JPH0195557A - Manufacture of heterojunction bipolar transistor - Google Patents

Manufacture of heterojunction bipolar transistor

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JPH0195557A
JPH0195557A JP25446387A JP25446387A JPH0195557A JP H0195557 A JPH0195557 A JP H0195557A JP 25446387 A JP25446387 A JP 25446387A JP 25446387 A JP25446387 A JP 25446387A JP H0195557 A JPH0195557 A JP H0195557A
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JP
Japan
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silicon
region
bipolar transistor
heterojunction bipolar
emitter
Prior art date
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Application number
JP25446387A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Tabuchi
田渕 俊宏
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enhance a current gain by a method wherein an emitter layer is formed by laminating microcrystalline silicon (muc-Si) under a specific condition by using a plasma CVD method. CONSTITUTION:An n<+> silicon wafer 1 where an n<-> silicon epi layer 2 has been formed is thermally oxidized; an SiO2 film 4 is formed; this SiO2 film 4 is patterned. In succession, boron is diffused on the surface; a P-region 3 is formed. The SiO2 film 4 is patterned again; a junction face 5' of the P-region 3 and an emitter layer is formed. After that n<+> muc-Si:H 5 is laminated by using a plasma CVD method under the following conductions: 0< concentration of SiH4/H2<=0.1%; 0.01%< concentration of PH3<10%; a gas pressure of 0.01-5Torr; a substrate temperature of room temperature -600 deg.C; a power to be impressed of more than 1mW/cm<2> and less than 100mW/cm<2>. By this setup, a current gain is enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 −(産業上の利用分野) 本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて
高い電流増幅率を有し、スイッチング特性の良好な素子
を得るための、最適なエミツタ層の製造方法に間するも
のである。
Detailed Description of the Invention - (Industrial Application Field) The present invention provides an optimal emitter layer manufacturing method for obtaining a heterojunction bipolar transistor having a high current amplification factor and good switching characteristics. It is something that takes place in between.

(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。
(Prior Art) In order to speed up the device operation of silicon bipolar transistors, it has been proposed to adopt a hetero-emitter structure.

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。
Heterojunction bipolar transistors, which utilize heterojunctions made by joining dissimilar semiconductor materials, have many advantages over conventional homojunction bipolar transistors made using a single material.

例えば、エミツ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i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。
For example, by making the semiconductor material constituting the emitter layer have a wider bandgap than the semiconductor material constituting the base layer, the impurity concentration in the emitter region and the impurity concentration in the base region can be reduced without reducing the emitter injection efficiency. Concentration can be set independently.

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。
Therefore, since the impurity concentration of the base layer can be increased, the base resistance can be lowered and a thin base layer can be formed.

同様に、エミツ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。
Similarly, since the impurity concentration of the emitter layer can be lowered, the emitter capacitance can be reduced.

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。
Due to these advantages, heterojunction bipolar transistors have the potential to be extremely superior in high frequency characteristics and switching characteristics compared to conventional homojunction bipolar transistors.

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、エミツタ層にア
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、従来のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの断面図を示す。
When actually constructing such a heterojunction bipolar transistor, it has been proposed to use amorphous silicon carbide (hereinafter referred to as a-5iC:H) for the emitter layer. (Spring Society of Applied Physics, 1988) Figure 5 shows a cross-sectional view of a conventional heterojunction bipolar transistor.

+ nシリコンウェハl上nシリコンエピ層2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:H7を積層する。そして最後
に、S i O。
+N silicon epitaxial layer 2 is grown on the n silicon wafer l. Next, a SiO□ film 4 is formed, and after patterning by photolithography, boron is doped by ion implantation or the like to form a P region 3. Subsequently, n''a-Sic:H7 is laminated by plasma CVD method.Finally, SiO is deposited.

膜4にフォトリソグラフィでコンタクトホール領域3と
n”a−5i C: H5’との上面に、アルミニウム
金属6を積層し配線する。
Aluminum metal 6 is laminated and wired on the upper surface of the contact hole region 3 and n''a-5i C:H5' on the film 4 by photolithography.

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、na−5iC:H5’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。
In such a structure, the n-silicon wafer 1 is the collector,
The P region 3 serves as a base, and the na-5iC:H5' serves as an emitter, forming a bipolar transistor.

(発明が解決しようとする問題点) 従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミツタ層
に用いられているa−5iC:Hは導電率が低く注入効
率が悪いので、電流利得がおちる。
(Problems to be Solved by the Invention) A-5iC:H used in the emitter layer of a conventional heterojunction bipolar transistor has low conductivity and poor injection efficiency, resulting in a decrease in current gain.

また、高周波特性、スイッチング特性が劣る。In addition, high frequency characteristics and switching characteristics are inferior.

また、C組成比が増加した場合、開存準位密度の増大に
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。
Furthermore, when the C composition ratio increases, the open level density increases, which may cause deterioration of transistor characteristics and reduction of current gain.

上記のような欠点があるため、a−8iC:Hをエミツ
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。
Due to the above-mentioned drawbacks, a hetero bipolar transistor using a-8iC:H in the emitter layer has not been put into practical use.

本発明の目的は、上記問題点に鑑みなされたもので、高
い電流増幅率を有し、スイッチング特性の良好な素子を
得るために、エミツタ層を形成する際の最適な製造方法
を提供するものである。
An object of the present invention was made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an optimal manufacturing method for forming an emitter layer in order to obtain an element having a high current amplification factor and good switching characteristics. It is.

(問題点を解決するための手段) 上記問題点を解決するために、本発明のシリコンヘテロ
接合バイポーラトランジスタのエミツタ層は、プラズマ
CVD法で、次の条件a ) 0 < S I H4/
 Ht度≦0.1%、0.01%くP H88度<10
%、ガス圧0.01〜5 T o r rb)基板温度
 室温〜600℃ C)印加RFパワー   1 m W / cm”以上
、100W/cm2以下 を用いて、微結晶(マイクロクリスタル)シリ−コン(
以下μc−5t)を積層することにより形成する。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the emitter layer of the silicon heterojunction bipolar transistor of the present invention is formed by a plasma CVD method under the following conditions a) 0 < S I H4/
Ht degree ≦0.1%, 0.01% PH H88 degree <10
%, gas pressure 0.01 to 5 T or rb) Substrate temperature Room temperature to 600°C C) Applied RF power 1 mW/cm” or more and 100 W/cm2 or less, microcrystalline silicon (
It is formed by laminating μc-5t).

(作用) 上記条件を用いて作製したμc−5iは、5Ω・C以上
の高い導電率を得ることが可能である。従って、これを
エミツタ層に用いて完成したシリコンヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタは、注入効率、電流利得が高く、スイ
ッチング特性の優れた索子となる。
(Function) μc-5i produced using the above conditions can obtain a high conductivity of 5Ω·C or more. Therefore, a silicon heterojunction bipolar transistor completed using this in the emitter layer has high injection efficiency, high current gain, and has excellent switching characteristics.

(実施例) 以下、図面に従って本発明のシリコンヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの製造方法を説明する。
(Example) Hereinafter, a method for manufacturing a silicon heterojunction bipolar transistor of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に、本発明のシリコンヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの製造工程図を示す。
FIG. 1 shows a manufacturing process diagram of a silicon heterojunction bipolar transistor of the present invention.

第1図(a)に示すように、0.02Ω・0以下のnシ
リコンウェハl上0.5〜5Ω・Cのn−シリコンをS
 iC14を用いて、1150℃で5μm程度エビ成長
させ、nシリコンエピ層2を形成する。
As shown in Figure 1(a), n-silicon with a resistance of 0.5 to 5Ω·C is deposited on an n-silicon wafer l with a resistance of 0.02Ω·0 or less.
Using iC14, the n-silicon epitaxial layer 2 is formed by growing to a thickness of about 5 μm at 1150° C.

次に、第1図(b)に示すように、nシリコンエピ層2
を形成したnシリコンウェハ1を、1100℃60分ウ
ェット02雰囲気中で熱酸化を行い、5ooo人程度S
iO□膜4を形成し、第1図(C)に示すように、フォ
トリソグラフィでSiO□膜4をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 1(b), the n-silicon epi layer 2
The n-silicon wafer 1 on which the
An iO□ film 4 is formed, and as shown in FIG. 1(C), the SiO□ film 4 is patterned by photolithography.

続いて、表面に充分な量のB20.を付着させた後、第
1図(d)に示すように、ウェット0□雰囲気中で10
00℃20分ホウ素拡散を行い、表面濃度10″/口1
、深さ0.5μm程度のP領域3を形成する。
Subsequently, apply a sufficient amount of B20 to the surface. After adhering, as shown in Fig. 1(d), 10
Perform boron diffusion at 00°C for 20 minutes to achieve a surface concentration of 10"/mouth 1.
, a P region 3 having a depth of about 0.5 μm is formed.

そして、第1図(e)に示すように、再びフォトリソグ
ラフィを行い、S i O,膜4をパターニングし、P
領域3とエミツタ層との接合面5′を形成する。
Then, as shown in FIG. 1(e), photolithography is performed again to pattern the SiO film 4, and P
A bonding surface 5' between the region 3 and the emitter layer is formed.

その後、第1図(f)に示すように、プラズマCvD法
でa)O<S iH,/HJ度≦0.1%、0.01%
< P H,濃度<to%、ガス圧0.01〜5 ”r
orrb)基板温度、室温〜600℃ C)印加パワー
1 m W / era”以上100 W/e+n”以
下、の条件で5Ω゛1・(至)のnμc−5i :H5
を5000A積層する。
Thereafter, as shown in FIG. 1(f), using the plasma CvD method, a) O<SiH,/HJ degree≦0.1%, 0.01%
<PH, concentration<to%, gas pressure 0.01~5''r
orrb) Substrate temperature, room temperature to 600℃ C) Applied power 1mW/era" or more and 100W/e+n" or less nμc-5i of 5Ω゛1・(to): H5
are stacked at 5000A.

さらに、第1図(g)に示すように、フォトリソグラフ
ィを行いSiO膜4をパターニングし、アルミニウム金
属とP領域3との接合面6′を形成する。
Furthermore, as shown in FIG. 1(g), photolithography is carried out to pattern the SiO film 4 and form a bonding surface 6' between the aluminum metal and the P region 3.

最後に、第1図(h)に示すように、nシリコンウェハ
lの裏面、nμc−5i :H5上JP領域3上にアル
ミニウム金属6を蒸着し、配線する。
Finally, as shown in FIG. 1(h), aluminum metal 6 is vapor-deposited on the JP region 3 on the nμc-5i:H5 on the back surface of the n-silicon wafer 1, and wiring is performed.

以上の工程で、本発明のシリコンヘテロ接合バイポーラ
トランジスタは完成し、nシリコンウェハ1がコレクタ
、P領域3がベース、nμc−Si:Hがエミッタとな
る。
Through the above steps, the silicon heterojunction bipolar transistor of the present invention is completed, with the n silicon wafer 1 serving as the collector, the P region 3 serving as the base, and the nμc-Si:H serving as the emitter.

本実施例において説明したμc−Si:Hは、第2図に
示したように、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。
The μc-Si:H described in this example has a structure containing a microcrystalline phase in amorphous silicon, as shown in FIG. The periphery of the microcrystal is terminated with hydrogen atoms.

第3図にμc−Si:Hのバンドギャップを示す。同図
よりμc−Siのバンドギャップは、1.95eVとな
り、a−SiC:H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、エミツ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。
FIG. 3 shows the bandgap of μc-Si:H. From the figure, the band gap of μc-Si is 1.95 eV, which is a wide band gap like a-SiC:H. Therefore, the impurity concentration in the emitter region and the impurity concentration in the base region can be set independently without reducing the emitter injection efficiency. Therefore, since the impurity concentration of the base layer can be increased, the base resistance can be lowered and a thin base layer can be formed. Similarly, since the impurity concentration of the emitter layer can be lowered, the emitter capacitance can be reduced.

第4図にμc−Si:Hの導電率とRFパワーの関係を
示す。RFパワー60W以上で行うと5Ω−1・dlと
いうたいへん高い値が得られる。
FIG. 4 shows the relationship between the conductivity of μc-Si:H and RF power. When carried out with an RF power of 60 W or more, a very high value of 5 Ω-1·dl can be obtained.

従って、バンドギャップが広く、さらにキャリア密度が
高く、抵抗の低いエミツタ層が得られる。
Therefore, an emitter layer with a wide bandgap, high carrier density, and low resistance can be obtained.

エミツ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、電圧はエミッ
タからベースへ注入されるが、この時の電子の注入がa
−9iC:Hをエミッタに用いた時に比べて大きくなる
Because the carrier density in the emitter layer is high, if a forward voltage is applied between the emitter and base while applying a reverse voltage between the base and collector, voltage will be injected from the emitter to the base. However, the injection of electrons at this time is a
This is larger than when −9iC:H is used as an emitter.

(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。
(Injection efficiency is improved) And since the resistance of the emitter is low, the current gain is improved.

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−9iC:Hのように格子歪による
局在準位密度の増加はない。
Furthermore, since μc-Si:H does not contain a foreign atom such as carbon (C), there is no increase in localized level density due to lattice strain as in a-9iC:H.

尚、本実施例においては、原料ガスにS i H4/H
,を用いたが、H2のかわりにHe I A r t 
NLtXeを用いても、同様のエミツタ層が得られる。
In this example, S i H4/H is added to the raw material gas.
, but instead of H2, He I A r t
A similar emitter layer can be obtained using NLtXe.

(発明の効果) 本発明の製造方法を用いることにより、エミツタ層あキ
ャリア密度が高く、抵抗の低いμC−5iを形成するこ
とが可能となる。
(Effects of the Invention) By using the manufacturing method of the present invention, it is possible to form a μC-5i emitter layer with high carrier density and low resistance.

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。
Therefore, the injection efficiency and current gain are improved, and the high frequency characteristics and switching speed of the device are improved, so that a high-speed switching device can be obtained.

さらに、μc−Siの耐熱性はa−SiC:Hよりも5
0℃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。
Furthermore, the heat resistance of μc-Si is 5% higher than that of a-SiC:H.
Since the temperature rises by about 0℃, post-process heat treatments such as aluminum sintering can be performed at high temperatures, increasing the degree of freedom in process design, and by performing aluminum sintering at high temperatures, it is possible to lower contact resistance. becomes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明のシリコンヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの製造工程図 第2図は、μc−9i:Hの構造図 第3図は、μc−Si:Hのバンドギャップを表わす図 第4図は、同、導電率とRFパワーの関係を示す図 第5図は、従来のシリコンヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの断面図である。 1・φ・nシリコンウェハ 2・・・n−シリコンエビ層 3・・・P領域 4・ ・ ・S i O,膜 5=nBc−St:H 6・・・アルミニウム金属
Figure 1 is a manufacturing process diagram of the silicon heterojunction bipolar transistor of the present invention. Figure 2 is a structural diagram of μc-9i:H. Figure 3 is a diagram showing the band gap of μc-Si:H. FIG. 5, which shows the relationship between conductivity and RF power, is a cross-sectional view of a conventional silicon heterojunction bipolar transistor. 1.φ.n silicon wafer 2...n-silicon layer 3...P region 4...SiO, film 5=nBc-St:H6...aluminum metal

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)n^+型シリコン基板に上n^−シリコンを結晶
成長させて、コレクタ領域を形成する第1工程と、前記
nシリコン層に選択的にホウ素をドーピングし、ベース
領域を形成する第2工程と、ベース領域上に、ベース領
域とエミッタ領域とを接触させるように、一部エッチン
グされた酸化シリコン膜を介して、微結晶シリコンを積
層し、エミッタ領域を形成する第3工程とからなるヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
(1) A first step of crystal-growing upper n^- silicon on an n^+ type silicon substrate to form a collector region, and a second step of selectively doping the n silicon layer with boron to form a base region. 2 steps, and a 3rd step of laminating microcrystalline silicon on the base region through a partially etched silicon oxide film so as to bring the base region and the emitter region into contact to form an emitter region. A method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor.
(2)上記微結晶シリコンを積層する工程は、プラズマ
CVD法を用い、次の条件 a)0<SiH_4/H_2濃度≦0.1%、0.01
%<PH_3濃度<10%、ガス圧力0.01〜5To
rr b)基板温度 室温〜600℃ c)印加RFパワー 1mW/cm^2以上、100W
/cm^2以下 で行う特許請求の範囲第1項記載のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの製造方法。
(2) The step of stacking the microcrystalline silicon is performed using the plasma CVD method under the following conditions a) 0<SiH_4/H_2 concentration≦0.1%, 0.01
%<PH_3 concentration<10%, gas pressure 0.01-5To
rr b) Substrate temperature Room temperature ~ 600℃ c) Applied RF power 1mW/cm^2 or more, 100W
2. A method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein the manufacturing method is performed at a temperature of /cm^2 or less.
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