JPH03237726A

JPH03237726A - 半導体装置および光電変換装置

Info

Publication number: JPH03237726A
Application number: JP1324990A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Morishita; 正和森下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1991-10-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2603346B2

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、半導体装置および充電変換装置に関するもの
である。

［従来の技術］従来の半導体装置について、バイポーラトランジスタ（
以下、ＢＰＴ）を例にとって説明する。

第６図は、従来のＢＰＴの一例を示す概略断面図である
。以下、このＢＰＴについて説明する。

１は半導体基板であり、リン（Ｐ）、アンチモン（ｓｂ
）、砒素（Ａｓ）等の不純物をドープしてｎ型とされる
か、あるいは、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ１）
　、ガリウム（Ｇａ）等の不純物をドープしてｐ型とさ
れている。

２はｎ０埋め込み領域であるが、必ずしもある必要はな
い。

３は不純物濃度の低いｎ−領域であり、エピタキシャル
技術等により形成されている。

４はベース領域としてのｐ領域であり、ボロン（Ｂ）、
ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｉ〉等とゲルマニ
ウム（Ｇｅ）とがドープされている。

５はエミッタ領域としてのｎ０領域であり、多結晶によ
り形成されている。

６はチャネルストップとしてのｎ領域である。

７はコレクタ抵抗を下げるためのｎ０領域である。

１０１．１０２，１０３，１０４は、素子、電極および
配線をそれぞれ分離するための絶縁膜である。

２００は、金属、シリサイド、ポリサイド等によって形
成された電極である。

このようなりＰＴにおいては、従来より、半導体装置の
高集積化、小型化等を図るために、微細化の検討が行な
われていた。

［発明が解決しようとしている課題］しかし、上述のような従来のＢＰＴを微細化すると、エ
ミッタ・ベース間の耐圧が低下するという課題が生じて
いた。

ｐｎ接合の耐圧を決める要素としては、アバランシュ増
幅とトンネル効果が主であるｓＰｎ接合を階段接合とし
た場合には、ｐ型半導体領域の不純物密度とｎ型半導体
領域の不純物密度のうち、低い方の不純物密度が１０　
”ｃｍ−’近傍以上であればトンネル電流がｐｎ接合の
耐圧を支配し、１０１８ｃｍ−’近傍以下であればアバ
ランシュ増幅がｐｎ接合の耐圧を支配する。以下、低い
方の不純物密度が１０　”ｃｍ−”近傍以下の場合、す
なわち、アバランシュ増幅に支配される場合について説
明する。

第７図（ａ）および第７図（ｂ）は、ｐｎ接合の一例で
あり、第７図（ａ）はｐ領域が半円筒状である場合を示
しく以下、円筒状接合と称す）、第７図（ｂ）はｐ領域
が半球状である場合（以下、球状接合と称す）を示して
いる。また、ｐ領域の大きさは、半径γｊで近似的に表
されている。ここで、ｐ領域の不純物濃度はｎ領域の不
純物濃度に対して高いものとし、接合は階段接合である
ものとする。

第８図は、第７図（ａ）および第７図（ｂ）に示した接
合において、γｊが０．１μｍ、　　１μｍ、１０μｍ
の場合およびγ、−■の場合における、不純物密度と耐
圧との関係を示すグラフである。例えば、平面接合でγ
」−■の場合、ｎ領域の不純物密度が１０　”ｃｒａ−
３であれば耐圧は６０Ｖであるが、γＪ＝０．１μｍの
場合には、耐圧は、円筒状接合で１５Ｖ、球状接合で７
ｖにすぎない。なお、実際の半導体装置における接合は
、平面接合、円筒接合、球状接合が合成されている。

このように、ｐ　ＩＩ域のγ、が小さい程耐圧は低くな
る。従って、従来の半導体装置において微細化を行ない
、接合の浅化を行なうと、耐圧が低くなるのである。

微細化を行なうと耐圧が低くなるのは、ｐｎ接合におけ
る縦方向の電流に対する横方向の電流の比率が大きくな
るためである０例えば、第６図に示したような領域５と
領域４のエミッタ・ベース間接合のｎ０Ｐ接合であれば
、ｎ０領域の横方向の角に電界が集中するようになるの
で、この部分の電流が増大し、耐圧を低下させるのであ
る。

また、従来の半導体装置においては、ベース領域の不純
物濃度とエミッタ領域の不純物濃度とが共に高濃度であ
るため、エミッタ領域とベース領域との接合面において
、リーク電流等が発生してしまうという課題も生じてい
た。

さらに、従来の半導体装置においては、動作時において
、エミッタ・ベース間に逆バイアスが印加された時に、
この逆バイアスによりエミッタ・ベースの周辺に生じる
高電界により、アバランシェ的にホットキャリアが生成
されるため、電流増Ｎ率ｈｒｃの劣化がおこるという課
題も生じていた。例えば、エミッタがｎ０型でベースが
ｐ型の自己整合型ＢＰＴの場合、ホットエレクトロンが
表面近傍の酸化膜定入り込んで固定電荷が生じるため酸
化膜の表面がｐ型化し、エミッタとベースの接合面が実
質的に増加する。あるいは、絶縁物と半導体領域との界
面に準位を生成して、生成電流を増加させる場合もある
。このような現象に起因して、低電流領域でのベース電
流が増加し、ｈＦＥが劣化するのである。

本発明は、以上説明したような従来技術の課題に鑑みて
試されたものであり、微細化しても、エミッタ・ベース
間の耐圧が低下したり、リーク電流が発生したり、電流
増幅率ｈｒｃの劣化がおこったりすることのない、信頼
性の高い半導体装置およびこれを用いた光電変換装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の半導体装置は、第１導電型のコレクタ領域と：
第２導電型のベース領域と；第１導電型のエミッタ領域
と；開口を有する絶縁膜と；を少なくとも有する自己整
合型の半導体装置であって、少なくとも前記エミッタ領域の側面を覆うように形成さ
れた第１導電型の半導体領域をさらに有し、当該半導体領域の不純物濃度が、前記ベース領域の不純
物濃度よりも高く、且つ、前記上よツタ領域の不純物濃
度より低いことを特徴とする。

上記特徴においては、半導体装置をヘテロバイポーラト
ランジスタとすることが可能である。

上記特徴においては、前記半導体領域のうち、前記エミ
ッタ領域の不純物拡散により形成された部分の側面を覆
う部分が、不純物拡散により形成されたことが望ましい
。

本発明の光電変換装置は、上記本発明の半導体装置を、
少なくとも光電変換素子として用いたことを特徴とする
。

［作用］本発明によれば、工夫ツタ領域の周囲に低濃度の半導体
領域を設けることにより、エミッタ高濃度領域と絶縁膜
とが直接接しないようにしたので、ホットエレクトロン
が表面近傍の酸化膜に入り込んで固定電荷が生じたり、
絶Ａｔ膜と半導体領域との界面に準位を生成して生成電
流を増加させたりすることがなく、従って、半導体装置
を微細化した際のエミッタ・ベース間の耐圧の低下を防
止することができる。

また、本発明によれば、上記低濃度の半導体領域を設け
たことにより、リーク電流等の発生を減少させることも
できる。

さらに、本発明によれば、上記低濃度の半導体領域で、
エミッタ領域の周囲に低濃度の半導体領域を設ることに
より、エミッタ領域の側面とベース領域とが直接接しな
いようにしたので、エミッタ領域の横方向に対して生じ
る電界の影響を除去することができ、従って、半導体装
置を微細化した際のエミッタ・ベース間の耐圧の低下を
防止することができる。

［実施例］以下、本発明の実施例について、図を用いて説明する。

（実施例）実施例１として、本発明に係る半導体装置について、ヘ
テロＢＰＴを例に採って説明する。

第１図は、本実施例のＢＰＴを示す概略断面図である。

図において、第６図を同じ符号を付したものは、それぞ
れ第６図の場合と同じものを示す。また、８はエミッタ
領域５より不純物濃度の低いｎ領域、９はエミッタ領域
５からの不純物拡散により自己整合的に作成されたｎ３
領域、１０はｎ領域８からの不純物拡散により自己整合
的に作成されたｎ領域である。

次に、第１図に示したＢＰＴの製造方法について、第２
図（ａ）〜第２図（Ｃ）を用いて説明する。

■従来知られた方法により、半導体基板上に、ｎ＋埋め
込み層、コレクタ領域３、ベース領域４および絶縁膜１
０２を形成する。

■絶縁膜１０２にエミッタコンタクトをあけた後、第２
図（ａ）に示したように、全面に、ｎｉｌ域６としての
Ｓｔを堆積する。Ｓｔは、単結晶であっても多結晶であ
ってもよく、さらにはアモルファスであってもよい。

■ｎ領域６に不純物をドープする。

なお、上記工程■において、不純物をドープしながら堆
積を行なってもよい。

■方向性を有したドライエツチングにより、ｎ領域６の
全面をエツチングすると、第２図（ｂ）に示したように
、サイド・ウオールのみにｎ領域６が残る。

■全面にＳｉを堆積することにより、エミッタ領域５と
なるべきＳｉ層を作成し、これをパターニングして、第
２図（Ｃ）に示したようなエミッタ領ｆ！ｉ５を作成す
る。

なお、Ｓｉは、単結晶であっても多結晶であってもよく
、さらにはアモルファスであってもよい。

■その後熱処理を行ない、ｎ＋領域７およびｎ領域８を
形成する。

なお、ｎ領域８は、上記工程■後に熱処理を行なうこと
により作成してもよい、この場合には、接合深さを容易
に調整することが可能である。

なお、領域５と８あるいは少なくとも領域５はＳｔでな
（、ＳｉＣの多結晶あるいは他の広禁止゛帯幅材料であ
ってもよい、その場合は、９のエミッタ深さはベースか
ら注入される少数キャリアの拡散り、より浅くすると、
ヘテロＢＰＴの役割をはたす。

このようにして本実施例に係るＢＰＴを作成したところ
、電流増幅率に優れ、且つ、信頼性の多寡いＢＰＴを得
ることができた。

（実施例２）実施例２として、本発明の半導体装置に係る他の実施例
について説明する。

第３図は、本実施例に係る半導体装置を示す概略的断面
図である。

本実施例では、ベース抵抗を下げるために、ベース周辺
に、高不純物濃度Ｐ０領域１０を設けた点で、上記実施
例１に係る半導体装置と異なる。

従来のＢＰＴにおいては、ベース周辺に高不純物濃度Ｐ
０領域を設けた場合、ｎ０領域７とＰ４領域１０との間
の相互作用により、ＢＰＴの耐圧が低くなり、さらには
、ベース電流の装置毎のバラツキが大きくなるという課
題があった。これに対して、本実施例に係るＢＰＴにお
いては、濃度の低いｎ領域８とＰ０領域１０により、安
定したエミッタ・ベース接合を形成することが可能とな
った。領域５．６は実施例１と同様、広禁止帯幅材料で
あっても同様の効果を有する。

（実施例３）実施例３として、本発明に係る充電変換装置の１実施例
について説明する。

本実施例では、上記実施例１に示した半導体装置を用い
て、センサＳ　（Ｓ＋　、Ｓ２・・・）がライン状に配
列されたラインセンサを作成した場合について説明する
。

３４４図は、本実施例に係わる光電変換装置を示す概略
的回路図である。

各センサＳｎは、上記実施例１に示したＢＰＴと、その
ベースに接続されたリセットトランジスタＱ、。とから
構成される。ＢＰＴのベースに入射光により励起された
キャリアが蓄積され、このキャリアがエミッタへ読み出
され、モしてＱ１□をＯＮすることで一定電位にリセッ
トされる。

各センサＳのＱｒｌのゲート電極には、０Ｎ１０ＦＦ制
御するためのパルスφ、１が入力し、Ｑ１□の他方の主
電極には、一定電圧Ｖｂｔが印加されている。

各センサＳのコレクタ電極には一定の正電圧が印加され
ており、工くツタ電極は垂直ラインＬ（Ｌ＋　、Ｌ２　
”・）に各々接続されている。

各垂直ラインＬには、トランジスタＱ　ｖｒｇを介して
、一定電圧ｖ、１が印加され、Ｑ　ｖｒｍのゲート電極
にはＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御のためのパルスＱ　ｖｒｇが
入力する。

また、各垂直ラインＬは、蓄積用キャパシタＣｔに各々
接続され、更にトランジスタＱｔを介して、ＢＰＴ２か
う信号を出力する。

このように、本発明の半導体装置を光電変換素子として
用いることにより、光電変換素子の特性を向上させるこ
とができた。

また、光電変換素子においては、素子毎の特性バラツキ
の影響が非常に大きいが、本発明の半導体装置を光電変
換素子として使用した場合には、素子毎の特性バラツキ
を格段に減少させることができた。

（実施例４）実施例４として、本発明に係る光電変換装置の他の実施
例について説明する。

本実施例では、上記実施例１に示した半導体装置を用い
て、固体撮像装置（エリアセンサ）を作成した場合につ
いて説明する。

第５図は、本実施例に係わる光電変換装置を示す概略的
回路図である。

第５図においては、図中Ｔｒで示した部分に、上記実施
例１で示したＢＰＴを使用した。すなわち、本実施例で
は、ＢＰＴを光電変換素子として用いた。

このように、本発明の半導体装置を光電変換素子として
用いることにより、光電変換素子の、素子毎の特性バラ
ツキを格段に減少させることができた。特に、本発明の
半導体装置を光電変換素子として使用した場合には、電
流増幅率ｈｒＥのコレクタ電流依存性の素子毎のバラツ
キを改善することができ、その効果は大きい。

もちろん、ＢＰＴの特性バラツキの影響が出る線形集積
回路への使用も、同様に可能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る半導体装置によれば
、微細化しても電流増幅率が劣化することがなく、且つ
、信頼性が低下することのない半導体装置を提供するこ
とができる。

また、本発明の充電変換装置によれば、光電変換素子毎
の特性バラツキが少なく、且、当該素子の信頼性の高い
充電変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る半導体装置を示
す概略的断面図、第２図（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る
半導体装置の製造工程をを示す概略的断面図、第３図は、本発明の第２の実施例に係る半導体装置を示
す概略的断面図、第４図は、本発明の第３の実施例に係る光電変換装置を
示す概略的回路図、第５図は、本発明の第４の実施例に係る光電変換装置を
示す概略的回路図、第６図は、従来の半導体装置を示す概略的断面図、第７図（ａ）および（ｂ）は、従来の半導体装置におけ
るｐｎ接合の一例を示す概略的断面図、第８図は、従来の半導体装置における不純物密度と耐圧
との関係を示すグラフである。（符号の説明）１・・・半導体基板、２・・・ｎ＋埋め込み領域、３・
・・不純物濃度の低いｎ−領域、４・・・ベース領域と
してのｐ領域、５・・・エミッタ領域としてのｎ′″領
域、６・・・チャネルストップとしてのｎ領域、７・・
・コレクタ抵抗を下げるためのｎ＋領領域８・・・ｎ型
半導体領域、９・・・エミッタ領域５からの不純物拡散
により作成されたｎ０領域、１０・・・ｎ領域８からの
不純物拡散により作成されたｎ領域、１０１，１０２，
１０３，１０４・・・素子、電極および配線をそれぞれ
分離するための絶！ｌｉｔ。２００・・・金属、シリサイド、ポリサイド等によって
形成された電極。第２図第図（０）第（ｂ）平成２年　４月　２日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１導電型のコレクタ領域と；第２導電型のベー
ス領域と；第１導電型のエミッタ領域と；開口を有する
絶縁膜と；を少なくとも有する自己整合型の半導体装置
であって、少なくとも前記エミッタ領域の側面を覆うように形成さ
れた第１導電型の半導体領域をさらに有し、当該半導体領域の不純物濃度が、前記ベース領域の不純
物濃度よりも高く、且つ、前記エミッタ領域の不純物濃
度より低いことを特徴とする半導体装置
（２）半導体装置がヘテロバイポーラトランジスタであ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置
（３）前記半導体領域のうち、前記エミッタ領域の不純
物拡散により形成された部分の側面を覆う部分が、不純
物拡散により形成されたことを特徴とする請求項１また
は２記載の半導体装置
（４）請求項１〜３記載の半導体装置を、少なくとも光
電変換素子として用いたことを特徴とする光電変換装置