JPH02170540A - Semiconductor device - Google Patents
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- Bipolar Transistors (AREA)
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はその一部に異なる伝導型の半導体の接[従来の
技術]
従来バイポーラトランジスタは単結晶半導体基板上に形
成され、−Baには第3図(a)のような構造(ブレー
ナ型)が用いられてきた。301はアルミ配線である。Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention relates, in part, to the connection of semiconductors of different conductivity types [Prior Art] Conventionally, a bipolar transistor is formed on a single crystal semiconductor substrate, and -Ba is A structure (Brehner type) as shown in FIG. 3(a) has been used. 301 is aluminum wiring.
しかし、このような構造ではベース引き出し部の伝導率
が低いことからベースの外部抵抗が高く、またベース引
き出し部直下の接合容量が大きいことからトランジスタ
のスイッチングスピードが下がってしまう。そのために
プロトンや酸素イオンを外部ベース引き出し部の下方へ
打ち込むことによって選択的に寓抵抗化しベース引き出
し部直下の接合容量を低減させたり(中高:47回応用
物理学会予稿集、613(1986))、例えばS工C
OS(C05(Side Ba5e’Contact
5tructure)のようにセルファライン構造
を持ちかつ外部ベース領域のほとんどない構造が提案さ
れている。 (T。However, in such a structure, the external resistance of the base is high because the conductivity of the base extension is low, and the switching speed of the transistor is reduced because the junction capacitance directly under the base extension is large. For this purpose, protons and oxygen ions are injected into the lower part of the external base extraction part to selectively make it resistive and reduce the junction capacitance directly under the base extraction part (Junior High School: Proceedings of the 47th Japan Society of Applied Physics, 613 (1986)). , for example, S engineering C
OS(C05(Side Ba5e'Contact
5 structure) which has a self-line structure and has almost no external base region has been proposed. (T.
N a k a m u r a、 T、 m i
y a z a k i、 s。N a k a m u r a, T, m i
y az a k i, s.
Takahashi、 T、 Kure、 T、
0kabe and M、 Nagat
a: IEEE Trans、 Electr
on Devices。Takahashi, T., Kure, T.
0kabe and M, Nagat
a: IEEE Trans, Electr
on Devices.
v o 1. E D −29,p p、 59
6−600. 1982)第3図(b)は5ICO3
構造の断面図である。この構造ではベース引き出し部に
よる付加容量がほとんどないためトランジスタのスイッ
チングスピードを飛躍的に向上させることができる。こ
こでは多結晶シリコン302によってベース引き出し部
を形成している。vo 1. ED-29, p p, 59
6-600. 1982) Figure 3(b) shows 5ICO3
FIG. 3 is a cross-sectional view of the structure. With this structure, there is almost no additional capacitance due to the base extension, so the switching speed of the transistor can be dramatically improved. Here, the base extension portion is formed of polycrystalline silicon 302.
[発明が解決しようとする課題]
しかし、実際に5ICOS構造を実現するにはかなり複
雑な工程となるために高度な生産技術が必要になり、工
程数が増し、歩留まりが下がることからコスト高になる
ことが予想される。[Problems to be solved by the invention] However, in order to actually realize the 5ICOS structure, the process is quite complicated and requires advanced production technology, which increases the number of processes and lowers the yield, leading to high costs. It is expected that
[課題を解決するための手段]
そこで本発明では、絶縁基板上もしくは絶縁層上に縦型
バイポーラトランジスタを形成しベース引き出し部を前
記絶縁基板界面もしくは絶縁層界面上まで形成すること
によって、ベース・コレクタ容量(またはベース・エミ
ッタ容量)の小さいために利得が大きくかつスイッチン
グスピードの早いバイポーラトランジスタを簡単な工程
で作成することを目的とするものである。[Means for Solving the Problems] Accordingly, in the present invention, a vertical bipolar transistor is formed on an insulating substrate or an insulating layer, and a base extension portion is formed up to the interface of the insulating substrate or the insulating layer. The purpose of this invention is to produce a bipolar transistor with a large gain and high switching speed through a simple process due to its small collector capacitance (or base-emitter capacitance).
[実施例] 以下にその実施例にしたがって本発明をする。[Example] The present invention will be explained below according to the examples.
第1図は本発明を用いてnpn型バイポーラトランジス
タを作成した実施例の断面図である。絶縁基板101上
にコレクタとなるn型車結晶シリコン層102をLPC
VD法(減圧化学気相成長法)でエピタキシャル成長さ
せ、さらにその上にp型シリコンの薄いベース層103
をM B E (分子線ビームエピタキシャル)によっ
て成長させその上部に絶縁層104を形成する(第1図
(a))。ここで絶縁層104に窓105を開はボロン
の熱拡散を行いベース引き出し部106を十分に絶縁基
板まで届くように(ベース引き出し部と絶縁基板間にコ
レクタn層が歿り大きな付加容量を持つことがないよう
に)形成する(第1図(b))。ここで絶縁層107を
積層した後(第1図(C))エミッタ形成部用の窓を作
り、LPCVD法によりn型多結晶シリコンのエミッタ
108を形成する(第1図(d))。エミッタ108形
成直前にベースエミッタ界面をRCA洗浄(W、 Ke
rn and D、んPuotinen: RCA
Review、vol、32.pp。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of an npn type bipolar transistor manufactured using the present invention. An n-type wheel crystal silicon layer 102 that will become a collector is formed on an insulating substrate 101 by LPC.
Epitaxial growth is performed using the VD method (low pressure chemical vapor deposition method), and a thin base layer 103 of p-type silicon is formed on top of the epitaxial growth.
is grown by MBE (molecular beam epitaxial) to form an insulating layer 104 thereon (FIG. 1(a)). Here, a window 105 is opened in the insulating layer 104 to allow thermal diffusion of boron so that the base extension 106 can sufficiently reach the insulating substrate (the collector n-layer remains between the base extension and the insulating substrate and has a large additional capacitance). (Fig. 1(b)). After laminating the insulating layer 107 (FIG. 1(C)), a window for an emitter formation portion is created, and an n-type polycrystalline silicon emitter 108 is formed by the LPCVD method (FIG. 1(d)). RCA cleaning (W, Ke
rn and D.Puotinen: RCA
Review, vol, 32. pp.
187−206.1970)やその他の酸化膜除去洗浄
を行うことによって不要な準位を減らすことができる。187-206.1970) or other oxide film removal cleaning, unnecessary levels can be reduced.
またこのような界面洗浄をエミッタ形成籏置内で真空を
破らずに行うことによってより望ましい接合特性を得る
ことができる。またここではコレクタ層102をLPC
VD法を用いてエピタキシャル成長で形成しているが、
APCVD(常圧CVD)−PECVD−MOCVD
(有機金属CVD)・M B E等の方法で気相エピタ
キシャル成長させて形成してもよく、またEB(電子ビ
ーム)蒸着・PECVD −LPCVD等で成膜した非
単結晶シリコン膜をSPE (固相成長法)やZMR(
帯域溶融再結晶化法)によって単結晶化したものを用い
てもよい。また、ここではベース層103をMBEによ
って形成された単結晶シリコンを用いているが、上記コ
レクタ層形成方法のうちの何れかを用いてもよく、池に
もコレクタ層表面をレーザドーピングや低速I/I (
イオン打ち込み)等によってコレクタ層102上部に薄
いベース層103を形成することができる。Moreover, more desirable bonding characteristics can be obtained by performing such interface cleaning without breaking the vacuum within the emitter forming tray. In addition, here, the collector layer 102 is made of LPC.
Although it is formed by epitaxial growth using the VD method,
APCVD (Atmospheric pressure CVD)-PECVD-MOCVD
It may be formed by vapor phase epitaxial growth using methods such as (organometallic CVD) or MBE, or a non-single crystal silicon film formed by EB (electron beam) evaporation, PECVD-LPCVD, etc. may be formed by SPE (solid phase epitaxial growth). growth method) and ZMR (
A single crystal obtained by a zone melt recrystallization method may also be used. In addition, here, the base layer 103 is made of single crystal silicon formed by MBE, but any of the collector layer forming methods described above may be used, and the surface of the collector layer may also be formed by laser doping or low-speed I/O. /I (
A thin base layer 103 can be formed on the collector layer 102 by ion implantation or the like.
エミツタ層108はLPCVD法で形成した多結晶シリ
コンを用いているが、PECVD法等をもちいて形成し
てもよく、LPCVD法・PECVD法・EB蒸着法等
によって形成されたアモルファスまたは微結晶のような
非単結晶シリコン、さらには上記(コレクタ層およびベ
ース層形成に関する)方法によって形成された単結晶シ
リコンを用いてもよい。The emitter layer 108 is made of polycrystalline silicon formed by LPCVD, but it may also be formed by PECVD, or it may be made of amorphous or microcrystalline silicon formed by LPCVD, PECVD, EB evaporation, etc. Non-single-crystal silicon, or even single-crystal silicon formed by the method described above (for forming the collector layer and base layer) may be used.
ベース引き出し部106の形成は熱拡散によって行って
いるがI/Iまたはイオンシャワー等の方法によって行
ってもよい。この場合はベース上に絶縁層104を形成
せずにベース引き出し部106を形成することもできる
ので窓105の形成と共に工程を少なくとも二つ減らす
ことができる。しかしこの方法ではベース・エミッタ接
合界面となる部分にレジストマスク等を形成することに
なるので、レジスト除去後絶縁層形成前もしくはエミッ
タ108を形成する直前(ベース・エミッタ接合界面の
酸化物除去の洗浄が終わった直後)に有81物除去等の
洗浄を確実に行ったほうがよい。また、ベース上にSi
C2のような絶縁層を形成しそれをマスクにしてI/I
等を行ってもよい。Although the base extension portion 106 is formed by thermal diffusion, it may also be formed by I/I or ion shower. In this case, since the base extension part 106 can be formed without forming the insulating layer 104 on the base, the number of steps can be reduced by at least two in addition to the formation of the window 105. However, in this method, a resist mask or the like is formed on the part that will become the base-emitter junction interface, so after removing the resist and before forming the insulating layer, or just before forming the emitter 108 (cleaning to remove oxide at the base-emitter junction interface). Immediately after the cleaning is completed, it is better to perform cleaning to remove any impurities. Also, Si on the base
Form an insulating layer like C2 and use it as a mask to connect I/I
etc. may be done.
第2図は、本発明の半導体装置作成方法を用いてコレク
タ・トップ型バイポーラトランジスタを作った実施例で
ある。まず第2図(a)及び(b)のように、絶縁基板
2旧上に低抵抗の高濃度なn型単結晶シリコン層(エミ
ッタ配線)202、n型単結晶シリコンのエミッタ部2
03、n型単結晶シリコンのベース部204、n型単結
晶シリコンのコレクタ部205を形成し各々素子分離の
パターニングを行う。ここで、206は絶縁層である。FIG. 2 shows an example in which a collector-top type bipolar transistor was manufactured using the semiconductor device manufacturing method of the present invention. First, as shown in FIGS. 2(a) and 2(b), a low-resistance, high-concentration n-type single-crystal silicon layer (emitter wiring) 202 is placed on an insulating substrate 2, and an n-type single-crystal silicon emitter portion 2
03. A base portion 204 of n-type single crystal silicon and a collector portion 205 of n-type single crystal silicon are formed and patterned for element isolation. Here, 206 is an insulating layer.
その後、第2図(C)のように、ベース引き出し部と絶
縁基板間にエミツタ層が残ることのないように、ベース
引き出し部207を形成することによって寓速なトラン
ジスタ動作を実現することができる。第2図(d)はこ
のトランジスタを上方からみた図である。またこの作製
方法ではエミッタ・ベース・コレクタをすべてセルファ
ラインで作製する(ベース引き出し部形成の工程で各部
ができる)ため素子作製の際に再現性がとても良い。After that, as shown in FIG. 2(C), by forming the base extension part 207 so that no emitter layer remains between the base extension part and the insulating substrate, a fast transistor operation can be realized. . FIG. 2(d) is a diagram of this transistor seen from above. In addition, in this manufacturing method, the emitter, base, and collector are all manufactured by self-line (each part is formed in the process of forming the base extension part), so reproducibility is very good when manufacturing the element.
さらにここで、第1図108や第2図203のエミッタ
部をベース部とバンドギャップの異なる半導体(例えば
SiCや非単結晶半導体装置き換えることによってペテ
ロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)を同様な工程
で作成できる。特に第2図のような構造の場合には、バ
ンドギャップの広い材料で形成されたpn接合ではイオ
ン電圧が高いため接合に蓄積する少数キャリア量が低く
抑えられ、その結果ベース引き出し部205とエミッタ
部207の接合部によって生ずるエミッタ容量の増加が
抑制されさらに一層高速なトランジスタ動作が可能とな
る。また、本発明の半導体装置作製方法を用いるとベー
ス部の不純1勿濃度を低くすることができるのでペテロ
接合によって加速されたキャリヤがベース部でほとんど
散乱されずにコレクタ部へ到達する弾道伝導型トランジ
スタを容易に作製することができる。Furthermore, a Peter junction bipolar transistor (HBT) is created in the same process by replacing the emitter part in FIG. 1 108 and FIG. Especially in the case of the structure shown in Fig. 2, the ion voltage is high in the pn junction formed of a material with a wide bandgap, so the amount of minority carriers accumulated in the junction is suppressed to a low level, and as a result, the amount of minority carriers accumulated in the junction is kept low. The increase in emitter capacitance caused by the junction between the base portion and the emitter portion 207 is suppressed, and even higher-speed transistor operation is possible.Furthermore, by using the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the impurity concentration in the base portion can be lowered. Therefore, it is possible to easily manufacture a ballistic conduction transistor in which carriers accelerated by the Peter junction reach the collector portion without being scattered at the base portion.
また、ベース引き出し部形成の方法としては熱拡散法も
可能であるが、高温による不純物の再分布が起こりpn
接合の位置がずれてしまうので、特にコレクタトップ型
へテロ接合バイポーラトランジスタに応用する場合には
、低温で指向性の良いイオン打ち込み等の方法を用いる
方が望ましい。In addition, thermal diffusion method is also possible as a method for forming the base extension part, but impurity redistribution occurs due to high temperature and pn
Since the position of the junction shifts, it is preferable to use a method such as ion implantation that is low temperature and has good directivity, especially when applied to a collector top type heterojunction bipolar transistor.
この様にして作られたバイポーラトランジスタは同一基
板上でCMO9トランジスタと組み合わせて形成するこ
とによって高速なりiCMO8回路を作製することがで
きる。By forming the bipolar transistor thus manufactured in combination with a CMO9 transistor on the same substrate, a high-speed iCMO8 circuit can be manufactured.
以上実施例を述べたが、本発明は以上の実施例のみなら
ず、広く異種接合を用いる半導体装置に応用が可能であ
る。また、上記実施例ではnpn型バイポーラトランジ
スタを作成しているがpnp望バイポーラトランジスタ
を形成してよい。半導体物質としてはGe等の元素半導
体、GaAS等の化合物半導体を用いてもよく、ドープ
する不純物としてはP−B−As・In等を用いること
ができる。さらには絶縁層上に形成したり、半導体装置
上方の眉間絶縁膜上に形成して3次元LSIを形成する
際にも非常に有効である。Although the embodiments have been described above, the present invention can be applied not only to the above embodiments but also to a wide range of semiconductor devices using heterojunctions. Further, in the above embodiment, an npn type bipolar transistor is formed, but a pnp type bipolar transistor may be formed. As the semiconductor material, an elemental semiconductor such as Ge or a compound semiconductor such as GaAS may be used, and as the impurity to be doped, P-B-As.In or the like may be used. Furthermore, it is very effective when forming on an insulating layer or on an insulating film between the eyebrows above a semiconductor device to form a three-dimensional LSI.
[発明の効果]
以上述べたように本発明を用いるとベース引き出し部の
外部抵抗が低くかつベース引き出し部下の付加容量の小
さく、高速で利得の大きなバイポーラトランジスタを簡
単な工程で実現することができる。さらにエミッタ部に
ベース部とバンドギャグの異なる材料を使って本発明を
実施することによってヘテロ接合弾道1云導型トランジ
スタを簡単な工程で実現することができるという効果を
有する。[Effects of the Invention] As described above, by using the present invention, it is possible to realize a high-speed, high-gain bipolar transistor with low external resistance in the base extraction part and small additional capacitance under the base extraction part through a simple process. . Further, by implementing the present invention by using different materials for the emitter portion, base portion, and band gag, it is possible to realize a heterojunction ballistic type transistor with simple steps.
またここでは絶縁基板もしくは絶縁層上に形成している
ことから半導体基板上に形成する場合に比べて素子分離
が著しく容易となっている。Furthermore, since the semiconductor device is formed on an insulating substrate or an insulating layer, element isolation is significantly easier than when forming on a semiconductor substrate.
第1図(a)〜(d)は、本発明を用いて絶縁基板上に
バイポーラトランジスタを形成した実施例を表す図であ
る。第2図(a)〜(d)は、本発明の半導体装置作製
方法を用いて絶縁基板上にコレクタトップ型バイポーラ
トランジスタを形成した実施例を表す図である。第3図
(a)(b)は従来のバイポーラトランジスタを表す図
である。
以 上
出願人 セイコーエプソン株式会社
代理人 弁理士 上柳 雅誉(池1名)Al’i面
(a)
B断面
(b)
第2図
(a)
(a)
第3図
<b)FIGS. 1(a) to 1(d) are diagrams showing an embodiment in which a bipolar transistor is formed on an insulating substrate using the present invention. FIGS. 2(a) to 2(d) are diagrams showing an example in which a collector top type bipolar transistor is formed on an insulating substrate using the semiconductor device manufacturing method of the present invention. FIGS. 3(a) and 3(b) are diagrams showing conventional bipolar transistors. Applicant: Seiko Epson Co., Ltd. Agent: Patent attorney: Masayoshi Kamiyanagi (1 person) Al'i surface (a) Cross section B (b) Figure 2 (a) (a) Figure 3<b)
Claims (2)
にp型もしくはn型の伝導型の半導体を含む半導体装置
で、p型半導体とn型半導体の接合または、p型もしく
はn型半導体と真性半導体の接合をその一部に有するこ
とを特徴とする半導体装置。(1) A semiconductor device formed on an insulating substrate or an insulating layer and including a p-type or n-type conductive semiconductor in a part thereof, such as a junction between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, or a p-type or n-type semiconductor 1. A semiconductor device characterized by having a junction between a semiconductor and an intrinsic semiconductor in a part thereof.
絶縁基板界面もしくは絶縁層界面上まで形成することを
特徴とする第1項記載の半導体装置。(2) The semiconductor device according to item 1, wherein the base extension portion is formed up to the interface of the insulating substrate or the interface of the insulating layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32490588A JPH02170540A (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32490588A JPH02170540A (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02170540A true JPH02170540A (en) | 1990-07-02 |
Family
ID=18170933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32490588A Pending JPH02170540A (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02170540A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006344666A (en) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Sharp Corp | Semiconductor device, its manufacturing method, and display device |
-
1988
- 1988-12-23 JP JP32490588A patent/JPH02170540A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006344666A (en) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Sharp Corp | Semiconductor device, its manufacturing method, and display device |
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