JP3641489B2 - 多機能電子部品、とくに負性動抵抗素子、およびその製造方法並びに使用方法 - Google Patents

多機能電子部品、とくに負性動抵抗素子、およびその製造方法並びに使用方法 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、バイポーラおよび/または電界効果トランジスタ機能をそなえた、あるいは負性動抵抗を示すことのできる多機能半導体構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体基板上で位置的に分離された電界およびバイポーラトランジスタを生産することのできる既存の技術が知られている。たとえばBiCMOSとして知られている技術では、同一のシリコンチップ上に、NPNバイポーラトランジスタと関連して、絶縁ゲートNおよびPチャネルトランジスタ(CMOSトランジスタ)をグループにまとめる。このようなトランジスタは互いに並べて配置され、互いに分離されているので、位置的に(位相的にとも言う)分離されている。
英国特許1,397,789号によれば、負性動抵抗を示すことのできる、つまり電圧が増加するとき電流が減少するような電流/電圧構成の電子部品が知られている。しかし、このような部品は、個別(ディスクリート)素子から作られており、従って集積構造のものではない。
米国特許4,032,961は、接合型電界効果トランジスタによって制御されるバイポーラトランジスタを組込んだ、負性動抵抗を示すことのできる集積構造を開示している。さらに、このような構造ではエミッタ接点が基板上にあり、基板によってCMOS/BiCMOS製造技術と非両立的(非互換性)となる。この場合、基板はすべての同時に製造されたトランジスタのための共通のエミッタとして働くからであり、これら(のトランジスタ)はもはや互いに分離されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁ゲート電界効果トランジスタ機能、あるいはこれにより制御されたバイポーラトランジスタ機能を果たし、あるいは負性動抵抗を示すことのできる集積構造のものは、現在知られていない。
本発明はこのような欠如を補うものである。
本発明の目的は、その製造にわずかな数のマスクしか必要としない、きわめて小型の集積構造の部品を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、BiCMOS型の製造技術と両立する部品を形成することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明による電子部品は、同一半導体構造内に位相的に組込まれ、絶縁ゲート電界効果トランジスタを形成することのできる第一半導体領域と、ラテラル(横方向)バイポーラトランジスタを形成することのできる第二半導体領域とによって構成され、この二つの領域には電界効果トランジスタのチャネルが形成され、またバイポーラトランジスタのベース電流が流れるような共通の半導体層があって、これらの二つの領域はさらに負性動抵抗構造をいっしょに形成できることを特徴とする。
電界効果トランジスタは、NPN型のバイポーラトランジスタと関連したPチャネルを備えてもよく、またPNP型のバイポーラトランジスタと関連したNチャネルを備えてもよい。
【0005】
本発明の一つの実施例によれば、半導体構造が電界効果トランジスタの絶縁プロジェクションゲートを支持する半導体ブロックを含み、共通の半導体層がゲートの下のブロック上部内に延び、電界効果トランジスタを形成することのできる第一領域の残り部分が前記共通層のいずれかの側に延び、ラテラルバイポーラトランジスタを形成することのできる第二領域は、第一領域に対して横方向にオフセットされたブロックの下部に部分的に配置されている。
このような部品は、できれば、バイポーラトランジスタのエミッタ部分から所定の距離までブロック下部へ延びて、サブミクロン級のバイポーラトランジスタのベースの厚さを規定するような内因性(真性)コレクタを含むことが好ましい。
この部品は、できればバイポーラトランジスタのベースと電界効果トランジスタのドレインのための共通の接点を含み、バイポーラトランジスタのエミッタとコレクタおよび電界効果トランジスタのソースのための個別の接点を含んでいることが好ましい。
【0006】
本発明の一つの実施例によれば、半導体構造は、
第一の型、たとえばP型の導電性を有する半導体基板と、
基板の第一面の一部上にあり、電界効果トランジスタのゲート部分を形成することのできる第一プロジェクション半導体部分を支持し、第一の型、たとえばP+ 型の導電性絶縁層と、
プロジェクション部分の第一端部領域のいずれかの側で基板内にあり、一方でソース部分を、他方でドレーン部分またはベース部分をそれぞれ形成することができ、第一の型、たとえばP+ 型の導電性の半導体部分の第一対と、
第一端部領域に対向するプロジェクション部分の第二端部領域のいずれかの側で基板内にあり、エミッタ部分と外因性コレクタを形成でき、第一に対する第二の型、たとえばN+ 型の導電性を有する半導体部分の第二対と、
第二の型の、たとえばN型の導電性を有し、基板の第一面から延び、外因性コレクタを形成することのできる第二対の部分と接触し、エミッタを形成できるこの第二対の他の部分から延びる埋込み半導体層と、
ドレインまたはベースを形成することのできる第一対の部分と接触するよう配置された第一メタライズ層と、
それぞれ第二対の二つの部分と接触し、一方でソースを形成することのできる部分と、他方でゲートを形成することのできるプロジェクション部分と接触するよう配置された少なくとも二つの他のメタライズ層とを含んでいる。
この二つの対のプロジェクション部分と四つの部分はできればオーバードープされていることが好ましく、この二つの対の四つの部分は、できれば基板の第一面から反対面まで延びていることが好ましい。
基板の残りの部分を通る漏れ電流を最少限におさえるために半導体構造の基板は絶縁体上の基板であると有利である。
このような部品は電界効果トランジスタとして使用することができる。この場合ゲート、ソース、およびドレイン部分に少なくとも三つの金属接点を含んでいる。なお、本明細書において「プロジェクション部分」は、「突起している部分」の意味で用いられる。
【0007】
このように使用する場合、選ばれたバイアス電圧を、この場合は金属接点を取付けたコレクタ部分に加え、この選ばれたバイアス電圧がPチャネル電界効果トランジスタの場合にはプラスとなり、Nチャネル電界効果トランジスタの場合はマイナスとなるようにすると、とくに有利である。
このような部品はバイポーラトランジスタとして使用することができる。この場合、ベース、コレクタおよびエミッタ部分に少なくとも三つの金属接点を含んでいる。
このように使用する場合、選ばれたバイアス電圧を金属接点を取付けたゲートに加え、この選ばれたバイアス電圧はPチャネル電界効果トランジスタの場合にはマイナスとなり、Nチャネル電界効果トランジスタの場合にはプラスとなるようにすると、とくに有利である。
本発明にもとづく部品は、負性動抵抗の構成をとることもできる。この場合、ゲート、ドレイン・ベース、コレクタおよびエミッタ部分に金属接点を含んでいる。
このように使用する場合、バイポーラトランジスタのエミッタ・ベース接合部は順方向にバイアスされているが、電界効果トランジスタを少なくとも部分的に空乏化させるために選ばれたバイアスをゲートに加えて、コレクタ・ベース接合部を逆方向バイアスすることができる。
負性動抵抗はコレクタの電流/電圧関係から得ることができる。
【0008】
本発明の主題はまた、
a) 第一の型(たとえばP型)の導電性を有する半導体基板の第一面で、電界効果トランジスタのゲート部分を形成することができ、第一の型の導電性を有する絶縁プロジェクション部分が形成され、基板の下部で、第一のものに対向して第二の型の導電性を有し、少なくともプロジェクション部分の下で基板の下部内に延びる埋込み層が形成され
b) 基板内に、プロジェクション部分の第一端部領域のいずれかの側にあって、一方でソース部分を形成し、他方でドレイン部分または外因性ベース部分を形成することができる第一対の半導体部分が注入され、第一対のこの二つの半導体部分も、第一の型(たとえばP+ 型)の導電性を有し、
c) 基板内に、第二の型の導電性を有し、第一のものに対向してプロジェクション部分の第二端部領域のいずれかの側にある第二対の半導体部分が注入され、埋込み層の外側にあるこれらの部分の一つがエミッタ部分を形成することができ、前記埋込み層と接触するもう一方の部分が外因性コレクタ部分を形成することができ、
d) 第一対の部分がドレインまたはベースを形成することができ、少なくとも第二対の二つの部分、または一方で、ソースを形成することができる部分と、他方でゲートを形成することができるプロジェクション部分がメタライズされることを特徴とする、絶縁ゲート電界効果トランジスタとラテラルバイポーラトランジスタを統合することのできる半導体構造の製造方法である。
この二つの対の四つの部分の注入段階は、できれば段階的オーバードーピングを含むことが望ましい。
【0009】
本発明の一つの実施例によれば、段階a)では、
a1) 基板内に、基板の第一位相から延び、第二の型(たとえばN型)の導電性を有する埋込み層が注入され、
a2) このように注入された基板上に、第一の型(たとえばP+ 型)の導電性を有する半導体層をのせた絶縁層を含むスタックが形成され、その上に、注入マスクをすることのできる(たとえば窒化シリコンの)上部層がその上にのせられ、
a3) 基板の第一面の対応する部分を裸にするために、またプロジェクション部分の少なくとも第一面または端末を区切るために、このスタックの少なくとも一部を除去し、
a4) 前記埋込み部分を限定し、前記埋込み層を形成するために、このようにして得た構造のドーパントの選択注入を行う。
【0010】
本発明の一つの変形例によれば、埋込み部分の前記選択注入は、基板の第一面に対して実質上、直角方向に行う。
この場合、段階a4)のあと、スタックの別の部分を除去して、基板の第一面の対応部分を裸にし、プロジェクション部分の端末の第二面を区切り、この第二面が第一面に対向するようにするとよい。絶縁ラテラル部分またはスペーサーは、プロジェクションゲート部分の二つの面と接触するように配置し、これらのスペーサーには基板の第一面の部分で所定の幅を有し、段階c)では、第二対の二つの部分が絶縁ラテラル部分またはスペーサーのいずれかの面に注入される。
段階b)では、スペーサーのいずれかの面上にある第一注入領域内で、またプロジェクション部分の前記第一端部領域の近くで、基板に対して前記第一注入領域をオーバードープ(たとえばP+ )するためにドーパントの第一選択注入を行い、次にスペーサーを除去し、第一〔注入領域〕をプロジェクション部分の二つの端末まで延ばす第二注入領域内で、第一と同じ種類の第二注入を行い、これによって不均等ドーピング(P+ + 、P+ )を有する第一対の二つの部分を得ることができる。
【0011】
本発明のもう一つの変形例によれば、段階a3)で、一方で基板の第一面の対応部分を裸にし、第一のものに対向するプロジェクション部分の第二面または端末を限定するために、また他方で前記マスク層が所定の距離をおいて、このプロジェクション部分の上面に重なるように、スタックのもう一つの部分を除去し、次に基板の第一面に対して斜め方向に、埋込み層を限定するために段階a4)の選択注入を行う。
次に、ゲート上に固定されたオーバーラッピングマスクを付けた構造上に実質上、垂直にドーパントを選択注入することによって、エミッタとコレクタを形成することのできる第二対の二つの部分を注入すると有利である。
また、ゲート上に固定されたオーバーラッピングマスクを付けた構造上に、実質上、垂直にドーパントの第一選択注入を行い、次にこのマスクを除去したあと、不均等ドーピング(P+ 、P+ + )を有する部分を得るためにドーパントの第二選択注入を行うことによって、ドレインとソースを形成することのできる第一対の二つの部分の注入を行うとよい。
本発明のその他の利点および特徴は、下記の詳細説明と添付図面をしらべることにより明らかになる。
【0012】
【実施例】
図1で、参照記号1は絶縁体6上に基板5のある半導体ブロック2を含む半導体構造である。技術精通者は英語の頭文字SOI(silicon on insulator)で一般に示される絶縁体上の基板をもとにして半導体構造が作られることを直ちに理解する。
このような絶縁体上の基板は、とくに基板の他の部分を通って出る局所漏れ電流を最少限におさえる。しかし、(たとえば)固体P型基板あるいはP型ウエルが作られた固体N型基板を用いることができる。
シリコン上に作られた基板5は、幅が約5μm、長さが約5μm、厚さが約2000オングストロームである。
半導体ブロック2の基板5の第一面、つまり上面は、たとえば二酸化シリコンで作られた絶縁層4を支持し、この絶縁層の上にはP+ オーバードープの多結晶シリコンで作られ、P型導電性(ホールによる伝導)を有するプロジェクション部分3がのせられている。このプロジェクション部分3は、二つの側面(ラテラル面)、つまり端末7と8を含み、参照記号9と10はそれぞれ、このプロジェクション部分3の第一、および第二端部領域を示している。
P型シリコンでできた基板5の下部には、反対の型の、つまりN型(電子による伝導)の導電性を有する埋込み層11がある。この埋込み層11は基板の上面から離れているが、基板5の下部の一部だけに延び、つまり、プロジェクション部分3の下に延びて、これとその右側8の方向で重なっている。
【0013】
プロジェクション部分3の第一端部領域9のいずれかの側にP型の導電性を有する二つの注入部分12と13がある。これらの二つの部分は不均等オーバードーピングでオーバードープされている。もっと正確には、プロジェクション3に最も近い部分12の部分17は、P+ 型オーバードーピングである。つまりホールの濃度が約1018cm-3であり、プロジェクション部分3から最も遠いこの部分12の部分16はP++オーバードーピング、つまりホールの濃度が1020cm-3である。P型ドーピングはホール濃度約1016cm-3に相当する。
これと対称をなして、部分13は、P+ ドープされた部分15とP++ドープされた部分14を含んでいる。
第一対を形成するこれらの二つの部分は、基板の上面から下面まで延びている。この実施例では、部分13は埋込み層11と接触していないが部分12は接触している。
【0014】
プロジェクション部分3の第二端部領域10のいずれかの側には二つの注入部分18と19があって第二対を形成している。これらの二つの部分はN型導電性であり、N+ オーバードープされていると有利である。これらはともに基板の上面から実質上、その反対面まで延びている。左端末7の側にある部分19は、埋込み層11とは接触せず、それから所定の距離wのところにあり、その意義についてはあとで詳しくふれるが、サブミクロン級、つまり約0.1μmであることが好ましい。プロジェクションP部分の右端末8の側にある第二対のもう一方の部分18は、これと対照的に埋込み層と接触している。
このような構造にはメタライズ層が備えられ、これがその機能を規定する。
ここに述べる好ましい実施例では、半導体構造は五つのメタライズ層(簡単にするためここでは示していない)を含むが、下記で述べるように三つだけでもよい。
もっと正確には、第一対の二つの部分12と13、および第二対の18と19のそれぞれは、メタライズ層を含んでいる。プロジェクション部分3には第五のメタライズ層がある。このために、この部分の幅が1μm以下でもよいという事実から、この部分が横方向延長部(簡単にするため示していない)を備えることが好ましい。たとえば、より幅の広い、また第五メタライズ層が配置された端部領域9が延びていることが好ましい。
【0015】
このような半導体構造は、二つの半導体領域を含んでいる。これらの領域の一つは、絶縁ゲート電界効果トランジスタを形成することができる。さらに正確には、部分12はこのトランジスタのドレインを構成し、部分13はそのソースを構成している。プロジェクション部分3は、このトランジスタのゲート部分を構成している。電界効果トランジスタのチャネルは部分的に埋込みN層の上にあり、半導体ブロック2の上部にあり、ゲート3の下にある基板5の層20を形成することができる。
第二半導体領域はラテラルバイポーラトランジスタを形成することができる。さらに正確には、部分12はその外因性ベースを構成し、一方、部分19はそのエミッタを、部分18はその外因性コレクタを構成する。埋込み層11は内因性コレクタを形成し、この埋込み層11の端部をエミッタ部分19から分離する距離wがバイポーラトランジスタの内因性ベースの厚さを規定する。技術精通者には、この場合、このバイポーラトランジスタのベース電流が上部層20にも流れることができることがわかる。従って、この上部層は、この二つの半導体領域に共通である。
【0016】
さらに、あとで詳しく述べるように、これらの二つの領域は組合されて、負性動抵抗を示す半導体構造を形成する。
NPN型ラテラルバイポーラトランジスタと関連したPチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタについて述べた。いうまでもなく、ドーパントのすべての種類を逆にすることによって、同じ構造内で、Nチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタとPNP型ラテラルバイポーラトランジスタを結合することができる。
図1から図3までに示した電子部品を得ることのできる製造方法の一つの変形例について詳しく述べる。
図4に示した最初の製品は、絶縁体上の基板であり、二酸化シリコン6上にP型シリコンの膜5を加えたものである。第一段階は、膜5の下部に埋込みN型部分21を形成するためのドーパント(砒素とリン)の深部注入により構成される。
【0017】
次に、ゲート酸化物を形成するための二酸化シリコン23の層がP型基板の上部22の上面に形成される。そのあと、この層23上に多結晶シリコンの上部層24が形成され、それにP+ 型オーバードーピングを与えるように注入(ほう素)される。
【0018】
次に、多結晶シリコン層24上に、たとえば窒化シリコンの層がそのあとの注入のためのマスクを形成するために蒸着される。そのあとこの窒化物テーブル25の寸法が規定され、ゲート3の端末7と8を限定するために、多結晶シリコン24の等方向エッチングが行われる。窒化物テーブルは所定の距離でゲートの各端末に重なり、この距離は今後のバイポーラトランジスタのベースの厚さを決定する要因となる。
【0019】
次に、このようにして得られた図6に示す構造上に、埋込み部分を限定し、N型埋込み層11を規定するように(図)、高エネルギー26で、ほう素の斜め注入が行われる。斜め注入は、垂直線に対して45度から60度の角度で行われる。窒化物テーブルはゲート3内のドーパントの注入を防止する。
図8に示した次の段階は、ゲート3の第一端部領域において図21で得られた構造上へのマスク27aの蒸着である。次に、図9に示された第二対の二つの部分18と19を形成するように高エネルギー28で、砒素またはリンの注入が行われる。マスク27aはゲートの第一端部領域のいずれかの側でのドーパント注入を防止する機能を有し、窒化物テーブルを使用することによって、ゲート3に対して自己蒸着される部分18および19の注入を行うことができる。さらに、ゲート3のいずれかの側に窒化物テーブル25を重ねるために部分19は埋込み層11から一定の距離にあり、これは実際にはバイポーラトランジスタの内因性ベースの厚さwを表わす。
図10では、マスク27aはエッチングされ、マスク27bは部分18および19の上のゲート3の第二端部領域の部分に配置され、図1の二つの部分12と13を形成するために第一高用量ほう素注入29を行う。次に窒化物テーブルの重ね合わせ部分をエッチングし、図1に示すように、部分12と13の不均等ドーピングを得るために第二のほう素注入を行う。この不均等ドーピングはLDD(lightly doped drain)(軽度ドープドレイン)の名称で技術精通者に知られている。
【0020】
次に窒化物マスクを、マスク27bと同じようにエッチングし、シリコンの半導体領域に珪化物を形成するために金属層(たとえばチタン)を沈着させることにより、望みの部分にメタライズ層を形成する(TiSi2 )。
斜め注入中に現れるシェーディング(陰影)効果は一般に技術精通者によって寄生効果と考えられており、これはたとえば絶縁ゲートトランジスタの非対称特性、ゲートによるチャネルの非オーバードーピングおよび構造の促進老化(人工老化)の場合に起こる。しかし、本発明によれば、このシェーディング効果を用いることによって、製造に必要なマスクの数を少なく押さえながら、絶縁ゲート電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタおよび負性動抵抗を示すトランジスタの各機能をそなえた電子部品を作ることができる。また斜め注入によって、埋込み内因性コレクタ層を限定し、窒化物テーブルと組合せてベースの幅を正確に規定することができ、これによりベースの幅を小さくすることができる。
図11から18までは、本発明による製造方法のもう一つの変形例を示すものであり、これについて詳しく述べる。
この例の第一段階は、図11と12に示したように、図4と5に関連して述べたものと同じであり、ここではくり返さない。
図13についてさらに詳しく述べると、マスクの助けによってP+ ドープ多結晶シリコン上に窒化物30の層を蒸着したあと、ゲートの左端末を規定し、ゲート3の左側または端末を効果的に形成するために窒化物と多結晶シリコンの異方性エッチングを行う。
【0021】
次に、N型の埋込み下部部分21および埋込み層11を限定するために(図14)、実質上垂直に、すなわち基板の上面に直角方向に高エネルギー(注入装置)でほう素注入を行う。
【0022】
次に、左端末と同様に、ゲートの右端末を規定し、このゲートの右端を効果的に形成するために、窒化物と多結晶シリコンの異方性エッチングを行う。そのあと二酸化シリコンを蒸着し、次にゲートの両側に絶縁ラテラル部分またはスペーサ31および32を形成するために異方性エッチングを行う。これらのスペーサは基板の上面の部分では所定の幅を有し、これはバイポーラトランジスタのベースの幅wを規定するための決定因子となる。
図16に示した次の段階は、図8に関連して述べた段階に類似している。この例では、スペーサ31と32は、図8の窒化物テーブル25の重ね合わせ部分の役割を果たす。このようにして、たとえば砒素注入により、図17に示したようにN+ オーバードープ部分18および19が形成され、部分19は埋込み層11の端から一定の距離にあり、バイポーラトランジスタの内因性コレクタを形成する。
図18に示した段階は、図10に関連して述べたものに類似している。マスク34aをエッチングし、ゲート部分の第二端部領域ならびにN+ 型部分18および19をマスクするよう、もう一つのマスク34bを配置する。スペーサ31および32のいずれかの側にある第一注入領域に第一ほう素注入を行う。次にこれらのスペーサをエッチングし、そのあと第一注入領域をゲート3の端末まで延ばした第二注入領域で第二ほう素注入を行う。これによって図19に示すように不均等ドーピング部分14、15、16および17を得ることができる。
この図19に示した半導体構造は、N型埋込み層11の端部がP+ 型注入部分15と接触する点で図1のものと異なっている。しかし、技術精通者には、これは電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタの作動に対して、またさらに一般的には電子部品全体の作動に対していかなる影響ももたないことが容易に理解できる。さらに、この埋込み層Nは基板5の縁部まで延びている。
本発明による製造方法は、とくにゲート酸化物の蒸着およびゲート部分の製造に関する限り、各種トランジスタを製造するために同じマスクを使用することができるために、BiCMOS型の製造技術と両立性がある。
【0023】
さらに、基板が共通のエミッタとして働かないから、このような構造もまた、BiCMOS型の技術と両立性がある。
本発明による電子部品は、簡単に絶縁ゲート電界効果トランジスタとして使用することができる。この場合、ドレイン、ソースおよびゲートの各部分にそれぞれ三つのメタライズ層を設ける必要があるだけである。
【0024】
図20は、Pチャネル絶縁ゲートトランジスタとして作動する部品の構成を示している。VS 、VG およびVD は、それぞれソース、ゲートおよびドレインの電圧を表わしている。ゲート電圧がゼロのとき、トランジスタはチャネルが完全に空乏化してオフとなる。このようなチャネルの完全空乏化は、層20の厚さが約1000オングストロームまたはそれ以下のときにゲート電圧ゼロで起こる。それ以外では、現在の場合にはホールをチャネルから押し出し、これを空乏化させる効果を有するプラスのコレクタバイアスを追加的に使用するとよい。言うまでもなく、本発明による電子部品の三つの基本メタライズ層に対して外因性コレクタ部分18に第四のメタライズ層を加えるとよい。
作動時には、ゲート電圧はマイナスとなり、コレクタ電圧VC は一定(たとえば+1.5V)に保たれる。このときトランジスタは蓄積モードで作動する。
言うまでもなく、電子部品がNチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタを含む場合には、すべてのバイアス電圧の正負符号を逆にし、とくにコレクタ電圧がマイナスとなるようにするのがよい。このようにして、この分野ではきわめて珍しいゲート電圧ゼロでチャネルが空乏化したNMOSトランジスタが得られる。ここで強調すべきことは、この電子部品のMOSトランジスタ機能は蓄積モードで作動するトランジスタによって果たされ、これは技術精通者にはよく知られているアバランシ効果に対してとくに抵抗性があるため、絶縁体上の基板できわめて有利である。
【0025】
本発明による部品はまた、バイポーラトランジスタ単独としても使用することができる。この場合、三つの基本メタライズ層だけをコレクタ、エミッタおよびベースの各部分にそなえることが必要である。トランジスタは電気的性能のよいラテラルバイポーラトランジスタとして作動する。ベースの厚さwが本発明によってきわめて低い値に調節できるからである。
さらに、このバイポーラトランジスタは、図21に示したように電界効果トランジスタによってそのベース上で制御することができる。実際にベースのアクセス抵抗はマイナスのゲートバイアスVG (Pチャネル電界効果トランジスタの場合)を用いることによって減少させることができ、これはゲートの下の共通層20にきわめてわずかな抵抗性のある蓄積層を作り出す効果がある。試験によって、このようなトランジスタの電流利得は約100であることがわかっている。
言うまでもなく、Nチャネル電界効果トランジスタと関連したPNP型バイポーラトランジスタの場合には、選ばれたプラスのゲートバイアスを加えるのが適切である。
【0026】
本発明による半導体構造は、図22に示すように負性動抵抗部品としてどこでも使用することができる。このような部品は、一方でゲートとドレイン(およびベース)部分に、他方でエミッタとコレクタ部分に四つのメタライズ層をそなえている。このため、ゲートとコレクタの金属接点をたとえばこれらの二つの部分に共通のメタライズ層を用いて短絡するととくに有利である。
コレクタ部分にはマイナスの電流/電圧(I/V)特性が認められる。電圧Vがゼロのときは、電圧Iはマイナスである。電圧Vが増大すると、エミッタ・ベース接合部が順方向バイアス(VB =約+0.5V)となるため、バイポーラトランジスタはオンになる。プラスのコレクタ・ベース電位差はコレクタ・ベース接合部を逆方向バイアスする。従って電流Iはプラスとなり飽和レベルまで上昇する。さらに、電界効果トランジスタのゲートのバイアスは上昇する。これは電圧Vに等しいコレクタ電圧と同じであるからである。この結果、チャネルは空乏化し、バイポーラトランジスタのベースでの電流の通過が徐々に遮断される。その結果、電流はチャネル空乏化の開始時から低下する。電圧Vが高いときの電流Iの増加は、ベースの貫通現象、またはコレクタ・ベース接合部のアバランシによって起こる。 試験によって、電流Iが60程度突然の減少36を示すことがわかった(図23)。このような低下の振幅は、電圧VB の値によって異なる。
【0027】
Vが選ばれた共通の値のとき(現在の例では増加している)、ゲート電圧とコレクタの保持は選択的である。しかし、このような条件は絶対に必要なものではない。実際には(部分的にチャネルを空乏化させるため)ゲート電圧を選んだ値に固定することによって、あるいはこのゲートに電圧を加えないことによって(「浮動」ゲート、このときプロジェクション部分はおそらくメタライズ層をそなえていない)、コレクタ部分で負性抵抗構成を得ることができる。この場合、コレクタ電圧が増加するにつれて大きく逆方向バイアスを受ける層20および11により形成されるPN接合部の空間電荷部分を延長することによってコレクタ電圧Vの増大だけによりチャネルの空乏化が起こる。
【0028】
図20から図22には、簡単に表わすために、ソースとドレイン(ベース)の接点がプロジェクション部分のすぐ近くに示されているが、実際にはそれらは問題となるほとんどすべての部分と接触するよう配置されている。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁ゲート電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタ、ならびに負性動抵抗構造のトランジスタの各機能をそなえたきわめてコンパクトな形をした単一の構造のものを得ることができる。このようなきわめてコンパクトな構造では、電流の動きは二つのレベルで行われる。すなわち、電界効果トランジスタのチャネルが現れ、バイポーラトランジスタのベース電流の輸送(共通層20)が行われる上部レベルと、バイポーラ作用が行われる(エミッタ19、厚さwのベース、コレクタ11、18)下部レベルである。
バイポーラトランジスタは、とくに高性能であり、BiCMOS技術で使用できる。電界効果トランジスタは蓄積モードで作動し、負性動抵抗によって、寸法の小さい静的メモリ点ならびにシグナル発生器または作動点の自動調節/安定回路を作り出すことができる。このような機能はすべて電気通信システムのための集積回路に直接応用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による集積構造の概略平面図である。
【図2】図1の線II‐IIに沿った概略断面図である。
【図3】図1の線III‐IIIに沿った概略断面図である。
【図4】図1‐3に示された構造を得るための、本発明による製造方法の第一実施例を示す図である。
【図5】図1‐3に示された構造を得るための、本発明による製造方法の第一実施例を示す図である。
【図6】図1‐3に示された構造を得るための、本発明による製造方法の第一実施例を示す図である。
【図7】図1‐3に示された構造を得るための、本発明による製造方法の第一実施例を示す図である。
【図8】図1‐3に示された構造を得るための、本発明による製造方法の第一実施例を示す図である。
【図9】図1‐3に示された構造を得るための、本発明による製造方法の第一実施例を示す図である。
【図10】図1‐3に示された構造を得るための、本発明による製造方法の第一実施例を示す図である。
【図11】図19に示された半導体構造を得るための、本発明による製造方法の第二実施例を示す図である。
【図12】図19に示された半導体構造を得るための、本発明による製造方法の第二実施例を示す図である。
【図13】図19に示された半導体構造を得るための、本発明による製造方法の第二実施例を示す図である。
【図14】図19に示された半導体構造を得るための、本発明による製造方法の第二実施例を示す図である。
【図15】図19に示された半導体構造を得るための、本発明による製造方法の第二実施例を示す図である。
【図16】図19に示された半導体構造を得るための、本発明による製造方法の第二実施例を示す図である。
【図17】図19に示された半導体構造を得るための、本発明による製造方法の第二実施例を示す図である。
【図18】図19に示された半導体構造を得るための、本発明による製造方法の第二実施例を示す図である。
【図19】本発明による半導体構造を示す図である。
【図20】本発明による部品を電界効果トランジスタとして使用する場合を簡略化して表した図である。
【図21】本発明による部品をバイポーラトランジスタとして使用する場合を簡略化して表した図である。
【図22】負性動抵抗を示すことのできる、本発明による部品の使用を簡略化して表した図である。
【図23】負性動抵抗を示すことのできる、本発明による部品の使用を簡略化して表した図である。
【符号の説明】
1 半導体構造
2 半導体ブロック
3 プロジェクション部分
4 絶縁層
5 基板
6 絶縁体
7 左端末
8 右端末
9 第一端部領域
10 第二端部領域
11 埋込み層
12,13 注入部分(第一端部領域)
14,15,16,17 不均等ドーピング部分
18,19 注入部分(第二端部領域)
20 上部層
21 N型部分
22 P型基板の上部
23 二酸化シリコン
24 多結晶シリコンの上部層
25 窒化物テーブル
27a,27b,34a,34b マスク
28 高エネルギー(注入装置)
29 第一高用量ほう素注入
30 窒化物
31,32 スペーサ
36 突然の減少

Claims (26)

  1. 同じ半導体構造(1)内に組込まれ、第一導電型の半導体層(20)と該半導体層上に絶縁層(4)を介して設けられたプロジェクション部分(3)と前記第一導電型の半導体層の両側に設けられた2つの第一導電型の高濃度部分(12、13)とを含み、PチャネルまたはNチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタのドレイン、ソース、ゲート領域を形成する第一半導体領域(12、13、3、4、20)と、2つの第二導電型の半導体部分(18、19)に挟まれた第一導電型の半導体層(20)とを含み、前記電界効果トランジスタがPチャネルをそなえるとき、NPN型ラテラルバイポーラトランジスタのエミッタ、ベース、コレクタ領域を形成し、前記電界効果トランジスタがNチャネルをそなえるとき、PNP型ラテラルバイポーラトランジスタのエミッタ、ベース、コレクタ領域を形成する第二半導体領域(12、20、18、19、11)を有し、
    前記第一半導体領域と前記第二半導体領域が前記電界効果トランジスタのチャネル領域および/または前記バイポーラトランジスタのベース電流の流れのための領域として機能する前記ベース領域と同一の導電性の型を有する一つの共通の半導体層(20)を有し、前記第一半導体領域と前記第二半導体領域が一体として前記チャネル領域の空乏化により前記コレクタの領域に得られた負性動抵抗を示すことのできる構造を形成できる電子部品。
  2. 前記半導体構造が電界効果トランジスタの絶縁プロジェクションゲート(3)を支持する半導体ブロック(2)を含み、
    前記共通の半導体層(20)が、ゲート(3)の下のブロックの上部内に延び、
    前記第一領域の残り部分が前記共通層のいずれかの側に延び、前記第二領域が部分的にブロックの下部にあり、前記第一領域に対して横方向にずれていることを特徴とする、請求項1に記載の部品。
  3. 前記バイポーラトランジスタのエミッタ(19)部分の所定距離(w)までブロックの下部内に延びて前記バイポーラトランジスタのベースの厚さ、(w)を限定する内因性コレクタ(11)を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の部品。
  4. 前記ベースの厚さがサブミクロン級であることを特徴とする、請求項記載の部品。
  5. 前記バイポーラトランジスタのベースと前記電界効果トランジスタのドレインのための共通の接点と、前記バイポーラトランジスタのエミッタ(19)およびコレクタ(18)と前記電界効果トランジスタのソース(13)のための個別の接点のデータ点を含むことを特徴とする、請求項1乃至のいずれか一つに記載の部品。
  6. 前記半導体構造(1)が、
    第一の型の導電性(P)を有する半導体基板(5)と、
    基板の第一面の一部上にあり、電界効果トランジスタのゲート部分を形成することができ、第一の型の導電性(P+ )を有する第一プロジェクション半導体部分を支持する絶縁層(4)と、
    プロジェクション部分(3)の第一端部領域(9)のいずれかの側の基板(5)内にあり、一方でソース部分(13)を、他方でドレイン部分とベース(12)部分を形成することができ、第一の型の導電性(P++、P++)を有する第一対の半導体部(12、13)と、
    第一端部領域()に対向するプロジェクション部分(3)の第二端部領域(10)のいずれかの側の基板(5)内にあり、それぞれエミッタ(19)部分と外因性コレクタ(18)を形成することができ、第一のものに対向する第二の型の導電性(N+ )を有する第二対の半導体部分(18、19)と、
    第二の型の導電性(N)を有し、基板の第一面から延び、外因性コレクタを形成することのできる第二対(18)の部分と接触し、この第二対の他の部分(19)から離れている埋込み半導体層(11)と、
    ドレインまたはベースを形成することのできる第一対(12)の部分と接触するよう配置された第一メタライズ層と、
    それぞれ、第二対の二つの部分(18、19)と接触し、一方でソースを形成することのできる部分(12)と、他方でプロジェクション部分(3)と接触するよう配置された少なくとも二つの他のメタライズ層とを含むことを特徴とする、請求項1乃至のいずれか一つに記載の部品。
  7. 前記プロジェクション部分(3)と前記二つの対の前記四つの部分(12、13、18、19)がオーバードープされていることを特徴とする、請求項記載の部品。
  8. 前記二つの対の前記四つの部分(12、13、18、19)が前記基板の前記第一面から前記反対面まで延びていることを特徴とする、請求項または記載の部品。
  9. 前記半導体構造(1)の前記基板が絶縁体上の基板であることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか一つに記載の部品。
  10. 電界効果トランジスタとして使用され、前記ゲート(3)、ソース(13)およびドレイン(12)の各部分上に少なくとも三つの金属接点を含むことを特徴とする、請求項1乃至のいずれか一つに記載の部品。
  11. 前記部品が前記コレクタ(18)部分に第四の金属接点を含み、Pチャネル電界効果トランジスタの場合にはプラスの、Nチャネル電界効果トランジスタの場合にはマイナスの、選ばれたバイアス電圧(VC )が前記コレクタ部分に加えられることを特徴とする、請求項10記載の部品の使用方法。
  12. バイポーラトランジスタとして使用され、前記ベース(12)と、コレクタ(18)とエミッタ(19)の各部分上に少なくとも三つの金属接点を含むことを特徴とする、請求項1乃至までのいずれか一つに記載の部品。
  13. 前記部品が前記ゲート(3)部分に第四の金属接点を含み、Pチャネル電界効果トランジスタの場合にはマイナスの、Nチャネル電界効果トランジスタの場合にはプラスの、選ばれたバイアス電圧がゲートに加えられることを特徴とする、請求項12記載の部品の使用方法。
  14. 負性動抵抗構成を示す部品として使用され、少なくとも前記ドレイン、ベース、コレクタおよびエミッタの各部分に金属接点を含むことを特徴とする、請求項1からまでのいずれか一つに記載の部品。
  15. 前記バイポーラトランジスタの前記エミッタ・ベース接合部が順方向バイアスされ、前記コレクタ・ベース接合部が逆方向バイアスされることを特徴とする、請求項14記載の部品の使用方法。
  16. 前記部品がさらに前記ゲート部分に金属接点を含み、選ばれたバイアスが前記ゲートに加えられることを特徴とする、請求項15記載の使用方法。
  17. 前記コレクタの電流電圧関係(I、V)から負性動抵抗(36)が得られることを特徴とする、請求項15または16記載の使用方法。
  18. 絶縁ゲート電界効果トランジスタとラテラルバイポーラトランジスタを組込んだ、請求項1に記載の半導体構造の製造方法であって、
    a) 第一の型の導電性(P)を有する半導体基板の第一面で、電界効果トランジスタのゲート部分を形成することができ、また第一の型の導電性(P+ )を有する絶縁プロジェクション部分(3)が作られ、基板の下部で、第一のものに対向する第二の型の導電性(N)を有し、少なくともプロジェクション部分の下で基板の下部の一部の中へ延びる埋込み層(11)が作られ、
    b) 基板内に、プロジェクション部分(3)の第一端部領域(9)のいずれかの側にあり、一方でソース部分を、他方でドレイン部分または外因性ベース部分を形成することができ、第一の型の導電性(P+ 、P++)を有する第一対の半導体部分(12、13)が注入され、
    c) 基板内に、第二の型の導電性(N+ )を有し、第一端部領域(9)に対向するプロジェクション部分(3)の第二端部領域(10)のいずれかの側にある第二対の半導体部分(18、19)が注入され、これらの部分のうちの一つ(19)が埋込み層(11)の外側にあってエミッタ部分を形成することができ、もう一つの部分(18)が前記埋込み層(11)と接触する位置にあって、外因性コレクタ部分を形成することができ、
    d) ドレインまたはベース(12)を形成することができる第一対の部分、および第二対(18、19)の少なくとも二つの部分、または一方でソースを形成することのできる部分(13)、他方でゲートを形成することのできるプロジェクション部分(13)がメタライズされていることを特徴とする、半導体構造の製造方法。
  19. 前記注入段階a)とb)がオーバードーピングを含むことを特徴とする、請求項18記載の方法。
  20. 前記段階a)で
    a1) 前記基板内に、前記基板の前記第一面から延び、第二の型の導電性(N)を有する埋込み部分(21)が注入され、
    a2) このように注入された前記基板上に、第一の型の導電性(P+)を有する半導体層(24)がのせられ、注入マスクを形成できる上部層(25、30)がその上にのせられた絶縁層(23)を含むスタックが形成され、
    a3) 前記基板の前記第一面の対応部分を裸にするため、また前記プロジェクション部分(3)の少なくとも第一の側または端末(7)を規定するために、このスタックの少なくとも一部を除去し、
    a4) 前記埋込み部分(21)を限定し、前記埋込み層(11)を形成するために、このようにして得た構造にドーパントを選択注入することを特徴とする、請求項18または19記載の方法。
  21. 前記段階a4)で、前記選択注入が、基板の第一面に対してほぼ直角に行われることを特徴とする、請求項20記載の方法。
  22. 前記段階a4)のあと、前記基板の前記第一面の対応部分を裸にするため、また第一のものに対向する、前記プロジェクション部分の前記第二の側(8)を規定するために、前記スタックの別の部分を除去し、
    絶縁ラテラル部分(31、32)が前記二つの側と接触して配置され、これらの絶縁ラテラル部分が基板の第一面の部分で所定の幅を有し、
    前記段階c)で、前記第二対の前記二つの部分(18、19)が前記絶縁ラテラル部分(31、32)のいずれかの側に注入されることを特徴とする、請求項21記載の方法。
  23. 前記段階c)の後に行われる前記段階において、前記絶縁ラテラル部分(31、32)のいずれかの側にある第一注入領域内で、プロジェクション部分(3)の前記第一端部領域(9)の近くで、前記基板に対して前記第一注入領域をオーバードープ(P+ )するに適したドーパントの第一選択注入を行い、
    前記プロジェクション部分の二つの側まで第一領域を延ばした第二注入領域内で前記絶縁ラテラル部分を除去し、第一と同じ種類の第二注入を行い、不均等ドーピング(P+ 、P++)で第一対の二つの部分(12、13)を得ることができることを特徴とする、請求項22記載の方法。
  24. 一方で前記基板の前記第一面の対応部分を裸にするため、また前記第一の(7)に対向する前記プロジェクション部分(3)の第二の側(8)を規定するために、また他方で前記上部マスク層(25)を所定の距離でプロジェクション部分の上面に重ねるために、前記スタックの別の部分を除去し、
    このようにして得た重ね合わせマスクを取り付けた構造上で、前記基板の前記第一面に対して斜め方向に、前記選択注入を行うことを特徴とする、請求項20記載の方法。
  25. 前記ゲートに固定した前記重ね合わせマスクを取付けた構造上で前記基板の前記第一面に対してほぼ直角にドーパントの選択注入を行うことによって、前記第二対(18、19)の前記二つの部分を注入することを特徴とする、請求項24記載の方法。
  26. 前記段階)で、前記重ね合わせマスクの縁部のいずれかの側にある第一注入領域で、また前記プロジェクション部分(3)の前記第一端部領域(9)の近くで、前記基板に対して前記第一注入領域をオーバードープ(P+ )するのに適したドーパントの第一選択注入を行い、
    前記重ね合わせマスクを除去し、第一領域をプロジェクション領域の両側まで延ばした第二注入領域内で、第一と同じ種類の第二注入を行い、不均等ドーピング(P+ 、P++)で第一対の二つの部分(12、13)を得ることができることを特徴とする、請求項24または25記載の方法。
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