下である場合、そのよう
な阻止を”実質的である”と見なす。典型的な注入状態
に対して、３０ｋｅＶ、１×１０¹⁵ｃｍ^-2のフラックス
におけるＢＦ₂ の注入と、６０ｋｅＶおよび２×１０¹⁵
ｃｍ^-2におけるホウ素注入を仮定すると、オーバハング
長は、好都合に１５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にあるこ
とがわかった。好ましいそのような長さは、２００ｎｍ
である。

【００２１】上述した第２および第３の影響は、単結晶
材料内の上述したｐ−ｎ接合または少なくとも多結晶材
料と単結晶材料との間の接触面におけるｐ−ｎ接合の形
成にｆ作用することがわかるであろう。以下により詳細
に説明するように、最初に多結晶材料内の上述の接触面
から所定のオフセット距離にｐ−ｎ接合を形成し、注意
深く定められた温度範囲内で熱拡散によりその接触面を
移動させることを接合に許容することが有利であること
がわかった。

【００２２】エミッタ８０は、部分的に下側エミッタコ
ンタクト１１０により覆われている。エミッタコンタク
ト層は、エミッタの上側部分において好ましくは砒素の
ような不純物種の浅い注入により好都合に形成される。
しかし、そのような注入プロセスにより生じる点欠陥
は、内側領域ベースに移動することもあり、そこでホウ
素ドーパントの外部拡散を活性化する。したがって、コ
ンタクト１１０は、スペーサ１００中に形成されたウィ
ンドウ内に本来の場所にドープされた多結晶シリコンを
堆積させることにより好都合に形成される。このコンタ
クトは、好ましくは１４０ｎｍの厚さであり、約５×１
０²⁰ｃｍ^-3の濃度の砒素でドープされる。

【００２３】エミッタ上側コンタクト層１２０は、エミ
ッタ下側コンタクト層１１０を覆い、ベースコンタクト
層１３０は外側領域ベースの部分９０の上にある。コン
タクト層１２０および１３０は、以下に説明する自己整
合プロセスにより、チタニウム・ジシリサイドから好都
合に形成される。エミッタ電極１４０、ベース電極１５
０、およびコレクタ電極１６０は、二酸化珪素絶縁層１
７０に形成されたコンタクトホール中に好ましくはアル
ミニウム１％銅合金で１０００ｎｍの厚さに形成され
る。

【００２４】図３〜１３において、上述のようなトラン
ジスタを作るために有用な製造ステップのシーケンスを
示す。

【００２５】トランジスタは、半導体層のシーケンスを
成長させることにより形成される。これらは、限定反応
処理として知られる成長モードを使用して急速熱エピタ
キシ（ＲＴＥ）により成長させられる。この成長モード
は、「J. F. Gibbons et al., Appl. Phys. Lett. 47
(1985) p. 721」に示されている。成長シーケンスにお
ける各ステップのためのキャリアガスとして水素が使用
される。ＲＴＥは、成長温度の高速調節のために大きな
放射熱を使用する化学気相成長法によるエピタキシャル
成長である。

【００２６】先ず、酸化物層２００が、サブコレクタ１
０の上に通常の方法で形成される。次に、図４および５
に示されているように、ウィンドウ２１０が通常の方法
で層２００中にあけられ、コレクタ２０がサブコレクタ
１０上のウィンドウにおいて本来の場所での砒素ドーピ
ングと共に選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）により
成長させられる。この成長は、典型的には８００℃〜１
０００℃、好ましくは９５０℃において、ジクロロシラ
ン、塩化水素、および砒化水素の混合物の流れ中で実行
される。より早い成長は、より高い温度においても達成
可能であるが、これは、ウェハ状の他の構造を不都合な
ほど高い熱に曝す可能性がある。

【００２７】図６に示されているように、シリコン層２
３０が、次のＳｉＧｅベースおよびエミッタの成長を容
易にするために成長させられる。層２３０は、シランか
ら成長させられる。層２３０の部分２３１（即ち外側領
域部分）は、酸化物の上に成長させられ、多結晶層とし
て形成される。層２３０の部分２３２（即ち内側領域部
分）は、単結晶シリコンの上に成長させられ、エピタキ
シャル層として形成される。次に、図７に示されている
ように、ＳｉＧｅベース層２４０が成長させられる。こ
の層は、ジクロロシラン、ジャーマイン、およびホウ素
ドーピングのためのジボランから成長させられる。先の
層と同様に、層２４０は先の層の部分２３１の上に横た
わる外側領域部分２４１における多結晶材料として形成
され、先の層の部分２３２の上に横たわる内側領域部分
２４２においてエピタキシャルに形成される。

【００２８】次に、シリコン層２５０が、図８に示され
ているように成長させられる。この層（エミッタとなる
べき内側領域部分）は、ジクロロシランおよび砒化水素
により、好ましい厚さ１５０ｎｍに、好ましい温度８０
０℃において、好ましいドーピングレベル３×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3で成長させられる。層２４０にドープされるホウ素
の移動を防止するために、約８２５℃よりも低い成長温
度を層２５０の成長において保つことが望ましい。先の
２つの層の場合のように、層２５０は、外側領域部分２
５１において多結晶であり、その内側領域部分２５２に
おいてエピタキシャルである。

【００２９】次に、図９に示されているように、好まし
くは３００ｎｍの厚さの二酸化珪素層２６０が、典型的
にはＰＥＴＥＯＳ反応炉中で、ＴＥＯＳからプラズマ強
化化学気相成長法により形成される。図１０に示されて
いるように、エミッタウィンドウ２７０は、反応イオン
エッチングにより層２６０中にあけられ、多結晶シリコ
ン層２８０が堆積されて、このウィンドウ２７０を埋め
る。ＲＴＥ反応炉において層２８０を形成することが好
都合であることがわかった。エミッタ下側コンタクト層
１１０（図１参照）となるべき層２８０は、シランおよ
び砒化水素（本来の場所のドーピングのため）から好ま
しい成長温度７００℃において好ましい厚さ１４０ｎｍ
に成長させられる。

【００３０】次に、図１１に示されているように、層２
６０および２８０が、レジスト処理およびその後のエッ
チングによりパターン化される。これは、図１にも示さ
れているようにエミッタ下側コンタクト１１０およびス
ペーサ１００を形成することになる。レジスト２８５を
存在させたままで、以下に説明するように外側領域ベー
ス注入が実行される。そして、デバイスが、さらなるリ
ソグラフィパターン化ステップの実行により、その後の
層２３０，２４０および２５０のエッチングにより絶縁
される。得られる構造が、図１２に示されている。

【００３１】図１１および１２において、外側ベース領
域２９０が、上述したように、ホウ素およびボロンジフ
ルオライドの層２３０，２４０および２５０へのイオン
注入により形成される。この注入の間、スペーサ１００
は、これらの層の内側領域部分にイオンが注入されるこ
とを阻止する。図２に示されているように、注入が注入
された種の内側領域内での実質的な停止の結果とならな
いように、スペーサ１００が少なくとも横方向の広がり
の特性距離だけ外側領域層部分２５１にオーバハングす
ることが望ましい。このステップのための好ましい注入
エネルギおよびフラックスは、それぞれ、ボロンジフル
オライドについて、３０ｋｅＶおよび１０¹⁵ｃｍ^-2であ
り、ホウ素に対して６０ｋｅＶおよび３×１０¹⁵ｃｍ^-2
である。

【００３２】例示的な注入条件に対して、１５０〜４０
０ｎｍのオーバハング長が有用であり、砒素を注入され
たｐ−ｎ接合が熱拡散により移動されるべきでない少な
くともいくつかの場合において、約２００ｎｍのオーバ
ハング長を有することが好都合であることがわかった。
１０〜１００ｋｅＶの注入エネルギーにおいて、ホウ素
の垂直方向の広がりの長さは、小さなグレインサイズの
多結晶シリコンにおいて約１９ｎｍ〜約８７ｎｍの範囲
である。６０ｋｅＶの例示的な注入エネルギーにおい
て、このばらつきの長さは約６０ｎｍである。散在の長
さの議論については、例えば「S. M. Sze, VLS1 Techno
logy, McGraw-Hill, New York, 1983, pp.232-233」を
参照のこと。この散在現象は、鋭いカットオフを有しな
いので、注入された種の小さいが意味のある濃度は、典
型的には散在長さを超えて延びることになることに留意
すべきである。

【００３３】次に、図１３に示されているように、エミ
ッタ上側コンタクト層１２０およびベースコンタクト層
１３０が、２つのステップ、好ましくは６４０℃で６０
秒、および次に８００℃において４０秒行われる急速熱
アニーリングプロセスで、チタニウムジシリサイド層を
成長させることにより自己整合的に形成される。このア
ニールは、好ましくは大気圧において５リットル／分の
流れで窒素中で実行される。この熱サイクルは、外側領
域ベース中の注入されたホウ素ドーパントを活性化する
ためにも有効である。

【００３４】図１において、酸化物層１７０は、好まし
くはＰＥＴＥＯＳプロセスにより３００ｎｍの厚さに形
成され、電極のためのコンタクトホールを作るために従
来の方法によりパターン化される。電極１４０，１５０
および１６０が、通常の金属堆積、およびその後のパタ
ーン化された３レベルレジストによる反応イオンエッチ
ングにより形成される。電極を形成するための金属堆積
の好ましいシーケンスは、チタニウム，３０ｎｍ；チタ
ニウムナイトライド，６０ｎｍ；アルミニウム−銅合金
（５００〜１０００ｎｍ）である。

【００３５】図１４は、オフセット距離３００によるイ
オン注入、および得られたｐ−ｎ接合の場所を内側領域
と外側領域との間の接触面３１０にシフトするための熱
拡散により外側領域ベースを形成することを示す。先の
図面を参照して説明した構成要素は、同様の参照番号を
付している。すでに述べたように、内側領域ベース中の
ドーパント拡散の完全さを保護すると同時に、接合静電
容量および再結合を低減するために好都合である。この
熱拡散は、以下に説明するように、チタニウムジシリサ
イド層１２０および１３０の形成の前または後に実行さ
れる。この熱拡散が実行される場合、これは、ｐ−ｎ接
合の場所を短い距離単結晶領域中にシフトするように、
好都合に行われる。例えば、拡散は、注入され、拡散さ
れたドーパントプロファイルが、接触面におけるピーク
値から、単結晶領域内の約５０オングストローム以下、
好ましくは約２００オングストローム以下におけるピー
ク値の１０％の範囲に好都合に入ることになる。

【００３６】この拡散は、層１２０および１３０を形成
する前に行うことが好ましい。これは、チタニウムジシ
リサイドがホウ素に対して比較的高い親和性を有すると
信じられているからであり、層１３０が拡散の間に存在
する場合、これが外側領域ベースからのホウ素に対する
拡散性のシンクとして働く可能性がある。

【００３７】ＳｉＧｅ（３０％ゲルマニウム）における
ホウ素の拡散の活性エネルギは、４．４ｅＶであり、多
結晶シリコンにおいては、それは２．５ｅＶに過ぎな
い。これは、内側領域ベース内での実質的なホウ素拡散
を生じさせない外側領域ベースにおける注入されたホウ
素の拡散に対する実際的な温度を選択することを可能に
する。図１５は、そのような実用的な温度が、約６５０
℃〜約８５０℃の範囲にあることを示す。約７００℃の
温度が好ましい。それは、この温度において、多結晶シ
リコン中での望ましい拡散が好都合な時間（典型的には
３時間）内に起きるからであり、単結晶ＳｉＧｅでのこ
の温度におけるホウ素拡散係数は、多結晶シリコン中よ
りも５桁以上小さい。

【００３８】２つの個々の材料間の拡散係数におけるそ
のような大きな相違の１つの利点は、この拡散プロセス
が本来備わっている自己制限性を有することである。即
ち、拡散最前部は、単結晶材料との接触面まで広がる
が、その点までに経過した拡散時間に匹敵するその後の
いかなる時間においてもさらに意味のある程度には広が
ることはない。したがって、人間のオペレータの反応時
間および反応炉の熱応答時間により制限される場合に
も、得られるｐ−ｎ接合を上述の接触面の例えば５０ｎ
ｍ以内に信頼性良く位置させることができる。

【００３９】

【実施例】実質的に上述した通りに、一連のトランジス
タを作った。外側領域ベース内で注入されたホウ素を再
分散させるための熱処理は行わなかった。したがって、
それぞれの場合において、外側領域ベース中の注入され
たドーパント拡散は、スペーサのオーバハング長ｘによ
り決定された。このシリーズにおいて、オーバハング長
は、３００ｎｍのオーバハングから３００ｎｍのセット
バックまで変化させられた。「セットバック」は、スペ
ーサの端部が内側領域の上にあり、外側領域の上にない
ことを意味する。そのようなエッジは、図１４中にエッ
ジ３２０として示されている。それぞれの場合におい
て、エミッタの大きさは０．５μｍ×１０μｍであり、
コレクタの大きさは１．５μｍ×１１μｍであった。

【００４０】図１６は、上記のトランジスタのシリーズ
において、オーバハング長がどのようにピークカットオ
フ周波数およびピーク電流利得に影響を与えるかを示
す。図において、オーバハング長の負の値は、多結晶領
域の上方に延びるオーバハングに対応し、オーバハング
長の正の値は、図１４中に例えばエッジ３２０により示
されたセットバックに対応する。

【００４１】図１６から明らかなように、外側領域ベー
ス注入位置が多結晶材料と単結晶材料との接触面に近づ
くと、カットオフ周波数が約１０Ｇｈｚから５０Ｇｈｚ
以上に急激に上昇する。この上昇は、接合静電容量の減
少によるものと思われる。しかし、注入位置が上記の接
触面を超えて広がると、ピークカットオフ周波数とおよ
びピーク電流利得の双方が減少する。この減少は、注入
ダメージにより引き起こされる点欠陥（おそらくシリコ
ンの割れ目）の濃度の上昇のためであると思われる。こ
れらの欠陥の存在は、内側領域ベースからのホウ素の外
部拡散を増加させ、ベース遷移時間を増大させると思わ
れる。

【００４２】図１７は、コレクタ電流がスペーサエッジ
の場所によりどのように変化するかを示す。注入が多結
晶材料に制限される場合（ｘの値が負である場合）、注
入効率は、大きくなり、コレクタ電流は増加する。この
図は、１００ｎｍよりも小さなオーバハング長および３
００ｎｍよりも大きなオーバハング長に対しても改善を
示している。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製造が容易な比較的平坦な構造を有するヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるトランジスタの構造
を示す図。

【図２】どのようにオーバハング長ｘが定義されるかを
示す図１のトランジスタの詳細図。

【図３】図１のトランジスタを作るための製造プロセス
の一連のステップを示す図。

【図４】図１のトランジスタを作るための製造プロセス
の一連のステップを示す図。

【図５】図１のトランジスタを作るための製造プロセス
の一連のステップを示す図。

【図６】図１のトランジスタを作るための製造プロセス
の一連のステップを示す図。

【図７】図１のトランジスタを作るための製造プロセス
の一連のステップを示す図。

【図８】図１のトランジスタを作るための製造プロセス
の一連のステップを示す図。

【図９】図１のトランジスタを作るための製造プロセス
の一連のステップを示す図。

【図１０】図１のトランジスタを作るための製造プロセ
スの一連のステップを示す図。

【図１１】図１のトランジスタを作るための製造プロセ
スの一連のステップを示す図。

【図１２】図１のトランジスタを作るための製造プロセ
スの一連のステップを示す図。

【図１３】図１のトランジスタを作るための製造プロセ
スの一連のステップを示す図。

【図１４】本発明の一実施形態により、注入ベースドー
パント種を多結晶材料と単結晶材料との接触面に向かっ
て拡散させるステップを示す図。

【図１５】温度を関数として様々な材料におけるホウ素
の拡散係数を示す図であり、多結晶シリコン、単結晶シ
リコン、および単結晶シリコン−ゲルマニウム合金（３
０％ゲルマニウム分子割合）におけるホウ素拡散を比較
可能としている。

【図１６】図２のオーバハング長ｘを変化させた場合に
図１のトランジスタの性能がどのように影響を受けるか
を示す図であり、このグラフに表される性能は、ピーク
カットオフ周波数およびピーク電流利得である。

【図１７】図１のトランジスタの様々な値のオーバハン
グ長ｘにおけるベース−エミッタ電圧を関数としたコレ
クタ電流を示す図。

【符号の説明】

１０サブコレクタ領域２０コレクタ領域３０絶縁フィールド酸化物領域４０，７０，９０外側領域部分５０内側領域部分６０内側領域ベース８０エミッタ１００誘電体スペーサ１１０エミッタ下側コンタクト層１２０エミッタ上側コンタクト層１３０ベースコンタクト層１４０エミッタ電極１５０ベース電極１６０コレクタ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 ＭｏｕｎｔａｉｎＡｖｅｎｕｅ, ＭｕｒｒａｙＨｉｌｌ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者クリフォードアランキングアメリカ合衆国，10013 ニューヨーク, ニューヨーク，リードストリート 99, アパートメント７ダブリュー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）誘電体層により規定されるウィン
ドウ内に第１導電型の単結晶シリコンコレクタ領域を形
成するステップと、（ｂ）前記コレクタ領域と、この領域に隣接する誘電体
層の少なくとも一部の上に、非選択性急速熱エピタキシ
により、シリコン核形成層を形成し、その後、非選択性
急速熱エピタキシにより、第１導電型とは反対の第２導
電型のシリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）合金層を
形成するステップと、このようにして得られた各層は、コレクタ領域の上の部
分（内側領域）では、エピタキシャル成長し、誘電体層
の上の部分（外側領域）では、多結晶であり、（ｃ）前記Ｓｉ−Ｇｅ合金層の上に、非選択性急速熱エ
ピタキシにより、第１導電型のシリコン層（エミッタ層
となる）を形成するステップと、このようにして得られたシリコン層は、コレクタ領域の
上の部分（内側領域）では、エピタキシャル成長し、誘
電体層の上の部分（外側領域）では、多結晶であり、（ｄ）第２導電型のドーパント種を、前記Ｓｉ−Ｇｅ合
金層とエミッタ層の内側領域には注入せず、外側領域に
注入するステップと、（ｅ）前記注入ステップにより、合金層の外側領域とエ
ミッタ層の外側領域の両方に、第２導電型がドーピング
されるようになることを特徴とするヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの製造方法。
【請求項２】前記コレクタ領域は、選択的エピタキシ
ャル成長により形成されることを特徴とする請求項１の
方法。
【請求項３】前記（ｄ）の注入ステップの前に、エミッタ層の少なくとも内側領域と、前記エミッタ層の
外側領域に、部分的にオーバーハング（overhang）する
ように、誘電体スペーサ層を形成するステップを有し、前記（ｄ）の注入ステップの間、ドーパント種は、前記
スペーサ層により、前記エミッタ層と、Ｓｉ−Ｇｅ合金
層と、シリコン核形成層の内側領域に入ることを阻止さ
れることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】前記（ｄ）の注入ステップの後に、アニ
ールステップを実行し、その結果、少なくともエミッタ層と、シリコン核形成層
内に注入されるドーパント種の濃度が、それぞれの層の
内側領域の方向に向いて、横方向に拡散することを特徴
とする請求項３の方法。
【請求項５】前記アニールステップは、少なくともエ
ミッタ層と、シリコン核形成層内に注入されるドーパン
ト種の濃度が、それぞれの層の内側領域の方向に向い
て、約５００オングストローム以下の深さで横方向に拡
散するよう実行されることを特徴とする請求項４の方
法。
【請求項６】前記アニールステップは、少なくともエ
ミッタ層と、シリコン核形成層内に注入されるドーパン
ト種の濃度が、それぞれの層の内側領域の方向に向い
て、約２００オングストローム以下の深さで横方向に拡
散するよう実行されることを特徴とする請求項４の方
法。
【請求項７】前記アニールステップは、第２導電型の
ドーパント種が合金層の内側領域に拡散するのを阻止す
るのに充分な程度の低い温度で実行されることを特徴と
する請求項４の方法。
【請求項８】前記合金層は、それを形成する際に、そ
の場でボロンでドーピングされ、前記アニールステップは、前記その場でドーピングされ
たボロンが合金層の内側領域に拡散するのを阻止するの
に充分な程度の低い温度で実行されることを特徴とする
請求項４の方法。
【請求項９】前記アニールステップの温度は、６５０
〜８５０℃の範囲内にあることを特徴とする請求項７の
方法。
【請求項１０】前記合金層は、それを形成する際に、
その場でボロンでドーピングされ、注入されるドーパント種は、ボロンを含みエミッタ層の
内側領域上にその場でＡｓをドーピングした多結晶シリ
コンを堆積することにより、エミッタ接触層を形成する
ステップをさらに有することを特徴とする請求項３の方
法。
【請求項１１】前記エミッタ層の外側領域と、エミッ
タ接触層の上に自己整合する２珪素チタン層を形成する
ステップを有し、前記２珪素チタン層を形成するステップは、１種類、あ
るいは、複数種類のアニール温度でアニールするステッ
プを含み、前記アニール温度は、合金層の外側領域内に注入された
ボロンを活性化するのに充分高い温度であるが、第２導
電型のドーパント種が合金層の内側領域に拡散するのを
阻止するのに充分な程度低い温度であることを特徴とす
る請求項９のステップ。
【請求項１２】前記スペーサを形成するステップによ
り、エミッタ層の外側領域のスペーサが、注入されたド
ーパント種の横方向のストラグルの距離特性だけ内側領
域にオーバーハングすることを特徴とする請求項３のス
テップ。
【請求項１３】前記スペーサを形成するステップによ
り、エミッタ層の外側領域のスペーサが、注入されたド
ーパント種の横方向のストラグルの１５０ｎｍ以上４０
０ｎｍ以下の距離だけ内側領域にオーバーハングするこ
とを特徴とする請求項３のステップ。