JP2006222102A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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JP2006222102A JP2005020448A JP2005020448A JP2006222102A JP 2006222102 A JP2006222102 A JP 2006222102A JP 2005020448 A JP2005020448 A JP 2005020448A JP 2005020448 A JP2005020448 A JP 2005020448A JP 2006222102 A JP2006222102 A JP 2006222102A
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Hiroshi Nakano
浩 仲野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable semiconductor device having a high amplification factor, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: A bipolar transistor of polysilicon emitter structure has a polysilicon region 8 doped with impurities, and an emitter region 30 having a thin film layer 30 containing carbon at an interface with the polysilicon region 8. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置及び半導体の製造方法に関し、特に、多結晶シリコンエミッタ構造を有する半導体装置、及びその半導体装置を製造する方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor, and more particularly to a semiconductor device having a polycrystalline silicon emitter structure and a method for manufacturing the semiconductor device.

半導体装置の構成要素の1つであるバイポーラトランジスタは、抵抗、コンデンサ等と容易に共存し、半導体基板に多数の回路素子を形成して、要求される回路動作や機能を果たすことができるという有利性を備えていること等から幅広く用いられている。   A bipolar transistor, which is one of the components of a semiconductor device, can easily coexist with resistors, capacitors, and the like, and can form a large number of circuit elements on a semiconductor substrate to perform required circuit operations and functions. Widely used because of its properties.

バイポーラトランジスタには種々の要求される電気的特性があり、その中でも重要な特性の1つに電流増幅率がある。エミッタ注入効率を向上させると、電流増幅率の特性を改善することができるため、エミッタ注入効率の大きい半導体装置を得るための技術として種々の手法が提案されている。   Bipolar transistors have various required electrical characteristics, and one of the important characteristics is the current amplification factor. When the emitter injection efficiency is improved, the characteristics of the current amplification factor can be improved. Therefore, various techniques have been proposed as techniques for obtaining a semiconductor device having a high emitter injection efficiency.

従来より、バイポーラトランジスタの電流増幅率を向上する原理として、エミッタとベースとの接合部にエネルギーギャップを設け、ベースからエミッタに注入される少数キャリアの流れを阻止する方法が広く用いられている。   Conventionally, as a principle for improving the current amplification factor of a bipolar transistor, a method of providing an energy gap at the junction between the emitter and the base and blocking the flow of minority carriers injected from the base to the emitter has been widely used.

具体的な手法として、トンネル電流が流れる薄膜をエミッタに有するもの、例えばトンネル電流を流し得る薄膜としての絶縁膜が形成されたMIS(メタル/絶縁膜/半導体)構造のバイポーラトランジスタや水素化非晶質ヘテロエミッタ材料であるマイクロクリスタル(μC)をエミッタに用いたヘテロバイポーラトランジスタ等が知られている。   As a specific method, a bipolar transistor having a MIS (metal / insulating film / semiconductor) structure in which an insulating film is formed as a thin film through which a tunnel current can flow, for example, a thin film through which a tunnel current flows can be used. A hetero bipolar transistor using a microcrystal (μC), which is a high quality heteroemitter material, as an emitter is known.

トンネル電流が流れる薄膜をエミッタに有するバイポーラトランジスタの場合、この薄膜における電子と正孔のトンネル確率の差によって、ベースからの正孔が薄膜で阻止され、ベース電流が低減される。又、マイクロクリスタルを用いたヘテロバイポーラトランジスタの場合、エミッタとベースとの間のバンドギャップ差によって、ベースからエミッタへの少数キャリアの逆注入が抑制されつつ、ベース層中へ多数キャリアが注入されることにより、ベース電流が低減される。   In the case of a bipolar transistor having a thin film through which a tunnel current flows as an emitter, holes from the base are blocked by the thin film due to the difference in tunneling probability between electrons and holes in the thin film, and the base current is reduced. In the case of a heterobipolar transistor using a microcrystal, majority carriers are injected into the base layer while suppressing the reverse injection of minority carriers from the base to the emitter due to the band gap difference between the emitter and the base. As a result, the base current is reduced.

又、一般的に半導体装置の信頼性を向上させることを目的とした技術として、例えば、以下のものが知られている。   In general, for example, the following techniques are known as techniques for improving the reliability of a semiconductor device.

特開2002−270819に、エミッタと外部ベースの高濃度領域を最短距離で分離し、エミッタ、ベース間のリーク電流を増加させずに高周波性能の向上したヘテロ接合バイポーラトランジスタを備える半導体装置が開示されている(特許文献1)。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-270819 discloses a semiconductor device including a heterojunction bipolar transistor having a high-frequency performance improved without separating a high-concentration region between an emitter and an external base at the shortest distance and increasing a leakage current between the emitter and the base. (Patent Document 1).

特開2003−086598に、ベース電極部とエミッタ電極部との離間距離が拡大され、ベース電極部とエミッタ電極部とが面で対抗する領域が僅少となり、ベース−エミッタ間の既成容量が低減されるバイポーラトランジスタが開示されている(特許文献2)。   In JP 2003-086598, the distance between the base electrode portion and the emitter electrode portion is increased, the area where the base electrode portion and the emitter electrode portion face each other is reduced, and the existing capacity between the base and the emitter is reduced. A bipolar transistor is disclosed (Patent Document 2).

特開2003−243407に、ベース層のベース引き出し層を厚く積層し、ベース引き出し部の抵抗が低減され、ベース全体のベース抵抗を低減するバイポーラトランジスタが開示されている(特許文献3)。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-243407 discloses a bipolar transistor in which the base lead layer of the base layer is thickly stacked, the resistance of the base lead portion is reduced, and the base resistance of the entire base is reduced (Patent Document 3).

特開2004−221195に、エミッタ層にドーパントの拡散を防止する炭素と、炭素ドープによる格子定数の変かを補償し、エミッタ層を半導体基板材料に格子整合させるゲルマニウムを含有するバイポーラトランジスタが開示されている(特許文献4)。
特開2002−270819号公報 特開2003−086598号公報 特開2003−243407号公報 特開2004−221195号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-221195 discloses a bipolar transistor containing carbon that prevents diffusion of a dopant in an emitter layer and germanium that compensates for a change in lattice constant due to carbon doping and lattice-matches the emitter layer to a semiconductor substrate material. (Patent Document 4).
JP 2002-270819 A JP 2003-086598 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-243407 JP 2004-221195 A

従来構造のMIS構造のバイポーラトランジスタは、特に微小電流領域において酸化膜中における再結合電流が支配的となり、ベース電流が増大するため、低電流側での電流増幅率が低下し、極端な場合、1以下の大きさになる。又、このような構造の場合、メタルと絶縁膜とが反応し易く信頼性に欠ける。更に、絶縁膜が相当の厚みを有しているので、直列抵抗(エミッタ抵抗)が大きくなる。又、酸化膜の厚さによって正孔と電子のトンネル確率が決定されるため、酸化膜の厚さが敏感に電流増幅率に反映されてしまい、個々のバイポーラトランジスタの特性にばらつきが生じる。尚、直列抵抗も同様に変化する。すべての酸化膜を安定してÅの誤差範囲で作成することは困難である。従がって、低電流下でも電流増幅率が低下せず、作成が容易な信頼性のあるバイポーラトランジスタが望まれている。   In the conventional MIS structure bipolar transistor, the recombination current in the oxide film becomes dominant, particularly in a minute current region, and the base current increases, so the current gain on the low current side decreases, and in extreme cases, The size is 1 or less. Further, in such a structure, the metal and the insulating film easily react and lack reliability. Furthermore, since the insulating film has a considerable thickness, the series resistance (emitter resistance) increases. In addition, since the tunneling probability of holes and electrons is determined by the thickness of the oxide film, the thickness of the oxide film is sensitively reflected in the current amplification factor, resulting in variations in the characteristics of individual bipolar transistors. Note that the series resistance also changes. It is difficult to produce all oxide films stably with a margin of error. Therefore, there is a demand for a reliable bipolar transistor that does not decrease the current amplification factor even under a low current and can be easily manufactured.

他方、従来のマイクロクリスタルを用いたヘテロバイポーラトランジスタでは、エミッタ・ベース接合、すなわちマイクロクリスタル・シリコンを用いたエミッタとベースとの界面は、熱処理に対し不安定で変動し易く、安定した製造を行い難い。これは、マイクロクリスタル自体の不安定性や単結晶シリコンとの界面における不安定性に基づく。又、通常のマイクロクリスタルでは多量の水素を含んでいるので、結晶の不安定性を助長していることなどに起因する。更に、マイクロクリスタルを用いたものは、製造工程のみならず動作中に特性劣化が生じ易い。このため、特性劣化の生じない信頼性の高いバイポーラトランジスタが望まれている。   On the other hand, in conventional heterobipolar transistors using microcrystals, the emitter-base junction, that is, the interface between the emitter and base using microcrystal silicon, is unstable and easily fluctuates with respect to heat treatment, and is stable. hard. This is based on the instability of the microcrystal itself and the instability at the interface with single crystal silicon. Moreover, since a normal microcrystal contains a large amount of hydrogen, it is caused by promoting crystal instability. Furthermore, those using microcrystals are liable to cause characteristic deterioration not only during the manufacturing process but also during operation. For this reason, a highly reliable bipolar transistor that does not cause characteristic deterioration is desired.

以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号を用いて、[課題を解決するための手段]を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   [Means for Solving the Problems] will be described below using the numbers and symbols used in [Best Mode for Carrying Out the Invention]. These numbers and symbols are added in parentheses in order to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Best Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers and symbols should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in [Claims].

本発明に係る半導体装置(10)は、コレクタ領域(3)上に形成されたベース領域(4、5)と、ベース領域(4、5)上に形成されたエミッタ領域(6)と、エミッタ領域(6)上に形成され、不純物がドープされた多結晶シリコン領域(8)とを具備し、多結晶シリコン領域(8)とエミッタ領域(6)との界面に炭素含有薄膜層(30)を有する。   A semiconductor device (10) according to the present invention includes a base region (4, 5) formed on a collector region (3), an emitter region (6) formed on the base region (4, 5), and an emitter. A polycrystalline silicon region (8) formed on the region (6) and doped with impurities, and a carbon-containing thin film layer (30) at the interface between the polycrystalline silicon region (8) and the emitter region (6). Have

半導体基板(1)上に、第1伝導型の埋め込み層(2)と、第1伝導型のエピキシャルコレクタ領域(3)と、第2伝導型の真性ベース領域(4)と、エミッタ領域(6)と、多結晶シリコン領域(8)とが順に配置される。又、真性ベース領域(4)に隣接する外部ベース領域(5)と、エピキシャルコレクタ領域(3)に隣接するサブコレクタ領域(7)を有し、真性ベース領域(4)は、外部ベース領域(5)を介して、ベース電極(201)に接続され、エピキシャルコレクタ領域(3)は、サブコレクタ領域(7)を介してコレクタ電極(202)に接続される。炭素含有薄膜層(3)は、バルクとしての特性がでない程度に薄く、多結晶シリコン領域(8)に導入した不純物と炭素含有薄膜層(3)に含まれる炭素化合物の相乗作用により界面準位を低減し、偏析した不純物をイオン化することで発生する、ポテンシャルバリアを利用してベース電流を抑制し、電流増幅率を高める。   On the semiconductor substrate (1), a first conductivity type buried layer (2), a first conductivity type epitaxial collector region (3), a second conductivity type intrinsic base region (4), and an emitter region ( 6) and the polycrystalline silicon region (8) are arranged in order. Further, it has an external base region (5) adjacent to the intrinsic base region (4) and a sub-collector region (7) adjacent to the epitaxial collector region (3), and the intrinsic base region (4) is an external base region. (5) is connected to the base electrode (201), and the epitaxial collector region (3) is connected to the collector electrode (202) via the subcollector region (7). The carbon-containing thin film layer (3) is thin to the extent that it does not have bulk properties, and the interface state is generated by the synergistic action of impurities introduced into the polycrystalline silicon region (8) and the carbon compound contained in the carbon-containing thin film layer (3) The base current is suppressed by using a potential barrier generated by ionizing segregated impurities and the current amplification factor is increased.

その製造方法は、基板(1)上に、埋め込み層(2)を形成するステップと、埋め込み層(2)上にエピタキシャル成長により、コレクタ領域(3)を形成するステップと、イオン注入により、コレクタ領域(3)中にサブコレクタ領域(7)を形成するステップと、コレクタ領域(3)上に素子分離用の絶縁膜(102)を、形成するステップと、コレクタ領域(3)の活性領域中に外部ベース領域(5)及び真性ベース領域(4)を形成するステップと、真性ベース領域(4)、外部ベース領域(5)及びサブコレクタ領域(7)の上層に絶縁膜(101)を形成するステップと、絶縁膜(101)にエミッタコンタクトを開口し、エミッタコンタクトの開口面に炭素含有薄膜層(30)を形成するステップと、エミッタコンタクト及び絶縁膜(101)の一部を覆うように多結晶シリコン領域(8)を堆積するステップと、エミッタコンタクト上の多結晶シリコン領域(8)に不純物をイオン注入し、熱処理により不純物を拡散して、エミッタコンタクトの開口面周辺の真性ベース(4)内にエミッタ領域(6)を形成するステップと、電極分離用の絶縁膜(103)を堆積し、絶縁膜をアニールした後、ベースコンタクト、エミッタコンタクト及びコレクタコンタクトを開口し、電極を形成するステップとを備える。   The manufacturing method includes a step of forming a buried layer (2) on a substrate (1), a step of forming a collector region (3) by epitaxial growth on the buried layer (2), and a collector region by ion implantation. (3) a step of forming a subcollector region (7), a step of forming an insulating film (102) for element isolation on the collector region (3), and an active region of the collector region (3) Forming an outer base region (5) and an intrinsic base region (4); and forming an insulating film (101) on the intrinsic base region (4), the outer base region (5) and the subcollector region (7). Opening an emitter contact in the insulating film (101), forming a carbon-containing thin film layer (30) on the opening surface of the emitter contact; A step of depositing a polycrystalline silicon region (8) so as to cover a part of the edge film (101), ion implantation of impurities into the polycrystalline silicon region (8) on the emitter contact, and diffusion of the impurities by heat treatment The step of forming the emitter region (6) in the intrinsic base (4) around the opening surface of the emitter contact, the insulating film (103) for electrode separation is deposited, the insulating film is annealed, and then the base contact and emitter Forming contacts and collector contacts and forming electrodes.

本発明による半導体装置及びその製造方法によれば、バイポーラトランジスタの電流増幅率を容易に増大させることができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the current amplification factor of the bipolar transistor can be easily increased.

又、バイポーラトランジスタの信頼性が向上する。   In addition, the reliability of the bipolar transistor is improved.

更に、バイポーラトランジスタの製造の容易性及び安定性が向上する。   Furthermore, the ease and stability of manufacturing the bipolar transistor are improved.

添付図面を参照して、本発明による半導体装置及びその製造方法を説明する。   A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラトランジスタ10の構造を示す模式断面図である。
(Constitution)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a bipolar transistor 10 according to a first embodiment of the present invention.

図1を参照して、シリコン基板1上に埋め込み層2と、その上層にコレクタ層3とが設けられる。コレクタ層3は、コレクタ電極202と埋め込み層2とを接続するサブコレクタ領域7を備える。コレクタ層3の上部には真性ベース領域4と、外部ベース領域5が設けられる。真性ベース領域4は、外部ベース領域5を介してベース電極201に接続される。真性ベース層4の上部にエミッタ領域6が設けられる。エミッタ領域6は、上部の多結晶シリコン領域8を介してエミッタ電極200に接続される。又、エミッタ領域6は、多結晶シリコン領域8との界面に炭素含有薄膜層30を備える。絶縁膜101は、真性ベース領域4、外部ベース領域5、エミッタ領域6の上部に設けられ、各電極間及び各素子間を分離する。絶縁膜102は、コレクタ層3、真性ベース層4及び外部ベース層5の上部に設けられ、各電極間及び各素子間を分離する。又、絶縁膜103は、絶縁膜101及び102の上部に設けられ、各電極間を分離する。   Referring to FIG. 1, a buried layer 2 is provided on a silicon substrate 1, and a collector layer 3 is provided thereon. The collector layer 3 includes a subcollector region 7 that connects the collector electrode 202 and the buried layer 2. An intrinsic base region 4 and an external base region 5 are provided on the collector layer 3. Intrinsic base region 4 is connected to base electrode 201 through external base region 5. An emitter region 6 is provided on the intrinsic base layer 4. The emitter region 6 is connected to the emitter electrode 200 through the upper polycrystalline silicon region 8. The emitter region 6 includes a carbon-containing thin film layer 30 at the interface with the polycrystalline silicon region 8. The insulating film 101 is provided on the intrinsic base region 4, the external base region 5, and the emitter region 6, and separates the electrodes and the elements. The insulating film 102 is provided on the collector layer 3, the intrinsic base layer 4, and the external base layer 5, and separates the electrodes and the elements. The insulating film 103 is provided on the insulating films 101 and 102 and separates the electrodes.

シリコン基板1はリン、砒素、アンチモンなどの不純物をドープしてn型としたもの、あるいはボロン、アルミニウム、ガリウム等の不純物をドープしてp型にしたものを用いる。本実施の形態においては一例としてp型のシリコン基板を用いる。埋め込み層2は、例えば不純物濃度1016〜1020[cm−3]のn領域である。コレクタ層3はコレクタ領域の一部としての機能を持ち、エピタキシャル技術などで形成された不純物濃度の低い、例えば1013〜1017[cm−3]程度のn型領域である。真性ベース領域4はベース領域としての機能を持ち、p型領域であり、例えば不純物濃度1015〜1020[cm−3]のp型領域である。外部ベース領域5はベース抵抗を下げるために、例えば不純物濃度1017〜1020[cm−3]のp領域である。エミッタ領域6は、エミッタとしての機能を持ち、例えば不純物濃度1019〜1021[cm−3]のn型領域である。サブコレクタ領域7はn領域であり、コレクタ電極202と埋め込み層2とを接続してコレクタ抵抗を低下させる。多結晶シリコン領域8は半導体材料層である高濃度の不純物を添加した多結晶層であり、ベースから注入された少数キャリアを阻止する。炭素含有薄膜層30は、炭素化合物のバルクの性質が現れることがないよう極めて薄い吸着層である。炭素化合物として、例えばDEP(ジエチルフタレート)、DBP(ジブチルフタレート)、DOP(ジオクチルフタレート)、BHT(2、6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール)、メントール、ジフェニール、酪酸などシリコンへの吸着性が比較的良好で、しかも熱的に頑強な炭素化合物が用いられる。これらの炭素化合物は単独で使用されることはもとより、幾つかを混合したり組合わせたりして使用され得る。エミッタ電極200、ベース電極201及びコレクタ電極202は各々金属、あるいはシリサイド等により形成される。 The silicon substrate 1 is n-type doped with impurities such as phosphorus, arsenic, and antimony, or p-type doped with impurities such as boron, aluminum, and gallium. In this embodiment, a p-type silicon substrate is used as an example. The buried layer 2 is, for example, an n + region having an impurity concentration of 10 16 to 10 20 [cm −3 ]. The collector layer 3 has a function as a part of the collector region and is an n-type region having a low impurity concentration, for example, about 10 13 to 10 17 [cm −3 ] formed by an epitaxial technique or the like. The intrinsic base region 4 has a function as a base region and is a p-type region, for example, a p-type region having an impurity concentration of 10 15 to 10 20 [cm −3 ]. The external base region 5 is a p + region having an impurity concentration of 10 17 to 10 20 [cm −3 ], for example, in order to lower the base resistance. The emitter region 6 has a function as an emitter, and is, for example, an n + type region having an impurity concentration of 10 19 to 10 21 [cm −3 ]. The subcollector region 7 is an n + region, and the collector resistance is lowered by connecting the collector electrode 202 and the buried layer 2. The polycrystalline silicon region 8 is a polycrystalline layer doped with high-concentration impurities, which is a semiconductor material layer, and blocks minority carriers injected from the base. The carbon-containing thin film layer 30 is an extremely thin adsorption layer so that the bulk property of the carbon compound does not appear. Examples of carbon compounds include DEP (diethyl phthalate), DBP (dibutyl phthalate), DOP (dioctyl phthalate), BHT (2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol), menthol, diphenyl, butyric acid, etc. A carbon compound having a relatively good adsorptivity and thermally strong is used. These carbon compounds can be used not only alone but also in a mixture or combination. The emitter electrode 200, the base electrode 201, and the collector electrode 202 are each formed of metal, silicide, or the like.

(製造方法)
図2を参照して、本発明によるバイポーラトランジスタの製造方法が説明される。
(Production method)
With reference to FIG. 2, a method of manufacturing a bipolar transistor according to the present invention will be described.

(1) 所定の伝導型(p型又はn型)の基板に、As、Sb、P等をイオン注入又は不純物拡散により、不純物濃度が1017〜1019[cm−3]の埋め込み層2が形成される(図2A参照)。
(2) 次に、エピタキシャル成長などにより、不純物濃度が、好適には1014〜1017[cm−3]のコレクタ層3が形成される。その後、イオン注入等により、不純物濃度が好適には1017〜1020[cm−3]のサブコレクタ領域7が形成される(図2B参照)。
(3) 素子分離用の絶縁膜102が、選択酸化法、あるいはCVD法等により形成される(図2C参照)。
(4) コレクタ層3の活性領域中にイオン注入又は不純物拡散等により外部ベース領域5及び真性ベース領域4が形成される(図2D参照)。
(5) 真性ベース領域4、外部ベース領域及びサブコレクタ領域7の上層に絶縁膜101が形成され、フォトエッチングによりエミッタコンタクトが開口される。次に、エミッタコンタクトの開口面を、希釈した炭素化合物を含む溶媒に浸漬させ、開口面に炭素含有薄膜層30が吸着、形成される。この際、溶媒として、例えば純水、エタノール、エーテルなど炭素化合物が可溶な材料を使用する。尚、炭素化合物を含む雰囲気中に開口面を暴露させて炭素含有薄膜層30を形成しても構わない。雰囲気としては、例えば清浄空気、窒素ガス、炭酸ガスなどを使用する。炭素含有薄膜層30として形成する炭素化合物としては、例えばDEP(ジエチルフタレート)、DBP(ジブチルフタレート)、DOP(ジオクチルフタレート)、BHT(2、6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール)、メントール、ジフェニール、酪酸などシリコンへの吸着性が比較的良好で、しかも熱的に頑強な炭素化合物を用いる。これらの炭素化合物は単独で使用することはもとより、幾つかを混合したり組合わせたりして使用することができる(図2E参照)。
(6) LPCVD法により、多結晶シリコン領域8が堆積される。次にエミッタコンタクト上の多結晶シリコン領域8にAs、Sb、P等のn型不純物が高濃度(5×1019[cm−3]以上)でイオン注入される。更に、900〜950℃で熱処理されて、活性化するとともに不純物が拡散され、エミッタ領域6が形成される。この際、エミッタ領域6の不純物濃度は、好適には1020〜1021[cm−3]のn拡散層が形成される。その後、多結晶シリコン8はフォトエッチングされ、エミッタ電極部分が残る(図2F参照)。
(7) 絶縁膜103を堆積し、これをアニールした後、ベースコンタクト、エミッタコンタクト及びコレクタコンタクトがフォトエッチングによって開口される(図2G参照)。
(8) 表面に、電極となるAl−Siがスパッタリングされ、メタルエッチングによりエミッタ電極200、ベース電極201、コンタクト電極202が形成される(図2H参照)。次に各電極をアロイし、パッシベーション膜が形成される(図示なし)。
以上のように、本発明によるバイポーラトランジスタが作成される。
(1) A buried layer 2 having an impurity concentration of 10 17 to 10 19 [cm −3 ] is formed on a substrate of a predetermined conductivity type (p-type or n-type) by ion implantation or impurity diffusion of As, Sb, P, or the like. Formed (see FIG. 2A).
(2) Next, the collector layer 3 having an impurity concentration of preferably 10 14 to 10 17 [cm −3 ] is formed by epitaxial growth or the like. Thereafter, the subcollector region 7 having an impurity concentration of preferably 10 17 to 10 20 [cm −3 ] is formed by ion implantation or the like (see FIG. 2B).
(3) An insulating film 102 for element isolation is formed by a selective oxidation method, a CVD method, or the like (see FIG. 2C).
(4) The external base region 5 and the intrinsic base region 4 are formed in the active region of the collector layer 3 by ion implantation or impurity diffusion (see FIG. 2D).
(5) An insulating film 101 is formed on the intrinsic base region 4, the external base region, and the subcollector region 7, and an emitter contact is opened by photoetching. Next, the opening surface of the emitter contact is immersed in a solvent containing a diluted carbon compound, and the carbon-containing thin film layer 30 is adsorbed and formed on the opening surface. At this time, a material in which a carbon compound is soluble, such as pure water, ethanol, or ether, is used as the solvent. The carbon-containing thin film layer 30 may be formed by exposing the opening surface in an atmosphere containing a carbon compound. As the atmosphere, for example, clean air, nitrogen gas, carbon dioxide gas or the like is used. Examples of carbon compounds formed as the carbon-containing thin film layer 30 include DEP (diethyl phthalate), DBP (dibutyl phthalate), DOP (dioctyl phthalate), BHT (2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol), A carbon compound such as menthol, diphenyl, butyric acid, etc., which has a relatively good adsorptivity to silicon and is thermally strong. These carbon compounds can be used alone or in combination or in combination (see FIG. 2E).
(6) A polycrystalline silicon region 8 is deposited by LPCVD. Next, n-type impurities such as As, Sb, and P are ion-implanted into the polycrystalline silicon region 8 on the emitter contact at a high concentration (5 × 10 19 [cm −3 ] or more). Furthermore, it is heat-treated at 900 to 950 ° C. to activate and diffuse impurities, thereby forming the emitter region 6. At this time, an n + diffusion layer having an impurity concentration of 10 20 to 10 21 [cm −3 ] is preferably formed in the emitter region 6. Thereafter, the polycrystalline silicon 8 is photoetched to leave an emitter electrode portion (see FIG. 2F).
(7) After the insulating film 103 is deposited and annealed, the base contact, the emitter contact, and the collector contact are opened by photoetching (see FIG. 2G).
(8) Al—Si serving as an electrode is sputtered on the surface, and an emitter electrode 200, a base electrode 201, and a contact electrode 202 are formed by metal etching (see FIG. 2H). Next, each electrode is alloyed to form a passivation film (not shown).
As described above, a bipolar transistor according to the present invention is produced.

(動作及び動作原理)
図1及び図3から図6を参照して、本発明によるバイポーラトランジスタの動作及び動作原理が説明される。
(Operation and operation principle)
The operation and operation principle of the bipolar transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図3を参照して、多結晶シリコン領域8と炭素含有薄膜層30とエミッタ領域6について説明される。
一般に、多結晶シリコン/シリコン界面近傍にはダングリングボンドなど高密度の格子欠陥が存在している。この界面に存在する格子欠陥は、深いアクセプター又はドナー準位として自由キャリアの捕獲中心となる。図3を参照して、多結晶シリコン/シリコン界面近傍近傍の近似的なバンド図が示される。この界面では多数キャリアにより界面準位が終端され、高密度の捕獲負電荷を有している。このため、図2(a)を参照して、多結晶シリコン/シリコン界面近傍に空乏層領域が生じ、ポテンシャルが変化して、キャリアに対する障壁となるポテンシャルバリアΦSを生じる。
The polycrystalline silicon region 8, the carbon-containing thin film layer 30, and the emitter region 6 will be described with reference to FIG.
Generally, high density lattice defects such as dangling bonds exist near the polycrystalline silicon / silicon interface. Lattice defects existing at this interface serve as trapping centers for free carriers as deep acceptor or donor levels. Referring to FIG. 3, an approximate band diagram near the vicinity of the polycrystalline silicon / silicon interface is shown. At this interface, the interface state is terminated by majority carriers and has a high density of trapped negative charges. For this reason, referring to FIG. 2A, a depletion layer region is generated in the vicinity of the polycrystalline silicon / silicon interface, and the potential changes to generate a potential barrier ΦS serving as a barrier against carriers.

多結晶シリコン/シリコン界面にはダングリングボンド以外にも不純物の偏析サイトが界面に多数存在している。図3(b)を参照して、多結晶シリコン領域に低濃度のn型不純物(例えば砒素)をドープすると、ダングリングボンドの捕獲サイトは不純物の偏析により界面のポテンシャルバリアの高さΦsが低下する。図3(c)を参照して、本発明に係る多結晶シリコン領域8には、更に不純物がドープされる。このため、多結晶シリコン領域8中の砒素の多くが界面の炭素含有薄膜層30の影響を受けて、多結晶シリコン/シリコン界面のダングリングボンドや他の偏析サイトに偏析し、偏析した砒素が多結晶シリコン/シリコン界面に存在する準位が終端されるとともに、砒素の一部が偏析サイトで容易にイオン化されてポテンシャルバリア高さΦs’を生成する。従がって、不純物が界面に存在する他の偏析サイトにも偏析し始め、界面に正電荷を生成するようになる。   In addition to dangling bonds, many segregation sites of impurities exist at the interface of the polycrystalline silicon / silicon. Referring to FIG. 3B, when a polycrystalline silicon region is doped with a low concentration n-type impurity (for example, arsenic), the trapping site of the dangling bond reduces the potential barrier height Φs due to segregation of the impurity. To do. Referring to FIG. 3C, the polycrystalline silicon region 8 according to the present invention is further doped with impurities. For this reason, most of the arsenic in the polycrystalline silicon region 8 is affected by the carbon-containing thin film layer 30 at the interface, and segregates at dangling bonds and other segregation sites at the polycrystalline silicon / silicon interface. The levels existing at the polycrystalline silicon / silicon interface are terminated, and a part of arsenic is easily ionized at the segregation site to generate the potential barrier height Φs ′. Therefore, impurities begin to segregate at other segregation sites present at the interface, and positive charges are generated at the interface.

図3(c)のバンド図で表されるポテンシャル状態になると、ポテンシャルバリアの高さΦs’はベース領域からエミッタ領域に注入された少数キャリア(正孔)の障壁として作用し、ベース電流を低減させる。その結果、電流増幅率が改善される。   In the potential state shown in the band diagram of FIG. 3C, the height Φs ′ of the potential barrier acts as a barrier for minority carriers (holes) injected from the base region into the emitter region, thereby reducing the base current. Let As a result, the current amplification factor is improved.

ベース電流の低下によってhFEが増加する現象を説明するモデルには、大別すると(1)酸化膜トンネリングモデル、(2)低移動度モデル、(3)偏析ポテンシャルバリアからの熱電子放出モデルがある。Pingxi Maらはn型多結晶シリコンエミッタ構造を有するトランジスタのキャリア輸送現象に関し、これらの3つのキャリア輸送メカニズムを考慮した解析モデルを提案している。 The models that explain the phenomenon in which h FE increases due to a decrease in base current can be broadly divided into (1) an oxide film tunneling model, (2) a low mobility model, and (3) a thermal electron emission model from a segregation potential barrier. is there. Pingxi Ma et al. Have proposed an analytical model that considers these three carrier transport mechanisms with respect to the carrier transport phenomenon of a transistor having an n-type polycrystalline silicon emitter structure.

この解析モデルによると、n型多結晶シリコン/シリコン界面に形成される自然酸化膜が極めて薄い状態(5Å以下)場合、電流増幅率hFEは砒素などの偏析に伴なうポテンシャルバリアの高さΦsと界面準位密度Ntによって大きく変化することが知られており、本発明によるバイポーラトランジスタにおいてもポテンシャルバリアの高さΦsと界面準位密度Ntに影響されて変化していることが判明した。 According to this analytical model, when the native oxide film formed at the n-type polycrystalline silicon / silicon interface is extremely thin (5 mm or less), the current amplification factor h FE is the height of the potential barrier accompanying segregation of arsenic and the like. It is known that the change greatly depends on Φs and the interface state density Nt, and it has been found that the bipolar transistor according to the present invention also changes depending on the height Φs of the potential barrier and the interface state density Nt.

図4を参照して、図1に示される本発明によるバイポーラトランジスタのA−A’線におけるバンド構造が示される。A−B間は、多結晶シリコン領域8、Bはn型多結晶シリコン/シリコン界面(炭素含有薄膜層30近傍)、Cは、エミッタ/ベース界面である。N型多結晶シリコン/シリコン界面におけるポテンシャルバリアの高さΦs’は0.18Vであり、バンドギャップ縮小効果による障壁Φsの0.15Vに比較しても、かなり大きな値を示している。従がって、本発明によるバイポーラトランジスタの電流増幅率hFEは、このポテンシャルバリアの高さΦsによる影響により大きく変動する。 Referring to FIG. 4, the band structure in the AA 'line of the bipolar transistor according to the present invention shown in FIG. 1 is shown. Between A and B, a polycrystalline silicon region 8, B is an n-type polycrystalline silicon / silicon interface (near the carbon-containing thin film layer 30), and C is an emitter / base interface. The height Φs ′ of the potential barrier at the N-type polycrystalline silicon / silicon interface is 0.18V, which is considerably larger than the barrier Φs of 0.15V due to the band gap reduction effect. Accordingly, the current amplification factor h FE of the bipolar transistor according to the present invention varies greatly due to the influence of the potential barrier height Φs.

次に、n型多結晶シリコン/シリコン界面の炭素含有薄膜層30の有無に関する水準間の比較では、本発明による炭素含有薄膜層30を形成したバイポーラトランジスタのポテンシャルバリアの高さΦsは、同一製造工程(炭素含有薄膜層30の作成工程を除く)で作成された炭素含有薄膜層30を形成してないバイポーラトランジスタよりも10mV高く、又、同モデルによる解析結果によると、界面準位密度Ntが1/500まで少なくなっている。図5を参照して、電流−電圧特性を示すガンメルプロットが示される。本発明に係る炭素含有薄膜層への炭素化合物添加濃度は、250ppbである。尚、この炭素化合物濃度は、純水中の濃度を示し、便宜的にTOC(Total organic carbon:全有機炭素)の値である。本発明に係るベース電流IB及びコレクタ電流ICを実線で、炭素含有薄膜層30のないバイポーラトランジスタのベース電流IB及びコレクタ電流ICをそれぞれ破線で示す。又、本発明に係る電流電流増幅率hFEを一点鎖線で示し、炭素含有薄膜層30のないバイポーラトランジスタの電流増幅率hFEを実線で示す。図5を参照して、1×10−13〜1×10−1(A)の範囲でコレクタ電流ICは両者で全く同じ特性を示すが、ベース電流にのみ差異が観察される又、本発明に係る電流増幅率hFEは、炭素含有薄膜層30のないものに比べ約1.4倍に増加している。従がって、n型多結晶シリコン/シリコン界面に形成された炭素含有薄膜層30がコレクタ電流に影響を与えてないことは、その界面が多数キャリアである電子の輸送に関し、何ら障壁作用をもたらさないこと、つまり伝導帯にポテンシャルバリアがないことを示している。そして、ベース領域からエミッタ領域への少数キャリアである正孔の輸送に関しては障壁作用をもたらしていること、つまり価電子帯にポテンシャルバリアが形成されていることを示している。 Next, in the comparison between the levels regarding the presence or absence of the carbon-containing thin film layer 30 at the n-type polycrystalline silicon / silicon interface, the potential barrier height Φs of the bipolar transistor formed with the carbon-containing thin film layer 30 according to the present invention is the same manufacturing. It is 10 mV higher than the bipolar transistor that does not form the carbon-containing thin film layer 30 formed in the process (except for the process of creating the carbon-containing thin film layer 30), and according to the analysis result of the model, the interface state density Nt is It has decreased to 1/500. Referring to FIG. 5, a Gummel plot showing current-voltage characteristics is shown. The carbon compound addition concentration to the carbon-containing thin film layer according to the present invention is 250 ppb. In addition, this carbon compound concentration shows the concentration in pure water, and is a value of TOC (Total organic carbon: total organic carbon) for convenience. The base current IB and the collector current IC according to the present invention are indicated by solid lines, and the base current IB and the collector current IC of the bipolar transistor without the carbon-containing thin film layer 30 are indicated by broken lines. Further, the current / current amplification factor hFE according to the present invention is indicated by a one-dot chain line, and the current amplification factor hFE of a bipolar transistor without the carbon-containing thin film layer 30 is indicated by a solid line. Referring to FIG. 5, the collector current IC in the range of 1 × 10 −13 to 1 × 10 −1 (A) shows exactly the same characteristics, but only a difference is observed in the base current. The current amplification factor hFE is increased by about 1.4 times compared to the case where the carbon-containing thin film layer 30 is not provided. Therefore, the fact that the carbon-containing thin film layer 30 formed at the n-type polycrystalline silicon / silicon interface does not affect the collector current means that there is no barrier action for transport of electrons whose interface is majority carriers. This indicates that there is no potential barrier in the conduction band. This indicates that a barrier action is brought about with respect to transport of holes which are minority carriers from the base region to the emitter region, that is, a potential barrier is formed in the valence band.

以上のように、本発明による炭素含有薄膜層30を有するバイポーラトランジスタは、n型多結晶シリコン/シリコン界面に偏析した砒素や炭素含有薄膜層30を構成する炭素化合物が、シリコンのダングリングボンドと結合して禁制帯中の界面準位を著しく低下させると同時に、不純物のイオン化により界面の価電子帯のエネルギーバンドに曲がりを形成し、ポテンシャルバリアを生成したために発生したものと考えられる。   As described above, in the bipolar transistor having the carbon-containing thin film layer 30 according to the present invention, arsenic segregated at the n-type polycrystalline silicon / silicon interface and the carbon compound constituting the carbon-containing thin film layer 30 are formed of silicon dangling bonds. This is considered to be caused by the fact that the interface state in the forbidden band is remarkably lowered due to bonding, and at the same time, the ionization of impurities forms a bend in the energy band of the valence band of the interface, generating a potential barrier.

図6を参照して、n型多結晶シリコン/シリコン界面に炭素含有薄膜層30を形成する際の炭素化合物の濃度とバイポーラトランジスタの電流増幅率hFEとの関係が示される。図6に示される炭素化合物濃度は、純水中の濃度を示し、便宜的にTOCの値である。ここではTOCの濃度幅は30〜280ppbである。炭素化合物含有の純水への浸漬時間は常温で10分である。図6に示されるように電流増幅率hFEはTOC濃度に正の相関を持ち、ばらつきも少なく直線的な変化を示している。これは電流増幅率hFEの制御性に優れ、炭素含有薄膜層30の形成も何ら特別な設備を使用することなく容易にできることから、量産性も非常に高いことを表している。 Referring to FIG. 6, the relationship between the current amplification factor h FE of the concentration and the bipolar transistor of the carbon compound for forming the carbon-containing thin film layer 30 to the n-type polycrystalline silicon / silicon interface is shown. The carbon compound concentration shown in FIG. 6 indicates the concentration in pure water, and is a TOC value for convenience. Here, the TOC concentration range is 30 to 280 ppb. The immersion time in the pure water containing a carbon compound is 10 minutes at room temperature. As shown in FIG. 6, the current amplification factor h FE has a positive correlation with the TOC concentration and shows a linear change with little variation. This indicates that the current gain hFE is excellent in controllability, and the carbon-containing thin film layer 30 can be easily formed without using any special equipment, so that mass productivity is very high.

トンネル電流を流し得る薄膜としての絶縁膜が形成されたMIS(メタル/絶縁膜/半導体)構造のバイポーラトランジスタは、酸化膜上に多結晶層8を堆積して熱処理すると、その酸化膜が部分的に破れて、局所的にエピタキシャル成長する。これは多結晶層と絶縁膜の結晶性の違いにより、界面には熱歪みが発生し、これを緩和するように不純物である酸素が準安定状態となって存在するため、高温の熱処理によって多結晶層の結晶粒が成長するようになり、酸素の状態変化が起き、Si−O結合の組換えが起きるためである。著しい場合には、酸化膜はボール状になり、その結果、多結晶層と基板の単結晶の接触面では多結晶層が固相エピタキシャル成長するようになる。このような構造の場合には単結晶と多結晶の界面が平坦でなくなり、バイポーラトランジスタの特性に関係するベース電流値が一定でなくなり、製品特性のばらつきの原因となる。本発明は単結晶のエミッタ領域6上に炭素化合物の吸着層からなる炭素含有薄膜層30を作成し、その薄膜上に多結晶シリコン領域8を形成しているため、このような界面が平坦でなくなりベース電流値が不安定になるという問題が発生しない。   In a bipolar transistor having a MIS (metal / insulating film / semiconductor) structure in which an insulating film as a thin film capable of passing a tunnel current is formed, when the polycrystalline layer 8 is deposited on the oxide film and heat-treated, the oxide film is partially To be locally grown epitaxially. This is because thermal distortion occurs at the interface due to the difference in crystallinity between the polycrystalline layer and the insulating film, and oxygen as an impurity exists in a metastable state to alleviate this. This is because crystal grains in the crystal layer grow, oxygen state changes, and Si—O bond recombination occurs. In a remarkable case, the oxide film has a ball shape, and as a result, the polycrystalline layer is solid-phase epitaxially grown at the contact surface between the polycrystalline layer and the single crystal of the substrate. In the case of such a structure, the interface between the single crystal and the polycrystal is not flat, and the base current value related to the characteristics of the bipolar transistor is not constant, which causes variations in product characteristics. In the present invention, since a carbon-containing thin film layer 30 made of a carbon compound adsorption layer is formed on the single crystal emitter region 6 and the polycrystalline silicon region 8 is formed on the thin film, such an interface is flat. This eliminates the problem that the base current value becomes unstable.

又、電子に対する障壁を形成することがないため、絶縁膜を起因とした直列抵抗(エミッタ抵抗)の発生も阻止できる。更に、本発明は炭素化合物の濃度を変化させることにより、電流増幅率hFEを制御性よく任意に変えることができるため、Å単位の精密さでを要求する高度な絶縁膜形成技術を必要とせず、一般的によく使用されている減圧CVD装置で多結晶シリコン領域8を堆積することができるため、極めて高い量産性が得られる。 Further, since no barrier against electrons is formed, generation of series resistance (emitter resistance) due to the insulating film can be prevented. Furthermore, since the current amplification factor hFE can be arbitrarily changed with good controllability by changing the concentration of the carbon compound, the present invention requires an advanced insulating film forming technique that requires high precision of the unit. In addition, since the polycrystalline silicon region 8 can be deposited by a generally used low-pressure CVD apparatus, extremely high mass productivity can be obtained.

一方、多結晶シリコン領域8は550〜650℃程度で堆積され、水素をほとんど含有していないため、100〜300℃程度で堆積されるマイクロクリスタル(μC)をエミッタに用いたヘテロバイポーラトランジスタのように、400〜600℃の熱処理でその特性が容易に変化するようなこともない。本発明で使用する多結晶シリコンの場合は950℃程度までは、十分に耐えられるものとなり、極めて安定なバイポーラトランジスタが得られる。   On the other hand, since the polycrystalline silicon region 8 is deposited at about 550 to 650 ° C. and hardly contains hydrogen, it is like a heterobipolar transistor using a microcrystal (μC) deposited at about 100 to 300 ° C. as an emitter. In addition, the characteristics are not easily changed by heat treatment at 400 to 600 ° C. In the case of polycrystalline silicon used in the present invention, it can withstand up to about 950 ° C., and an extremely stable bipolar transistor can be obtained.

以上のように、本発明によるバイポーラトランジスタは、エミッタ領域6と多結晶シリコン領域8との間に炭素含有薄膜層30を形成し、その界面における価電子帯のポテンシャルバリアを曲げることで、ベース領域から注入される正孔に対して障壁として作用し、ベース電流を低減し、電流増幅率を容易に増大させることができる。又、本発明に係る電流増幅率は、炭素含有薄膜層30の炭素化合物濃度に正比例し、量産性にきわめて優れている。   As described above, the bipolar transistor according to the present invention forms the base region by forming the carbon-containing thin film layer 30 between the emitter region 6 and the polycrystalline silicon region 8 and bending the potential barrier of the valence band at the interface. It acts as a barrier against holes injected from the base, can reduce the base current, and can easily increase the current amplification factor. In addition, the current amplification factor according to the present invention is directly proportional to the carbon compound concentration of the carbon-containing thin film layer 30 and is extremely excellent in mass productivity.

以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the specific configuration is not limited to the above-described embodiment, and changes within a scope not departing from the gist of the present invention are included in the present invention. .

図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2Aは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法に係る構造を示す断面図である。FIG. 2A is a cross-sectional view showing a structure according to a method for manufacturing a semiconductor device in an embodiment of the present invention. 図2Bは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法に係る構造を示す断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view showing the structure according to the method for manufacturing the semiconductor device in the embodiment of the present invention. 図2Cは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法に係る構造を示す断面図である。FIG. 2C is a cross-sectional view showing a structure according to the method for manufacturing a semiconductor device in the embodiment of the present invention. 図2Dは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法に係る構造を示す断面図である。FIG. 2D is a cross-sectional view showing the structure relating to the method for manufacturing the semiconductor device in the embodiment of the present invention. 図2Eは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法に係る構造を示す断面図である。FIG. 2E is a cross-sectional view showing the structure according to the method for manufacturing the semiconductor device in the embodiment of the present invention. 図2Fは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法に係る構造を示す断面図である。FIG. 2F is a cross-sectional view showing the structure relating to the method for manufacturing the semiconductor device in the embodiment of the present invention. 図2Gは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法に係る構造を示す断面図である。FIG. 2G is a cross-sectional view showing a structure according to the method for manufacturing a semiconductor device in the embodiment of the present invention. 図2Hは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法に係る構造を示す断面図である。FIG. 2H is a cross-sectional view showing a structure according to the method for manufacturing a semiconductor device in the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態に係る半導体装置のエネルギー準位の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of energy levels of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態に係る半導体装置のエネルギー準位の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of energy levels of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態及び従来例に係る電流―電圧特性の比較図である。FIG. 5 is a comparison diagram of current-voltage characteristics according to the embodiment of the present invention and a conventional example. 図6は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の電流増幅率の炭素化合物濃度特性である。FIG. 6 shows the carbon compound concentration characteristics of the current amplification factor of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体装置
1 基板
2 埋め込み層
3 コレクタ層
4 真性べース領域
5 外部ベース領域
6 エミッタ領域
7 サブコレクタ領域
8 多結晶シリコン領域
30 炭素含有薄膜層
101、102、103 絶縁膜
200 エミッタ電極
201 ベース電極
202 コレクタ電極
B 多結晶シリコン/シリコン界面
C エミッタ/ベース境界
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor device 1 Substrate 2 Embedded layer 3 Collector layer 4 Intrinsic base region 5 External base region 6 Emitter region 7 Subcollector region 8 Polycrystalline silicon region 30 Carbon-containing thin film layers 101, 102, 103 Insulating film 200 Emitter electrode 201 Base Electrode 202 Collector electrode B Polycrystalline silicon / silicon interface C Emitter / base interface

Claims (8)

コレクタ領域上に形成されたベース領域と、
前記ベース領域上に形成されたエミッタ領域と、
前記エミッタ領域上に形成され、不純物がドープされた多結晶シリコン領域とを具備し、
前記多結晶シリコン領域と前記エミッタ領域との界面に炭素含有薄膜層を有する
半導体装置。
A base region formed on the collector region;
An emitter region formed on the base region;
A polycrystalline silicon region formed on the emitter region and doped with impurities;
A semiconductor device comprising a carbon-containing thin film layer at an interface between the polycrystalline silicon region and the emitter region.
請求項1に記載の半導体装置において、
半導体基板上に、
第1伝導型の埋め込み層と、
第1伝導型のエピキシャルコレクタ領域と、
第2伝導型の真性ベース領域と、
前記エミッタ領域と、
前記多結晶シリコン領域とが順に配置され、
前記真性ベース領域に隣接する外部ベース領域と、前記エピキシャルコレクタ領域に隣接するサブコレクタ領域を有し、
前記真性ベース領域は、前記外部ベース領域を介して、ベース電極に接続され、
前記エピキシャルコレクタ領域は、前記サブコレクタ領域を介してコレクタ電極に接続される
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
On the semiconductor substrate,
A first conductivity type buried layer;
A first conductivity type epitaxial collector region;
An intrinsic base region of the second conductivity type;
The emitter region;
The polycrystalline silicon regions are arranged in order,
An external base region adjacent to the intrinsic base region and a sub-collector region adjacent to the epitaxial collector region;
The intrinsic base region is connected to a base electrode through the external base region,
The epitaxial collector region is connected to a collector electrode through the subcollector region.
基板上に、埋め込み層を形成するステップと、
前記埋め込み層上にエピタキシャル成長により、コレクタ領域を形成するステップと、
イオン注入により、前記コレクタ領域中にサブコレクタ領域を形成するステップと、
前記コレクタ領域上に素子分離用の絶縁膜を、形成するステップと、
前記コレクタ領域の活性領域中に外部ベース領域及び真性ベース領域を形成するステップと、
前記真性ベース領域、前記外部ベース領域及び前記サブコレクタ領域の上層に絶縁膜を形成するステップと、
前記絶縁膜にエミッタコンタクトを開口し、前記エミッタコンタクトの開口面に炭素含有薄膜層を形成するステップと、
前記エミッタコンタクト及び前記絶縁膜の一部を覆うように多結晶シリコン領域を堆積するステップと、
前記エミッタコンタクト上の多結晶シリコン領域に不純物をイオン注入し、熱処理により前記不純物を拡散して、前記エミッタコンタクトの開口面周辺の真性ベース内にエミッタ領域を形成するステップと、
電極分離用の絶縁膜を堆積し、前記絶縁膜をアニールした後、ベースコンタクト、エミッタコンタクト及びコレクタコンタクトを開口し、電極を形成するステップとを具備する
半導体製造方法。
Forming a buried layer on the substrate;
Forming a collector region on the buried layer by epitaxial growth;
Forming a subcollector region in the collector region by ion implantation;
Forming an insulating film for element isolation on the collector region;
Forming an external base region and an intrinsic base region in the active region of the collector region;
Forming an insulating film on the intrinsic base region, the external base region, and the subcollector region; and
Opening an emitter contact in the insulating film, and forming a carbon-containing thin film layer on the opening surface of the emitter contact;
Depositing a polycrystalline silicon region to cover the emitter contact and part of the insulating film;
Implanting impurities into the polycrystalline silicon region on the emitter contact and diffusing the impurity by heat treatment to form an emitter region in the intrinsic base around the opening of the emitter contact;
Depositing an insulating film for electrode separation, annealing the insulating film, and then opening a base contact, an emitter contact, and a collector contact, and forming an electrode.
請求項3に記載の半導体製造方法であって、
前記炭素含有薄膜層を形成するステップは、
前記エミッタコンタクトの開口面を、希釈した炭素化合物を含む溶媒に浸漬させるステップを備える
半導体製造方法。
A semiconductor manufacturing method according to claim 3,
The step of forming the carbon-containing thin film layer includes
A semiconductor manufacturing method comprising the step of immersing the opening surface of the emitter contact in a solvent containing a diluted carbon compound.
請求項4に記載の半導体製造方法において、
前記溶媒は、純水、エタノール、エーテルのいずれか1つ又はその組み合わせであり、炭素化合物が可溶な溶媒である
半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 4,
The said solvent is any one of the pure water, ethanol, ether, or its combination, and a carbon compound is a soluble solvent. The semiconductor manufacturing method.
請求項3に記載の半導体製造方法であって、
前記炭素含有薄膜層を形成するステップは、
炭素化合物を含む雰囲気中に前記エミッタコンタクトの開口面を暴露させるステップを備える
半導体製造方法。
A semiconductor manufacturing method according to claim 3,
The step of forming the carbon-containing thin film layer includes
A method for manufacturing a semiconductor, comprising: exposing an opening surface of the emitter contact in an atmosphere containing a carbon compound.
請求項6に記載の半導体製造方法において、
前記開口面を暴露するステップは、炭素化合物を含む清浄空気、窒素ガス、炭酸ガスのうち、いずれか1つの雰囲気中で行なわれる
半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 6.
The step of exposing the opening surface is performed in an atmosphere of any one of clean air containing a carbon compound, nitrogen gas, and carbon dioxide gas.
請求項3から7に記載の半導体製造方法において、
前記炭素化合物は、
ジエチルフタレート(Diethyl phthalate)、ジブチルフタレート(Dibutyl phthalate)、ジオクチルフタレート(Dioctyl phtalate)、2、6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、メントール(menthol)、ビフェニル(Biphenyl)、酪酸のうち、いずれか1つである
半導体製造方法。
In the semiconductor manufacturing method of Claim 3 to 7,
The carbon compound is
Among diethyl phthalate, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, menthol, biphenyl, butyric acid, One of the methods is a semiconductor manufacturing method.
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