JPH11501165A - ホットキャリアトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ホットキャリアトランジスタは、例えば大面積電子装置の製造に用いられている水素添加アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）技術のような半導体薄膜技術を用いて形成することができる。エミッタ領域２及びコレクタ領域３はベース領域（１）を構成する中間の半導体リッチアモルファス金属−半導体合金層（ａ−Ｓｉ_1-xＭ_x：Ｈ）と隣接する水素添加アモルファス半導体材料（ａ−Ｓｉ：Ｈ）で構成する。この合金層のアモルファスの性質及び例えば５％のような低い金属含有量により、ベース領域に波長及び有効質量が空間的に変化するホットキャリア（２１）用のある範囲の量子力学的環境が形成される。このベース領域（１）を通る電流は空間的に自己選択されるので、波動関数と、障壁高さ（ｈ１，ｈ２）と、ベース幅（ｘ１，ｘ２）との間の共鳴が存在する区域を通過する。半導体リッチ合金層（１）の半導体環境を通る通路によりベース−コレクタ障壁における量子力学的反射が低下する。

Description

【発明の詳細な説明】 ホットキャリアトランジスタ及びその製造方法 本発明は、半導体エミッタ領域とコレクタ領域との間に金属−半導体合金ベー ス領域を具えるホットキャリアトランジスタに関するものである。特に、限定さ れるものではないが、本発明は金属−シリサイドベース領域を有する薄膜ホット キャリアトランジスタを提供することができる。本発明はこのようなトランジス タの製造方法にも関するものである。 ホットエレクトロントランジスタの初期の実験形態は、ウィリー インターサ イエンス社から発行された１９６９年版の標題“ザ フィジクス オブ セミコ ンダクタ デバイス”Ｓ Ｍ Ｓｚｅ著の第５８７頁から第６１３頁に記載され ている。最近において、トランジスタ構造は金属と絶縁体又は半導体とを含むも のと考えられていた。これら全てのデバイスの共通の特徴は、ベース領域が金属 の単一のサンドイッチ層で構成されていることである。これらの構造体のいずれ もホットエレクトロントランジスタとして用いる実際の電子素子ではない。これ らの構造体は、例えばホットエレクトロンのライフタイム、ホットエレクトロン の平均自由行程、ベース輸送損失、及び金属と半導体との界面における量子力学 的反射のような基本的な物理パラメータを研究するために用いられていた。Ｓｚ ｅの本の第５８７頁から第６１３頁までの全内容は本願の内容として援用する。 米国特許第４４９２９７１号明細書には、シリコンのエミッタ領域とコレクタ 領域との間に金属−シリサイドのベース領域を具える改良されたホットエレクト ロントランジスタが記載されている。このトランジスタは単結晶構造体を有し、 この構造体は、コレクタ領域を形成する単結晶シリコン基板上にエピタキシャル 成長されベース領域を構成する薄い単結晶金属シリサイド層上にエピタキシャル 成長したエミッタ領域を形成する単結晶シリコン層を具えている。この複合構造 体は３個の層間にほぼ連続した単一の結晶格子を有している。金属−シリサイド 層の厚さはこのシリサイドベース材料におけるホットエレクトロンの散乱長に比 べて小さくなるように薄く（典型的には、４，６又は８ｍｍ）され、多数の量子 力学透過確率ファクタを形成している。このトランジスタのエミッターベース接 合及びベース−コレクタ接合は、金属シリサイドのベースとシリコンのエミッタ 領域及びコレクタ領域との間のショットキー障壁により形成されている。累積的 な量子力学的な透過確率ＱＭを最大にするためには、エミッタ・ベース及びコレ クタ領域において高度な結晶の完全性を有すること及びシリサイドのベース領域 を薄くすることが必要であると考えられている。 米国特許第４７０７１９７号、第４８３７１７４号、第５２３６８７２号及び 第５２９０７１５号には、金属−シリサイドベースのトランジスタの種々の形態 や変形例並びにそのトランジスタの種々の製造方法が記載されている。例えば、 これら米国特許明細書の最後の３個の明細書には、金属−シリサイドのベース領 域を形成するイオン注入法が記載されている。全ての方法において、イオン注入 された構造体は、エミッタ、ベース及びコレクタ領域の結晶品質を回復させるた めに、例えば５７５℃と１０００℃との間の高温度で長時間の加熱処理によりア ニールされている。米国特許第５２３６８７２号に記載された変形例では、はじ めにシリコン材料がイオン注入（例えばシリコンイオン）によりアモルファスに され、これによりその後イオン注入されてシリサイドを構成する金属イオンに対 して高溶解性を与えている。次に、高温度での加熱処理が行なわれ、最初に形成 されたアモルファス層の厚さよりも薄い厚さの層としてシリサイド層が形成され ている。米国特許第４４９２９７１号、第４７０７１９７号、第４８３７１７４ 号、第５２３６８７２号及び第５２９０７１５号の開示内容全体は本願の内容と して援用する。 これら既知のホットエレクトロントランジスタにおいて、ホットエレクトロン がコレクタ領域に到達する前に顕著なエネルギー損失（熱化）が生ずるのを回避 できるようにシリサイドのベース領域を十分に薄くすることは困難である。ホッ トエレクトロンがベースのシリサイド材料からコレクタのシリコン材料まで通過 する際、コレクタ障壁で顕著な量子力学的な反射が生じてしまう。 本発明は、適当な累積的な量子力学的透過確率を有するシリコンリッチ金属− シリサイドベース領域を具えるホットキャリヤトランジスタを実現するため、全 く反対の試みを採用する。 本発明の第１の見地にたてば、本発明のホットキャリアトランジスタは、半導 体のエミッタ領域とコレクタ領域との間に位置し、エミッタ領域及びコレクタ領 域に対してショットキー障壁を形成する金属−半導体合金ベース領域を具えるホ ットキャリアトランジスタにおいて、前記エミッタ領域及びコレクタ領域を、ベ ース領域を構成する中間の半導体リッチアモルファス金属−半導体合金層と隣接 する水素添加アモルファス半導体材料で構成したことを特徴とする。 従って、エミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域間の連続する結晶格子全 体にわたって高度な結晶の完全性を必要とする従来の試みとは異なり、本発明の ホットキャリアトランジスタは、エミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域に ついてアモルファス半導体材料とすることを基礎とする。この材料の水素添加に より、アモルファス半導体材料において本質的に発生し高密度のキャリアトラッ プをエネルギーバンドギャップの深いエネルギーレベルに導く高密度の欠陥状態 を受入れることができるレベルまで低下させることができる。水素添加（材料の 堆積中又はその後の水素添加処理のいずれかにおいて行うことができる）は、欠 陥状態が生じているアモルファス半導体材料のバルク全体にわたって不飽和ボン ドと結合する。この構成により、エミッタ領域とコレクタ領域との間の電荷の輸 送を達成することができる。さらに、アモルファス半導体材料に水素添加するこ とは、この層の内部又はその層上に半導体元素が極めてリッチな隣接するアモル ファス半導体領域とショットキー障壁を形成するアモルファス金属−半導体合金 層の形成が促進されることが見出される。 本発明によるアモルファストランジスタ構造の半導体リッチ金属−半導体合金 ベース領域は、従来の試みと比べて、エミッタ障壁及びコレクタ障壁に関して重 要な差異が達成される。従って、本発明のトランジスタのエミッタからのホット エレクトロンは、波長及び有効質量についての空間的な変化を与えるベース領域 のアモルファスの性質により量子力学的環境の範囲で存在することになる。従っ て、このベース領域を通る電流の輸送は空間的に自己選択的になり、ホットキャ リアトは波動関数と、障壁高さと、ベース幅との間で共振が生ずる区域を経て通 過することになる。さらに、従来のトランジスタでは、ベース−コレクタの金属 −シリコン又はシリサイド−シリコンのヘテロ接合において顕著な量子力学的な 反射が生じていたが、こような反射は、例えばシリコンをベースとする技術のシ リコンリッチアモルファスシリサイドベース層のような本発明の半導体リッチ金 属−半導体合金ベース領域を用いることにより相当低下する。従って、本発明に よるシリコンの実施例のホットキャリアについての好適なルートは、エミッタ領 域からアモルファスシリコンリッチベース領域を経てコレクタ領域に至るもので ある。 特に、本発明による金属−半導体合金ベース領域の半導体リッチなアモルファ スの性質に関して、エミッタ領域及びコレクタ領域については中間のシリサイド ベース領域と隣接するアンドープド又は僅かに不純物が添加された水素添加アモ ルファス材料を有することが特に有益である。このアンドープド又は僅かに不純 物が添加された半導体材料により、エミッタ領域とコレクタ領域との間で良好な 電気的て分離が達成されると共にエミッタ及びコレクタのショットキー障壁につ いて満足できる障壁高さの達成が促進される。従って、一般的に不純物濃度が増 加するにしたがってアモルファス半導体材料中により多くの欠陥が発生しショッ トキー障壁を通るリーク電流が増大する。 本発明のホットキャリアトランジスタは、既知のシリコン薄膜技術プロセスを 用いて製造するのに極めて好適であり、このシリコン薄膜ホットキャリアトラン ジスタはシリコン薄膜技術を用いて製造される大面積電子装置の一部を構成する ことができる。従って、例えば水素添加アモルファスシリコン材料中にシリコン リッチシリサイド層を形成することは、１９９５年の３月に発行された雑誌「ジ ャーナル オブ アプライド フィジクス」の第２４７４頁〜第２４７８頁に記 載されている文献「インタアクション イン ザ Ｃｒ／アモルファス−シリコ ン系」Ｙ．マサキ等著に記載されている。このマサキ等の文献の開示内容全体は 本願の内容として援用する。ゲルマニウムに基づく薄膜技術も既知であり、シリ コン薄膜技術の代わりに用いて本発明の薄膜ホットキャリアトランジスタを製造 することができる。実際に、シリコン薄膜技術ではなくゲルマニウムの薄膜技術 を用いて本発明のより有効なホットホールトランジスタを製造することができる 。 従って、本発明の第２の概念によれば、本発明の第１の概念によるホットキャ リアトランジスタを具える電子装置を製造するに当たり、エミッタ領域及びコレ クタ領域用の少なくとも１個のアモルファス半導体薄膜を堆積し、このアモルフ ァス半導体薄膜に水素を添加し、アモルファス半導体薄膜材料の一部に金属原子 を導入してベース領域用の半導体リッチアモルファス金属−半導体合金層を形成 し、前記半導体リッチアモルファス金属−半導体合金層を製造工程中に４００℃ 以下の温度に維持することを特徴とする電子装置の製造方法を提供する。 この場合、一形態として、アモルファスの半導体リッチ金属−半導体合金層は 少なくとも１種の金属（例えば、クロミウム、コバルト、ニッケル、鉄、イリジ ウム及び白金を含むグループから）を少なくとも隣接する部分がエミッタ領域及 びコレクタ領域を形成するアモルファス半導体薄膜材料にイオン注入することに より形成できる。イオン注入により、アモルファス半導体材料に導入する金属原 子のドーズ量を極めて正確に制御して半導体リッチ金属−半導体合金を形成する ことができる。 別の形態として、第１のアモルファス半導体薄膜上に金属を堆積することによ り、前記半導体リッチアモルファス金属−半導体合金層を第１のアモルファス半 導体薄膜と第２のアモルファス半導体薄膜との間に形成し、前記堆積された金属 層から前記第１のアモルファス半導体薄膜の表面に金属原子を導入して半導体リ ッチアモルファス界面層（例えば、１０ｎｍ以下の厚さにわたって９０％以上の 半導体含有量を有する）を形成し、前記界面層から残存する金属を除去し、前記 界面層に第２のアモルファス半導体薄膜を形成する。この第２の半導体膜は、合 金界面層を形成した後形成されるので、第２の半導体膜の組成及び層構造は合金 の形成処理工程から一層独立して制御することができる。第１の半導体膜はエミ ッタ領域を形成し、第２の半導体膜はコレクタ領域を形成する。一方、第１の半 導体膜がコレクタ領域を形成し第２の半導体膜がエミッタ領域を形成することも できる。この場合、エミッタ領域を構成する第２の半導体膜は、トランジスタ効 率が改善されるように大きなバンドギャップを有する半導体リッチ合金材料とす る。 クロミウム、コバルト、ニッケル、鉄、イリジウム及び白金を含むグループか ら選択される少なくとも１種の金属を用いて既知の水素添加アモルファスシリコ ン薄膜技術と両立する方法でアモルファスベース領域の合金として金属−シリサ イドを形成することができる。例えば、シリコンリッチベース領域中のリン、ア ンチモン又はボロンのように、ベース層中に不純物を含ませることもできる。 本発明の構成及び作用効果を図示した実施例に基づいて説明する。 図１は本発明による薄膜ホットキャリアトランジスタの断面図である。 図２は厚さ方向ｘ及び側部方向ｚにおける図１のトランジスタの活性領域の伝 導帯の底Ｅ_cを示すエネルギー線図である。 図３及び４は本発明の方法の一方の形式の製造における２個の順次の工程にお ける図１のトランジスタの一部の断面図である。 することができる。図５は本発明の別の形式の製造方法のある工程における図 １のトランジスタの一部の断面図である。 全ての図面は線図的であり、スケール通りに記載されていない。これら図面の 一部の相対的な寸法及び比率は、図面を明瞭にするため拡大され又は縮小されて いる。種々の実施例における対応する部材及び類似の部材には同一符号を用いる ことにする。 図１及び２は本発明のシリコン薄膜技術を用いて構成したホットエレクトロン トランジスタを示す。このトランジスタはシリコンのエミッタ２とコレクタ３と の間に金属−シリサイドベース領域１を具える。エミッタ及びコレクタ領域２及 び３は、ベース領域１を構成する中間のシリコンリッチアモルファスシリサイド 層（ａ−Ｓｉ_1-xＭ_x：Ｈ）と隣接する水素添加アモルファスシリコン材料（ａ− Ｓｉ：Ｈ）で構成する。図１及び２に示す実施例において、エミッタ及びコレク タ領域２及び３は、アンドープド又は低不純物濃度添加部分２ａ及び３ａと高濃 度ドナー添加部分２ｂ及び３ｂとをそれぞれ有する。アンドープド又は低不純物 濃度水素添加アモルファスシリコン部分２ａ，３ａ（ｉ ａ−Ｓｉ：Ｈ）（以後 、単に「アンドープド部分」と称する）は中間のシリコンリッチアモルファスシ リコン層１と隣接し、図１及び２においてｉで示して真性又は低導電率であるこ とを示す。高濃度ドナー添加水素添加アモルファスシリコン部分２ｂ，３ｂ（ｎ ＋ａ−Ｓｉ：Ｈ）はｎ＋で示して高不純物濃度のｎ形導電型であることを示す。 これらのドナー添加部分２ｂ，３ｂはトランジスタのエミッタ電極及びコレクタ 電極１２，１３とそれぞれ接触する。中間のシリコンリッチアモルファスシリサ イドベース層１（ａ−Ｓｉ_1-xＭ_x：Ｈ）はベース電極１１と接触する。図１はガ ラス又は低コストの絶縁材料の絶縁性基板１０上に形成した薄膜トランジスタを 示す。この基板は、例えばフラットパネル表示装置又は大面積イメージセンサの 薄膜回路プレートのような大面積薄膜電子デバイスの一部で構成することができ る。 ホットキャリアトランジスタはバリステックトランジスタとも称せられている 。ホットキャリアトランジスタを流れる電流は、エミッタ領域２からコレクタ領 域３へ流れるベース領域１の一導電型のホット多数電荷キャリアである。ホット 電荷キャリアは半導体材料と熱平衡ではない。従って、ホットエレクトロンの平 均エネルギーは半導体材料と熱平衡にあるエレクトロンの平均エネルギーよりも 数ｋＴ以上である。ここで、ｋ及びＴはそれぞれボルツマン定数及び材料の温度 である。室温においてｋＴは約２５ｍｅＶである。室温におけるシリサイドベー ス領域１の電子の平均自由行程はシリサイドベース領域１の厚さを超えている。 電子速度はシリサイド材料のフェルミ速度程度であるから、ホットエレクトロン のシリサイドベース領域１のバリステック走行は極めて高速であり（１０^-14秒 又はそれ以下である）、シリサイド層１はシリサイドの高い導電率により極めて 薄く（例えば、全体が１０ｎｍの層厚つ内に含まれる）することができる。アモ ルファスホットエレクトロントランジスタは高周波数で動作するように設計でき ないように思われるが、大面積薄膜技術電子装置において通常形成される薄膜電 界効果トランジスタ（ＴＦＴ）を用いて種々の特性を有する大面積薄膜技術電子 デバイスにおいては高周波数での動作を実現することができる。従って、ＴＦＴ は絶縁されたゲート電極において高い入力インピダンスを有しているが、本発明 のアモルファスホットキャリアトランジスタはベース電極１１に低入力インピダ ンスを有するトランジスタ特性を実現することができる。 本発明によるホットキャリアトランジスタのシリコンリッチアモルファスシリ サイドベース層１におけるホット電荷キャリア２１のバラステック走行の新しい 有益な性質を図２に示す。米国特許第４４９２９７１号、米国特許第４７０７１ ９７号、米国特許第４８３７１７４号、米国特許第５２３６８７２号及び米国特 許第５２９０７１５号の従来のバラステックトランジスタにおいて、これら従来 のトランジスタのバリァ並びに結晶シリサイドベース領域と結晶シリコンエミッ タ及びコレクタ領域との間の量子力学的環境はほぼ均一である。これに対して、 図２は、本発明のトランジスタの量子力学的環境において厚さ方向ｘ及び側部方 向ｚの両方の方向に生ずる局部的な変化を示す。これらの変化は、エミッタ及び コレクタ領域２及び３のアモルファスシリコン材料２ａと３ａとの間のベース領 域１のシリコンリッチアモルファス金属−半導体合金の性質に直接起因する。こ のアモルファスシリサイドベース領域１における空間的な変化により、エミッタ 領域２から量子力学環境の範囲のホットエレクトロン２１が供給される。従って 、このホットエレクトロン２１は、障壁高さｈ１，ｈ２、波長及び有効質量ｍ₁ ，ｍ₂等の空間的な変化により広い範囲の条件による作用を受けることになる。 従って、このアモルファス金属−シリコン合金ベース領域１を通る電流転送は空 間的に選択性となり、ホットエレクトロン２１は、エレクトロンの波動関数と、 エミッタ及びコレクタの障壁の障壁高さと、シリサイドベース領域１のベース幅 ｘ１，ｘ２等との間において共鳴が存在する領域を介して通過するようになる。 シリコンリッチアモルファスシリサイド合金ａ−Ｓｉ_1-xＭ_xを形成するための 適当な金属Ｍは、例えばＣｒ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｉｒ及びｐｔを含むグループ から選択することができる。これらの金属原子の少なくともいくつかは隣接する シリコン原子と結合し例えばＣｒＳｉ₂，ＣｏＳｉ₂，ＮｉＳｉ₂，ＦｅＳｉ₂，Ｉ ｒＳｉ₃及びＰｔＳｉのような分子結合によりアモルファス材料中に分布する金 属シリサイド分子を形成している。シリコンリッチ金属シリコン合金ベース領域 １のアモルファスの性質により、その性質を正確に分析することは困難である。 アモルファス合金ベース領域１は、典型的に１０ｎｍ以下の厚さにわたって９０ ％を超えるシリコン含有量を有する界面層とみなすことができる。特有の実施例 において、このアモルファス界面層１は、マサキ等の文献に記載されているＣｒ ／ａ−シリコン系の組成と同様な組成を有することができる。従って、シリサイ ド−金属ＭはＣｒとすることができ、クロミウム層の体積により形成したアモル ファス界面層中のＳｉに対するＣｒの組成比は約５％、すなわち界面層の組成は Ｃｒ₅Ｓｉ₉₅：Ｈとすることができる。このＣｒ₅Ｓｉ₉₅：Ｈ層は、例えば約１０^-3 Ωｃｍの抵抗率を有する適度な導電率を有することができる。その導 電特性はアモルファス層１中の個別の金属原子が極めて接近することにより増大 するものと思われる。微視的なスケールで説明すれば、シリサイドはｚ方向に連 続して観測された導電特性を発揮するものと思われる。従って、アモルファスシ リコン層１は５ｎｍから１０ｎｍの範囲の厚さを有すると思われるが、金属シリ コンのクラスタは互いにより接近するように集中してベース領域により細い局在 化したシリサイド区域を形成し、その厚さｘは原子スケールにおいてｚ方向にお けるｘ₁，ｘ₂としてランダムに変化している。これは、量子力学環境の上述した 範囲まで増大するｘ及びｚ方向におけるシリコンリッチ合金の金属原子の空間的 な変化である。 ベース層１についてシリコンリッチアモルファスシリサイドを用いることによ り、アモルファスシリコンのエミッタ領域２及びコレクタ領域３のＳｉ−Ｓｉ結 合配置と同様なＳｉ−Ｓｉ結合配置がベース領域１に形成される。従って、ベー ス−コレクタのシリコン−シリコンヘテロ接合におけるホットエレクトロン２１ の量子力学的反射は減少する。この理由は、ホットエレクトロン２１についての 好ましいルートがエミッタ領域２からコレクタ領域３へのシリコン環境を経るこ とになるからである。この量子力学的反射が低下することにより、トランジスタ のコレクタ効率が改善される。さらに、このシリコンリッチベース領域１の導電 率を改善するため、この合金層１にベース領域１を通過するホットキャリヤの導 電型と同一の導電型を決定するドーパントを添加することが有益である。従って 、図１及び２のホットエレクトロントランジスタの場合、ドナー不純物（例えば 、リン又はアンチモンのような）を層１に添加することができる。この不純物が 添加された半導体リッチ金属半導体合金層をコレクタ領域３上に形成するとき、 コレクタ領域の少なくともベース領域１と隣接する部分３ａに不純物を侵入させ ることが有益である。従って、例えばアンドープドエミッタ領域２ａを有すると 共に、ベース領域１からコレクタ領域の部分３ａに僅かに不純物を添加する結果 としてコレクタ障壁を僅かに低く（エミッタ障壁に比べて）することによりコレ クタ効率を高くすることができる。 アモルファスシリコン材料は、主としてシリコンバンダリングボンドに起因し て本質的に高い欠陥状態密度を有している。この材料を水素添加処理することに より、この高い欠陥状態密度が受け入れることができるレベルまで低下し、アモ ルファスシリコン材料のエネルギーバンドギャップの深いエネルギーレベルの関 連する欠陥状態密度が受け入れられるレベルまで低下する。この材料中の水素が 材料の欠陥状態が生じているバルクのダングリングボンドと結合し、これにより エミッタ領域２とコレクタ領域３を通して適切なエレクトロン輸送を行なうこと ができる。合金のベース層１がこれらの領域２及び３上に又はその中に形成され る場合、この領域２，３の水素含有量はベース層１の所望の高いシリコンリッチ の性質を利用する上で重要な役割を果たすようになる。アモルファスシリコン材 料への水素添加は、例えばこの材料をＳｉＨ₄を用いるプラズマエンハンメント 化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）により堆積する場合のように堆積処理中に行なうこ とができる。一方、この水素添加は、例えば堆積したアモルファスシリコン材料 に水素プラズマを照射することにより、その後行なうこともできる。アモルファ スシリコン材料中の水素含有量を制御する処理パラメータは、例えばマサキ等の 文献に記載されているように既知である。 図１及び２のホットエレクトロントランジスタは既知のアモルファスシリコン 薄膜技術を用いて製造することができる。図３及び４はこの例を図示する。図３ に示す形態において、はじめに絶縁性基板１０上に電極膜１３を堆積しパターニ ングする。電極膜１３は、例えばクロミウムのような金属とすることができる。 次に、基板１０上のパターニングされた電極膜１３上に例えばＰＥＣＶＤにより アモルファスシリコン材料を堆積する。図３に図示する形態において、このアモ ルファスシリコン材料は砒素又は別のドナー不純物が高濃度に添加された膜３０ ｂ上にアンドープの膜３０ａを有する。このアモルファスシリコン材料３０は３ ００℃以下の温度、例えば約２５０℃で堆積することができる。水素添加処理は 堆積中に行なう。このシリコン材料層３０ａ及び３０ｂｎｏ水素含有量は、例え ば典型的な場合として２０％とすることができる。これらの膜３０ａ及び３０ｂ はトランジスタのコレクタ領域３を構成し、典型的にはそれぞれ０．５μｍ及び ０．１μｍの厚さを有する。 図３は順次の製造工程におけるシリコンリッチアモルファスシリサイド層１の 形成を図示する。本例において、層１はアモルファスシリコン膜３０ａ，３０ｂ 上に金属Ｍの層を堆積し、次に堆積した金属Ｍからアモルファスシリコン膜３０ ａの表面に金属原子を導入することにより形成される。例えば、米国特許第３７ ４７２０３号明細書に記載されているような反跳（recoil）注入を用いることが できる。尚、米国特許第３７４７２０３号の開示内容全体は本願の内容として援 用する。従って、例えば図３の矢印５０で示すように、堆積した金層Ｍの層４１ は例えばキャノン、アルゴン又は別の不活性ガスのエネルギーイオン５０で衝撃 が与えられるので、金属原子Ｍは層４１に注入されたイオン５０の反跳により表 面層１中に導入される。一方、反跳注入の代りに、堆積された金属Ｍを４００℃ 又は３００℃以下の温度に加熱する処理を行なって金属原子Ｍを膜３０ａの表面 に導入しシリコンリッチ合金アモルファス界面層を形成することもできる。マサ キの文献に記載された処理パラメータと同様な処理パラメータを用いることがで きる。典型的な場合、得られるシリサイド界面層１は１０ｎｍ以下の厚さ全体に 亘って９０％以上のシリコン含有量を有している。 金属層４１の金属Ｍからシリサイド界面層１を形成した後、残存する金属層４ １を界面層１から除去する。次に、例えばＰＥＣＶＤにより第２のアモルファス シリコン薄膜２０ａ，２０ｂを露出した界面層１上に堆積する。このようにして 、シリサイド層１は第１及び第２のアモルファスシリコン薄膜２０及び３０によ りサンドイッチされる。得られた構造体を図４に示す。 次に、薄膜２０及び３０の区域をエッチングにより除去し、ベースシリサイド 層１及びコレクタ電極パターン１３の露出した区域を有する個々のトランジスタ 本体を形成する。次に、金属膜を堆積しパターン化処理を行なってベース電極１ １及びエミッタ電極１２を形成する。この金属膜は例えばクロミウムとすること ができる。 図１及び３は、図１及び２のホットエレクトロントランジスタが形成されてい るデバイス基板１０の区域だけを示す。大面積電子デバイスの場合、例えば通常 のＴＦＴのような他の回路素子が基板１０の別の区域に形成される。既知の“ス タッダード”型のＴＦＴを基板１０の別の区域の膜３０ａ，３０ｂ，１３から形 成することができる。従って、アンドープ膜３０ａ（ｉ ａ−Ｓｉ：Ｈ）を形成 する前に、例えばこれら別の区域の膜３０ｂ及び１３をパターン処理してＴＦＴ のソース及びドレイン電極を形成することができる。図４の構造体を形成した後 、ＴＦＴが形成される区域の層１，２０ａ及び２０ｂをエッチングにより除去し てＴＦＴ区域を再び露出する。次に、誘電体層及び金属ゲートを既知の方法で露 出した膜３０ａ上に堆積して絶縁ゲートＴＦＴを形成し、そのチャネル領域は膜 ３０ａにより構成する。通常の方法では、個々のＴＦＴ本体はエッチングにより 膜３０ａ及び３０ｂから形成し、金属−膜接続トラックは基板１０上の個々の回 路素子間に形成する。 本発明の範囲内において種々の変形や変更が可能である。この変形を図５に示 す。この例ではシリコンリッチアモルファス金属−シリコン合金層１を直接イオ ン注入により形成する。本例では、図３のように、基板１０上のパターン化処理 された電極膜１３上に不純物が添加されたアモルファスシリコン膜３０ｂを堆積 する。一方、次により厚いアンドープドアモルファスシリコン膜２３ａ（ｉ ａ −Ｓｎ：Ｈ）を堆積し、この膜からエミッタ部分２ａ及びコレクタ部分３ａの少 なくとも一部を形成する。 図５は少なくとも１つの金属Ｍのイオン５１をアモルファスシリコン薄膜材料 ２３ａ内にイオン注入して薄膜シリサイド層１を形成する工程を示す。実際のシ リサイドの形成は、イオン注入された層を３５０℃以下の温度に加熱してアニー ル処理を行う際に行われる。このアニール処理はイオン注入中又はその後行う。 イオン注入用の適当な金属は、例えばクロミウム、コバルト、ニッケル、鉄、イ リジウム及び白金である。極めて小さい抵抗値を有するシリサイド層１はこのよ うにして形成することができる。従って、室温でａ−Ｓｉ：Ｈにコバルトをイオ ン注入することにより例えば約０．２×１０^-3Ωｃｍの抵抗値を得ることができ る。金属Ｍの注入イオンに加えて不純物イオン５１もシリコンリッチ金属−シリ コン合金層１に注入してその導電率を高くすることができる。従って、図１及び ２のホットエレクトロントランジスタの場合、リンイオン又はアンチモンイオン ５１をイオン注入することができる。この層１へのドナー添加を用いてコレクタ 領域部分３ａ（図５の２３ａ）への低濃度ドナー添加をおこない、これによりコ レクタ障壁をエミッタ障壁よりも僅かに低くすることができる。 図５の注入工程の後、アンドープド膜２０ａの残りの厚さを体積し、次に高不 純物濃度アモルファスシリコン膜２０ｂを堆積して図４の層構造と同様な層構造 を形成することができる。この層構造をさらに処理して図１及び２のホットキャ リアトランジスタが完成する。 図３及び４のシリコンリッチ合金界面層１にリン又はアンチモン、すなわちホ ットキャリア（エレクトロン）の導電型と同一の導電型にする不純物をトランジ スタベース領域１にわたって添加することができる。これは、図３の残存する金 属層４１を除去した後極めて低いエネルギーの不純物イオンをイオン注入するこ とにより又は金属層４１が表面上に残存している場合にはより高いエネルギーの 不純物イオンを注入することにより行うことができる。 図３及び４の方法の図５の方法よりも勝る重要な利点は、エミッタ領域部分２ ａ（２０ａ）の全体をコレクタ領域部分３ａ（３０ａ）の材料特性とは異なる材 料特性を有するように堆積できることである。従って、例えばエミッタ領域２は 、コレクタ領域３の水素添加されたアモルファス半導体材料（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の エネルギーバンドギャップよりも大きいエネルギーバンドギャップを有する水素 添加されたアモルファス半導体合金材料で構成することができる。この半導体合 金はコレクタ領域３及びベース領域１と同一の半導体元素により構成することが できるので、比較的簡単な製造技術を用いることができる。従って、例えばエミ ッタ領域膜２０ａ及び２０ｂはシリコンリッチアモルファスシリコンカーバイト （ａ−ＳｉＣ_Y：Ｈ）又はアモルファスシリコンリッチシリコン−ナイトライド （ａ−ＳｉＮ_Y：Ｈ）とすることができる。 図面に基づいて説明したトランジスタにおいて、エミッタは金属半導体合金ベ ース領域１と隣接するアンドープド又は低不純物濃度半導体部分２ａと、金属電 極１２と隣接する高濃度のドナー添加半導体部分２ｂとを有している。エミッタ 障壁を高くするため（つまり、よりエネルギーレベルの高いホットエレクトロン をベース領域１に注入できるようにするため）、高濃度のドナー添加半導体部分 ２ｂを薄い誘電体層（例えば、ＳｉＯ₂又はＳｉ₃Ｎ₄）で置換し、この誘電体層 を高電界でトンネルさせることができる。従って、この変形例において、金属電 極１２と、絶縁膜２ｂと、金属半導体合金ベース領域１とショットキー障壁を形 成するアンドープド又は低不純物濃度半導体部分２とを具えるＭＩＳ構造（ｍ ｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）とすることがで きる。 図面５に示すイオン注入工程は絶縁性基板１０上のアモルファスシリコン薄膜 基板２３ａに行う。一方、本発明によるアモルファスシリコンホットキャリアト ランジスタは単結晶基板上にエピタキシャル成長した単結晶シリコン材料２３ａ へ同様なイオン注入プロセスを行うことにより形成することができる。この場合 、ベース、エミッタ及びコレクタ１〜３のアモルファスシリコン材料はシリコン 結晶格子のイオン注入ダメージにより形成することができる。このアモルファス シリコン材料はスイソプラズマ中で例えば約３００℃まで加熱することにより水 素添加することができる。 図１は、アモルファスシリサイド層１からアモルファスシリコン膜２を局部的 に除去することによりベース電極接続を形成することを図示している。一方、別 の接続配置も可能である。従って、例えばアモルファスシリコン薄膜２の厚さ全 体にわたって低温度で金属合金化処理してシリコンベース領域１と接触する金属 リッチ領域を形成することができる。 図面１〜５は本発明のホットエレクトロントランジスタの構成を図示した。一 方、ドナー添加薄膜材料２ｂ及び３ｂをｐ形材料で置換することにより本発明に 基づいてホットホールトランジスタを製造することができる。ボロンは水素添加 されたアモルファスシリコン材料に対する好適なアクセプタ不純物である。ホッ トホールトランジスタには、上述した実施例で説明したａ−Ｓｉ：Ｈではなく、 アモルファスゲルマニウム薄膜技術（ａ−Ｇｅ：ｈに基づく）を用いることがで きる。 この開示内容から明らかなように、当業者にとって種々の変形や変更が可能で ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体のエミッタ領域とコレクタ領域との間に位置し、エミッタ領域及びコ レクタ領域に対してショットキー障壁を形成する金属−半導体合金ベース領域を 具えるホットキャリアトランジスタにおいて、前記エミッタ領域及びコレクタ領 域を、ベース領域を構成する中間の半導体リッチアモルファス金属−半導体合金 層と隣接する水素添加アモルファス半導体材料で構成したことを特徴とするホッ トキャリアトランジスタ。 ２．請求項１に記載のホットキャリアトランジスタにおいて、前記エミッタ領域 を、ベース領域を構成する中間の半導体リッチアモルファスシリサイド層と隣接 するアンドープド水素添加アモルファスシリコン材料で構成したことを特徴とす るホットキャリアトランジスタ。 ３．請求項２に記載のホットキャリアトランジスタにおいて、前記ベース領域を 構成するアモルファスシリサイド層がエミッタ領域及びコレクタ領域の水素添加 アモルファスシリコンの２個の半導体間の界面に存在し、この界面層が１０ｎｍ 以下の厚さにわたって９０％以上のシリコン含有量を有することを特徴とするホ ットキャリアトランジスタ。 ４．請求項２又は３に記載のホットキャリアトランジスタにおいて、クロミウム 、コバルト、ニッケル、鉄、イリジウム及び白金を含むグループの少なくとも１ 個の金属が前記アモルファスシリサイド層の金属−シリサイドを形成することを 特徴とするホットキャリアトランジスタ。 ５．請求項１から４までのいずれか１項に記載のホットキャリアトランジスタに おいて、前記エミッタ領域が、コレクタ領域の水素添加されたアモルファス半導 体材料のエネルギーバンドギャップよりも大きいエネルギーバンドギャップを有 する水素添加されたアモルファス半導体材料を有することを特徴とするホットキ ャリアトランジスタ。 ６．請求項１から５までのいずれか１項に記載のホットキャリアトランジスタに おいて、前記ベース領域を流れるホットキャリアの導電型と同一の導電型を決定 する不純物が前記ベース領域を構成する半導体リッチアモルファス金属−半 導体合金層に存在することを特徴とするホットキャリアトランジスタ。 ７．請求項１から５までのいずれか１項に記載のホットキャリアトランジスタに おいて、前記エミッタ領域及びコレクタ領域が、エミッタ電極及びコレクタ電極 とそれぞれ接触する水素添加されたアモルファス半導体材料のドナー添加領域を それぞれ有し、このトランジスタをホットエレクトロントランジスタしたことを 特徴とするホットキャリアトランジスタ。 ８．請求項１から７までのいずれか１項に記載のホットキャリアトランジスタを 具える電子装置を製造するに当たり、エミッタ領域及びコレクタ領域用の少なく とも１個のアモルファス半導体薄膜を堆積し、このアモルファス半導体薄膜に水 素を添加し、アモルファス半導体薄膜材料の一部に金属原子を導入してベース領 域用の半導体リッチアモルファス金属−半導体合金層を形成し、前記半導体リッ チアモルファス金属−半導体合金層を製造工程中に４００℃以下の温度に維持す ることを特徴とする電子装置の製造方法。 ９．請求項８に記載の電子装置の製造方法において、第１のアモルファス半導体 薄膜上に金属を堆積することにより、前記半導体リッチアモルファス金属−半導 体合金層を第１のアモルファス半導体薄膜と第２のアモルファス半導体薄膜との 間に形成し、前記堆積された金属層から前記第１のアモルファス半導体薄膜の表 面に金属原子を導入して１０ｎｍ以下の厚さにわたって９０％以上の半導体含有 量を有する半導体リッチアモルファス界面層を形成し、前記界面層から残存する 金属を除去し、前記界面層に第２のアモルファス半導体薄膜を形成することを特 徴とする電子装置の製造方法。 １０．請求項９に記載の電子装置の製造方法において、前記堆積された金属を４ ００℃以下の温度に加熱することにより又は前記堆積された金属に対するイオン 注入の反跳により、前記金属原子を第１のアモルファス半導体薄膜に導入するこ とを特徴とする電子装置の製造方法。