JP3320175B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JP3320175B2 JP3320175B2 JP29818993A JP29818993A JP3320175B2 JP 3320175 B2 JP3320175 B2 JP 3320175B2 JP 29818993 A JP29818993 A JP 29818993A JP 29818993 A JP29818993 A JP 29818993A JP 3320175 B2 JP3320175 B2 JP 3320175B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高集積化された、高性能
な、絶縁面上の半導体層にトランジスタを形成した半導
体装置およびその製造方法に関する。
な、絶縁面上の半導体層にトランジスタを形成した半導
体装置およびその製造方法に関する。
【0002】また本発明は半導体装置、特にラテラル
(横型)バイポーラトランジスタの構造およびその製造
方法に関するものである。
(横型)バイポーラトランジスタの構造およびその製造
方法に関するものである。
【0003】
【従来の技術】従来のシリコンウェハバルクプロセスで
は、縦型バイポーラトランジスタを図10の様に形成し
ていた。図10において、201で1つの縦型npn型
バイポーラトランジスタを形成している。202は素子
分離領域である。203はp型シリコン基板、204は
バイポーラトランジスタ201のコレクタ領域となるn
+ 型領域、205はn-型エピタキシャル領域、207
はバイポーラトランジスタ201を他の素子から電気的
に分離するためのp型領域、208は選択酸化領域、2
06はコレクタ引出し層、209はp型ベース領域、2
01はn+型エミッタ領域、211は層間絶縁層、21
2、213、214はAl(アルミニウム)電極、21
5はパッシベーション絶縁層である。
は、縦型バイポーラトランジスタを図10の様に形成し
ていた。図10において、201で1つの縦型npn型
バイポーラトランジスタを形成している。202は素子
分離領域である。203はp型シリコン基板、204は
バイポーラトランジスタ201のコレクタ領域となるn
+ 型領域、205はn-型エピタキシャル領域、207
はバイポーラトランジスタ201を他の素子から電気的
に分離するためのp型領域、208は選択酸化領域、2
06はコレクタ引出し層、209はp型ベース領域、2
01はn+型エミッタ領域、211は層間絶縁層、21
2、213、214はAl(アルミニウム)電極、21
5はパッシベーション絶縁層である。
【0004】また、従来のシリコンウェハバルクプロセ
スでは、横型バイポーラトランジスタを図11の様にし
て形成していた。図11において、221で1つの横型
pnp型バイポーラトランジスタを形成している。22
2は素子分離領域である。223はp型シリコン基板、
224はバイポーラトランジスタ221のベース領域と
なるn+型領域、225はn-型エピタキシャル領域、2
27はバイポーラトランジスタ221を他の素子から電
気的に分離するためのp型領域、228は選択酸化領
域、226はベース引出し層、229はp+型エミッタ
領域、230はp+型コレクタ領域、231は層間絶縁
層、232、233、234はAl電極、235はパッ
シベーション絶縁層である。
スでは、横型バイポーラトランジスタを図11の様にし
て形成していた。図11において、221で1つの横型
pnp型バイポーラトランジスタを形成している。22
2は素子分離領域である。223はp型シリコン基板、
224はバイポーラトランジスタ221のベース領域と
なるn+型領域、225はn-型エピタキシャル領域、2
27はバイポーラトランジスタ221を他の素子から電
気的に分離するためのp型領域、228は選択酸化領
域、226はベース引出し層、229はp+型エミッタ
領域、230はp+型コレクタ領域、231は層間絶縁
層、232、233、234はAl電極、235はパッ
シベーション絶縁層である。
【0005】また、近年、SOI上にデバイスを形成
し、高速で低消費電力のICを形成することが研究され
ている。
し、高速で低消費電力のICを形成することが研究され
ている。
【0006】これは、基板にSOIを用いることにより
従来のバルクを用いた場合と比較して寄生容量が小さく
できることや、素子分離が簡単に実現できるなどのデバ
イスの高性能化に有望な利点をもっているためである。
従来のバルクを用いた場合と比較して寄生容量が小さく
できることや、素子分離が簡単に実現できるなどのデバ
イスの高性能化に有望な利点をもっているためである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のSi基板上に形
成した。縦型バイポーラトランジスタでは、トランジス
タの動作速度を上げるためにベース層にSi(1-x) Ge
x(xは混晶比)を用いたヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタが知られている。しかし、このナローギャップベ
ースのヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する場
合、p型Si(1-x) Gexのエピタキシャル成長膜が用
いられていた。この場合、以下の問題点が生じていた。
成した。縦型バイポーラトランジスタでは、トランジス
タの動作速度を上げるためにベース層にSi(1-x) Ge
x(xは混晶比)を用いたヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタが知られている。しかし、このナローギャップベ
ースのヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する場
合、p型Si(1-x) Gexのエピタキシャル成長膜が用
いられていた。この場合、以下の問題点が生じていた。
【0008】(1)Si基板と、Si(1-x) Gex層の
界面の組成変化が急峻であるため欠陥が発生し易い。
界面の組成変化が急峻であるため欠陥が発生し易い。
【0009】(2)従来の製造プロセスと整合性が悪
く、例えばMOSトランジスタと組み合わせたBi−C
MOS回路を製造する場合、プロセスが大変複雑にな
る。
く、例えばMOSトランジスタと組み合わせたBi−C
MOS回路を製造する場合、プロセスが大変複雑にな
る。
【0010】また、シリコン基板上に形成した。横型バ
イポーラトランジスタでも、さらにナローギャップベー
スのヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造しようと
した場合、図11の224で示したベース領域は、Si
(1-x) Gexをエピ成長させて、その後エミッタ、コレ
クタ領域にベース領域とは反対の導電型の不純物をドー
ピングして作成していた。しかし、この方法ではベース
領域の不純物濃度を上げることが困難であり、キャリア
のベース走行時間(τB )を小さくすることができなか
った。なぜなら、キャリアのベース走行時間(τB )
は、次の式で示されるからである。
イポーラトランジスタでも、さらにナローギャップベー
スのヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造しようと
した場合、図11の224で示したベース領域は、Si
(1-x) Gexをエピ成長させて、その後エミッタ、コレ
クタ領域にベース領域とは反対の導電型の不純物をドー
ピングして作成していた。しかし、この方法ではベース
領域の不純物濃度を上げることが困難であり、キャリア
のベース走行時間(τB )を小さくすることができなか
った。なぜなら、キャリアのベース走行時間(τB )
は、次の式で示されるからである。
【0011】τB =WB 2/nDB ここで、WB はベース長であり、DB は拡散係数であ
り、nはキャリアの密度である。トランジスタの遮断周
波数fT はこの場合、ほとんどキャリアベース走行時間
τB に反比例する。従って従来の横型バイポーラトラン
ジスタでは、キャリアの密度を大きくできないために、
遮断周波数fT を大きくできない。従って横型トランジ
スタの動作速度を速くすることができなかった。
り、nはキャリアの密度である。トランジスタの遮断周
波数fT はこの場合、ほとんどキャリアベース走行時間
τB に反比例する。従って従来の横型バイポーラトラン
ジスタでは、キャリアの密度を大きくできないために、
遮断周波数fT を大きくできない。従って横型トランジ
スタの動作速度を速くすることができなかった。
【0012】また、半導体の膜厚が5000Å以下のS
OI(Silicon on Insulator)を
利用して、MOS構造を作ると高速での動作が可能とな
ることが知られている。これは、SOIにすると基板容
量が減るために、高速でon、offできるようになる
からである。しかし、MOS構造のみで回路を構成する
と、駆動電流が必要な場合には、設計等が制限されてい
た。このため、SOIの場合、MOSとバイポーラトラ
ンジスタを組み合わせたBi−CMOSが注目されてい
る。絶縁膜の薄いSOIの場合には、縦構造のバイポー
ラトランジスタを組み込むよりも、横構造のバイポーラ
トランジスタを組み込む方が、プロセス上容易だからで
ある。しかしながら、従来横型バイポーラトランジスタ
は、縦型バイポーラトランジスタと比べて、高速性に劣
っていた。
OI(Silicon on Insulator)を
利用して、MOS構造を作ると高速での動作が可能とな
ることが知られている。これは、SOIにすると基板容
量が減るために、高速でon、offできるようになる
からである。しかし、MOS構造のみで回路を構成する
と、駆動電流が必要な場合には、設計等が制限されてい
た。このため、SOIの場合、MOSとバイポーラトラ
ンジスタを組み合わせたBi−CMOSが注目されてい
る。絶縁膜の薄いSOIの場合には、縦構造のバイポー
ラトランジスタを組み込むよりも、横構造のバイポーラ
トランジスタを組み込む方が、プロセス上容易だからで
ある。しかしながら、従来横型バイポーラトランジスタ
は、縦型バイポーラトランジスタと比べて、高速性に劣
っていた。
【0013】
【目的】本発明の目的は、従来のバイポーラトランジス
タの製造工程との整合性が良く、かつ、混晶半導体で形
成されたベース領域およびエミッタ、コレクタ界面近傍
の結晶性の改善された高性能な横型バイポーラトランジ
スタおよびその製造方法を提供することである。
タの製造工程との整合性が良く、かつ、混晶半導体で形
成されたベース領域およびエミッタ、コレクタ界面近傍
の結晶性の改善された高性能な横型バイポーラトランジ
スタおよびその製造方法を提供することである。
【0014】さらなる目的は、絶縁膜上のSi(SO
I)上に上記の横型バイポーラトランジスタを製造する
方法を提供することである。
I)上に上記の横型バイポーラトランジスタを製造する
方法を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の態様は、
基板上に該基板の面と実質的に平行に、エミッタ領域、
ベース領域、コレクタ領域が形成されるとともに、前記
ベース領域に対して絶縁膜を介して該ベース領域の電位
を制御するためのゲート電極が設けられた半導体装置に
おいて、前記ベース領域の禁制帯幅が、エミッタ側から
コレクタ側にかけて、小さくなくように、前記ベース領
域をSiGe混晶で形成し、Ge原子のSi原子に対す
る混晶比を前記エミッタ側から前記コレクタ側にかけて
増大させたことを特徴とする。また、本発明の第2の態
様は、基板上に該基板の面と実質的に平行に、エミッタ
領域、ベース領域、コレクタ領域が形成された半導体装
置において、前記ベース領域の禁制帯幅が、エミッタ側
からコレクタ側にかけて、小さくなくように、前記ベー
ス領域をSiGe混晶で形成し、Ge原子のSi原子に
対する混晶比を前記エミッタ側から前記コレクタ側にか
けて増大させるとともに、前記エミッタ領域中に絶縁膜
を形成したことを特徴とする。
基板上に該基板の面と実質的に平行に、エミッタ領域、
ベース領域、コレクタ領域が形成されるとともに、前記
ベース領域に対して絶縁膜を介して該ベース領域の電位
を制御するためのゲート電極が設けられた半導体装置に
おいて、前記ベース領域の禁制帯幅が、エミッタ側から
コレクタ側にかけて、小さくなくように、前記ベース領
域をSiGe混晶で形成し、Ge原子のSi原子に対す
る混晶比を前記エミッタ側から前記コレクタ側にかけて
増大させたことを特徴とする。また、本発明の第2の態
様は、基板上に該基板の面と実質的に平行に、エミッタ
領域、ベース領域、コレクタ領域が形成された半導体装
置において、前記ベース領域の禁制帯幅が、エミッタ側
からコレクタ側にかけて、小さくなくように、前記ベー
ス領域をSiGe混晶で形成し、Ge原子のSi原子に
対する混晶比を前記エミッタ側から前記コレクタ側にか
けて増大させるとともに、前記エミッタ領域中に絶縁膜
を形成したことを特徴とする。
【0016】本発明の第3の態様は、空間的に混晶比の
違うSiGe混晶半導体を用いて構成した半導体装置の
製造方法において、イオン注入マスクを用いて、Si領
域にGeイオンを斜めの方向からイオン注入することで
前記SiGe混晶半導体からなる領域を形成することを
特徴とする。また、本発明の第4の態様は、空間的に混
晶比の違うSiGe混晶半導体を用いて構成した半導体
装置の製造方法において、膜厚に傾斜をもたせたバッフ
ァ膜を介して、Si領域にGeイオン注入を行うことを
特徴とする。
違うSiGe混晶半導体を用いて構成した半導体装置の
製造方法において、イオン注入マスクを用いて、Si領
域にGeイオンを斜めの方向からイオン注入することで
前記SiGe混晶半導体からなる領域を形成することを
特徴とする。また、本発明の第4の態様は、空間的に混
晶比の違うSiGe混晶半導体を用いて構成した半導体
装置の製造方法において、膜厚に傾斜をもたせたバッフ
ァ膜を介して、Si領域にGeイオン注入を行うことを
特徴とする。
【0017】本発明の第5の態様は、基板上に該基板の
面と実質的に平行に、エミッタ領域、ベース領域、コレ
クタ領域が形成された半導体装置において、前記ベース
領域の禁制帯幅が、エミッタ側からコレクタ側にかけ
て、小さくなくように、前記ベース領域をSiGe混晶
で形成し、Ge原子のSi原子に対する混晶比を前記エ
ミッタ側から前記コレクタ側にかけて増大させるととも
に、前記ベース領域にポリシリコンからなるベース電極
を接続したことを特徴とする。
面と実質的に平行に、エミッタ領域、ベース領域、コレ
クタ領域が形成された半導体装置において、前記ベース
領域の禁制帯幅が、エミッタ側からコレクタ側にかけ
て、小さくなくように、前記ベース領域をSiGe混晶
で形成し、Ge原子のSi原子に対する混晶比を前記エ
ミッタ側から前記コレクタ側にかけて増大させるととも
に、前記ベース領域にポリシリコンからなるベース電極
を接続したことを特徴とする。
【0018】
【作用】本発明においては、横型バイポーラトランジス
タにおいて、ベース領域をSiより禁制帯幅の小さいS
iGe混晶で形成し、ベース領域の禁制帯幅に傾斜を持
たせている。従って、図2に示すように、ベース領域の
エミッタ界面の禁制帯幅はほぼSi単体の禁制帯幅に近
く、Si単体同志で作成したバイポーラトランジスタと
同様に高効率で行うことができる。
タにおいて、ベース領域をSiより禁制帯幅の小さいS
iGe混晶で形成し、ベース領域の禁制帯幅に傾斜を持
たせている。従って、図2に示すように、ベース領域の
エミッタ界面の禁制帯幅はほぼSi単体の禁制帯幅に近
く、Si単体同志で作成したバイポーラトランジスタと
同様に高効率で行うことができる。
【0019】禁制帯幅は、Si単体の結晶においては近
似的にEg=1.1eVであり、Ge単体の結晶におい
ては近似的に0.7eVである。これらの2つの単体半
導体から2元混晶半導体を作成することにより、禁制帯
幅を0.7eVから1.1eVの間で自由に変えること
ができる。本発明では、図2(a)に示すように、コレ
クタ接合側の禁制帯幅(Eg″)をエミッタ接合側の禁
制帯幅(Eg′)よりも小さくすることができる。即ち
ΔEg2=Eg′−Eg″>0である。
似的にEg=1.1eVであり、Ge単体の結晶におい
ては近似的に0.7eVである。これらの2つの単体半
導体から2元混晶半導体を作成することにより、禁制帯
幅を0.7eVから1.1eVの間で自由に変えること
ができる。本発明では、図2(a)に示すように、コレ
クタ接合側の禁制帯幅(Eg″)をエミッタ接合側の禁
制帯幅(Eg′)よりも小さくすることができる。即ち
ΔEg2=Eg′−Eg″>0である。
【0020】図2(a)に示した例では、ベース領域内
の伝導帯において、伝導電子をエミッタ接合側からコレ
クタ接合側に加速するような傾斜を持たせている。この
エネルギー帯の傾斜によりドリフト電界が生じる。この
ドリフト電界を利用すれば、トランジスタの外部から加
える電界よりもさらに伝導電子などのキャリアを加速す
ることができ、ベースに注入したキャリアの走行時間
(τB )を小さくすることができる。従って、横型バイ
ポーラトランジスタでも、遮断周波数(fT )を大きく
することができる。
の伝導帯において、伝導電子をエミッタ接合側からコレ
クタ接合側に加速するような傾斜を持たせている。この
エネルギー帯の傾斜によりドリフト電界が生じる。この
ドリフト電界を利用すれば、トランジスタの外部から加
える電界よりもさらに伝導電子などのキャリアを加速す
ることができ、ベースに注入したキャリアの走行時間
(τB )を小さくすることができる。従って、横型バイ
ポーラトランジスタでも、遮断周波数(fT )を大きく
することができる。
【0021】例えば、本発明においては、ベース領域の
禁制帯幅の変化の幅は、一般的には絶縁体であるが高温
域で半導体として作用するダイアモンドの約5.5eV
から、ナローギャップ半導体と言われるPbSb−Sn
Te混晶などのように、かぎりなく0eVに近い範囲ま
で変化させることが可能であるが、好ましくは、半導体
領域である3.5eVから0eVの範囲に、最適にはS
iGe混晶で得られる1.1eVから0.7eVの範囲
にすることができる。
禁制帯幅の変化の幅は、一般的には絶縁体であるが高温
域で半導体として作用するダイアモンドの約5.5eV
から、ナローギャップ半導体と言われるPbSb−Sn
Te混晶などのように、かぎりなく0eVに近い範囲ま
で変化させることが可能であるが、好ましくは、半導体
領域である3.5eVから0eVの範囲に、最適にはS
iGe混晶で得られる1.1eVから0.7eVの範囲
にすることができる。
【0022】さらにSOIの表面半導体層の膜厚が50
00Å程度以下である場合は、Geの縦方向の分布の影
響を無視することができるため、好ましい半導体領域の
厚さは5000Å以下である。半導体層と絶縁膜の界面
に存在するGeは、絶縁体中の半導体領域の中に入った
とき捕獲中心となってしまうNaなどの原子をゲッタリ
ングする作用をし、バイポーラトランジスタの特性を安
定化させる。また従来の、Si単体のみで作成した絶縁
層上の半導体領域(SOI)と同様に、横型バイポーラ
トランジスタの寄生容量を低減できる。
00Å程度以下である場合は、Geの縦方向の分布の影
響を無視することができるため、好ましい半導体領域の
厚さは5000Å以下である。半導体層と絶縁膜の界面
に存在するGeは、絶縁体中の半導体領域の中に入った
とき捕獲中心となってしまうNaなどの原子をゲッタリ
ングする作用をし、バイポーラトランジスタの特性を安
定化させる。また従来の、Si単体のみで作成した絶縁
層上の半導体領域(SOI)と同様に、横型バイポーラ
トランジスタの寄生容量を低減できる。
【0023】さらにGeイオン注入の好ましい条件は、
中もしくは大電流イオン注入装置で、加速電圧を150
keVから200keV、欠陥の増大を防ぐためイオン
の面密度を5×1016cm-2以下とすることである。
中もしくは大電流イオン注入装置で、加速電圧を150
keVから200keV、欠陥の増大を防ぐためイオン
の面密度を5×1016cm-2以下とすることである。
【0024】さらにまた、ゲート領域にキャリアを送る
ゲート電極をポリシリコンで形成する場合、SiGe混
晶で作成したゲート領域とポリシリコンで作成したゲー
ト電極間で、禁制帯幅が違う。例えば、図1のBB′間
の領域のエネルギー帯を図2(b)に示す。ポリシリコ
ンで、形成されるゲート電極はSiGeで形成されるベ
ース領域より、伝導帯の底のエネルギー準位が高くな
る。このためベース領域から、ベース電極には伝導電子
が流れにくい。このため、ベース電流が大きくならず、
エミッタ接地電流利得hFEが大きくなる。
ゲート電極をポリシリコンで形成する場合、SiGe混
晶で作成したゲート領域とポリシリコンで作成したゲー
ト電極間で、禁制帯幅が違う。例えば、図1のBB′間
の領域のエネルギー帯を図2(b)に示す。ポリシリコ
ンで、形成されるゲート電極はSiGeで形成されるベ
ース領域より、伝導帯の底のエネルギー準位が高くな
る。このためベース領域から、ベース電極には伝導電子
が流れにくい。このため、ベース電流が大きくならず、
エミッタ接地電流利得hFEが大きくなる。
【0025】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。
明する。
【0026】(実施例1)図1は本発明の第1の実施例
である。
である。
【0027】図1は本実施例の断面構成図であり、1は
npnバイポーラトランジスタ、3はシリコン基板、4
は絶縁膜、5は絶縁膜4上に形成されたn-型シリコン
層、6は選択酸化層、8はベース電極となるp型ポリシ
リコン層、10はエミッタとなるn+領域、11はコレ
クタとなるn+領域、12はベースとなるp領域および
Si(1-x)Gexの領域、13、13′は層間絶縁膜、1
4はエミッタ電極、15はコレクタ電極、16はベース
電極、である。
npnバイポーラトランジスタ、3はシリコン基板、4
は絶縁膜、5は絶縁膜4上に形成されたn-型シリコン
層、6は選択酸化層、8はベース電極となるp型ポリシ
リコン層、10はエミッタとなるn+領域、11はコレ
クタとなるn+領域、12はベースとなるp領域および
Si(1-x)Gexの領域、13、13′は層間絶縁膜、1
4はエミッタ電極、15はコレクタ電極、16はベース
電極、である。
【0028】18はSiGe領域であり、Geの含有量
はエミッタ側10で少なく、コレクタ側5で多くなるよ
うになっている。
はエミッタ側10で少なく、コレクタ側5で多くなるよ
うになっている。
【0029】次にSiGe領域のつくり方について説明
する。
する。
【0030】図3は、本発明の第1実施例における、S
iGe層のつくり方を示す図である。図3の(a)で
は、層間絶縁膜(SiO2 )13をCVD法等で500
0Å堆積させた後、フォトリソ工程、エッチング工程に
よりベース領域部の開口を行った。この実施例の場合、
ベース幅は0.8μmとなるように設定した。
iGe層のつくり方を示す図である。図3の(a)で
は、層間絶縁膜(SiO2 )13をCVD法等で500
0Å堆積させた後、フォトリソ工程、エッチング工程に
よりベース領域部の開口を行った。この実施例の場合、
ベース幅は0.8μmとなるように設定した。
【0031】次に、露出した半導体層5上に200Åの
バッファ酸化(900℃のパイロ酸化法に)膜を成長さ
せた。続いて、Ge+ イオンをエミッタ側から、斜めイ
オン注入法によりイオン注入を行った。本実施例では、
中電流イオン注入装置で、注入角度を45°とし、Ge
+ イオンを加速電圧180keV、イオンの面密度5×
1016cm-2の条件でイオン注入を行った。さらに、図
3の(b)に示すように、B+ を30keV、3×10
13cm-2の条件でイオン注入を行った。続いて、105
0℃、10mmのRTA熱処理を行った。SIMS(2
次イオン質量分析)によるGe原子のピーク濃度を横方
向、距離を横軸にプロットすると図3の(c)のように
なった。
バッファ酸化(900℃のパイロ酸化法に)膜を成長さ
せた。続いて、Ge+ イオンをエミッタ側から、斜めイ
オン注入法によりイオン注入を行った。本実施例では、
中電流イオン注入装置で、注入角度を45°とし、Ge
+ イオンを加速電圧180keV、イオンの面密度5×
1016cm-2の条件でイオン注入を行った。さらに、図
3の(b)に示すように、B+ を30keV、3×10
13cm-2の条件でイオン注入を行った。続いて、105
0℃、10mmのRTA熱処理を行った。SIMS(2
次イオン質量分析)によるGe原子のピーク濃度を横方
向、距離を横軸にプロットすると図3の(c)のように
なった。
【0032】次にバッファ酸化膜を除去し、p型ポリシ
リコンをLPCVD法により4000Å堆積させた。こ
のようにして、作成された横型バイポーラトランジスタ
は、fT は従来のものより3倍程度向上し、またhFEも
Geを入れなかった場合よりも、8倍程度向上し、最大
150と3ケタを示すようになった。
リコンをLPCVD法により4000Å堆積させた。こ
のようにして、作成された横型バイポーラトランジスタ
は、fT は従来のものより3倍程度向上し、またhFEも
Geを入れなかった場合よりも、8倍程度向上し、最大
150と3ケタを示すようになった。
【0033】(実施例2)次にゲート電極を持つ構造の
横型バイポーラトランジスタの実施例を図4(a)、
(b)に示す。図4(a)は、実施例2の模式的断面
図、図4(b)は平面図である。
横型バイポーラトランジスタの実施例を図4(a)、
(b)に示す。図4(a)は、実施例2の模式的断面
図、図4(b)は平面図である。
【0034】図4(a)、(b)で、18はSiGe領
域であり、実施例1と同様に作成した。また、19はゲ
ート電極を形成するポリシリコンであり、20はゲート
引き出し電極である。また、12はベース領域であり、
16はベース電極である。他の符号は実施例1と同様で
ある。ゲート酸化膜7は、280Åであり熱酸化法によ
り形成した。また、SiGe領域、ベース領域等の形成
条件は、実施例1と同様である。
域であり、実施例1と同様に作成した。また、19はゲ
ート電極を形成するポリシリコンであり、20はゲート
引き出し電極である。また、12はベース領域であり、
16はベース電極である。他の符号は実施例1と同様で
ある。ゲート酸化膜7は、280Åであり熱酸化法によ
り形成した。また、SiGe領域、ベース領域等の形成
条件は、実施例1と同様である。
【0035】実施例2のデバイスでは、ゲートに電位を
かけることにより、図4(c)にあるような、VBE−I
特性を示す。
かけることにより、図4(c)にあるような、VBE−I
特性を示す。
【0036】図4(c)中で点線で示されるaは、ゲー
ト電極に電圧をかけなかったときのコレクタ電流ICで
あり、bはゲート電極に定電圧を加え、ゲート電位を−
1.0Vにしたときのコレクタ電流ICである。この2
つを比べると、例えばベース、エミッタ間電圧VBEが
0.5Vの時は、aよりbの方が大きくなっていること
がわかる。従って、ゲート電極にある定電圧を加えたト
ランジスタでは、VBEが小さい時、大きな電流増幅率h
FE(=IC/IB )を持つことがわかる。実際に、ゲー
ト電極の電位が−1.0VでVBE=0.5Vの時には、
hFEは5000にもなった。従って、ゲート電極を制御
することにより、低電圧(VBE)で、高電流(IC)が
得られ、IC /IB (電流増幅率hFE)も大きくするこ
とができる。ここでIBはベース電流である。このこと
から、トランジスタは低消費電力で低ノイズであること
がわかる。
ト電極に電圧をかけなかったときのコレクタ電流ICで
あり、bはゲート電極に定電圧を加え、ゲート電位を−
1.0Vにしたときのコレクタ電流ICである。この2
つを比べると、例えばベース、エミッタ間電圧VBEが
0.5Vの時は、aよりbの方が大きくなっていること
がわかる。従って、ゲート電極にある定電圧を加えたト
ランジスタでは、VBEが小さい時、大きな電流増幅率h
FE(=IC/IB )を持つことがわかる。実際に、ゲー
ト電極の電位が−1.0VでVBE=0.5Vの時には、
hFEは5000にもなった。従って、ゲート電極を制御
することにより、低電圧(VBE)で、高電流(IC)が
得られ、IC /IB (電流増幅率hFE)も大きくするこ
とができる。ここでIBはベース電流である。このこと
から、トランジスタは低消費電力で低ノイズであること
がわかる。
【0037】また、このようなゲート付模型バイポーラ
トランジスタは、MOSプロセスと同様なプロセスを採
用できるため、Bi−CMOS回路が簡単に作成するこ
とが可能である。また、上記のように低電圧で電流駆動
力の大きな素子を得ることができる。
トランジスタは、MOSプロセスと同様なプロセスを採
用できるため、Bi−CMOS回路が簡単に作成するこ
とが可能である。また、上記のように低電圧で電流駆動
力の大きな素子を得ることができる。
【0038】(実施例3)実施例1および実施例2で
は、層間絶縁膜をシャドーマスクとしてGeのイオン注
入を行ったが、ポリシリコンをシャドーマスクとして、
Ge+ イオンの斜めイオン注入で同様の効果を得ること
が可能である。
は、層間絶縁膜をシャドーマスクとしてGeのイオン注
入を行ったが、ポリシリコンをシャドーマスクとして、
Ge+ イオンの斜めイオン注入で同様の効果を得ること
が可能である。
【0039】第3の実施例は、図5に示すような、ポリ
シリコンをシャドーマスクとした例である。図5は、実
施例2と同様なゲート電極を持つ横型バイポーラトラン
ジスタの例を示す。ゲート電極のp型−ポリシリコン層
を作成した後、層間絶縁膜を4500Å堆積させた後、
コレクタ側の層間絶縁膜13およびゲート絶縁膜7を除
去した。続いて、Ge+ イオンを150keV、5×1
016cm-2の条件でイオン注入を行って素子を作成し
た。実施例2と同様な特性を得ることができた。
シリコンをシャドーマスクとした例である。図5は、実
施例2と同様なゲート電極を持つ横型バイポーラトラン
ジスタの例を示す。ゲート電極のp型−ポリシリコン層
を作成した後、層間絶縁膜を4500Å堆積させた後、
コレクタ側の層間絶縁膜13およびゲート絶縁膜7を除
去した。続いて、Ge+ イオンを150keV、5×1
016cm-2の条件でイオン注入を行って素子を作成し
た。実施例2と同様な特性を得ることができた。
【0040】(実施例4)実施例1〜3は、Geイオン
の斜めイオン注入の例を示したが、マスク材の膜厚をコ
ントロールしてGeの含有量を制御することも可能であ
る。有機樹脂を用いた例を図6に示す。層間絶縁膜13
にベース用フォトマスクを使用し、ベース領域に窓明け
を行った後、100cp以上の粘度を持つフォトレジス
トを使用し、4000回転/秒以上の高速回転でスピン
コートすることにより、薄いレジスト膜21を作成する
(〜3000Å)。この場合、図6に示したようにベー
ス窓領域にレジストの膜厚差が生じる。次に、Geイオ
ンを200keV、8×1016cm-2の条件で、Geイ
オンをイオン注入した。
の斜めイオン注入の例を示したが、マスク材の膜厚をコ
ントロールしてGeの含有量を制御することも可能であ
る。有機樹脂を用いた例を図6に示す。層間絶縁膜13
にベース用フォトマスクを使用し、ベース領域に窓明け
を行った後、100cp以上の粘度を持つフォトレジス
トを使用し、4000回転/秒以上の高速回転でスピン
コートすることにより、薄いレジスト膜21を作成する
(〜3000Å)。この場合、図6に示したようにベー
ス窓領域にレジストの膜厚差が生じる。次に、Geイオ
ンを200keV、8×1016cm-2の条件で、Geイ
オンをイオン注入した。
【0041】また、フォトレジスト膜を塗布後、露光を
行い、軽く現像をして(10秒程度)、レジスト膜厚を
薄くしても良い(ベース窓部で1000〜0Å)。
行い、軽く現像をして(10秒程度)、レジスト膜厚を
薄くしても良い(ベース窓部で1000〜0Å)。
【0042】(実施例5)次に、SOG(スピンオング
ラス)を使用した例を示す。10cpに粘度調整された
SOGを、実施例4と同様に、約2000Å塗布(2
2)し、400℃で焼成を行った。次に、SOG膜をエ
ッチングバックして、ベース窓部で500〜0Åの膜厚
になるように調整を行った(図7)。続いて、Ge+ イ
オンを180keV、5×1016cm-2の条件でGeの
イオン注入を行った。
ラス)を使用した例を示す。10cpに粘度調整された
SOGを、実施例4と同様に、約2000Å塗布(2
2)し、400℃で焼成を行った。次に、SOG膜をエ
ッチングバックして、ベース窓部で500〜0Åの膜厚
になるように調整を行った(図7)。続いて、Ge+ イ
オンを180keV、5×1016cm-2の条件でGeの
イオン注入を行った。
【0043】実施例5のようにして、得られた横型バイ
ポーラトランジスタのfT は10GHzとなり、従来の
横型バイポーラトランジスタよりも約5倍高速で動作さ
せることが可能となった。
ポーラトランジスタのfT は10GHzとなり、従来の
横型バイポーラトランジスタよりも約5倍高速で動作さ
せることが可能となった。
【0044】(実施例6)実施例1と同様に、Si−G
e系のベース領域を作成した後、図8に示すようにエミ
ッタ部のSi単結晶部を除去し、n+ポリシリコン23
をLPCVD法等で堆積させた。その際、Si単結晶部
とポリシリコン界面に酸化膜24(SiO2 )が8Å生
成していた。他の符号は前実施例と同様である。
e系のベース領域を作成した後、図8に示すようにエミ
ッタ部のSi単結晶部を除去し、n+ポリシリコン23
をLPCVD法等で堆積させた。その際、Si単結晶部
とポリシリコン界面に酸化膜24(SiO2 )が8Å生
成していた。他の符号は前実施例と同様である。
【0045】図8のような構造のバイポーラトランジス
タの場合、さらに電流増幅率(hFE)が10,000を
越え、fT も12GHzの高速特性が達成できた。即
ち、ポリシリコンのエミッタを用いることにより、ベー
ス電流を低くおさえることができhFEを大きくすること
ができる。エミッタのポリシリコン中の不純物を活性化
させる際、酸化膜24がないとエミッタが結晶成長して
しまうため、hFEを大きくする効果が消失してしまい実
施例1と同程度になってしまう。この酸化膜はベース・
エミッタ接合部に作成しても良い。
タの場合、さらに電流増幅率(hFE)が10,000を
越え、fT も12GHzの高速特性が達成できた。即
ち、ポリシリコンのエミッタを用いることにより、ベー
ス電流を低くおさえることができhFEを大きくすること
ができる。エミッタのポリシリコン中の不純物を活性化
させる際、酸化膜24がないとエミッタが結晶成長して
しまうため、hFEを大きくする効果が消失してしまい実
施例1と同程度になってしまう。この酸化膜はベース・
エミッタ接合部に作成しても良い。
【0046】(実施例7)図9は、実施例6の利点を生
かし、さらに実施例2と同様にベース上にゲート電極を
持ち電位をコントロールできるようにしたデバイスの例
である。符号は前実施例と同様である。実施例2より
も、fT を向上させることができる。これは、エミッタ
濃度を減らすことができるため、CEBを小さくできるか
らである。
かし、さらに実施例2と同様にベース上にゲート電極を
持ち電位をコントロールできるようにしたデバイスの例
である。符号は前実施例と同様である。実施例2より
も、fT を向上させることができる。これは、エミッタ
濃度を減らすことができるため、CEBを小さくできるか
らである。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベース領域のゲルマニウム濃度をエミッタ側で小さく、
コレクタ側で大きくなるようにして、イオン注入により
形成することにより、高速でかつ電流増幅率の大きい横
型バイポーラトランジスタを実現することができる。
ベース領域のゲルマニウム濃度をエミッタ側で小さく、
コレクタ側で大きくなるようにして、イオン注入により
形成することにより、高速でかつ電流増幅率の大きい横
型バイポーラトランジスタを実現することができる。
【図1】本発明実施例の断面構成図。
【図2】(a)は、トランジスタのエミッタ、ベース、
コレクタ間のバンド図。(b)は、図1のB−B′間の
トランジスタのベース領域、ベース電極間のバンド図。
コレクタ間のバンド図。(b)は、図1のB−B′間の
トランジスタのベース領域、ベース電極間のバンド図。
【図3】(a)、(b)は、第1の実施例の作成方法を
示す図。(c)は、Geの濃度を示す図。
示す図。(c)は、Geの濃度を示す図。
【図4】(a)は、第2の実施例の断面構成図。(b)
は、第2の実施例の平面構成図。(c)は、ベース電極
を通してベース領域に電圧をかけたときのコレクタ電流
ICとベース電流IBを示す図。
は、第2の実施例の平面構成図。(c)は、ベース電極
を通してベース領域に電圧をかけたときのコレクタ電流
ICとベース電流IBを示す図。
【図5】第3の実施例の作成方法を示す図。
【図6】第4の実施例の作成方法を示す図。
【図7】第5の実施例の作成方法を示す図。
【図8】第6の実施例の断面構成図。
【図9】第7の実施例の断面構成図。
【図10】第1の従来例の断面構成図。
【図11】第2の従来例の断面構成図。
12 ベース部 18 SiGe領域 19 p+ ポリシリコンゲート電極 21 レジスト 22 SOG
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/331 H01L 21/20 H01L 21/84 H01L 29/205 H01L 29/73
Claims (6)
- 【請求項1】 基板上に該基板の面と実質的に平行に、
エミッタ領域、ベース領域、コレクタ領域が形成される
とともに、前記ベース領域に対して絶縁膜を介して該ベ
ース領域の電位を制御するためのゲート電極が設けられ
た半導体装置において、 前記ベース領域の禁制帯幅が、エミッタ側からコレクタ
側にかけて、小さくなくように、前記ベース領域をSi
Ge混晶で形成し、Ge原子のSi原子に対する混晶比
を前記エミッタ側から前記コレクタ側にかけて増大させ
たことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記ベース領域と前記エミッタ領域との
間に絶縁膜が介在している請求項1に記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 基板上に該基板の面と実質的に平行に、
エミッタ領域、ベース領域、コレクタ領域が形成された
半導体装置において、 前記ベース領域の禁制帯幅が、エミッタ側からコレクタ
側にかけて、小さくなくように、前記ベース領域をSi
Ge混晶で形成し、Ge原子のSi原子に対する混晶比
を前記エミッタ側から前記コレクタ側にかけて増大させ
るとともに、 前記エミッタ領域中に絶縁膜を形成したことを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項4】 空間的に混晶比の違うSiGe混晶半導
体を用いて構成した半導体装置の製造方法において、 イオン注入マスクを用いて、Si領域にGeイオンを斜
めの方向からイオン注入することで前記SiGe混晶半
導体からなる領域を形成することを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項5】 空間的に混晶比の違うSiGe混晶半導
体を用いて構成した半導体装置の製造方法において、 膜厚に傾斜をもたせたバッファ膜を介して、Si領域に
Geイオン注入を行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項6】 基板上に該基板の面と実質的に平行に、
エミッタ領域、ベース領域、コレクタ領域が形成された
半導体装置において、 前記ベース領域の禁制帯幅が、エミッタ側からコレクタ
側にかけて、小さくなくように、前記ベース領域をSi
Ge混晶で形成し、Ge原子のSi原子に対する混晶比
を前記エミッタ側から前記コレクタ側にかけて増大させ
るとともに、 前記ベース領域にポリシリコンからなるベース電極を接
続したことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29818993A JP3320175B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 半導体装置およびその製造方法 |
EP94103993A EP0616370B1 (en) | 1993-03-16 | 1994-03-15 | Semiconductor device comprising a lateral bipolar transistor including SiGe and method of manufacturing the same |
DE69433828T DE69433828T2 (de) | 1993-03-16 | 1994-03-15 | Halbleiteranordnung mit einem lateralen Bipolartransistor, welcher SiGe enthält, und Verfahren zu deren Herstellung |
US08/840,897 US6246104B1 (en) | 1993-03-16 | 1997-04-17 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29818993A JP3320175B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07153776A JPH07153776A (ja) | 1995-06-16 |
JP3320175B2 true JP3320175B2 (ja) | 2002-09-03 |
Family
ID=17856376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29818993A Expired - Fee Related JP3320175B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-11-29 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3320175B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7534680B2 (en) | 2003-11-19 | 2009-05-19 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Bipolar transistor, BiCMOS device, and method for fabricating thereof |
-
1993
- 1993-11-29 JP JP29818993A patent/JP3320175B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07153776A (ja) | 1995-06-16 |
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