JPH02244726A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH02244726A
JPH02244726A JP6501589A JP6501589A JPH02244726A JP H02244726 A JPH02244726 A JP H02244726A JP 6501589 A JP6501589 A JP 6501589A JP 6501589 A JP6501589 A JP 6501589A JP H02244726 A JPH02244726 A JP H02244726A
Authority
JP
Japan
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base
semiconductor
collector
emitter
insulating layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP6501589A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Takaishi
高石 武史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP6501589A priority Critical patent/JPH02244726A/en
Publication of JPH02244726A publication Critical patent/JPH02244726A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize a high speed transistor having a small effective element area, a short base running distance of carrier, small parasitic capacity between a base and a collector and a small base outer resistance by interposing an insulating layer between a first semiconductor and an electrode lead of second semiconductor. CONSTITUTION:An insulating layer 104 is interposed between a collector 101 and a base lead (an inverted L-shaped horizontal part), thereby largely reducing a parasitic capacity formed by the collector and the base lead. An effective element area is provided by the product tXl of a film thickness (t) and the width l of an element. Since an emitter 103 is formed of a thin film, an effective element area can be reduced by decreasing the thickness (t). As an alternative, an emitter 101 and a collector 103 may be formed instead.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は半導体装置に係り、特に半導体基板上に形成さ
れ、高速性に優れた半導体装置に関1する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device formed on a semiconductor substrate and having excellent high-speed performance.

[従来の技術] バイポーラトランジスタを高速で動作させるには、トラ
ンジスタの構造から発生する寄生素子を小さくするか、
ベース層を薄くすることが必要である。
[Prior art] In order to operate a bipolar transistor at high speed, it is necessary to reduce the size of parasitic elements generated from the structure of the transistor.
It is necessary to make the base layer thin.

この要求を満たすものとして、第4図(α)に示すよう
に横型にnpn構造を形成するものが開発されている。
In order to meet this requirement, a device in which a horizontal npn structure is formed as shown in FIG. 4 (α) has been developed.

しかし、従来製作されている横型バイポーラトランジス
タは、ベース層を不純物の熱拡散またはイオン注入によ
って形成しているため、ベース幅は1μm以上となって
しまい、電流増幅率や高周波特性が大きく劣化してしま
うという欠点があった。そこで、第4図(b)のように
、絶縁基板上に一層ずつ形成していく方法が提案さ゛れ
た。(特開62−15575.9>  しかし、この構
造では、ベース電極フンタクト部(上面)を大きくとり
ペース外部抵抗を小さ(しようとすると、ベース電極コ
ンタク、ト用のペース引き出し部と図中左側のらレクタ
によって形成される寄生容量が大きくなってしまい、実
際にはトランジスタの動作速度を抑えてしまう。
However, in conventionally manufactured lateral bipolar transistors, the base layer is formed by thermal diffusion of impurities or ion implantation, so the base width is 1 μm or more, which significantly deteriorates the current amplification factor and high frequency characteristics. There was a drawback that it could be stored away. Therefore, a method was proposed in which layers are formed layer by layer on an insulating substrate, as shown in FIG. 4(b). (Unexamined Japanese Patent Publication No. 62-15575.9> However, in this structure, the base electrode contact part (upper surface) is made large and the external resistance of the paste is made small. This increases the parasitic capacitance formed by the reflector, which actually reduces the operating speed of the transistor.

また、絶縁基板上に形成する場合にはきれいな(トラッ
プが少なく、移動度が大きい)単結晶を形成するのは難
しく、高性能な(高速かつ電流増幅率の大きい)トラン
ジスタを作製することは著しく困難である。
Furthermore, when forming on an insulating substrate, it is difficult to form a clean single crystal (fewer traps, high mobility), and it is extremely difficult to fabricate a high-performance transistor (high speed and high current amplification). Have difficulty.

[発明が解決しようとする課題] しかし、ベース引出し部をコレクタ(またはエミッ”り
)上に形成するとコレクタ(またはエミッタ)・ベース
接合容量が大きくなってしまい、トランジスタの高速動
作を妨げてしまう。また、前記コレクタ(またはエミッ
タ)・ベース接合容量を小さくするためにベース引出し
部を短か(すると、ベース電極(または配線)とのコン
タクトを十分大きくとることができず、ベースの外部抵
抗が大きくなり、トランジスタの高速動作の妨げとなっ
てしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] However, if the base extension portion is formed on the collector (or emitter), the collector (or emitter)-base junction capacitance increases, which impedes high-speed operation of the transistor. In addition, in order to reduce the collector (or emitter)-base junction capacitance, the base lead-out portion may be shortened (then the contact with the base electrode (or wiring) cannot be made sufficiently large, and the external resistance of the base becomes large. This impedes high-speed operation of the transistor.

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置は、 (1) 半導体基板内に存在する第一導電型を持つ第一
半導体領域と、前記第一半導体領域との接合を有する第
二導電型を持つ第二半導体とにおいて、前記第一半導体
と、前記第二半導体による電極引出し部との間に絶縁層
をはさむことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor device of the present invention includes: (1) a first semiconductor region having a first conductivity type existing in a semiconductor substrate; and a second conductivity region having a junction with the first semiconductor region. In the second semiconductor having a mold, an insulating layer is sandwiched between the first semiconductor and an electrode extension portion formed by the second semiconductor.

(2) 請求項1において、前記第一半導体領域が半導
体層中もしくは半導体層上に存在することを特徴とする
(2) In claim 1, the first semiconductor region is present in or on a semiconductor layer.

[実施例] 以下にその実施例に従って本発明を説明する。[Example] The present invention will be explained below according to the examples.

第1図は本発明の半導体装置の概念図(縦断面図)であ
る。101は半導体基板から成るコレクタ、102はベ
ース及びベース引出し部、106はエミッタ、104及
び105は絶縁層である。
FIG. 1 is a conceptual diagram (vertical sectional view) of a semiconductor device of the present invention. 101 is a collector made of a semiconductor substrate, 102 is a base and a base extension part, 106 is an emitter, and 104 and 105 are insulating layers.

コレクタ101とベース引出し部(逆り字の水平部)と
の間に絶縁層104をはさむことによってコレクタとベ
ース引出し部によってできる寄生容量を大幅に低下させ
ることができる。従来は寄生容量が大きくなるためにベ
ース電極コンタクト面106(ベース引出し部上面)を
太き(とることができなかったが、絶縁層105をはさ
むことによって、従来よりもベース電極コンタクト面1
06を太き(とれる。また、有効素子面積は膜厚tと素
子の幅t(第1図の紙面に垂直方向)の積tXtで与え
られ、エミッタ103を薄膜で形成することから、膜厚
tを小さ(することによって有効素子面積を小さくする
ことができる。
By sandwiching the insulating layer 104 between the collector 101 and the base extension (horizontal part of an inverted character), the parasitic capacitance generated by the collector and base extension can be significantly reduced. Conventionally, it was not possible to make the base electrode contact surface 106 (upper surface of the base lead-out part) thicker due to the increased parasitic capacitance, but by sandwiching the insulating layer 105, the base electrode contact surface 1 can be made thicker than before.
06 can be made thicker. Also, the effective element area is given by the product t By reducing t, the effective element area can be reduced.

また、101がエミッタで103をコレクタとしても良
い。
Further, 101 may be an emitter and 103 may be a collector.

第2図は、n型単結晶81基板上に横型のnpn型バイ
ポーラトランジスタを作成した実施例である。n型の単
結晶81基板201を反応性イオンエツチングを行うこ
とによりエミッタ形成部を苅り、ステップを形成する。
FIG. 2 shows an example in which a lateral npn type bipolar transistor was fabricated on an n type single crystal 81 substrate. By performing reactive ion etching on the n-type single crystal 81 substrate 201, an emitter formation area is cleared and steps are formed.

次に、DOバイアス中で02−イオンを基板表面から垂
直に打ち込むことによって、側壁以外の部分KS i 
O,の絶縁膜204を形成していく。(第2図(a))
次に、p型の単結晶S1をMJ3に法で500大形成し
た後、フォトエッチ工程によって逆り字型のベース(垂
直部分)及びベース引出し部(水平部分)を形成する。
Next, by vertically implanting 02- ions from the substrate surface under DO bias, the parts other than the sidewalls KSi
An insulating film 204 of O, is formed. (Figure 2(a))
Next, after forming 500 p-type single crystals S1 on MJ3 using a photo-etching process, an inverted-shaped base (vertical portion) and a base extension portion (horizontal portion) are formed.

次に、5in2の絶縁膜205を減圧QVD法で形成し
た後、ベース引出し部の上方には残るように、ベース電
極面上には残らないようにフォトエッチ工程を行い、そ
の上にn型の多結晶S1膜を減圧OVD法によって形成
する。(第2図(b))次に、n型の多結晶S1膜を、
ベース引出し部の上方には残らないように、ベース電極
面上には残るようにフォトエッチ工程を行い、エミッタ
203を形成する。さらに、5in2膜を減圧OV’ 
D法によって形成し、フォトエッチ工程によってコレク
タ、ベース、エミッタ電極フンタクト用の窓を開ける。
Next, after forming a 5in2 insulating film 205 using a low pressure QVD method, a photo-etching process is performed so that it remains above the base lead-out part but not on the base electrode surface. A polycrystalline S1 film is formed by a low pressure OVD method. (Figure 2(b)) Next, an n-type polycrystalline S1 film is
A photo-etching process is performed so that the emitter 203 does not remain above the base lead-out portion but remains on the base electrode surface to form the emitter 203. Furthermore, the 5in2 membrane was heated under reduced pressure OV'
It is formed by the D method, and windows for the collector, base, and emitter electrodes are opened by a photo-etching process.

(第2図(C))第3図は、第2図の実施例にコレクタ
・ベース・エミッタの各電極を形成した完成図である。
(FIG. 2(C)) FIG. 3 is a completed diagram in which collector, base, and emitter electrodes are formed in the embodiment of FIG. 2.

第3図(α)は基板上方から見た図、(h)は(α)の
AA’面の縦断面図である。
FIG. 3(α) is a view seen from above the substrate, and FIG. 3(h) is a longitudinal sectional view taken along the AA' plane of FIG. 3(α).

ここでは、ベース層をMBE法を用いた単結晶シリコン
で形成しているが、非単結晶シリコンを用いても良く、
形成方法は他にも減圧(または常圧)OVD法、プラズ
マOVD法、スパッタ法等が考えられる。また、エミツ
タ層の材質や形成方法も上述のベース層と同様な種々の
ものが可能である。
Here, the base layer is formed of single crystal silicon using the MBE method, but non-single crystal silicon may also be used.
Other possible forming methods include a reduced pressure (or normal pressure) OVD method, a plasma OVD method, and a sputtering method. Furthermore, various materials and forming methods for the emitter layer can be used, similar to those for the base layer described above.

接合形成前には希釈した弗酸等を用いて接合界面の酸化
物や有機物を除去してお(ことが望ましい。界面に不純
物が残った場合には界面準位が形成され、接合の電気的
特性が劣化してしまう。
Before forming a bond, it is desirable to remove oxides and organic substances from the bond interface using diluted hydrofluoric acid. If impurities remain at the interface, interface states will be formed and the electrical potential of the bond will be reduced. Characteristics deteriorate.

ベース層となるp型の単結晶S1の膜厚は10〜1oo
oooXで良く、半導体装置として要求される特性(高
速性、耐電圧性等)に合わせて決定される。
The thickness of the p-type single crystal S1 serving as the base layer is 10 to 10 mm.
oooX may be used, and is determined according to the characteristics required for the semiconductor device (high speed, voltage resistance, etc.).

本発明を用いることによって基板上または絶縁層上に形
成されたn型半導体層中に高速なバイポーラトランジス
タ、を形成することができる。またp型半導体層中及び
p型半導体層上のn型半導体領域を用いて形成するとき
も同様である。
By using the present invention, a high-speed bipolar transistor can be formed in an n-type semiconductor layer formed on a substrate or an insulating layer. The same applies when forming using an n-type semiconductor region in and on a p-type semiconductor layer.

以上、シリコンによるバイポーラトランジスタについて
実施例を述べて来たが、他にもゲルマニウム、セレン等
の元素半導体やガリウムヒ素、カドミウムセレン、イン
ジウムリン等の化合物半導体を用いても良い。また、エ
ミッタ・ベース・コレクタを全て同じバンドギャップの
半導体で形成。
Although embodiments have been described above regarding bipolar transistors made of silicon, elemental semiconductors such as germanium and selenium, and compound semiconductors such as gallium arsenide, cadmium selenium, and indium phosphide may also be used. In addition, the emitter, base, and collector are all made of semiconductors with the same bandgap.

する場合以外でも本発明を用いることができる。The present invention can also be used in cases other than the above.

特にワイドギャップエミッタを持つヘテロ接合トランジ
スタにおいては、ベースの不純物濃度を通常より高く設
定することができるので、ベース及びペース引出し部の
抵抗を低(することができ、ベース電極コンタクト部を
太き(とる本発明においては特に好ましい。
In particular, in a heterojunction transistor with a wide-gap emitter, the impurity concentration of the base can be set higher than usual, so the resistance of the base and the lead-out part can be made low, and the base electrode contact part can be made thick ( This is particularly preferred in the present invention.

第4図は本発明を用いてダブルへテロ構造のEOL回路
を作製した実施例である。エミッタ及びコレクタに同じ
ワイドギャップ材料を用いたダブルへテロ構造のバイポ
ーラトランジスタ4個で成り立っている。第4図中にお
いて、401及び402はコレクタであり、403はエ
ミッタである404〜407はベースである。
FIG. 4 shows an example in which a double heterostructure EOL circuit was fabricated using the present invention. It consists of four double heterostructure bipolar transistors using the same wide-gap material for the emitter and collector. In FIG. 4, 401 and 402 are collectors, 403 is an emitter, and 404 to 407 are bases.

また、本発明を用いたバイポーラトランジスタと0MO
3回路を組合せることによって、高性能なり10MO8
回路を作製することもできる。
In addition, bipolar transistors using the present invention and 0MO
By combining three circuits, high performance can be achieved with 10MO8
It is also possible to create circuits.

本発明の半導体装置は、LED 、半導体レーザ、フォ
トトランジスタ等と共に同一基板上に集積化した回路へ
の応用も可能である。もちろん基板に対して垂直方向へ
の集積化も可能である。
The semiconductor device of the present invention can also be applied to a circuit integrated with an LED, a semiconductor laser, a phototransistor, etc. on the same substrate. Of course, integration in the direction perpendicular to the substrate is also possible.

本発明の半導体装置は単結晶半導体(半導体基板)とベ
ース層との接合部を有する構造を成しているため、ベー
ス及びペース引出し部の形成方法として、プラズマOV
D法によって形成した非単結晶半導体薄膜を、尋結晶半
導体(半導体基板)を種として固相成長させることによ
って単結晶化(又は大粒径多結晶化)を行なうことがで
きる。
Since the semiconductor device of the present invention has a structure having a junction between a single crystal semiconductor (semiconductor substrate) and a base layer, plasma OV
A non-single-crystal semiconductor thin film formed by the D method can be made into a single crystal (or made into a large-grain polycrystal) by solid-phase growth using a thin crystal semiconductor (semiconductor substrate) as a seed.

この方法を用いると、特性のすぐれた(ベースの移動度
が大きい、又は欠陥の少ない)トランジスタを大面積に
おいて形成することが容易となる。
Using this method, it is easy to form a transistor with excellent characteristics (high base mobility or few defects) over a large area.

非単結晶膜の形成方法としては、プラズマOVD法の他
にも、スパッタ法、減圧OVD法等が可能である。
As a method for forming the non-single crystal film, in addition to the plasma OVD method, a sputtering method, a low pressure OVD method, etc. can be used.

[発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、バイポーラトラン
ジスタにおいて、有効素子面積が小さ(、かつキャリア
のベース走行距離が短く、かつベース・コレクタ(また
はベース・エミッタ)間の寄生容量が小さく、かつベー
ス外部抵抗の小さい高速なトランジスタを実現すること
ができる。また、有効素子面積を膜厚で制御できるので
容易である。本発明では半導体基板上に形成できるので
キャリアの移動度の大きい、高性能なトランジスタを容
易に形成することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in a bipolar transistor, the effective element area is small (and the carrier base traveling distance is short, and the parasitic effect between the base and collector (or base emitter) is small). It is possible to realize a high-speed transistor with a small capacitance and a low base external resistance.Also, it is easy to control the effective element area by controlling the film thickness.In the present invention, since it can be formed on a semiconductor substrate, carrier mobility can be reduced. It is possible to easily form large, high-performance transistors.

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

第1図は本発明の概念図(縦断面図)。 第2図(oL)(b)(C)は本発明を用いたnpn型
トランジスタの実施例を表わす工程断面図第3図(α)
(b)は本願発明の完成したnpn型トランジスタの平
面図、断面図である。 第4図は本発明を用いたFiOL回路の実施例を表わす
図。 第5図(α)(b)は従来例を表わす図。 101.201・・・・・・コレクタ(半導体基板)1
02.202・・・・・・ベース及びベース引出し部I
O3,203,403・・・・・・エミッタ104 、
、105・・・・・・絶縁層106・・・・・・ベース
電極コンタクト面204.205・・・・・・絶縁膜(
絶縁層)206・・・・・・コレクタ電極 207・・・・・・ベース電極 208・・・・・・エミッタ電極 401.402・・・・・・コレクタ 404〜407・・・・・・ベース 501.504・・・・・・コレクタ 502.505・・・・・・ベース 503 、、506・・・・・・エミッタ以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木喜三部(他1名)第 2図 ↓ (a) 第3図 (b) 第3図 第4図 (a) 第5図
FIG. 1 is a conceptual diagram (longitudinal sectional view) of the present invention. Figures 2 (oL), (b), and (C) are process cross-sectional views showing an embodiment of an npn type transistor using the present invention. Figure 3 (α)
(b) is a plan view and a cross-sectional view of a completed npn type transistor of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a FiOL circuit using the present invention. FIGS. 5(α) and 5(b) are diagrams showing a conventional example. 101.201... Collector (semiconductor substrate) 1
02.202...Base and base drawer part I
O3, 203, 403...Emitter 104,
, 105... Insulating layer 106... Base electrode contact surface 204, 205... Insulating film (
Insulating layer) 206...Collector electrode 207...Base electrode 208...Emitter electrode 401.402...Collector 404-407...Base 501.504...Collector 502.505...Base 503,,506...Emitter and above Applicant Seiko Epson Corporation Agent Patent attorney Kizobe Suzuki (1 other person) ) Figure 2↓ (a) Figure 3 (b) Figure 3 Figure 4 (a) Figure 5

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板内に存在する第一導電型を持つ第一半
導体領域と、前記第一半導体領域との接合を有する第二
導電型を持つ第二半導体とにおいて、前記第一半導体領
域と、前記第二半導体による電極引出し部との間に絶縁
層をはさむことを特徴とする半導体装置。
(1) In a first semiconductor region having a first conductivity type existing in a semiconductor substrate and a second semiconductor having a second conductivity type having a junction with the first semiconductor region, the first semiconductor region; A semiconductor device characterized in that an insulating layer is sandwiched between the electrode extension portion made of the second semiconductor.
(2)請求項1において、前記第一半導体領域が半導体
層中もしくは半導体層上に存在することを特徴とする半
導体装置。
(2) The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor region is present in or on a semiconductor layer.
JP6501589A 1989-03-17 1989-03-17 Semiconductor device Pending JPH02244726A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014099575A (en) * 2012-11-13 2014-05-29 Motohiro Oda New structure semiconductor integrated circuit

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