JPH0360128A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0360128A
JPH0360128A JP19410889A JP19410889A JPH0360128A JP H0360128 A JPH0360128 A JP H0360128A JP 19410889 A JP19410889 A JP 19410889A JP 19410889 A JP19410889 A JP 19410889A JP H0360128 A JPH0360128 A JP H0360128A
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silicon oxide
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Kazuo Nakazato
和郎 中里
Mitsuo Nanba
難波 光夫
Katsuyoshi Washio
勝由 鷲尾
Takeo Shiba
健夫 芝
Toru Nakamura
徹 中村
Michihiro Onouchi
尾内 亨裕
Katsutada Horiuchi
勝忠 堀内
Seiji Ikeda
池田 清治
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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】 【産業上の利用分野】
本発明は半導体装置に関し、とくに高速なバイポーラ集
積回路に関する。
【従来の技術】
従来のバイポーラ・トランジスタは例えばリチャード・
ニス・ミュラー、セオドル・アイ・カミンス著、デバイ
スエレクトロニクスフォーインチグレイティドサーキッ
ト、(ジョン・ウィリー・サンズ出版、1977年)第
207ページから第208ページ(Richard S
、Muller and Theadore 1.Ka
mins、 Device Electronics 
for Integrated C1rcuits、 
John Wiley & 5ons、 Inc、、 
1977、 pp、207−208)に示されているよ
うに、第2図の断面構造をしている。 [発明が解決しようとする問題点] 以下簡単に第2図の製造方法を記し、あわせて各領域の
説明を行なう。 低濃度P型車結晶Si基板1に通常のリソグラフィー技
術および不純物添加法を用いて選択的に高濃度N型層2
を形成する。その後、低濃度N型エピタキシャル層4を
成長する。トランジスタを距離するため、P型M12を
表面から形成した後、P型のベース層5、N型のエミッ
タ層6.N型のコレクタ・コンタクト層17を通常のリ
ソグラフイーおよび不純物添加法により形成する。 この後、通常の方法によりエミッタ電極15、ベース電
極14.コレクタ電極16を形成する。 第2図に示した従来構造では、その製造方法から高濃度
N型埋込層2がエミッタ直下で最も基板表面に近く、ほ
ぼ平坦な構造を取っている。 一般にトランジスタの電流利得は周波数とともに低下す
るが、トランジスタが増幅を行なわなくなる周波数(電
流利得が1となる周波数)を特に遮断周波数fTと呼ぶ
。この遮断周波数はトランジスタの高周波特性をあられ
し、トランジスタに蓄積された電荷量Qをコレクタ電流
Icで引き抜く時間τの逆数で与えられる。 fT =  1/(2πτ)      ・・・・・・
・・・(1)τ = Q/Ic          ・
・・・・・・・・(2)従って、高周波特性を向上する
には蓄積される電荷量Qを減らすとともに、コレクタ電
流Icを大きくすることが重要である。これまでトラン
ジスタを高速化する手段としてはできるだけ無駄な領域
を削除し、電荷の蓄積量を減らす方法が取られてきた。 その例として特開昭56−1556号公報記載の構造が
挙げられる。 本発明はトランジスタの高周波特性を向上させるため、
蓄積電荷量を増加させることなくコレクタ電流を増大さ
せた構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
本発明は、第工導電型の半導体基板中に設けられ、基板
表面側から基板内部に向かって順次設けられた、第2導
電型の第1領域、第1導電型の第2領域、低濃度不純物
を含む第2!f電型の第3領域、高濃度不純物を含む第
2導電型の第4領域を有する半導体装置において、第1
領域と第2領域との境界面1.第2領域と第3領域との
境界面2、第3領域と第4領域との境界面3が、それぞ
れ、ほぼ一定の曲率を有し、境界面2が境界面1とほぼ
等距離にあり、境界面3が境界面2とほぼ等距離にある
ようにしたものである。
【作用】
トランジスタのコレクタ電流はエミッタから注入された
電子がコレクタに集めらる時の拡散により決められる。 この拡散電流は電子が−様になろうとして拡がることに
より流れる。従って、電子の拡がる先が大きければ大き
い程、拡散電流が大きくなる。 第3図は理想化されたトランジスタの構造を示したもの
で(a)は一方向にNPN不純物分布をとり他の二方向
で−様な構造、(b)は円筒状にNPN不純物分布をと
り他の一方向は−様な構造、(c)は球状にNPN不純
物分布をとる構造である。これらをd次元構造と呼び、
(a)はd=1、(b)はd=2、(c)はd=3に対
応させる。 第4図、第S図に、これら理想化された構造をもとに、
計算機を用いて数値計算した結果を示す。 第4図は電流利得、第5図は遮断周波数を示す。 これらの図に示されるように、dが大きくなる程、電流
利得、遮断周波数は大きくなる。簡単な解析によるなら
電流利得は、 で与えられる。ここにXB、XEはベース層およびエミ
ツタ層の厚さである。また、d=1とd=3での時定数
τはおおよそ次で与えられる。 τ(d=3)/τ(d=1)〜 (XB/(3・XE)+1)/(XB/XE+1)  
 ・・・・・・・・・(4)第6図は上の関数をプロッ
トしたもので、XB/XEが1以上あれば約2倍の高速
性が得られる。 さらに式(4)からXB/XEの非常に大きな極限では
時定数は1/3になり、3倍の高速化が可能である。 これら次元dに伴ってトランジスタの特性が向上するの
は、先に述べた様に、コレクタ電流が増大し、電荷の蓄
積が殆ど変わらないためである。 これらの解析により、エミッタから注入された電子をで
きる限り拡がるような構造をとれば、トランジスタの特
性が向上することが判明した。
【実施例1 第1図はこの考えにもとづいた実施例である。 第1図では第2図でのエミッタ部6周辺のみ示しており
、他の領域は従来と同じ構造であるため省略している。 低濃度P型基板1の上に高濃度N型層2を形成し、エピ
タキシャル層を成長する。この後、シリコン酸化膜8を
形成し、上からのイオン打ち込みにより、高濃度N型層
3を形成する6多結晶シリコン9を形成し、多結晶シリ
コンからの不純物拡散により高濃度P型層7を形成する
。この後、シリコン酸化膜10および多結晶シリコン層
11を形成し、多結晶シリコンからの拡散によりベース
層5およびエミツタ層6を形成する。エミツタ層6から
ほぼ等距離にベース層5および高濃度N型層3が存在す
ることが特徴である。 以下、第1図の実施例の製造工程について第7図をもと
に詳しく述べる。 第7図(a): 低濃度P型基板1の表面に通常の方法で高濃度N型層2
を形成する。本実施例では抵抗率30ΩcmのP型基板
を用い、sbのイオン打ち込みおよび拡散によりシート
抵抗40Ω/口のN型層を形成した。また、通常のリソ
グラフィー技術によりホトレジストをマスクにイオン打
ち込みし、第2図のように基板1の表面の一部のみN型
層2を形成した。sbのイオン打ち込み条件はエネルギ
100kaV、打ち込み量2 Xl01s/am”、拡
散条件は窒素雰囲気中で1175℃60分であった。そ
の後、エピタキシャル層4を基板全面に成長させる。本
実施例では0.5ΩcoのN型層を1μm成長させた。 第7図(b): 基板表面を酸化し、薄いシリコン酸化膜18を全面に形
成し、シリコン窒化膜19をデポジッションする。本実
施例では50n鳳のシリコン酸化膜18と120nmの
シリコ〉′窒化膜19を形成した。通常のリソグラフィ
ー技術を用いシリコン窒化膜19をパターニングする。 この後、シリコン窒化膜19をマスクに基板表面を酸化
し、シリコン酸化g8を形成する。本実施例ではシリコ
ン酸化膜8の厚さは300n鵬であった・ 第7図(C): シリコン窒化膜19を除去した後、全面にシリコン窒化
膜22およびシリコン酸化膜20をデポジッションする
。本実施例では120n朧のシリコン窒化膜22と70
0niiのシリコン酸化膜をデポジッションした。 ホトレジスト21をマスクにシリコン酸化膜2oを等方
性エツチングする。このとき、ホトレジストのパターニ
ングではできる限り小さな穴を形成し、シリコン酸化膜
20に半球状の穴をつくる。本実施例では0.3μ、X
o、3μ■の平面パターンを用い、フッ酸によりシリコ
ン酸化膜20を600nmウェットエツチングした。 第7図(d): ホトレジスト21を除去した後、シリコン酸化膜20を
マスクにリンをイオン打ち込みする。このとき、シリコ
ン酸化膜20の形状が不純物分布としてエピタキシャル
層4に転写される。この結果、パターンの中央部で深く
、周辺で浅いN型層3が形成される。本実施例では、エ
ネルギ500keV 、打ち込み量1×1014/cl
l″のリン・イオン打ち込みを行なった。 第7図(e): シリコン酸化膜20、シリコン窒化膜22およびシリコ
ン酸化膜18を除去した後、全面に多結晶シリコン9を
デポジッションする。この後、全面にボロンをイオン打
ち込みし、多結晶シリコン9をP型の低抵抗層にする。 本実施例では200nmの多結晶シリコンをデポジット
し、エネルギ50kaV、打ち込み量5 Xl01′/
c+*”のボロン・イオン打ち込みを行なった。さらに
、シリコン酸化膜lOをデポジッションする。この後、
熱処理により多結晶シリコン9からボロンを拡散させ、
P型層7を形成する。本実施例では950℃、30分の
熱処理を行なった・ リソグラフィー技術によりトランジスタの中央部のみシ
リコン酸化膜10および多結晶シリコン9、単結晶シリ
コン4を垂直に異方性エツチングする。 本実施例では300rvのシリコン酸化膜10をデポジ
ッションし、単結晶シリコン基板4を150nmエツチ
ングした。 第7図(f): シリコン酸化膜23を全面にデポジッションし、異方性
エツチングにより側壁のみシリコン酸化膜23を残す。 この後、多結晶シリコン11をデポジッションする。本
実施例では200n−のシリコン酸化膜23および20
0nmの多結晶シリコン11を用いた。 この後、上記多結晶シリコン11にボロンイオンを打ち
込み、この多結晶シリコン11からボロンを拡散させて
ベース層5を形成する。 さらに上記多結晶シリコン11に砒素イオン打ち込み、
同様に多結晶シリコン11から砒素を拡散させてエミツ
タ層6を形成する。 本実施例では、エネルギ30keV、打ち込み量2X 
10”/ cm”のボロン・イオン打ち込みを行なった
後、950℃20分の熱処理を行ない、エネルギ80k
eV、打ち込み量2 X 10” / cm”の砒素イ
オン打ち込みを行ない、950℃20分の熱処理を行な
った。 この後、多結晶シリコン11をパターニングすることに
より第1図の構造が形成される。 第8図はトランジスタ全体の断面図を示したもので隣接
するトランジスタのコレクタを距離するため絶縁物で埋
め込まれた深溝24を用いている。 14.15.16はそれぞれベース、エミッタ、コレク
タの配線金属である。 他の実施例を第9図に示す。この構造ではエミッタN6
を単結晶シリコンの島の角に形成し、コレクタをシリコ
ン島の中央26から取り出している。 この構造ではコレクタおよびその取り出し部を小さくす
ることができ、約2倍の高集積化を図ることができる。 【発明の効果】 本発明によるならば、バイポーラトランジスタの電流利
得および遮断周波数は従来に比べ2〜3倍向上する。こ
れにより、同トランジスタを用いた、集積回路は1.5
〜2倍の高速性を示し、大型計算機等の高速化を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す半導体装置の要部
断面図、第2図は従来例のバイポーラトランジスタの構
造を示す断面図、第3図は理想化されたNPNトランジ
スタ構造の部分断面斜視図、第4図は第3図の構造で計
算した電流利得のコレクタ電流依存性図、第5図は第3
図の構造で計算した遮断周波数のコレクタ電流依存性図
、第6図は、第3図(Q)と同図(a)に示したトラン
ジスタの時定数の比を示す図、第7図は第1図の実施例
の構造をつくる工程を示す断面図、第8図は第1図の実
施例の構造を用いたトランジスタの断面図、第9図は本
発明の第2の実施例を示す断面図である。 符号の説明 1・・・低濃度P型基板、2,3・・・コレクタ高濃度
N型層、4・・・低濃度N型エピタキシャル層、5・・
・ベースP型層、6・・・エミッタN型層、7・・・ベ
ースコンタクト高濃度P型層、17.26・・・コレク
タコンタクト高濃度N型層、8 、10.13.18.
20.23.27゜28、29.30・・・シリコン酸
化膜、 19.22・・・シリコン窒化膜、9・・・P
型多結晶シリコン、11.25・・・N型多結晶シリコ
ン、12・・・P型素子距離層、24・・・素子距離絶
縁物、21・・・ホトレジスト、14・・・ベース電極
、15・・・エミッタ電極、16・・・コレクタ電極零 2 図 Cαノ tb> (Cン ′j!lll−図 筈5図 第す図 ×B/×と L−一り他−一」

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、第1導電型の半導体基板中に設けられ、基板表面側
    から基板内部に向かって順次設けられた、第2導電型の
    第1領域、第1導電型の第2領域、低濃度不純物を含む
    第2導電型の第3領域、高濃度不純物を含む第2導電型
    の第4領域を有する半導体装置において、第1領域と第
    2領域との境界面1、第2領域と第3領域との境界面2
    、第3領域と第4領域との境界面3が、それぞれ、ほぼ
    一定の曲率を有し、境界面2が境界面1とほぼ等距離に
    あり、境界面3が境界面2とほぼ等距離にあることを特
    徴とする半導体装置。
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JPH0391244A (ja) * 1989-09-02 1991-04-16 Fuji Electric Co Ltd 集積回路装置用縦形バイポーラトランジスタ
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