JPH03280437A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH03280437A
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、ヘテロ接合構造を利用した半導体装置とその
製造方法に関する。
(従来の技術) ヘテロ接合を利用した高速動作可能な電界効果型半導体
素子として、HEMTが知られている。
これは、GaAs/GaA1)As系を用いて、チャネ
ル層となるアンドープのGaAs層に二次元電子ガス状
態を形成することにより、高速動作を実現したものであ
る。すなわちにaAs系材料系材型子移動度という特性
に加えて、アンドープのGaAs層をチャネルとするこ
とにより更に電子移動度を高くして、高速動作を可能と
している。
しかしながらこの材料系では、siの MOSFETにおけるような良質のゲート絶縁膜が得ら
れず、絶縁ゲート構造とすることができない。このため
十分に高い相互コンダクタンスg腸を持つ素子を得るこ
とができない、という難点があった。
(発明が解決しようとする課ff1) 以上のようにGaAs/GaAjlAs系材料を用いた
電界効果型材料は、絶縁ゲート構造とすることができな
いことが、更なる高性能化の障害になっていた。
本発明はこの様な点に鑑み、ヘテロ接合構造を利用して
高性能化を図った絶縁ゲート構造の半導体装置を提供す
ることを目的とする。
本発明はまた、ヘテロ接合構造を利用したバイポーラ型
の半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、Sil板に互いに離隔して形成されたソース
、ドレイン拡散層と、これらソース。
ドレイン拡散層間の基板表面にゲート絶縁膜を介して形
成されたゲート電極とを有する半導体装置において、前
記ゲート絶縁膜下のチャネル領域が5iGe層により構
成されていることを特徴とする。
本発明はまた1、第1導電型のコレクタ層が形成された
Si厄板の表面部に第2導電型のベース層および第1導
電型のエミッタ層を有する半導体装置を製造する方法で
あって、前記ベース層をGeのイオン注入により5iG
e層とする工程を有することを特徴とする。
(作用) 本発明による電界効果型半導体素子は、St基板を用い
、チャネル領域はこれよりバンドギャップの狭いS i
Ge層により構成される。このため、チャネル領域とな
る5iGe層をゲート絶縁膜界面より基板内部に形成す
れば、HEMTと同様の原理によって、チャネル領域で
のキャリア移動度が高いものとなり、高性能の電界効果
型素子特性が得られる。またSil板を用いているから
、熱酸化によって良質の酸化膜からなる薄いゲート絶縁
膜を形成する事ができ、したがってgsの高い素子が得
られる。
また本発明の方法によれば、イオン注入によって5iG
e層からなるベース層を形成することにより、簡単に高
性能のへテロ接合バイポーラ素子を得ることができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は一実施例のpチャネルMOSFETである。n
型S1基板1に互いに離隔したp″型ソース、ドレイン
拡散層6.7が形成され、これらソース、ドレイン拡散
層6.7間の基板表面にゲート絶縁膜4を介してゲート
電極5が形成されている。ゲート絶縁膜4は熱酸化膜で
あり、ゲート電極5は多結晶シリコン模膜である。ゲー
ト絶縁膜4下のチャネル領域となる部分には、Geのイ
オン注入によりS iGe層2が形成されている。
この実施例では、S iGe層2の上に薄いS1層3が
残されている。5iGe層2は、その両端がソース、ド
レイン拡散層6.7まで入り込むように形成されている
。ソース、ドレイン拡散層6゜7にはそれぞれAI膜等
によりソース、ドレイン電極8,9が形成されている。
このMOSFETの素子形成工程は、次の通りである。
まず基板1の素子形成領域にイオン注入のバッファ層と
なる熱酸化膜を形成してGeのイオン注入を行い、基板
表面から所定深さ位置にチャネル領域となるS iGe
層2を形成する。Geのイオン注入量は、格子不整合を
小さくするために制限することが必要であり、例えば5
iGe層2のGe濃度が10%以下となるようにする。
ついで熱酸化膜を除去し、改めて熱酸化により所定厚み
のゲート絶縁膜4を形成し、この上に多結晶シリコン膜
を堆積してバターニングすることによりゲート電極5を
形成する。そしてゲート電極5をマスクとしてイオン注
入を行なって、ソース。
ドレイン拡散層6,7を形成する。その後回では省略し
たが全面をCVD絶縁股で覆い、これにコンタクト孔を
開けて、ソース、ドレイン電極8゜9を形成する。
このように形成されたMOSFETのゲート電極5に負
の電圧を印加すると、ゲート絶縁膜4下OSi層および
5iGe層2は空乏化し、バンドギャップの狭い5iG
e層2にはソース拡散層6から正孔が入り込んで、ここ
がチャネルとなる。
このチャネル領域を走行する正孔は、その上にSi層3
があるためにこれがバリアとなってゲート絶縁膜4との
衝突がない。このため高い移動度が得られ、その結果高
速動作が可能になる。またゲート絶縁膜4にはSiの熱
酸化により形成される良質の薄い酸化膜を用いるから、
高いglが得られる。
またこの実施例においては、5iGe層2がソース、ド
レイン拡散層6.7間を完全に横切って形成されている
ため、ソース拡散層6からチャネルへのキャリア注入に
は障壁がない。これも素子特性を良好なものとしている
この実施例において、5iGe層2は、ゲート電極5か
らの電界の及ぶ範囲の浅い領域に形成される事が必要で
ある。これは、ゲート絶縁膜4の絶縁耐圧から決まる。
ゲート絶縁膜4内で許容される最大電界E sawを用
いると、基板1内での最大電界E、は、 E、−(εFt102/εs+) Esaxとなる。こ
こで、ε5102+  εft1はそれぞれ、ゲート絶
縁膜(Si02)、Siの誘電率である。これから、ゲ
ート電極5に電圧を印加して空乏化できるチャージ量は
、εs+’EMとなり、この量はおよそ] X I Q
 1jtm−2である。したがって、ゲート絶縁膜界面
からS iGeGeO2まで含めた範囲での不純物濃度
の積分量が、I X 1013am−2以下となるよう
に、基板の不純物濃度と5iGe層2の深さを決めるこ
とが好ましい。
第2図〜第4図は、本発明の他の実施例のpチャネルM
O8FETである。これらの実施例において第1図と対
応する部分には第1図と同一符号を付して詳細な説明は
省略する。
第2図の実施例は、チャネル領域となる5iGe層2を
イオン注入ではなく、エピタキシャル成長により形成し
たものである。5iGe層2の上には更に薄<Si層3
をエピタキシャル成長させている。構造的には第1図の
実施例と等価である。したがって第1図のMOSFET
と同様に優れた素子特性が得られる。この実施例の場合
、チャネル領域となる5iGe層2をアンドープ層とす
ることができる。したがってチャネル領域のキャリア移
動度をより高いものとして、−層優れた素子特性を得る
ことができる。また、5iGe層2上のSi層3は、p
型に限らずn型であっても良い。要するに動作範囲のゲ
ート電圧が印加された状態でSi層3が空乏化して、S
 iGeGeO2ャネルとして機能すればよい。これは
所謂堆込みチャネルMO3FETの原理と同じである。
第3図は、S iGeGeO2−ト絶縁膜4の直下に形
成された実施例である。S iGeGeO2面にも熱酸
化によって良質のゲート絶縁H4を形成することができ
る。この実施例では、S iGeGeO2にSi層が残
っていないため、先の各実施例に比べてより高い利得が
得られる。この実施例において、5iGe層2を走行す
るキャリアがゲート絶縁膜4と衝突しないようにするた
めには、5iGe層2の下のSiとの界面にチャネルが
できるように設計することが必要である。
第4図の実施例は、ソース、ドレイン拡散層6゜7の領
域にもGeのイオン注入によって5iGe層10.11
を形成したものである。この様にS iGeGeO20
1内にソース、ドレイン拡散層6,7を形成すると、ソ
ース、ドレイン接合でのリーク電流が小さくなる。また
素子を微細化した時のドレイン近傍での高電界によるゲ
ート絶縁膜へのホットキャリア注入という現象が抑制さ
れる。
以上ではpチャネルMO3FETを説明したが、本発明
はnチャネルMO5FETにも同様に適用することが可
能である。またSiへのGeのイオン注入によってヘテ
ロ接合を形成する技術は、バイポーラ素子にも適用でき
る。
第5図はバイポーラ素子に適用した実施例を示す。その
製造工程を説明すると、p型Si基板31に先ず、n+
型のコレクタ埋込み層32を形成した後、コレクタ層と
なるn−型層33をエピタキシャル成長させる。次にボ
ロンのイオン注入によって、基板に達するp+型素子分
離層39および、p+梨型外ベース層37をそれぞれ形
成し、リンのイオン注入によってn+型埋込み層32に
達するn″型コレクタ取出し層38を形成する。
その後外部ベース層37により囲まれた領域に、Geと
ボロンの同時イオン注入によって、p型のS IGeか
らなる内部ベース層34を形成する。
この内部ベース層34を形成する際のアニールは、ボロ
ンがS IGe層から外に拡散しないように、低温でか
つ十分ボロンが活性化される温度、例えば500〜80
0℃で行う。或いは高温でごく短時間のアニールによっ
てもよい。その後多結晶シリコン・エミッタ電極35を
形成し、これからの不純物拡散を利用してn型エミッタ
層36を形成する。最後にベース電極40およびコレク
タ電極41を形成して完成する。
こうしてこの実施例によれば、内部ベース領域へのGe
のイオン注入を利用して、簡単にSt/5iGeへテロ
接合を持つバイポーラトランジスタを得ることができる
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、St/5iGeヘテ
ロ接合構造と絶縁ゲート構造を持つ優れた特性の電界効
果型素子を得ることができる。
また本発明によれば、St/5LGeへテロ接合を持つ
バイポーラ素子をGeのイオン注入を利用して簡単に形
成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のpチャネルMO8FETを
示す図、 第2図〜第4図は他の実施例のpチャネルMO8FET
を示す図、 第5図はさらに他の実施例のバイポーラ素子を示す図で
ある。 1・・・n型St基板、2・・・5iGe層(チャネル
領域)、3・・・St層、4・・・ゲート絶縁膜、5・
・・ゲート電極、6,7・・・ソース、ドレイン拡散層
、8.9・・・ソース、ドレイン電極、10.11・・
・5iGe層、31−p型Si基板、32−n+型コレ
クタ埋込み層、33・・・n−型層、34・・・p型内
部ベース層(SiGe層)、35・・・多結晶シリコン
・エミッタ電極、36・・・n型エミッタ層、37・・
・p゛梨型外ベース層、38・・・n1型コレクタ取出
し層、39・・・p+型素子分離層、40・・・ベース
電極、41・・・コレクタ電極。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Si基板に互いに離隔して形成されたソース、ド
    レイン拡散層と、これらソース、ドレイン拡散層間の基
    板表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と
    を有する半導体装置において、前記ゲート絶縁膜下のチ
    ャネル領域がSiGe層により構成されていることを特
    徴とする半導体装置。
  2. (2)前記SiGe層からなるチャネル領域が基板表面
    より内部に形成されていることを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置。
  3. (3)第1導電型のコレクタ層が形成されたSi基板の
    表面部に第2導電型のベース層および第1導電型のエミ
    ッタ層を有する半導体装置を製造する方法であって、前
    記ベース層をGeのイオン注入によりSiGe層とする
    工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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