JPH04123436A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

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するものであり、特に、ベース
電圧の変化に応じてインパクトイオン化現象に基づく複
数回のベース電流反転現象を発生させ、かつ　低いベー
ス電圧水準において最初のベース電流の反転が発生する
ように構成したバイポーラ形トランジスタを有する半導
体装置とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

日経エレクトロニクス誌、Ｎｏ、４６７　（１９８９，
２，２０）　　第２８３〜２８５ページには、　　’５
ａｋａｉ、ｅｔ、ａｉ、”Ａ　Ｎｅｗ　Ｍｅｍｏｒｙ　
Ｃｅ１ｌ　Ｂａ５ｅｄｏｎ　Ｒｅｖｅｒｅｓｅ　Ｂａ５
ｅ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　（ＲＢＣ）　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏ
ｆＢｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ″、１９８８
　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅ
ｖｉｃｅｓ　Ｍｅｅｔｉｎｇｓ、　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
　ＤｉｇｅｓｔＲｅｐｏｒｔ　Ｎｏ、　３．２．　ｐｐ
、４４−４７．　Ｄｅｃ、　１９８８」に開示された。

ｎｐｎ形バイポーラトランジスタ１個を論理記憶素子と
して用いｐ形ＭＯ３）ランラスタ１個を選択トランジス
タとして用いて１つのＳＲＡＭセルを構成する試みを紹
介している。このＳＲＡＭセルにおける特徴事項は、バ
イポーラトランジスタをインパクトイオン化に基づくベ
ース電流の反転現象を発生するように形成し、このベー
ス電流反転現象に基づく双安定状態を利用してバイポー
ラトランジスタ１個で記憶素子を構成していることであ
る。

第１１図に前述のバイポーラトランジスタのＧｕｎｍｅ
ｌプロット図を示す。横軸はベース・エミッタ電圧Ｖｂ
ｅを表し、＠ｉ軸は対数目盛表示（絶対値）でベース電
流ＩＢおよびコレクタ電流ＩＣを示す。ベース・エミッ
タ電圧Ｖｂｅ　（横軸）がほぼ０．４５〜０．９ｖの領
域Ａにおいてインパクトイオンに基づくベース電流Ｉ８
の反転現象が発生しており、この反転現象に基づく双安
定状態を記憶素子として利用してメモリを構成すること
ができる。

上述したＳＲＡＭはバイポーラトランジスタ１個とＭＯ
Ｓトランジスタ１個で１つのＳＲＡＭセルが構成できる
から回路構成が簡単であり、高い集積度でメモリを構成
でき、また高速動作のバイポーラトランジスタを用いて
高速メモリが実現できるという利点を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記バイポーラトランジスタは日経エレ
クトロニクス誌においても指摘されているように、消費
電力が大きいという問題がある。

すなわち、メモリ記憶状態が高レベルにある場合待機時
にもコレクタ電流が流れ続け、このコレクタ電流ＩＣが
、第１１図に示すように、５００μ八程度と大きい。た
とえば、上記バイポーラトランジスタを６４にビットの
ＳＲＡＭの単位セルとして用いた場合、最大消費電流は
３２Ａにもなり事実上、大規模ＳＲＡＭを構成すること
ができない。

本発明は、インパクトイオン化に基づくベース電流の反
転現象を用いるという構想のもとで、多数回のベース電
流反転が発生し、しかも、低いベース・エミッタ電圧レ
ヘルで最初のベース電流の反転が発生する。すなわち、
低消費電力で動作可能なバイポーラトランジスタとその
周辺回路からなる半導体装置、および、その製造方法を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題を解決するため７本発明のバイポーラトランジ
スタは、コレクタ領域の不純物濃度（密度）をエミッタ
領域の不純物濃度より高クシ、さらにベース領域の不純
物濃度を所定値以下にして形成される。

好適には、コレクタ領域をベース領域の近傍に形成する
。

また２本発明のバイポーラトランジスタは、エミッタ領
域は濃度（密度）１０１４〜５ｘｌＯ１６ｃ　ｍ−’で
不純物が拡散され、コレクタ領域は濃度１０１９〜５　
ｘ　１０１９ｃｍ−″で不純物が形成されベース領域は
濃度１０１９〜２　ｘ　１０ｌ８ｃｍ−’程度の不純物
で形成される。

コレクタ領域に拡散される不純物は、たとえばｎｐｎ形
バイポーラトランジスタを形成する場合、砒素またはア
ンチモンが好適である。

また本発明は、上記バイポーラトランジスタを形成する
製造方法を提供する。

〔作用〕

コレクタ領域の不純物濃度をエミッタ領域の不純物濃度
より高くする。すなわち１通常のバイポーラトランジス
タとは逆の不純物濃度で形成する。さらに、好適には、
コレクタ領域をベース領域の近傍に形成することにより
、低いベース電圧でもインパクトイオンが発生し易く１
階段状接合（ステップジャンクション）が形成される。

ｎｐｎ形バイポーラトランジスタを形成する場合、コレ
クタ領域を砒素、アンチモンなどの不純物でその濃度を
１０１９〜５ｘｌＯ”ｃｍ弓程度にする。さらに、電流
増幅度、たとえば、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタに
おけるエミッタ接地ハイブリットパラメータｈＦＥが所
定の大きさ、たとえば、２以上になるようにベース領域
の不純物濃度をある値以下にする。これにより、インパ
クトイオン化によるベース電流の反転現象が多数回発生
し、しかも、ベース・エミッタ電圧が低い範囲において
最初のベース電流反転が生ずる。

ベース電流の反転現象はバイポーラトランジスタ内部の
釣り合い状態の変化によって生ずるからコレクタ領域、
エミッタ領域およびベース領域の不純物拡散濃度を、好
適には多数回、２回以上ベース電流反転現象が発生し、
少なくとも低いベース・エミッタ電圧範囲で最初のベー
ス電流反転現象が発生するように９選択する。

二の最初のベース電流反転状態を用いると、ベース・エ
ミッタ電圧が非常に低い範囲で２値の論理素子、たとえ
ば、記憶素子または負性特性を利用した回路を構成する
ことができる。

また１第２以降のベース電流反転状態をも用いると、多
値（３値以上）の論理回路を構成することができる。

〔実施例〕

第１図（ａ）〜（ｆ）に本発明の１実施例として、同一
シリコン基板上に、Ｂ１−ＭＯＳプロセスによって、縦
型ｎｐｎバイポーラトランジスタとＣＭＯＳｌ−ランジ
スタを同時に形成するプロセスを示す。

この実施例は、第１図（ｆ）に示すように、左側領域り
に本発明の主題であるベース電流が多数回反転する。多
数回ゼロクロスベース電流（ＭｕＩｔｉｐｌｅ　Ｚｅｒ
ｏｃｒｏｓｓ　Ｂａ５ｅ−ｃｕｒｒｅｎｔ：ＭＺＢ）形
バイポーラトランジスタ、中央領域ＣにＮＭＯ３）ラン
ジメタ。右側６１　ｋＡ　ＲにＰＭＯ３）ランジスタを
形成する例を示す。ＮＭＯ３）ランジスタとＰＭＯ３ト
ランジスタとでＣＭＯ３）ランジスタを構成している。

第１図（ａ）：初期酸化、ＳｉＯ□窓開け。

Ｎ　　　　　め゛み ミラー指数（１００）、電気抵抗値７〜１０Ω・ｃｍの
Ｐ形シリコン基板１を洗浄後、酸素雰囲気中で酸化して
初期酸化（ＳｉＯ□）膜を形成しさらに窒化膜（Ｓ　ｉ
、Ｎ、）をデポジションする。

フォトエツチング処理（ＰＰＰ）を施し、酸化膜および
その上の窒化膜の窓開けを行う。

エツチングされた開口部分に、そして、領域２−１．２
−２に砒素（Ａｓ゛）を４０ＫｅＶでドーズ量５．Ｏｘ
　１０１５ｃｍ−２を注入し、ｎ゛埋込層２−１．２−
２を形成する。さらに、埋込層２〜１．１−２を窒素ガ
ス／酸素ガス（Ｎ　ｚ　／　０２）雰囲気で１１５０°
Ｃ１１０時間加熱し、熱酸化（Ｓ１０□）膜３を形成し
、埋込層２−１゜２−２を安定にする。

第１図（ｂ）：Ｐ型拡散／エピタキシャル成長Ｓｉ、Ｎ
、窒化膜３をエンチングし１　Ｐ型拡散領域にほう素（
Ｂ゛）を１５０ＫｅＶでドーズ量２ｘｌＯ’″’ｃｍ−
”にて注入する。

Ｐ型拡散領域をＮ２，９００°Ｃ雰囲気で３０分間アニ
ールし、さらに熱酸化膜をエツチングする。

エピタキシャル成長によって、厚さ５．５μｍ、抵抗値
３〜４Ωｍ−ｃｍＯＮ型エピタキシャル成長層６を埋込
層２−１．２−２の上に形成する第２酸化処理を行い、
エピキシャル成長層６の上に酸化膜を形成する。

１ｃ：ＰウェルおよびＮウェル エピタシャル成長層６に熱酸化膜を成長させ。

窒化膜をデポジションし、フォトエツチング処理を施し
、エピタキシャル成長層６にウェル領域となる６−１，
６−２の窓あけを行なう。

領域６−１．６−２に燐（Ｐ゛）を１５０Ｋｅ■でドー
ズ量２．６　ｘ　１０１２ｃｍ−”のＮ形つェル６−１
　６−２を形成する。さらに、熱酸化させて酸化膜７を
成長させる。

窒化膜をエツチングしてから、中央部Ｃにほう素（Ｂ゛
）を４０ＫｅＶで注入し、ドーズ量１．　　Ｏｘ　１０
１２ｃｍ−２で注入しＰ形つェル６Ｃを形成する。

Ｎ２１０□ガス、１１５０°Ｃ雰囲気で５時間加熱し拡
散させる（ドライブイン）。

第」」ＬＬ（戸 第３酸化処理を行ない、窒化膜をデポジションしてから
、フォトエツチング処理により素子分離領域を形成する
。

さらに素子分離を完全にするためにチャネルストッパを
パターニングし２はう素（Ｂ゛）を３０ＫｅＶでドーズ
量３．　　Ｏｘ　１０１９ｃ＋ｆｆｉ”で注入する。

熱酸化によってフィールド酸化（ＳｊＯ□）膜８を形成
する。

エミッタ電極接続部１０をパターニングし、プラズマエ
ンチングを行う。

燐をデポジションし、抵抗値２０プラスマイナスＣ±−
）２Ωｍ／ＳＱ（ロ）のエミッタ拡散層を形成する。

第１図（ｅ）：ＮＭＯｓ形成、ベース／コレクタ モートエツチングおよびダミー酸化を行い、しきい値Ｖ
Ｔｈを決めるためイオン（Ｂ＋）注入を行う。

ＮＭＯ３のゲート酸化膜２３およびＰＭＯ３のゲート酸
化膜２７を形成する。

ＭＯＳ）ランシスターのゲート電極を形成するため、ポ
リシリコンをデポジションし、さらに燐をドープして抵
抗値を１６プラスマイナス（＋）３Ω／ＳＱに低下させ
る。ついで、このポリシリコンをフォトエツチング処理
し、熱酸化してゲート電極を形成する。そして、ベース
形成領域１２をパターニングし、はう素（Ｂ゛）を１２
０ＫｅＶでドーズ量１．０ｘｌＯ”ｃｍ−２の注入によ
りベース領域を形成する。

なお３通常のｎｐｎ形バイポーラトランジスタのベース
領域のほう素ドーズ量は２．５ｘｌＯＩｆｆｃｍ−”程
度であるから２本発明の実施例のベース領域へのほう素
拡散濃度が低いことに留意されたい。

ベース領域１２内にコレクタ電極を、そして中央部Ｐ型
つェル内にＮ゛ソースドレイン（Ｓ／Ｄ）ｅＪｆ域のパ
ターニングを行う。そして、砒素（Ａｓ”　）を１２０
ＫｅＶでドーズ量４．０ｘｌＯ”　ｃ　ｍ−”注入し、
コレクタ領域１４（ＮｉとＳ／Ｄ領域（図示、波線）を
形成する。

ここで、コレクタ領域１２を形成する材料としては、上
記した砒素のほか、象、峻な（階段状）のＰＮ接合を形
成できる材料、たとえば、同じＶ族のアンチモン（ｓｂ
　）などを用いることができるフォトレジストを除去し
、Ｎ、、１０００°Ｃの雰囲気において、３０分間アニ
ールし、打ち込んだイオンを活性化する。

ｆ− ＰＭＯ５）ランシスタ形成領域にＰ″Ｓ／ＤＳ／Ｄ抵抗
ニングを行い、はう素（Ｂ゛）を３０ＫｅＶでドーズ量
２．Ｏｘ　１０１９ｃｍ−２のＰＭＯＳトランジスタの
ソースおよびドレイン領域２５２６を形成する。

フォトレジストを除去し、　　Ｂ　Ｐ　Ｓ　Ｇ　（Ｂｏ
ｒｏｐｈｏｓｏｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ
　）膜をデポジションし、９５０°Ｃ，Ｎｚ雰囲気で３
０分加熱し凝縮させるフォトエツチング処理により電極
コンタクトを形成し、Ａｌ／Ｓｉスパッタリングを行う
。さらに、メタルパターニングおよびメタルエツチング
を行い、シンタリングを行う。これにより、ＡＩでバイ
ポーラトランジスタのベース電極１６−２、エミッタ電
極１６−３およびコレクタ電極１６３が形成される。同
様に、ＮＭＯ３）ランシスタのソース電極およびドレイ
ン電極１６−４．１６−５．ＰＭＯＳトランジスタのソ
ース電極およびドレイン電極１６−６．１６−７が形成
される窒化膜デポジションに続き、フォトエツチング処
理により、ポンディングパッドの窓あけを行ない、保護
層１７を形成する。

以上により、第１図（ｆ）において左側領域りに縦型ｎ
ｐｎ形ＭＺＢバイポーラトランジスタ。

中央領域ＣにＮＭＯＳ）ランラスタ。右側領域ＲにＰＭ
Ｏ３）ランシスタが形成される。

第１図（ｆ）のＭＺＢバイポーラトランジスタの詳細断
面を第２図、その上部平面図を第３図に示す。

第２図において、Ｎ形埋込層２−１の上にＮウェル６−
１が形成され、Ｎウェル６−１内にベース領域１２．ベ
ース領域内にコレクタ領域１４が形成されている。そし
て、埋め込み層２−１及びＮウェル６−１がエミッタと
して機能する。

第３図において、Ｎ形埋込層２−１はコンタクト域１９
−３およびエミッタ取出電極１２を介してＡＩ電極１６
−３に接続されている。ベース領域１２およびコレクタ
領域１４もそれぞれコンタクト領域１９−２．１９−１
を介してＡＩ電極１６−２．１６−１に接続されている
。

ここで１本発明の実施例のバイポーラトランジスタが９
通常のバイポーラトランジスタとは、コレクタとエミッ
タとの位置関係が逆になっていることに留意されたい。

これは、コレクタとエミッタとの不純物濃度の関係から
規定される。すなわち９本発明の実施例のバイポーラト
ランジスタは、不純物濃度が高いほうをコレクタにし、
さらに段階状ＰＮ接合を得るためコレクタを砒素、アン
チモンなどの不純物で形成している。さらに、コレクタ
領域をベース領域に隣接して形成した結果となり、後述
するインパクトイオン化が発生し易い構造になっている
。

第４図に第２図に示した上記本発明の実施例のＭＺＢバ
イポーラトランジスタの、第９図に対応するＧｕｍｍｅ
　ｌプロットを示す。横軸はベース電圧、縦軸はコレク
タ電流ＩＣおよびベース電流１Ｂの絶対値ＡＢＳ　（Ｉ
Ｂ　）を示す。コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅは４．
２■である。

第４図から明らかなように、ベース電流ＩＢが領域■、
■において２回反転し、ベース電流ＩＢが４回ゼロクロ
スしている。以下、各反転領域の詳細について考察する
。

■＝ベース　　ＶＢ＝Ｏ〜０　２７５Ｖピコアンペアオ
ーダーの微小な電流がベースに流れ込んでいる。キャリ
アの発生は再結合が主体である。ベースに流れ込んでい
るキャリアの量は僅かであり、ＭＺＢバイポーラトラン
ジスタはカットオフ状態にある。コレクタ電流ＩＣは小
さく、数１０ピコアンペア程度である。

］１：ＶＢ＝０　　２７５〜０　　４９０Ｖ最初のベー
ス電ｍＩＢの反転が発生する領域である。ベース電流Ｉ
Ｂは負のある値で一旦最大値になった後、再び正の方向
に転じていく。

第５図にコレクタ・エミッタ電圧Ｖｃｅをパラメータと
して場合のｈ□特性を示す。第４図と第５図とを参照す
ると、ベース電流１Ｂが負の方向に下がるベース電圧Ｖ
ＢとｈＦＥが立ち上がるベース電圧ＶＢとはほぼ一致す
ることが判る。すなわち、この第２領域におけるベース
電流ＩＢの反転の原因は、エミッタ電流Ｉεの急激な立
ち上がりによって引き起こされたインパクトイオン化で
ある。

このインパクトイオン化現象について、第６図のハンド
図を参照して述べる。

ＰＮ接合におけるブレークダウン現象がインパクトイオ
ン化に起因していることは知られており、バイポーラト
ランジスタのＰＮ接合においても同様のインパクトイオ
ン現象が発生する。逆バイアスされたＰＮ接合境界面に
おいては空乏層が広がってくると同時に電界も上昇して
くる。これらの空乏層の広がりおよび電界上昇はある程
度の値で限界に達する。キャリアとして空乏層中に注入
された電子はこの空乏層の電界において加速される。こ
の電界によって加速された電子はシリコンの結晶格子に
衝突してエネルギーを失う。電子は飽和速度、たとえば
、室温においてスピード約ＩＱ’ｃｍ／ｓで格子間を進
むが、電界が印加されている場合この電界によって得た
エネルギーが結晶格子に衝突して失う電子のエネルギー
よりも大きくなることがある。この場合、大きなエネル
ギーを持った電子はシリコン原子に衝突した際、共有結
合の手を引きちぎってシリコン原子をイオン化して電子
−正孔対を生成する。これがインパクトイオン化である
。

ミクロ的にみた場合、１度目のインパクトイオン化が発
生するとき空乏層中にには３個のキャリアが存在する。

すなわち、１個はもともとキャリアとして存在する電子
であり、あとの２個はインパクトイオン化によって生成
された電子−正孔対である。電界を走り抜ける際、全て
の電子が同しエネルギーを得るわけではなく統計力学で
記述される分布に従う。そして、これらの電子のうちの
一部だけがインパクトイオン化電流を発生させる臨界エ
ネルギーを持つにいたる。電界値が小さい場合は大きな
エネルギーを持つ電子の発生確率も低い。したがって、
電界値が小さい場合はイオン化電流も無視できる。

ここでＰＮ接合にかかる逆方向電圧が上昇した場合、電
界も上昇して大きなエネルギーを持つ電子が発生する確
率も上昇する。このような状況で発生した伝導電子はエ
ネルギーを受は継いで高エネルギーになり、さらに結晶
格子と衝突を繰り返して別の電子−正孔対を生成する。

そして２次々と雪崩式に電離を起こしていく。

雪崩式に増大するキャリアのうち電子はコレクタに吸収
されるが、正孔はベース拡散層中を拡散する。この際に
ベース電極中の抵抗成分のためにポテンシャルが上昇し
、ベースから外部に注入される正孔とは逆方法の電流を
流そうとする。つまり、ベース電極から電流が流れだそ
うとする。それによって、ベース電流の逆転が発生する
（第６図、ＩＲＩ（）。

本発明の実施例のＭＺＢバイポーラトランジスタにおい
ては、まず、領域■において最初のベース電流の逆転が
発生している。

本発明の実施例では、コレクタとエミッタとを通常のバ
イポーラトランジスタとは異なり、不純物濃度を反転さ
せて高濃度側をコレクタとしている。したがって、コレ
クタ領域とベース領域との濃度差は大きく、シたがって
、コレクタ・ベース間の空乏層の幅が狭く、ごくわずか
のコレクタ電流でインパクトイオン化が発注し易い構造
となっている。本発明ではバイポーラトランジスタを従
来とは逆方向で、つまり、コレクタとエミッタとを逆に
使用するという構想によって低い電界においてベース電
流の逆転を発生させる状態にし１低消費電力で動作可能
にしている。

インパクトイオン化を惹起させるためには、コレクタ領
域内にある程度の電流密度が必要である。実験によると
、これを実現する為には少なくとも２以上のｈＦｔが必
要である。したがって　バイポーラトランジスタのベー
ス濃度は可能な限り低く抑えるのが好ましい。この低い
ベース電圧におけるベース電流の反転はコレクタとエミ
ッタとを単純に反転させるだけでは発生せず、ベースの
不純物濃度を必ず低くしなければならない。本発明の実
施例では、ベースの不純物濃度は上記したように、約３
．９　ｘ　Ｉ　Ｑｌｓｃｍ−’程度である。

また、第５図から明らかなように＋ｈＦｔがＶｃｅに大
きく依存しており、コレクタ・エミッタ電圧Ｖｃｅが３
ｖ以上では急激に増大している。これはベース電流がイ
オン化のために減少することが原因である。−旦、負側
でピークをとったベース電流が再び正側に転じるのは、
ベースから注入されるキャリアによって内部で発生した
正孔乙こ起因する反転電流が打ち消されるからである。

通常、ベース電流ＩＢはよく知られた下記の式％式％ ただし。

ＩＩは定数。

ｑはキャリヤの持つ電荷の量 ＶＢはベース電圧。

ｋはボルツマン定数。

Ｔは絶対温度である。

またインパクトイオン化によって発生する電流ｌ１ｏｎ
は次の式で与えられる。

ｌ１ｏｎ　　＝　　（Ｍ−１）＊　　ＩＣ・・１２）た
だし１Ｍは解離係数。

ＩＣはコレクタ電流である。

解離係数Ｍはさらに 下記式で表される。

Ｍ＝１／［１ （ＶＢＣ／Ｂ　ＶＣＢＯ）” ・（３） ただし、ｎは定数。

ＢＶＣＢＯはコレクタ・ベース 間破壊電圧である。

この場合、逆方向ベース電流の発生する条件は次式によ
る。

＜１ｉｏｎ ・（４） 第４式から、内部で発生する正孔電流がベースに注入さ
れる外部電流を上まわることが必要である。

上述した従来技術においては、この初期のベース反転現
象が発生していない。本発明の実施例では、コレクタと
エミッタとの逆接続によってＢＶＣＢＯを低下させ、ベ
ース濃度を小さくしてｈＦＥＯ値をある程度以上にして
、低いベース電圧でもある程度の数のキャリアを生成さ
せ、インパクトイオン化を起こしやすいようにしている
。

ｎｌ：ＶＢ＝０．　４９０〜０．　６３５Ｖベース電流
は正方向に流れているが、ピークム二達して再び減少す
る。

この領域では外部のベース電源から流れ込むキャリアの
量が内部で発生する正孔よりも多い。したがって、ベー
ス電流ＩＢは第１式で表される項が支配的になる。

ＩＶ：ＶＢ＝０　　６４〜０．８１０Ｖベース電流ＩＢ
が再び負側に転じている。この領域ではコレクタ電流Ｉ
Ｃが大きく、インパクトイオン化も激しく起こり、流れ
出してくる正孔電流のピーク値は試作例では約４００μ
Ａ程度になる。

この大きなコレクタ電流ＩＣのためインパクトイオン化
も激しく起こるが、正孔電流の発生はある程度で飽和に
達し、その後再び、外部ベース電源から供給されるキャ
リアの数が内部で発生する正孔電流を上回るようになり
、ベース電流ＩＢは再び正方向に転する。

前述した従来技術はコレクタ電流ＩＣがほぼ５００μＡ
であり１本発明の実施例における領域■に対応している
。

”　　　Ｖ：ＶＢ＞０　　８１Ｖ ベース電流ＩＢは正側であり、コレクタにも大きな電流
が流れている。この領域ではベースに対しては完全に高
水準注入にあたり、内部で発生する正孔電流は打ち消さ
れ、コレクタに非常に大きな電流が流れる。

第９図に示した従来技術のバイポーラトランジスタはベ
ース電流のゼロクロスは２回であったが、本発明の実施
例のこのバイポーラトランジスタでは、第４図に示すよ
うに、ベース電流のゼロクロスが４回発生している。特
に９本発明の実施例のバイポーラトランジスタにおいて
は、０．５Ｖ以下の低いベース電圧の第２８Ｍ域でベー
ス電流の反転が発生し、その時のコレクタ電流ＩＣは０
゜１μＡ程度と非常に小さい。

したがって、このバイポーラトランジスタの低いベース
電圧における領域ＩおよびＨの双安定状態を記憶機能と
して活用することにより５従来例と同様に記憶素子とし
ての１個のバイポーラトランジスタと１個の選択用トラ
ンジスタとしてのＭＯＳトランジスタとで１つのＳＲＡ
Ｍセルを構成することができるが、コレクタ電流が従来
例に比べて非常に小さく（従来比、１１５０００）、Ｓ
ＲＡＭとして高集積化しても全体として大きな消費電力
とはならず、高集積ＳＲＡＭが実現できるまた２本発明
の実施例のバイポーラトランジスタは、ベース電圧ＶＢ
の大きさに応してベース電流が多数回逆転しているから
、ベース電圧ＶＢを変化させることによりそのベース電
圧ＶＢに応じた安定状態を用いて、３値以上の多値論理
素子として使用することもできる。多値論理素子として
は、多値ラッチ回路（メモリ、フリップフロップなど）
１分周回路などがある。

本発明の実施例に基づ（ｎｐｎ形ＭＺＢバイポーラトラ
ンジスタとＮＭＯＳ）ランシスタおよびＰＭＯＳ）ラン
シスタとは同一基板上にＢ１−ＭＯＳプロセスによって
同時的に形成されている。

したがって１本発明のＭＺＢバイポーラトランジスタを
ＳＲＡＭまたは多値論理素子として利用する場合、その
バイポーラトランジスタと協働する周辺回路としてのＮ
ＭＯＳ　トランジスタおよび８ＭＯ３）ランシスタ、ま
たは、ＣＭＯ３）ランシスタ回路を同一基板上に構成で
きる。

上記本発明の実施例のｎｐｎ形ＭＺＢバイポーラトラン
ジスタを形成するための好適な不純物とその好適な不純
物拡散濃度（ｃ　ｍ−’）はそれぞれ次のとおりである
。

ベース：不純物：Ｂ 濃度：　（好適範囲）１０１４〜１０１８（特に好適範
囲）１０１９〜 ２×１０１８ コレクタ：不純物：Ａｓまたはｓｂ 濃度＝　（好適範囲）ＩＱＩＩｌ〜１０２２（特に好適
範囲）１０１９〜 ５ｘｌＯ” エミッタ：不純物：Ｐ 濃度：　（好適範囲）２×１０１８　〜６ｘｌＯ”（特
に好適範囲）１０１４〜 ５ｘｌＯ” また１本発明のバイポーラトランジスタはその動作点を
適切に調整することによって負性抵抗を容易に実現でき
る。負性抵抗として用いる部分は第７図に示すように、
ベース電流ＩＢ　　（横軸）が正方向から負方向の反転
する部分である。すなわち、コレクタ電圧を適切に調整
することによってベース電流がゼロを横切らないうちに
ベース電圧が上昇することにともなって再び反転する。

第８図に本発明の第２実施例として、第２図に示した縦
型ｎｐｎバイポーラトランジスタの変形形態の部分断面
図を示し、第９図にその動作概念図を示す。第８図にお
いて、第２図に示した符号と同じ第８図の符号は第２図
の部分（領域）と同じ内容を示す。

第８図の縦型ｎｐｎバイポーラトランジスタは高濃度領
域であるコレクタ領域３１の近傍にゲート電極３３を設
け、コレクタ領域３１とベース領域３２との間の空乏層
の幅をゲート電極３７に印加する電圧によって制御する
ように構成されている。

第９図に図解したように、コーナーエフェクトによりＮ
゛高濃度領域であるベース領域３２とゲート電極３３と
の近傍３５において、空乏層の幅が狭くなっている。こ
の空乏層の幅は、ゲート電極３３に印加する電ａ！１ｉ
３７の電圧を制御する事によって変化させることが可能
であり、空乏層内部の電界を高めることにより、−層、
インパクトイオン化現象を発生させ易くすることが可能
である。電源３７のゲート電極３３への電圧印加はＯｖ
、または正の電圧でも良いが１例示のように、高濃度領
域３１．３２をＮｏとした場合、ゲート電極３３に負の
電圧を印加するとインパクトイオン化現象は発生し易い
。

第８図の構成によれば２通常のＭＺＢ　）ランシスタに
比しベース領域３２の不純物濃度を高くすることができ
、ＢＶＣＢＯを高くすることができる一方、ベース領域
３２の不純物濃度を高くしない場合、より低いコレクタ
電圧でベース電流の反転が起こる。すなわち、第４図に
示した極性反転がより低い電圧で発生し、コレクタ電流
ＩＣが低下する。その結果、−層、消費電力が低下する
という利点がある。

以上の実施例は、縦型ｎｐｎパイポーラトランシスタに
ついて例示したが１本発明によれば横型（ラテラル）ｎ
ｐｎバイポーラトランジスタも形成することもできる。

第１０図にその概略断面図を示す。

第１０図はＮチャネルＭＯ３）ランシスタを基本とした
構成例を示しており、Ｐ形基板に図示の拡散層４１．Ｐ
形ベース領域４２，４５．Ｎ形エミンタ領域（ソース）
４３．Ｎ形コレクタ領域（ドレイン）、ＳｉＯ□縦縁層
４８を介して領域４３．４４の上部にゲート層４６が形
成されている。符号４７−１．４７−２．４９は絶縁層
を示す好適な不純物とその好適な不純物拡散濃度（Ｃｍ
−３）はそれぞれ次のとおりである。

エミッタ（ソース）：不純物：Ａｓ 濃度：（好適範囲）　Ｉ　Ｏ”　〜５　ｘ　１０１９（
特に好適範囲）７ｘｌＯ１９〜 ８ｘｌＯ” コレクタ（ドレイン）：不純物：Ａｓ 濃度：　（好適範囲）　１０１９〜５　ｘ　１０１９（
特に好適範囲）７ｘｌＯ１９〜 ８ｘｌＯ” ベース（ゲート）：不純物二Ｂ 濃度：　（好適範囲）Ｉ□′４〜１０１９（特に好適範
囲）１０１ｓ〜 Ｘ１０ 第１Ｏ図のラテラルｎｐｎ型トランジスタにおいても、
第８図および第９図を参照して述べたように、コレクタ
領域（トレイン）４４の近傍におけるインパクトイオン
化現象を活発にするため。

ベース領域（ゲート）４６に電源５２から負のゲート電
圧Ｖｇを印加している。

また、縦型又は横型ｎｐｎ形バイポーラトランジスタに
限らず２本発明によればｐｎｐ形の縦型または横型のＭ
ＺＢバイポーラトランジスタを形成することができる。

第１０図に示したラテラルｎｐｎ形トランジスタ構成を
ラテラルｐｎｐ形トランジスタとした場合の拡散不純物
濃度（ｃ　ｎｒ３）を下記に記す。

コレクタ不純物濃度 好適範囲、ＩＱＩｓ〜２×１０１８ さらに好適範囲：１Ｑ１９〜１０２０ ヘ一ス不純物濃度 好適範囲：５ｘｌｏ”〜１０１９ さらに好適範囲：　１０１９〜９　ｘ　１０１９エミッ
タ不純物濃度 好適範囲：１０ＩＳ〜８Ｘ１０Ｉｆｆ さらに好適範囲二８ｘ１０１Ｓ〜１０Ｉｆｆさらに、こ
のようなｐｎｐ形バイポーラトランジスタの形成ととも
に、関連する周辺回路としてＭＯ３回路を同一基板に形
成することができる。

〔発明の効果］ 以上に述べたように２本発明のバイポーラトランジスタ
は、コレクタ側の不純物濃度をエミッタ側の不純物濃度
より高くしエミッタとコレクタを逆に形成して階段状Ｐ
Ｎ接合が得られるように形成し、ベースの濃度も極力低
くしたため、ベース電圧に応してインパクトイオン化に
よるベース電流の反転、すなわち、ベース電流のゼロク
ロスが多数回発生し、しかも、低いベース電圧でベース
電流の反転が生ずる。その結果２本発明のバイポーラト
ランジスタを論理素子として使用するとき低消費電力で
動作させることができ、また多数回ゼロクロスが発生す
るので多値論理素子として使用することもできる。

さらに２本発明のバイポーラトランジスタを形成するに
際しては同一基板上にＮＭＯＳトランジスタ、ＰＭＯＳ
）ランシスタなどのＭＯ３回路と同し工程で形成できる
から２本発明のバイポーラトランジスタとその周辺回路
としてのＭＯ３回路を同し基板に同じプロセスで形成で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の半導体装置の第１実施
例として縦型ｎｐｎ形パイポーラトンジスシス製造過程
を示す図。 第２図および第３図は第１図の製造過程によって形成さ
れた半導体装置の部分断面図と上部平面図。 第４図および第５図は本発明の実施例のバイポーラトラ
ンジスタのベース電流反転現象を示すＧｕｍｍｅｌプロ
ット図およびその電流増幅度特性図 第６図は本発明のバイポーラトランジスタにおいて発生
するインパクトイオン化現象を説明するエネルギーバン
ド図。 第７図は本発明のバイポーラトランジスタの応用例とし
て負性抵抗として利用する場合の特性図第８図は本発明
の第２実施例として、第２図に示す第１実施例の変形形
態の縦型ｎｐｎ形トランジスタの部分断面図。 第９図は第８図の半導体装置の動作を示す図。 第１０図は本発明の他の実施例として、横型ｎｐｎ形バ
イポーラトランジスタの断面図第１１図は従来のバイポ
ーラトランジスタのＧｕｍｍｅｌプロット図である。 （符号の説明） ｌ・・・半導体基板。 １　・ １０　・ １２　・ １４　・ ・エミッタ領域（埋込層） ・エミッタ接続拡散層。 ・ベース領域 ・コレクタ領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コレクタ領域をエミッタ領域の不純物濃度より高い
   不純物濃度で形成し、ベース領域を所定値以下の不純物
   濃度で形成したことを特徴とするバイポーラトランジス
   タ。 ２、前記コレクタ領域を前記ベース領域の近傍に形成し
   た、請求項１記載のバイポーラトランジスタ。 ３、前記エミッタ領域は濃度１０＾１＾４〜５×１０＾
   １＾６ｃｍ＾−＾３の不純物で形成され、前記コレクタ
   領域は濃度１０＾１＾９〜５×１０＾２＾１ｃｍ＾−＾
   ３の不純物で形成され、前記ベース領域は濃度１０＾１
   ＾５〜２×１０＾１＾８ｃｍ＾−＾３程度の不純物で形
   成された請求項１または２記載のバイポーラトランジス
   タ。 ４、前記コレクタ領域の不純物が砒素またはアンチモン
   である、請求項３記載のバイポーラトランジスタ。 ５、１導電性の半導体基板に所定の不純物濃度の２導電
   性の拡散層を形成する段階、 該２導電性拡散層に所定の不純物濃度でエミッタ領域、
   該エミッタ領域の不純物濃度より高い不純物濃度でコレ
   クタ領域、所定値以下の不純物濃度のベース領域を形成
   する段階 を具備することを特徴とするバイポーラトランジスタ製
   造方法。 ６、前記コレクタ領域を前記ベース領域の近傍に形成す
   る請求項５記載のバイポーラトランジスタ製造方法。