JPH0195556A - 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、シリコンへテロ接合バイポーラトランジスタ
において、電流利得が向上する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
せるために、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
スタと比較して、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、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、ベース低抗を低くすることができ、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、ヘテロ接合バイポーラトランジス
タは、従来のホモ接合バイポーラトランジスタに比べて
、高周波特性、スイッチング特性の点で、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にｎ−シリコンエビ層２をエビ成長
させる。次に、Ｓ　ｉ　Ｏ，膜４を形成し、１フオトリ
ソグラフイでパタニング後、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Ｃ
ＶＤ法により、ｎ”ａ−５ｉＣ：Ｈ５’を積層する。そ
して最後に、Ｓ　ｉ　Ｏ，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、ｎ＋シリコンウェハｌの裏
面及び、Ｐ領域４とｎ＋ａ−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シリコンウェハ１がコレクタ、
Ｐ領域３がベース、ｎ”ａ−ＳｉＣ：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−９ｉＣ：Ｈは、導電率が低く注入
効率がわるいので、電流利得がおちる。

また、高周波特性、スイッチング特性がある。

また、Ｃ組成比が増加した場合、局在準位密度の増大に
より、トランジスタの特性劣化、電流利得の低下を引き
起こす可能性がある。

上記のような欠点があるため、ａ−５ｉＣ：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、上記問題点に鑑みなされたもので、電
流利得、高周波特性の高い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、シリコンへテロ接合バイポーラトランジスタ
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（以下μｃ−５ｉ）を用いて上記問題点を解決
する。

（作用） μｃ−Ｓｉの導電率は、非常に高いのでキャリアが高く
抵抗は低い。従って、キャリア密度が高いため、エミッ
タからベースへ注入される電子が多くなる。

また、抵抗が低いため、電流利得が向上する。

さらに、ｐｃ−９ｉはａ−５ｉＣ：Ｈの炭素（Ｃ）のよ
うな異種原子をふくまないので、格子歪による局在準位
密度の増加はないので、再結合電流による電流利得低下
をまねかない。

（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説明をする。

第１図に、本発明のシリコンへテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの断面図を示す。

始めに、０．０２ΩΦＱ以下のｎシリコンウェハ１に、
０．５〜５Ωφ（至）のｎ−シリコンエビ層２を１０μ
ｍ程度エビ成長させる。

次に、ｎ−シリコンエビ層２上に、５０００人程度の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ｔｏｌｌ／ｃ
ＩＴ１３、深さ０．５μｍ程度のホウ素拡散を行い、Ｐ
領域３を形成する。

さらに、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５Ω・印のμｃ−５ｉ：Ｈを５ｏｏｏ人、プラ
ズマＣＶＤ法で積層し、ｎ“μｃ−Ｓｉ５を形成する。

最後に、フォトリソグラフィイでＳ　ｉ　Ｏ，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ｎ
Ｂｃ−９ｉ：Ｈ５との上面と、ｎシリコンエビ層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ジ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−５ｉ：Ｈとは第２図に示すよう
に、アモルファスシリコンの中に微結晶相を含む構造で
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−５ｉ：Ｈのバンドギャップを示す。同図
より、μｃ−５ｉのバンドギャップは、１．９５ｅＶと
なりａ−Ｓｉ：ｌ（と同様、広いバンドギャップである
。そのため、エミッタの注入効率を低下させることなく
、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、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。

第４図（ａ）にｐｃ−Ｓｉ：Ｈの導電率と、第４図（ｂ
）にａ−３ｉＣ：Ｈの導電率を示す。

同図から明らかなように、ａ−ＳｉＣ：Ｈの導電率が約
Ｉ　Ｘ　１０−’Ｏｎ−♂というのに比較して、μｃ−
５ｉ：Ｈの導電率は、約５Ω４・♂であり、非常に高い
値である。従って、μｃ−３ｉＨのエミッタ層は、バン
ドギャップが、ａ−Ｓｉ：Ｈと同様の値を維持したまま
、キャリア密度が高く抵抗が低くなる。

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
−５ｉＣ：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） そして、エミッタの抵抗が低いため、電流利得が向上す
る。

さらに、μｃ−Ｓｉ：Ｈは、炭素（Ｃ）のような異種原
子を含まないので、ａ−５ｉＣ：Ｈのように格子歪によ
る局在準位密度の増加はない。

本実施例においては、エミッタ層にμｃ−Ｓｉ：Ｈを用
いたが、μｃ−５ｉ：Ｆ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μｃ−Ｓｉを用いること
により、エミッタ層のキャリア密度は高く、抵抗は低く
なる。従って、注入効率、電流利得は向上し、素子の高
周波特性、スイッチング速度は向上するので、高速のス
イッチング素子が得られる。

さらに、ｐｃ−Ｓｉの耐熱性は、ａ−ＳｉＣ：Ｈよりも
５０℃程度上がるので、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
由度があがり、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−Ｓｉ：Ｈの構造
を示す図 第３図は、μｃ−５ｉ：Ｈのバンドギャップを示す図 第４図（ａ）は、ｐｃ−ＳｔのＲＦ　　ｐｏｗ−ｅｒと
導電率の関係を示す図 第４図（ｂ）は、ａ−ＳｉＣ：ＨのＣＨ４／（ＣＨ，＋
　Ｓ　ｉ　Ｈ４）のガス比と導電率の関係を示す図 第５図は、従来のシリコンへテロ接合バイポーラトラン
ジスタの断面図である。 １１１・・φｎシリコンウェハ ２・争争・ｎ′″シリコンエビ層 ３・・・・Ｐ領域 ４・・・φＳ　ｉ　Ｏｔ膜 °　５・・Φ・がμｃ−Ｓｉ：Ｈ ６会φ・φ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
   を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ。