JPH01268051A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH01268051A JPH01268051A JP9550388A JP9550388A JPH01268051A JP H01268051 A JPH01268051 A JP H01268051A JP 9550388 A JP9550388 A JP 9550388A JP 9550388 A JP9550388 A JP 9550388A JP H01268051 A JPH01268051 A JP H01268051A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
- H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
- H01L27/0623—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with bipolar transistors
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。
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、半導体装置に関し、特にバイポーラ−CMO
3形半導体装置の高速化に適用して有効な技術に関する
ものである。
3形半導体装置の高速化に適用して有効な技術に関する
ものである。
nチャネルMOSFETおよびpチャネルMOSFET
からなるC M OS (Complementary
M O8)回路とバイポーラ・トランジスタとを同一
チップ上に混在させたバイポーラ−CMO3形半導体装
置(以下、パイ−CMO3という)については、例えば
、「アイ・イー・デイ−・エム、 1985年、テクニ
カルダイジェスト([DM、 1985. Techn
−ical Digest、) J P 423〜P
426に記載がある。
からなるC M OS (Complementary
M O8)回路とバイポーラ・トランジスタとを同一
チップ上に混在させたバイポーラ−CMO3形半導体装
置(以下、パイ−CMO3という)については、例えば
、「アイ・イー・デイ−・エム、 1985年、テクニ
カルダイジェスト([DM、 1985. Techn
−ical Digest、) J P 423〜P
426に記載がある。
本発明者は、上記パイ−CM OSの高速化について検
討した。以下は、本発明者によって検討された技術であ
り、その概要は、下記の通りである。
討した。以下は、本発明者によって検討された技術であ
り、その概要は、下記の通りである。
すなわち、パイ−CMOSは、バイポーラの高速性とC
MO3の低消費電力とを併せ持つ利点を備えていること
から、コンピュータのCPUやマイクロプロセッサなど
への利用が注目され、より一層の高速性が求められてい
る。
MO3の低消費電力とを併せ持つ利点を備えていること
から、コンピュータのCPUやマイクロプロセッサなど
への利用が注目され、より一層の高速性が求められてい
る。
一方、CMO3では、従来より低温時の動作特性につい
ての研究が活発になされており、例えば、液体窒素の沸
点である77’K(−196℃)近傍では、キャリヤの
表面移動度の増加により、室温動作時よりも2〜3倍高
速になることが知られている。
ての研究が活発になされており、例えば、液体窒素の沸
点である77’K(−196℃)近傍では、キャリヤの
表面移動度の増加により、室温動作時よりも2〜3倍高
速になることが知られている。
そこで、6MO8の低温動作特性をパイ−CMO8に適
用すれば、パイ−CMO3の高速化が達成されるものと
期待される。
用すれば、パイ−CMO3の高速化が達成されるものと
期待される。
ところが、パイ−CM OSは、下記の理由により、低
温では動作しなくなってしまうという欠点がある。
温では動作しなくなってしまうという欠点がある。
すなわち、バイポーラ・トランジスタの電流増幅率(h
pε)は、エミッタからベースへの少数キャリヤの注入
によって決まるため、適正な電流増幅率(hP!=数1
0〜数100)を得るためには、エミッタの不純物濃度
をベースの不純物濃度よりも2〜3桁高くする必要があ
る。
pε)は、エミッタからベースへの少数キャリヤの注入
によって決まるため、適正な電流増幅率(hP!=数1
0〜数100)を得るためには、エミッタの不純物濃度
をベースの不純物濃度よりも2〜3桁高くする必要があ
る。
一方、半導体の禁制帯幅(バンドギャップ)は不純物濃
度によって規制され、シリコンの場合には、不純物濃度
が高くなるにつれて禁制帯幅が次第に狭くなる。
度によって規制され、シリコンの場合には、不純物濃度
が高くなるにつれて禁制帯幅が次第に狭くなる。
ところが、上記電流増幅率(hpa) は、エミッタ
とベースとの禁制帯幅の差(ΔE、) 、温度(T)に
対し、下記の式〔1〕 hpi” e x p (Ec/ k T) (1
)(T:絶対温度、に:ボルッマン定数)で示される関
係にあるため、バイポーラ・トランジスタを、例えば、
77゜Kで動作させた場合にはhpg<10となってし
まい、正常な動作特性が得られなくなる。
とベースとの禁制帯幅の差(ΔE、) 、温度(T)に
対し、下記の式〔1〕 hpi” e x p (Ec/ k T) (1
)(T:絶対温度、に:ボルッマン定数)で示される関
係にあるため、バイポーラ・トランジスタを、例えば、
77゜Kで動作させた場合にはhpg<10となってし
まい、正常な動作特性が得られなくなる。
以上のことから、シリコン単結晶からなる基板内に形成
されたパイ−CMO3は、室温ではバイポーラの高駆動
能力によってCMO3の二倍の高速性能を発揮するにも
かかわらず、低温ではバイポーラ・トランジスタが動作
しなくなってしまうため、パイーCMO3本来の特性を
発揮することができない。
されたパイ−CMO3は、室温ではバイポーラの高駆動
能力によってCMO3の二倍の高速性能を発揮するにも
かかわらず、低温ではバイポーラ・トランジスタが動作
しなくなってしまうため、パイーCMO3本来の特性を
発揮することができない。
本発明は、上記した問題点に着目してなきれたものであ
り、その目的は、パイ−CMO3の低温動作特性を向上
させることができる技術を提供することにある。
り、その目的は、パイ−CMO3の低温動作特性を向上
させることができる技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。
を簡単に説明すれば、次の通りである。
すなわち、バイポーラ・トランジスタのエミッタを、ベ
ースを構成する半導体材料よりも広い禁制帯幅の半導体
材料で構成したパイ−CM OSである。
ースを構成する半導体材料よりも広い禁制帯幅の半導体
材料で構成したパイ−CM OSである。
上記した手段によれば、前記式(1)
%式%(1)
において、Ec の値を負にすることができるため、低
温動作時においてもバイポーラ・トランジスタの電流増
幅率(bB) を適正値Chv!=数10〜数100)
に維持することができる。
温動作時においてもバイポーラ・トランジスタの電流増
幅率(bB) を適正値Chv!=数10〜数100)
に維持することができる。
第1図は本発明の一実施例である半導体装置の要部を示
す半導体基板の断面図、第2図はこの半導体装置の回路
図、第3図はこの半導体装置の遅延時間と動作温度との
関係を示すグラフ図である。
す半導体基板の断面図、第2図はこの半導体装置の回路
図、第3図はこの半導体装置の遅延時間と動作温度との
関係を示すグラフ図である。
本実施例は、2人力NAND回路に適用されたパイ−C
MO3であり、第2図に示すように、バイポーラ2素子
(Ql、 Q2)と、MOS7素子(Q、〜Q、)とか
ら構成されている。
MO3であり、第2図に示すように、バイポーラ2素子
(Ql、 Q2)と、MOS7素子(Q、〜Q、)とか
ら構成されている。
第1図は、この半導体装置の断面構造の一部を示し、半
導体基板(以下、基板という)1の活性素子領域には、
バイポーラ素子Q+、りチャネルMO3素子Q3および
nチャネルMO3素子Q。
導体基板(以下、基板という)1の活性素子領域には、
バイポーラ素子Q+、りチャネルMO3素子Q3および
nチャネルMO3素子Q。
が形成され、フィールド絶縁膜2.2によって互いに分
離されている。
離されている。
基板1は、所定の抵抗値を有するp形シリコン単結晶か
らなり、バイポーラ素子Q1 およびpチャネルMO5
素子Q3 の下方には、n+形埋込層3.3とn形つェ
ル4.4とがそれぞれ形成されている。
らなり、バイポーラ素子Q1 およびpチャネルMO5
素子Q3 の下方には、n+形埋込層3.3とn形つェ
ル4.4とがそれぞれ形成されている。
n形つェル4の上に形成されたpチャネルMO3素子Q
、およびp゛形エピタキシャル層5の上に形成されたp
チャネルMO3素子Q7 は、低抵抗ポリシリコンなど
からなるゲート電極6a、6bと拡散層7a、7b、8
a、8bとから構成され、pチャネルMO3素子Q、の
ソースおよびドレイン電極を構成する拡散層7a、’8
aは、ホウ素(B)イオンなどを、また、nチャネルM
O3素子Q、のソースおよびドレイン電極を構成する拡
散層7b、3bは、ヒ素(As)イオンなどをそれぞれ
自己整合的に注入して形成したものである。
、およびp゛形エピタキシャル層5の上に形成されたp
チャネルMO3素子Q7 は、低抵抗ポリシリコンなど
からなるゲート電極6a、6bと拡散層7a、7b、8
a、8bとから構成され、pチャネルMO3素子Q、の
ソースおよびドレイン電極を構成する拡散層7a、’8
aは、ホウ素(B)イオンなどを、また、nチャネルM
O3素子Q、のソースおよびドレイン電極を構成する拡
散層7b、3bは、ヒ素(As)イオンなどをそれぞれ
自己整合的に注入して形成したものである。
また、図示はしないが、他のpチャネルMOS素子Q=
、 Q9 、およびnチャネルMO8素子Q、。
、 Q9 、およびnチャネルMO8素子Q、。
Q a 、 Q s もそれぞれ同様の構成となって
いる。
いる。
一方、バイポーラ素子Q1 のコレクタは、n。
形埋込層3とn゛形形成散層らなるコレクタ取出し領域
9とによって構成され、ベースは、n形つェル4の上に
形成されたn3形拡散層10によって構成されている。
9とによって構成され、ベースは、n形つェル4の上に
形成されたn3形拡散層10によって構成されている。
エミッタは、上記ベースを構成するn゛形形成散層10
禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有するシリコンカーバイ
ド(SiC)層11によって構成され、例えば、スパッ
タ法などを用いてn゛形拡散層lOの表面に被着したシ
リコンカーバイド薄膜を所定形状にパターニングして形
成したものである。
禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有するシリコンカーバイ
ド(SiC)層11によって構成され、例えば、スパッ
タ法などを用いてn゛形拡散層lOの表面に被着したシ
リコンカーバイド薄膜を所定形状にパターニングして形
成したものである。
また、図示はしないが、バイポーラ素子Q2 も上記
バイポーラ素子Q1 と同様の構成となっている。
バイポーラ素子Q1 と同様の構成となっている。
なお、n゛形形成散層10りも広い禁制帯幅を有するエ
ミッタ構成材料は、上記シリコンカーバイドに限定され
るものではな(、ガリウム・ヒ素(Qa−AS)、ガリ
ウム・リン(Ga−P)あるいは酸素をドープしたポリ
シリコンやアモルファスシリコンなどを用いてもよい。
ミッタ構成材料は、上記シリコンカーバイドに限定され
るものではな(、ガリウム・ヒ素(Qa−AS)、ガリ
ウム・リン(Ga−P)あるいは酸素をドープしたポリ
シリコンやアモルファスシリコンなどを用いてもよい。
上記バイポーラ素子Q、、 Q、とMO3O3素子−3
〜Qからなるパイ−CMO3が形成された基板1の表面
には、リンケイ酸ガラス(PSG)などの絶縁膜12が
被着され、その所定箇所に開口されたコンタクトホール
】3を介してAβ配線14と各素子の電極とが電気的に
接続されている。。
〜Qからなるパイ−CMO3が形成された基板1の表面
には、リンケイ酸ガラス(PSG)などの絶縁膜12が
被着され、その所定箇所に開口されたコンタクトホール
】3を介してAβ配線14と各素子の電極とが電気的に
接続されている。。
次に、上記パイ−CMO3からなる2人力NAND回路
を所定の温度で動作した場合の遅延時間と動作温度との
関係は、第3図の通りである。
を所定の温度で動作した場合の遅延時間と動作温度との
関係は、第3図の通りである。
すなわち、実線で示すように、室温である293°K(
20℃)で動作したときの遅延時間は、約0.8nSで
あるが、動作温度を下げていくにつれて次第に遅延時間
が低減し、液体窒素の沸点である77゜Kでは、約Q、
4 n sと、はぼ1/2に改善される。
20℃)で動作したときの遅延時間は、約0.8nSで
あるが、動作温度を下げていくにつれて次第に遅延時間
が低減し、液体窒素の沸点である77゜Kでは、約Q、
4 n sと、はぼ1/2に改善される。
これは、CMO3II’lSにおいては、動作温度が下
がるにつれ、多数キャリヤの表面移動度が増加するため
に高速動作が可能となり、また、バイポーラ部において
は、エミッタとベースとの禁制帯幅の差ΔEaが負にな
るために低温下においても電流増幅率(hpg) が適
正値(数10〜数100)に維持され、パイ−CMOS
全体としては、低温動作特性が向上することになるから
である。
がるにつれ、多数キャリヤの表面移動度が増加するため
に高速動作が可能となり、また、バイポーラ部において
は、エミッタとベースとの禁制帯幅の差ΔEaが負にな
るために低温下においても電流増幅率(hpg) が適
正値(数10〜数100)に維持され、パイ−CMOS
全体としては、低温動作特性が向上することになるから
である。
これに対し、バイポーラ・トランジスタのエミッタをシ
リコン拡散層などによって構成した従来のパイ−CMO
3では、破線で示すように、動作温度が下がるにつれて
電流増幅率(hpi)が低下し、例えば、200°K(
−73℃)近傍でhpgく10となってしまうため、C
MO3部の動作特性が向上するにもかかわらず、パイ−
CMOS全体としての遅延時間は温度の低下とともに次
第に増大し、77゜Kでは動作しなくなる。
リコン拡散層などによって構成した従来のパイ−CMO
3では、破線で示すように、動作温度が下がるにつれて
電流増幅率(hpi)が低下し、例えば、200°K(
−73℃)近傍でhpgく10となってしまうため、C
MO3部の動作特性が向上するにもかかわらず、パイ−
CMOS全体としての遅延時間は温度の低下とともに次
第に増大し、77゜Kでは動作しなくなる。
以上のように、バイポーラ・トランジスタのエミッタを
、ベースを構成する半導体材料よりも広い禁制帯幅の半
導体材料で構成した本実施例のパイ−CMO3は、これ
を低温で動作させることにより、室温で動作させた場合
に比して遅延時間を大幅に低減させることができる、と
いう優れた効果が得られる。
、ベースを構成する半導体材料よりも広い禁制帯幅の半
導体材料で構成した本実施例のパイ−CMO3は、これ
を低温で動作させることにより、室温で動作させた場合
に比して遅延時間を大幅に低減させることができる、と
いう優れた効果が得られる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実・施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
更可能であることはいうまでもない。
具体的に説明したが、本発明は、前記実・施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
更可能であることはいうまでもない。
例えば、エミッタおよびベースを構成する半導体材料と
して、シリコン(エミッタ)/シリコン・ゲルマニウム
(Si−Ge)(ベース)するいは、アモルファスシリ
コン(エミッタ)/シリコン(ベース)などの組合わせ
を用いた場合においても、エミッタとベースとの禁制帯
幅の差ΔEGを負にすることができる。
して、シリコン(エミッタ)/シリコン・ゲルマニウム
(Si−Ge)(ベース)するいは、アモルファスシリ
コン(エミッタ)/シリコン(ベース)などの組合わせ
を用いた場合においても、エミッタとベースとの禁制帯
幅の差ΔEGを負にすることができる。
また、実施例ではゲート回路に適用した場合について説
明したが、メモリ回路にも適用できることはいうまでも
ない。
明したが、メモリ回路にも適用できることはいうまでも
ない。
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。
すなわち、パイ−CMO3の一部を構成するバイポーラ
・トランジスタのエミッタを、ベースを構成する半導体
材料の禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有する半導体材料
で構成することにより、パイ−CMO3の高速化が達成
される。
・トランジスタのエミッタを、ベースを構成する半導体
材料の禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有する半導体材料
で構成することにより、パイ−CMO3の高速化が達成
される。
第1図は本発明の一実施例である半導体装置の要部を示
す半導体基板の断面図、 第2図はこの半導体装置の回路図、 第3図はこの半導体装置の遅延時間と動作温度との関係
を示すグラフ図である。 1・・・半導体基板、2・・・フィールド絶縁膜、3・
・・n+形埋込層、4・・・n形つェル、5・・・p゛
形エピタキシャル層、6a、6b・・・ゲート電極、?
a、7b、8a、8b・−・拡散層、9・・・コレクタ
取出し領域、10・・・n゛形形成散層11・・・シリ
コンカーバイド層、12・・・絶縁膜、13・・・コン
タクトホール、14・・・Aβ配線。 砿
す半導体基板の断面図、 第2図はこの半導体装置の回路図、 第3図はこの半導体装置の遅延時間と動作温度との関係
を示すグラフ図である。 1・・・半導体基板、2・・・フィールド絶縁膜、3・
・・n+形埋込層、4・・・n形つェル、5・・・p゛
形エピタキシャル層、6a、6b・・・ゲート電極、?
a、7b、8a、8b・−・拡散層、9・・・コレクタ
取出し領域、10・・・n゛形形成散層11・・・シリ
コンカーバイド層、12・・・絶縁膜、13・・・コン
タクトホール、14・・・Aβ配線。 砿
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、nチャネルMOSFET、pチャネルMOSFET
およびバイポーラ・トランジスタが同一の半導体基板上
に形成された半導体装置であって、前記バイポーラ・ト
ランジスタのエミッタを構成する半導体材料の禁制帯幅
がベースを構成する半導体材料の禁制帯幅よりも広いこ
とを特徴とする半導体装置。 2、273゜K以下の低温で動作されることを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9550388A JPH01268051A (ja) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9550388A JPH01268051A (ja) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01268051A true JPH01268051A (ja) | 1989-10-25 |
Family
ID=14139400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9550388A Pending JPH01268051A (ja) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01268051A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0442968A (ja) * | 1990-06-06 | 1992-02-13 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-04-20 JP JP9550388A patent/JPH01268051A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0442968A (ja) * | 1990-06-06 | 1992-02-13 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
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