JPH04127535A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はバイポーラトランジスタに関し、特にヘテロ接
合バイポーラトランジスタに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to bipolar transistors, and particularly to heterojunction bipolar transistors.
ベース−コレクタを構成している材料の禁制帯幅よりも
広い材料をエミッタとする、ワイドバンドギャップエミ
ッタ型バイポーラトランジスタは増幅率が高く、超高速
および超高周波素子として開発が進められている。Wide bandgap emitter type bipolar transistors, in which the emitter is made of a material wider than the forbidden band width of the material constituting the base-collector, have a high amplification factor, and are being developed as ultra-high speed and ultra-high frequency devices.
従来技術によるヘテロ接合型バイポーラトランジスタに
ついて、第3図を参照して説明する。A conventional heterojunction bipolar transistor will be described with reference to FIG.
N型エピタキシャル層5および高濃度N型砒素埋込層2
からなるコレクタおよびP型エピタキシャル層7からな
るベースはいずれもシリコンを材料としている。N-type epitaxial layer 5 and high concentration N-type arsenic buried layer 2
The collector consisting of the P-type epitaxial layer 7 and the base consisting of the P-type epitaxial layer 7 are both made of silicon.
これに対してエミッタはN型砒化ガリウム層9および高
濃度N型ポリシリコン層10から構成されている。On the other hand, the emitter is composed of an N-type gallium arsenide layer 9 and a heavily doped N-type polysilicon layer 10.
砒化ガリウム層の存在によって、ベースからエミッタへ
の正孔の注入を抑制し、電流増幅率h−を向上させてい
る。The presence of the gallium arsenide layer suppresses the injection of holes from the base to the emitter and improves the current amplification factor h-.
遮断周波数f7を向上させるには、少数キャリアのベー
ス走行時間を短縮するために、冶金学的に不純物がドー
プされているベース幅を薄くしなければならない。To improve the cutoff frequency f7, the metallurgically doped base width must be thinned to shorten the base transit time of minority carriers.
中性ベース(冶金学的なベースのうち、空乏化していな
い領域)層の少数キャリアの走行は、拡散で支配され不
純物濃度分布および禁制帯幅の異なる半導体材料間の合
金組成分布などによる電界が発生する。この電界が少数
キャリアの中性ベース走行に影響を与える。The movement of minority carriers in the neutral base (the non-depleted region of the metallurgical base) layer is controlled by diffusion, and the electric field is affected by the impurity concentration distribution and the alloy composition distribution between semiconductor materials with different forbidden band widths. Occur. This electric field affects the neutral base migration of minority carriers.
また中性ベース層に電界を発生させる要因として応力が
ある。エミッタとしてシリコンより格子定数の大きい砒
化ガリウムGaAs5燐化ガリウムGaPなどを使用す
ると、エミッタ近傍のベース層に引っ張り応力が加わっ
て減速電界が生じる。禁制帯幅が縮小してベース層の少
数キャリアの拡散を減速させてしまうという欠点がある
。Furthermore, stress is a factor that causes an electric field to be generated in the neutral base layer. When gallium arsenide, GaAs, gallium phosphide, GaP, or the like having a larger lattice constant than silicon is used as the emitter, tensile stress is applied to the base layer near the emitter, producing a decelerating electric field. This has the disadvantage that the forbidden band width is reduced and the diffusion of minority carriers in the base layer is slowed down.
本発明のへテロ接合バイポーラトランジスタはコレクタ
近傍のベース層の格子定数をベース近傍のコレクタ層の
格子定数よりも小さくすることにより、コレクタ近傍の
ベース領域に格子不整合によるミスフィツト転位が発生
する臨界値を越えない範囲で、引っ張り応力をかけて禁
制帯幅を縮小し、ベース層の少数キャリアの拡散を加速
する電界を発生させることにより、fアを向上させるも
のである。By making the lattice constant of the base layer near the collector smaller than that of the collector layer near the base, the heterojunction bipolar transistor of the present invention has a critical value at which misfit dislocations occur due to lattice mismatch in the base region near the collector. The f-a is improved by applying tensile stress to reduce the forbidden band width within a range not exceeding , and by generating an electric field that accelerates the diffusion of minority carriers in the base layer.
格子不整合による応力を緩和するために転移が発生する
。Dislocations occur to relieve stress due to lattice mismatch.
この転移を避けるには成長できる膜厚に限界がある。To avoid this transition, there is a limit to the film thickness that can be grown.
その臨界膜厚をW1異種材料の各々の格子定数をasb
とすると(a<bとして)
であられされる。The critical film thickness is W1, and each lattice constant of different materials is asb.
Then, (as a<b), it is expressed as follows.
つぎに本発明の第1の実施例としてヘテロバイポーラト
ランジスタの構造を第1図(C)の断面図を参照して説
明する。Next, the structure of a hetero bipolar transistor as a first embodiment of the present invention will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. 1(C).
比抵抗10〜20Ω・CmのP型シリコン基板1上にサ
ブコレクタとなる高濃度N型埋込層2とチャネルストッ
パとなる高濃度P型イオン注入層3とが形成されている
。A heavily doped N-type buried layer 2 serving as a sub-collector and a heavily doped P-type ion-implanted layer 3 serving as a channel stopper are formed on a P-type silicon substrate 1 having a specific resistance of 10 to 20 Ω·Cm.
濃度がlXl0”cm−3、厚さ約0.8μmのN型エ
ピタキシャル層5が形成され、LOGO8選択酸化法に
よるフィールド酸化膜4が形成されている。このN型エ
ピタキシャル層5とその上に形成された濃度が2X10
”cm−’、厚さ500人のN型砒化ガリウム層6とが
コレクタを構成している。An N-type epitaxial layer 5 having a concentration of lXl0"cm-3 and a thickness of about 0.8 μm is formed, and a field oxide film 4 is formed by the LOGO8 selective oxidation method. The concentration is 2X10
An N-type gallium arsenide layer 6 having a thickness of 500 cm and a thickness of 500 cm forms the collector.
さらにベースとなる濃度が2X10”cm−’、厚さ6
00人のP型シリコン層7が形成され、酸化膜8の開口
にエミッタとなる濃度2X10′8cm−3、厚さ10
0人N型の砒化ガリウム層9と濃度的5X10”cm−
3、厚さ2300人のN型ポリシリコ7層10とが形成
され、ベース、エミッタ、コレクタの電極となるアルミ
電極11が形成されている。Furthermore, the base concentration is 2X10"cm-' and the thickness is 6
A P-type silicon layer 7 of 0.000 nm is formed in the opening of the oxide film 8 to serve as an emitter with a concentration of 2×10'8 cm-3 and a thickness of 10.
0N type gallium arsenide layer 9 and concentration 5X10"cm-
3. Seven N-type polysilicone layers 10 having a thickness of 2300 nm are formed, and aluminum electrodes 11 serving as base, emitter, and collector electrodes are formed.
第2図にエミッタ電極から深さ方向への格子定数を示す
。FIG. 2 shows the lattice constant in the depth direction from the emitter electrode.
エミッタ用N型ポリシリコ7層2300人、正孔障壁用
N型GaAs層100人、ベース用P型ポリシリコン層
600人、コレクタ用N型GaAS層500人から構成
されている。It consists of 2,300 N-type polysilicon layers for the emitter, 100 N-type GaAs layers for the hole barrier, 600 P-type polysilicon layers for the base, and 500 N-type GaAS layers for the collector.
つぎに本発明の一実施例であるヘテロバイポーラトラン
ジスタの製造方法について、第1図(a)〜(C)を参
照して説明する。Next, a method for manufacturing a hetero bipolar transistor, which is an embodiment of the present invention, will be explained with reference to FIGS. 1(a) to 1(C).
はじめ・に第1図(a)に示すように、P型シリコン基
板1に砒素埋込層2と硼素埋込層3とを形成し、N型エ
ピタキシャル層5を成長させる。First, as shown in FIG. 1(a), an arsenic buried layer 2 and a boron buried layer 3 are formed on a P-type silicon substrate 1, and an N-type epitaxial layer 5 is grown.
窒化膜(図示せず)をマスクとするLOGO8選択酸化
法によりフィールド酸化膜4を形成してから、分子線エ
ピタキシャル(MBE)装置内で連続してN型エピタキ
シャル層5の開口部に選択的にN型単結晶砒化ガリウム
層8およびP型車結晶シリコン層7を結晶成長させる。A field oxide film 4 is formed by the LOGO8 selective oxidation method using a nitride film (not shown) as a mask, and then selectively applied to the opening of the N-type epitaxial layer 5 in a molecular beam epitaxial (MBE) apparatus. An N-type single crystal gallium arsenide layer 8 and a P-type wheel crystal silicon layer 7 are grown.
ガスソースMBEのように選択成長ができないときは、
全面に堆積させてからフォトレジストをマスクとしてR
IE法などのドライエツチングにより不要のP型シリコ
ン層7およびN型砒化ガリウム層6を除去する。When selective growth is not possible like in gas source MBE,
After depositing on the entire surface, use photoresist as a mask and R
Unnecessary P-type silicon layer 7 and N-type gallium arsenide layer 6 are removed by dry etching such as IE method.
つぎに第1図(b)に示すように、ベースとなるP型シ
リコン層7の上に酸化膜8を堆積し、フォトリソグラフ
ィーによりエミッタ予定領域を開口してから、MBE装
置内で連続してN型単結晶砒化ガリウム層9および高濃
度N型ポリシリコン層10を成長させる。Next, as shown in FIG. 1(b), an oxide film 8 is deposited on the P-type silicon layer 7 that will serve as the base, and after opening the intended emitter region by photolithography, the oxide film 8 is continuously deposited in the MBE apparatus. An N-type single crystal gallium arsenide layer 9 and a high concentration N-type polysilicon layer 10 are grown.
つぎに第1図(C)に示すように、エミッタ領域以外の
高濃度N型ポリシリコン層10およびN型砒化ガリウム
層9をフォトレジストをマスクとしてRIE法などのド
ライエツチングにより除去する。Next, as shown in FIG. 1C, the heavily doped N-type polysilicon layer 10 and the N-type gallium arsenide layer 9 other than the emitter region are removed by dry etching such as RIE using a photoresist as a mask.
つぎにベースおよびコレクタ部を開口したのち、全面に
アルミなどを蒸着してから、フォトリソグラフィー工程
によりアルミ電極11を形成して素子部が完成する。Next, after opening the base and collector parts, aluminum or the like is deposited on the entire surface, and then aluminum electrodes 11 are formed by a photolithography process to complete the element part.
ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ベースを
構成しているシリコンより格子定数の大きい■−■族化
合物半導体結晶をエミッタだけでなく、ベースの下にも
配置している。コレクタ近傍のベース領域に引っ張り応
力を加えて減速電界を緩和することができる。ベースの
禁制帯幅を縮めてベース内部に電界を発生させ、少数キ
ャリアがベースを走行するのに要する時間を短縮する効
果がある。In a heterojunction bipolar transistor, a ■-■ group compound semiconductor crystal, which has a larger lattice constant than the silicon constituting the base, is arranged not only at the emitter but also under the base. Tensile stress can be applied to the base region near the collector to alleviate the retarding electric field. This has the effect of reducing the forbidden band width of the base, generating an electric field inside the base, and shortening the time required for minority carriers to travel through the base.
第1図(a)〜(C)は本発明の一実施例を工程順に示
す断面図、第2図は本発明の一実施例における格子定数
のエミッタ縦断面深さ方向分布、第3図は従来技術によ
るヘテロ接合バイポーラトランジスタの断面図である。
1・・・P型シリコン基板、2・・・N型砒素埋込層、
3・・・P型硼素埋込層、4・・・フィールド酸化膜、
5・・・N型エピタキシャル層、6・・・N型砒化ガリ
ウム層、7・・・P型シリコンベース層、8・・・酸化
膜、9・・・N型砒化ガリウム層、10・・・高濃度N
型ポリシリコン層、11・・・アルミ電極。FIGS. 1(a) to (C) are cross-sectional views showing an embodiment of the present invention in the order of steps, FIG. 2 is a distribution of lattice constants in the depth direction of an emitter longitudinal section in an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional view of a heterojunction bipolar transistor according to the prior art; FIG. 1... P-type silicon substrate, 2... N-type arsenic buried layer,
3... P-type boron buried layer, 4... Field oxide film,
5... N-type epitaxial layer, 6... N-type gallium arsenide layer, 7... P-type silicon base layer, 8... Oxide film, 9... N-type gallium arsenide layer, 10... High concentration N
Type polysilicon layer, 11...aluminum electrode.
Claims (1)
−V族化合物半導体単結晶第1島状領域が形成され、該
第1島状領域上に第2導電型IV族単元素半導体単結晶第
2島状領域が形成され、該第2島状領域上に前記第2島
状領域を構成するIV族半導体よりも禁制帯幅の広い第1
導電型III−V族化合物半導体第3島状領域が形成され
、 前記第1島状領域、前記第2島状領域および前記第3島
状領域を構成する単結晶材料の格子定数を各々a_1、
a_2およびa_3とし、厚さをW_1、W_2および
W_3とするとき、 W_1<a_1^2/|a_1−a_2| W_2<a_2^2/|a_2−a_1| かつW_2<a_2^2/|a_3−a_2|W_3<
a_3^2/|a_3−a_2|であり、 前記第1島状領域がコレクタ、前記第2島状領域がベー
ス、前記第3島状領域がエミッタであるヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを構成することを特徴とする半導体
装置。 2、少なくとも第3島状領域の一部に接して第1導電型
IV族多結晶第4島状領域が形成され、第1島状領域がコ
レクタ、第2島状領域がベース、第3島状領域および第
4島状領域がエミッタである請求項1記載の半導体装置
。[Claims] 1. A first conductivity type III selectively formed on a group IV single-element semiconductor substrate.
- a group V compound semiconductor single crystal first island region is formed; a second conductivity type group IV single element semiconductor single crystal second island region is formed on the first island region; and a second conductivity type group IV single element semiconductor single crystal second island region; A first semiconductor having a wider forbidden band width than the Group IV semiconductor constituting the second island region is formed on the top.
A conductivity type III-V group compound semiconductor third island region is formed, and the lattice constants of the single crystal materials constituting the first island region, the second island region, and the third island region are respectively a_1,
When a_2 and a_3 and the thicknesses are W_1, W_2 and W_3, W_1<a_1^2/|a_1-a_2| W_2<a_2^2/|a_2-a_1| and W_2<a_2^2/|a_3-a_2 |W_3<
a_3^2/|a_3-a_2|, forming a heterojunction bipolar transistor in which the first island region is a collector, the second island region is a base, and the third island region is an emitter. semiconductor device. 2. The first conductivity type is in contact with at least a part of the third island region.
The semiconductor according to claim 1, wherein a fourth group IV polycrystalline island region is formed, the first island region is a collector, the second island region is a base, and the third island region and the fourth island region are emitters. Device.
Priority Applications (1)
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JP24916490A JPH04127535A (en) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | Semiconductor device |
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JP24916490A JPH04127535A (en) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | Semiconductor device |
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JPH04127535A true JPH04127535A (en) | 1992-04-28 |
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JP24916490A Pending JPH04127535A (en) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | Semiconductor device |
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1990
- 1990-09-19 JP JP24916490A patent/JPH04127535A/en active Pending
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