JPH01115158A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents

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、シリコン系のへテロ接合バイポーラトランジ
スタにおいて、電流増幅特性の向上をもたらす構造に関
するものである。

（従来の技術） シリコンバイポーラトランジスタの素子動作を高速化さ
せるため、ヘテロエミッタ構造をとることが提案されて
いる。

異種の半導体材料を接合させた、ヘテロ接合を利用した
ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、従来の単一材料
を用いて作られるホモ接合バイポーラトランジスタと比
べて多くの利点がある。

例えば、エミッタ層を構成する半導体物質を、ベース層
を構成する半導体物質よりバンドギャップの広いものと
することにより、エミッタ注入効率を低下させることな
く、また、エミッタへの正孔の拡散を増大させることな
く、エミッタ領域の不純物濃度と、ベース領域の不純物
濃度を独立に設定することができる。

従って、ベース層の不純物濃度を高くすることができる
ため、ベース抵抗を低くすることができると同時に少数
キャリアの蓄積効果を低減できる。また、薄いベース層
を形成することができる。

同様に、エミッタ層の不純物濃度を低くすることができ
るため、エミッタ容量を低減することができる。

これらの利点により、ヘテロ接合バイボー→トランジス
タは、従来のホモ接合バイポーラトランジスタに比べて
、電流増幅、高速動作特性の点で非常に優れたものとな
る可能性をもっている。

このようなヘテロ接合バイポーラトランジスタを実際に
構成するのに当たり、構造としては、エミッタ層にアモ
ルファス炭化シリコン（以下ａ−５ｉＣ：Ｈ）を用いる
ことが提案されている。（昭和６２年　春季応用物理学
会）第５図に、従来のへテロ接合バイポーラトランジス
タの断面図を示す。

♂シリコンウェハｌ上にｎ−シリコンエビ層をエビ成長
させる。次にＳｉＯ□膜４を形成し、フォトリソグラフ
ィでパタニング後、イオン注入等により、ホウ素をドー
プし、Ｐ領域３を形成する。続いてプラズマＣＶＤ法に
より、ｎ”ａ−ＳｉＣ：Ｈ５：を積層する。そして最後
に５ｉＯ８膜４にフォトリソグラフィでコンタクトホー
ルを形成し、♂シリコンウェハ１の裏面及び、Ｐ領域４
とｎａ−ＳｉＣ：Ｈ５’との上面に、アルミニウム金属
６を積層し、配線する。

このような構造では、ｎンリコンウエハｌ及びｉシリコ
ンエビ層２がコレクタ、Ｐ領域３がベースｎ＋ａ−５ｉ
Ｃ：Ｈがエミッタとなり、バイポーラトランジスタを構
成している。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のへテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタ層
に用いられているａ−３ｉＣ：Ｈは、導電率が低く注入
効率が悪いので、電流増幅率がおち、また、高周波特性
、スイッチング特性が劣る。

上記のような欠点があるため、ａ−３ｉＣ：Ｈをエミッ
タ層に用いたヘテロバイポーラトランジスタは、実用化
に至っていない。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、高い電流増幅率
、高速動作特性の優れたヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、シリコン系へテロ接合パイボーラド″ランジ
スタにおいて、エミッタ層を微結晶（マイクロクリスタ
ル）シリコン化合物（以下μｃ−ＳｉＸ）を用いて上記
問題点を解決する。

（作用） μｃ−５ｉＸのエネルギーバンドギャップは、ａ−９ｉ
Ｃ：Ｈと同程度以上あり、また、その導電率は非常に高
いので、エミッタからベースに注入される電子が多く逆
方向に拡散する正孔は少なくなる。また、エミッタ抵抗
が低減する。

さらに、ベース不純物濃度を高めることが可能であるた
め、少数キャリアである電子の蓄積効果を低減できると
同時にベース抵抗を低くできる。

従って電流増幅、高速動作特性等が向上する。

（実施例） 以下、図面に従って本発明のシリコンへテロ接合バイポ
ーラトランジスタのエミッタ層にマイクロクリスタル炭
化シリコン（以下　μＣ−Ｓ　ｉ　Ｃ：　Ｈ）を用いた
ことを例にとり説明する。

第１図に本発明一実施例のμｃ−３ｉＣ：Ｈをエミッタ
層に用いたシリコンへテロ接合バイポーラトランジスタ
の断面図を示す。

始めに０．０２Ω・（至）以下のｎ＋シリコンウェハｌ
に０．５〜５Ω・艶のｎ”シリコンエビ層２を１０μｍ
程度エビ成長させる。

次にｎ−シリコンエビ層２上に５ｏｏｏＡ程度のＳ　ｉ
　Ｏ，膜４を形成し、フォトリソグラフィによりパタニ
ングする。

続いて前記パタニング領域より表面濃度１０′ｑ／口３
、深さ０．５μｍ程度のホウ素拡散を行い、Ｐ領域３を
形成する。

そして、フォトリソグラフィでＳ　ｉ　Ｏ，膜４のパタ
ニングを行い、ベースとエミッタの接合面を形成し、そ
の領域に１Ω−１・ａｍ’のμｃ−５ｉＣ：Ｈを５００
０Ａ、プラズマＣＶＤ法で積層し、ｎμｃ−５ｉＣ：Ｈ
５を形成する。

最後に、フォトリソグラフィで８１０２膜４をパタニン
グし、コンタクトホールを形成し、Ｐ領域３とμｃ−３
ｉＣ：Ｈ５との上面と♂シリコンウェハ１の裏面とにア
ルミニウム金属６を蒸着し、配線する。

以上で本発明のシリコンへテロ接合バイポーラトランジ
スタは完成する。

但し、ここでいうμｃ−ＳｉＣ：Ｈとは、第２図に示す
ように、アモルファスシリコンカーバイドの中に微結晶
を含む構造である。そして、その微結晶の周囲は水素原
子で終端されている。

第３図に、μｃ’−５ｉＣ：Ｈのバンドギャップを示す
。同図よりμｃ−３ｉＣ：Ｈのバンドギャップは２．１
５ｅＶとなり、従来のエミッタ層ａ−５ｉＣ：Ｈ以上の
広いバンドギャップである。　　（同図は、Ｃ町÷（Ｓ
　ｉ　Ｈ４＋　ＣＨ，）＝０．５の場合）そのためエミ
ッタの注入効率を低下させることなく、また、エミッタ
への正孔の拡散を増大させることなく、エミッタ領域の
不純物濃度とベース領域の不純物濃度を独立に設定する
ことができる。

従フて、ベース層の不純物濃度を高くすることができる
ため、ベース抵抗を低くすることができ、また、従来よ
り薄いベース層を形成することができる。

同様に、エミッタ層の不純物濃度を低くすることができ
るため、エミッタ容量を低減することができる。

第４図に、μｃ−ＳｉＣ：Ｈの導電率と、ａ−ＳｆＣ：
Ｈの導電率を示す。同図から明らかなように、ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈの導電率が約ｌＸｌ０Ω・帥というのに比較して
、μｃ−ＳｉＣ：Ｈの導電率は、約１Ω・（至）であり
非常に高い値である。従って、μｃ−５ｉＣ：Ｈのエミ
ッタ層は、バンドギャップがａ−ＳｉＣ：Ｈ以上の値で
あり、さらにキャリア密度が高く、抵抗が低くなる。つ
まり、エミッタ層のキャリア密度が高いため、ベースと
コレクタとの間に逆方向の電圧を印加しつつ、エミッタ
とベースとの間に順方向の電圧を印加した場合、電子は
エミッタからベースへ注入されるが、この時の電子の注
入がａ−ＳｉＣ：Ｈをエミッタに用いた時に比べて大き
くなる。　　（注入効率が向上する。）同時に、正孔の
エミッタへの拡散に対する阻止能が上がるため、電流増
幅率が大きくなる。

尚、本実施例においては、エミッタ層にμＣ−５ｉＣ：
Ｈを用いたが、μｃ−９ｉＣ：Ｆ、μｃ−ＳｉＮ：Ｈ，
μｃ−ＳｉＮ：Ｆ等のワイドギャップマイクロクリスタ
ル化シリコン化合物を用いても同様である。

（発明の効果） 本発明によれば、エミッタ層にマイクロクリスタルシリ
コン化合物を用いることにより、エミッタ層のエネルギ
ーバンドギャップは大きく、キャリア密度も高くなる。

従って、素子の電流増幅特性、高速動作特性は向上する
ので、高速、高利得のスイッチング索子が得られる。

さらに、マイクロクリスタルシリコン化合物の耐熱性は
ａ−９ｉＣ：Ｈよりも６０℃程度上がるので２．アルミ
シンタリング等の後工程での熱処理を高い温度で行うこ
とができ、工程設計の自由度が上がり、高温でアルミシ
ンタリングを行うことにより、コンタクト抵抗を下げる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明一実施例のシリコンへテロ接合バイポ
ーラトランジスタの断面図 第２図は、同エミッタ層に用いたμｃ−ＳｔＣ：Ｈの構
造を示す図 第３図は、μｃ−３ｉＣ：Ｈとａ−９ｉＣ：Ｈのバンド
ギャップを示す図 第４図は、μｃ−ＳｉＣ：Ｈ成膜時のＲＦＰｏｗｅｒと
導電率との関係を示す国 策５図は、従来のシリコンへテロ接合バイポーラトラン
ジスタの断面図 １・・・ｎ＋シリコンウェハ ２・・・ｎ−シリコンエビ層 ３・・・Ｐ領域 ４・・・Ｓ　ｉ　０Ｌ１１莫 ５φ争・ｎ＋μｃ−８ＩＣ：Ｈ ６・・・アルミニウム金属

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　エミッタ層に微結晶（マイクロクリスタル）シリコン
   化合物を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ。