JPS636876A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS636876A
JPS636876A JP61149505A JP14950586A JPS636876A JP S636876 A JPS636876 A JP S636876A JP 61149505 A JP61149505 A JP 61149505A JP 14950586 A JP14950586 A JP 14950586A JP S636876 A JPS636876 A JP S636876A
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JP
Japan
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layer
semiconductor device
semiconductor
type
collector
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Pending
Application number
JP61149505A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Usagawa
利幸 宇佐川
Kazuo Nakazato
和郎 中里
Yasunari Umemoto
康成 梅本
Takeyuki Hiruma
健之 比留間
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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、バイポーラトランジスタのエミッタコレクタ
の形成に係り、特に微小エミッタ形成およびα線のソフ
トエラー対策に好適な半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、砒化ガリウム(G a A s )と砒化アルミ
ニウムガリウム(AI2GaAs)のヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ[Het、ero B 1polar
 T ransist、or: HBTと略すコにおい
ては、アイ・イー・イー・イー、プロシーディングガリ
ウム砒素アイ・シー・シンポジウム 1984年度第1
33ページ、及び1983年度、第170ページ[Pr
oc。
GaAs ICSymp、IEEE  1984 p、
133゜同1983  p、170]に示される例の様
に、基板にn型コレクタ層、P型ベース層、n型エミッ
タ層と順次MOCVD [有機金属熱分解法コあるいは
MBE [分子線エピタキシー]法を用いてエビ成長に
より形成後エミッタ、ベース、コレクタを各々形成して
いくのが常であった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
発明者らは、この様な構成のIKビットスタティック 
ランダムアクセスメモリ[I KbitSRAMI  
をECLrEmiしヒer  Copled  L o
gic]を基本回路として試作したところ、LSI[大
規模集積回路コパッケージから出て来るα線粒子により
、記憶情報の一部がなくなる。いわゆるソフトエラーの
現象が、HB Tにおいても、51−MOSFETにお
ける1メガランダムアクセスメモリ[lMdRAM]に
みられる現象と同様に生じていることを見い出した。
ソフトエラーのJM因を解析に結果、次の事実が明らか
となった。
パッケージ等から放出される数M e Vの線は表面か
ら数10μm貫通後停止し、大IB!!10’個程度の
電子・正孔対を生成する。しかも電荷対の発生の割合は
、入射直後の高エネルギー時よりGa。
As原子との衝突によりエネルギーを失った停止直前の
方が多いことはSiの場合と同様である。
即ち、α線による発生電荷の大部分は半導体素子が形成
されている半絶縁性G a A s基板内に生じる。こ
れら基板内で発生した電荷対はそれぞれ拡散で広がって
いくが、半絶縁性G a A s基板とn型コレクタと
で生じている空乏層に達すると、空乏層内に存在する電
界により、電子はコレクタ層内に引き寄せられる。
一方、正孔はポテンシャルバリアにより反発される。
ところで、n型コレクタ層は、メモリセルにおいて記憶
電位を保持するノードであるから、オフ側トランジスタ
のコレクタの場合、オン側のトランジスタのベース電位
が低下し、オントランジスタはオフへと向う。これが、
情報破壊の主要な機構である。
又実際のメモリセルではトランジスタ以外に抵抗、SB
D等を含んでいるので、トランジスタ以外の部分にα線
による雑音電流が流入し、それがメモリセル、トランジ
スタのレコクタ電位に影響を与える場合も考えられる。
即ち、HBTを実際のSRAMに適用する場合、何らか
のα線ソフトエラー対策を行なう必要性が生じてきた。
本発明の目的は、HBTを実際のSRAMに適用する場
合に、α線によるソフトエラーを防止することである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、バイポーラ・トランジスタのエミッタを基
板側に形成し、コレクタを表面側に形成することで達成
できる。メfメグバイポーラトラ今ンジスタにおけるコ
レクタ層への電子の注入は押えられる。
〔作用〕
コレクタ層を表面側に、エミッタ層を基板側に形成する
ことで、α線粒子による電子正孔対のコレクタへの流入
はほとんど全て遮断できる。又、ショットキーバリアダ
イオード(S B D)についてもp型層(pnp型の
場合にはn型層)を形成することでSBDに流入する電
子(pnp型の場合には正孔)を遮断でき、SRAM(
スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)を形成し
た場合のメモリセルではα線によるソフトエラーの問題
は解決できた。即ち、コレクタ・ノードの電位変動は押
えられる。
〔実施例〕
以下本発明を実施例を通じて更に詳しく説明する。
実施例1゜ GaAs/AQGaAsヘテロ接合を用いたnpn型H
BT、又はヘテロ界面に形成される2 DEC(2次元
電子ガス)をベースに用いるpnp型2DEG−HBT
に対し、本発明を適用した場合を各々第1図(a)、(
b)に示す。
半絶縁性G a A s基板1o上にMBE (分子線
エピタキシー)法を用いてアンドープ(結果的に10”
cm−3レベルのP型になっている)AQGaAs層1
1を3層膜1人更にアンドープG a A sを150
人形成後、F I B (FocuredI on B
 eam Mejhod :収束イオンビーム法)を用
いて、Siを150 keVの加速電圧で8×1013
cm−2のドース量でエミッタとなるべき領域15.1
6にイオン注入した。続いて、1000’c、to秒の
ランプアニールを行ない、Si原子を活性化した。続い
てMBE室内でAQGaAs層11の保層膜1して用い
られていた最上層のQaAs150人を熱的に解離した
。引き続いて、Beを5 X 10 ”cm−3含有す
るP型G a A s層12を1500人形成し、St
を3 X O”c+n−3含有するn−コレクタ層13
を4000人形成し、Siを3 X I O18cm−
’含有するn型GaAsコレクタ層】4を5000人形
成した。
デバイス形成プロセスとしては通常の技術が使用できる
。即ち、素子間分離のため、1.5μmの溝をG a 
A s基板10内まで3μm程度形成後、平坦化プロセ
スを用いて、5102#!縁物30を形成した。更に、
リソグラフィーを用いてコレクタ電極20(材質はA 
u −Z n / A u )ベース電極21、更にエ
ミッタ電極をドライ加工を用いて埋込まれたn型領域1
5.16に接続した。
P型ベース層12とオーミック電極を形成するため、B
eを150beVの加速電圧で8×1013cm−2注
入し、p+領域22を形成した。
ドライ加工を用いて1、n型GaAs層14.13を取
り除き、直接P型W12にベース電極を形成してもよい
又、n型GaAs1fJI4とn−GaAsMl 3の
間に50人〜100人のn″″AAGaAsを挿入し。
CC0,2F 2 / He 混合ガスによるRIE 
(反応性イオンエツチング)を用いてn型GaAsff
14を選択的に除去し、Beを5013eVの加速電圧
で2 X 1013am−2選択的に注入してP+居を
ベース層12に対し形成し、ベース電極を形成してもよ
い。
実施例2゜ GaAs ME S F E T、或いは、ショットキ
ーダイオードをnpn型HBTとを同一基板に形成した
場合を第2図に示す。
半絶縁性G a A s基板lO上に、p−アンドープ
G a A s層9を800QAMBE法で形成した。
その後のMBE法によるエビ成長及びHBT部分形成は
実施例1の場合と同様であるa n ”GaAsコレク
タ層14は選択的に除去し、n−コレクタ層13にイオ
ン注入法でn型能動層61.n”G a A sソース
・ドレイン領域60を形成後、ソース電極51.ドレイ
ン電極52.ゲート電極50を各々形成し、MESFE
Tとした。このG a A sMESFETはHBTイ
ンバータ、或いはフリップフロップ回路において負荷と
して使用できる。
或いは、ゲート電t1.50部分の面積を利用してSB
D (ショットキーバリアダイオード)として用いるこ
ともできる。SBDとして用いる場合。
n型能動層61の形成は必ずしも必要なく、エビ層であ
るn−コレクタ層13を直接用いてもよい。
又、SBD部分をα線により電子・正孔対から′、?る
ためにベース層部分を形成するp型GaAs12を用い
て埋込み2層の役77を果させ、正孔を外部に取り出し
、電子にとってのポテンシャル障壁とすることができる
。その時、SBD部分の下方に位置する2層12にff
i!I aft電極を形成し、2層12とSBD部分部
分層13を逆バイアスにして通常用いる。
実施例3゜ 2DEC−FET或いはショットキーバリアダイオード
(SBD)はpnp型2DEC−HBTと同一基板に2
DECを共通のエピタキシャル法で形成した場合の実施
例を第3図に示す。
将来2DEC−FET、或いはSBDになる部分に、イ
オン注入法等によりBeイオンを注入後活性化し1選択
的にρ型層46を形成するSiをI X 10 ”c+
a−”程度含有するG a A s層40を5000人
形成後、実施例1の第1図(b)に示すものと同様の結
晶成長を行い、2DEC−HBTを形成する、p型コレ
クタM45を除去しp−GaAs層44の一部分をエツ
チングで除去し、ゲートメタル50を形成する。又、ソ
ース・ドレインとなるべき領域は、Siイオンを注入し
、ソース・ドレイン領域47を形成し、ソース・ドレイ
ン電極51.52を形成する。
このとき、2DEC(p−44層とn型42層界面に形
成される)部分をα風ソフトエラーから電子埋込み9層
46に外から電位を制御する@極を形成するのは第2図
と同様である。
以上の実施例1,2.3では、エミッタ層をイオン注入
法、或いはFIB法により選択的に形成した。
この様な方法は、エミッタサイズの微細化には優れた方
法であるが、これは、たとえばI2L回路を形成する様
な場合にはn型GaAs層を4000人、n型A(lG
aAs層を3000人程度1基板上にエビ成長後、素子
加工を行なってもよい。
この様な場合、エミッタサイズを微細にするには限界が
存在するが、エミッタを共通に使える等の利点が生じて
くるのは、従来Siで実現されているI2L回路と同様
である。
又、pnp  2DEG−HBTと2DEG−FETを
同一の2DECを一方ではバイポーラのベースとして一
方はFETの能動層として用いることシこより新しい機
能の回路を実現できる。
本実施例では、GaAs/AQGaAsヘテロ接合形を
示したが、GaAs/Ge、AQGaAs/Ge。
InP/ZuGaAsP、InA(lAs/InGaA
s等他のヘテロ接合形でも有効なことは言うまでもない
特に2次元正孔ガス(2DHG)をベース層とFETの
能動層に用いるn型AQGaAs/p−AQGaAs/
アンドープG e / n型GaAs系では本発明は有
効である。
又1本発明の構造により4 Kbit、 S RAMを
試作したところ、従来構造のものより約4桁〜5桁α線
ソフトエラー率を低減できた。
以上では単一ヘテロ界面の場合のみについて述べたが、
複数のヘテロ界面を持つ素子にも応用できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、エミッタ層を基板例に形成し。
コレクタ層を表面に形成したので、コレクタ層に流入す
るα線粒子による正孔・電子対の流入を防ぐことができ
たので、S RA M  α線ソフトニラ−率は従来よ
り4Jfi小さくすることができた。又、SBD、或い
はFETは能動層又は多数キャリアと反対符号の半導休
店を下方に設けることで、α線による電子正孔対の流入
を防ぐことができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明の実施例1を示す断面図、第2図は1
本発明の実施例2を説明する断面図、第3図は、本発明
の実施例3を説明する断面図である。 16.47・・・埋込みエミッタ層、 20.20’ ・・・コレクタ電極、21.21’ ・
・・ベース電極、l 6− n  A Q GaAs層
、47− p −AQ GaAs層、42− n −A
 Q GaAs層112・・・p型G a A s層、
43・・・2次元電子ガス、14− n型G a A 
s層、13−n−GaAs層、44−p−GaAs層、
45−p型GaAsMjJ。 30・・・素子間分難絶縁膜、31・・・電極ショート
防止絶縁膜。 一\

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半絶縁性基板および該半絶縁性基板上に形成された
    半導体層を基体として形成され、かつコレクタ層が該基
    体の表面側に形成されたヘテロ接合バイポーラトランジ
    スタを少なくとも有することを特徴とする半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
    2次元状担体を前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
    のベース層に用いることを特徴とする半導体装置。 3、特許請求の範囲第1項ないし第2項記載の半導体装
    置において、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの
    エミッタ層が基板上の不純物濃度がきわめて低く(10
    ^1^5cm^−^3以下)、かつエネルギーバンドギ
    ャップがベース層と比較して大きい半導体層中に選択的
    に形成されていることを特徴とする半導体装置。 4、特許請求の範囲第1項ないし第3項記載の半導体装
    置において、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの
    コレクタ層を形成する半導体層のうち不純物濃度の低い
    半導体層と同一エピタキシャル工程で形成された半導体
    層に電界効果型トランジスタを形成したことを特徴とす
    る半導体装置。 5、特許請求の範囲第1項ないし第3項記載の半導体装
    置において前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコ
    レクタ層を形成する半導体層のうち不純物濃度の低い半
    導体層と同一エピタキシャル工程で形成された半導体層
    にショットキー接合を有してなるショットキー接合バリ
    アダイオードを形成したことを特徴とする半導体装置。 6、特許請求の範囲第4項ないし第5項記載の半導体装
    置において、前記電界効果型トランジスタ或いは前記シ
    ョットキー接合バリアダイオードの下に位置し、その導
    伝型が前記電界効果型トランジスタ或いはショットキー
    接合バリアダイオードが形成されている半導体層と異な
    る半導体層に制御電極を形成したことを特徴とする半導
    体装置。
JP61149505A 1986-06-27 1986-06-27 半導体装置 Pending JPS636876A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05184667A (ja) * 1992-01-14 1993-07-27 Kawasumi Lab Inc 血液成分分離バッグ及び血液成分の分離方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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