JPH0494545A

JPH0494545A - バイポーラトランジスタ

Info

Publication number: JPH0494545A
Application number: JP2213407A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Irino; 清入野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-03-26

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】〔目次〕・概要・産業上の利用分野・従来の技術（第５図）・発明が解決しようとする課題・課題を解決するための手段・作用・実施例（第１図〜第４図）・発明の効果〔概要］半導体装置に関し、更に詳しく言えば、浅い低濃度領域
層とイオン注入により形成される深い高濃度領域層とか
らなるコレクタ領域層と、コレクタの低濃度領域層内の
ヘース領域層と、ベース領域層内のエミッタ領域層とを
有する継型バイポーラトランジスタに関し、コレクタ抵抗を増大させることなく、ベース／コレクタ
間のｐｎ接合でのリーク電流を低減し、かつそのバラツ
キを抑制することができる縦型バイポーラトランジスタ
を提供することを目的とし、一導電型の半導体基板に、
浅い低濃度領域層と深い高濃度領域層とからなる反対導
電型領域層と、該低濃度領域層内の一導電型領域層とを
具備し、前記高濃度領域層は、イオン注入により導電型
不純物が導入されることにより形成され、かつ該導電型
不純物のドーズ量がｌ　ＸＩＯ”ｃｍ−２以上であるこ
とを含み構成する。

（産業上の利用分野〕本発明は、半導体装置に関し、更に詳しく言えば、浅い
低濃度領域層とイオン注入により形成される深い高濃度
領域層とからなるコレクタ領域層と、コレクタの低濃度
領域層内のベース領域層と、ヘース顛域層内のエミッタ
領域層とを存する縦型バイポーラトランジスタに関する
。

（従来の技術］従来、コレクタ抵抗の低減のために、半導体基板の深い
ところにコレクタの高濃度領域層が設けられている。

この高濃度領域層を有する縦型バイポーラトランジスタ
の作成方法は、基板に選択的に高濃度領域層を形成した
後、二の基板上にエピタキシャル成長によりエピタキシ
ャル層を形成し、その後、高濃度領域層上に選択的にコ
レクタの低濃度領域層を形成し、更に低濃度領域層内に
ベース領域層、ベース領域層内にエミッタ領域層を順次
形成していた。

しかし、この方法の場合、高濃度領域層を形成するため
の導電型不純物の拡散工程やエピタキシャル成長工程が
必要であり、工程が多くなる。

従って、高エネルギーイオン注入装置の開発により、基
板に直接深いイオン注入を行うことが可能となるに伴い
、深い高濃度領域層を基板内部に直接形成するようにな
ってきている。

第５図（ａ）〜（ｅ）は、従来例の縦型バイポーラトラ
ンジスタの作成方法を説明する断面図である。

まず、同図（ａ）、　　（ｂ）に示すように、高エネル
ギーイオン注入により高濃度のボロンを選択的にｎ型の
Ｓｉ基板１に深く導入し、高濃度イオン注入層４ａを形
成する。このとき、コレクタ抵抗の低減のためにはボロ
ンを高濃度に導入する必要があるが、結晶欠陥の発生を
避けるため、ドーズ量をｌ　ＸＩＯ”ｃｍ−２以下に抑
えている。なお、ドーズ量の下限はコレクタ抵抗の低減
のため６Ｘ１０１３ｃ１１１−２としている。

次いで、低エネルギーイオン注入により低濃度のボロン
を選択的に高濃度イオン注入Ｎ４ａよりも浅く導入し、
高濃度イオン注入層４ａとＳｉ基板１表面との間に低濃
度イオン注入層５ａを形成する。続いて、同図（Ｃ）に
示すように、アニールすると、高濃度領域層４及び低濃
度領域Ｎ５からなるコレクタ領域層６が形成される。

次に、同図（ｄ）に示すように、低濃度領域層５内に選
択的にｎ型のベース領域層８を形成した後、ベース領域
層８内に選択的にＰ型のエミッタ領域層９を形成し、そ
の後コレクタ電極１０．ベース電極１１及びエミッタ電
極１２を形成すると縦型バイポーラトランジスタが完成
する（同図（ｅ））。

（発明が解決しようとする課題）しかし、作成されたバイポーラトランジスタのコレクタ
・ベース間のｐｎ接合２７↓こ逆方向の動作電圧を印加
した場合、ｐｎ接合２７の逆方向電流の絶対値が十分に
低くならず、かつバラツキも大きい。第４図（ａ）に示
す本願発明者の行った逆方向電流（ＪＲ）の温度依存性
の調査により、ＪＲＣｃｅｘｐ　　（Ｅｇ／ｎｋＴ）Ｅｇ：エネルギーハンドギヤノブ（Ｓｉの場合約１，１
ｅＶ）ｋ：ポルツマン定数Ｔ：絶対温度ｎ：定数（拡散電流が主体の場合＝１．再結合電流が主
体の場合＝２）この逆方向電流の主体は再結合電流であることが確かめ
られた。これは、高エネルギー・高ドーズ量のイオン注
入により導入された結晶欠陥が、逆方向の動作電圧に対
応してｐｎ接合２７から広がった空乏層中ムこ含まれる
ためと考えられる。

このため、バイポーラトランジスタの電流増幅率（ｈＦ
Ｅ）を十分に高くできず、かつバラツキを十分に小さ（
できないという問題がある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、コレクタ抵抗を増大させることなく、ベース／コレク
タ間のｐｎ接合での逆方向電流（リーク電流）を低減し
、かつそのバラツキを抑制することができる縦型バイポ
ーラトランジスタ及びその製造方法を提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、第１に、一導電型の半導体基板に、浅い低
濃度領域層と深い高濃度領域層とからなる反対導電型領
域層と、該低濃度領域層内の一導電型領域層とを具備し
、前記高濃度領域層は、イオン注入により導電型不純物
が導入されることにより形成され、かつ該導電型不純物
のドーズ量が１ＸＩＯ”ｃｍ−２以上であることを特徴
とする半導体装置によって解決され、第１の発明に記載の反対導電型領域層がコレクタ領域層
、かつ一導電型領域層がベース領域層であり、該ヘース
領域層内にエミッタ領域層を有することを特徴とする半
導体装置によって解決される。

（作用〕第２図、第３図（ａ）、（ｂ）及び第４図（ａ）（ｂ）
は、本願発明者の行った実験結果を示す。

実験に用いた試料は、第２図に示すように、ｎ型のＳｉ
基板（半導体基板）に、浅い低濃度領域層１８とイオン
注入により形成された深い高濃度領域層１７とからなる
Ｐ型の反対導電型領域層１９と、該低濃度領域層１８内
のｎ型の一導電型領域層２１とを有するものを用いた。

実験は、この試料について高濃度領域層１７の形成条件
を種々変えて作成した。即ち、イオン注入のドーズ量の
異なるものを４種類（第３図（ａ）Ｌアニール温度の異
なるものを３種頻（第３図（ｂ））の計７種類の試料に
ついて、ｐｎ接合２６の逆方向’ｉ！／Ｉｔ（ＪＲ）の
温度依存性（第４図（ａ）、　　（ｂ））を調査するこ
とにより行った。

第３図（ａ）の試料の作成条件は、ドーズ量−３ＸＩＯ”ｃｍ−”、　　６　Ｘ１０口ｃｍ
ｗ−”Ｉ　Ｘｌ０１４ｃｍ−２３ＸＩＯ”ｃｍ−”アニ
ール条件・・・温度１０００’Ｃ，時間３０分逆方向印
加電圧・・・５■ である。

第４図（ａ）に示すように、ドーズ量が３×ＩＯ””−
２＋　　３×ｌＯ”ｃｍ−”の場合は、逆方向電流（Ｊ
Ｒ）が、ＪＲｃｃｅｘｐ　（−Ｅｇ／ｎｋＴ）Ｅｇ：エネルギーバンドギャップ（Ｓｉの場合約１．１
ｅＶ）ｋ：ポルツマン定数Ｔ：絶対温度ｎ：定数（拡散電流が主体の場合＝１．再結合電流が主
体の場合＝２）に従うとき、ｎ＝１にほぼのっており、ＪＲ（リーク電
流）は拡散電流が主体となっていることを示している。

一方、ドーズ量６　ＸＩＯ”ｃｍ−２，ｌ　Ｘ１０口ｃ
ｍ−２の場合は、ｎ　＝　１　／　２にほぼのっており
、ＪＲは再結合電流が主体となっていることを示してい
る。拡散電流が主体のものはＪＲの絶対値が小さい。ま
た、別のＪＲの分布調査により拡散電流が主体のものは
バラツキも小さくなっている。

上記の実験結果より、次のようなことが推定される。

即ち、ドーズ量が最も小さい試料はもともと結晶欠陥が
少ないので、ＪＲは拡散電流が主体で、かつ絶対値も小
さい。逆に、ドーズ量が最も大きい試料は、結晶欠陥が
最も多いと考えられるが、結晶欠陥が高濃度領域層１７
のほぼ中央部の最大濃度面（平均飛程）２７よりも深い
ところに存在し、かつｐｎ接合２６からの空乏層が最大
濃度面２７を越えて結晶欠陥の存在する部分まで広がり
きらない。このため、空乏層には結晶欠陥が含まれない
ので、ＪＲは拡散電流が主体で、かつ絶対値も小さいと
考えられる。しかし、ドーズ量が中間のものは、ドーズ
量が十分に大きくないことで空乏層の広がりが大きい。

また、結晶欠陥の発生を抑制するにはドーズ量が十分に
小さくない。このため、印加電圧に対応して広がる空乏
層中に結晶欠陥が含まれ、再結合電流が主体になってい
るものと考えられる。

第２［ａ　（ｂ）の試料の作成条件は、ドーズ量・・・
Ｉ　Ｘ１０１４ｃｍ−”アニール条件・・・温度１００
０°ｃ、　１０５０°Ｃ，１１００°Ｃ時間３０分逆方向印加電圧・・・５■ である。

同図（ｂ）に示すように、アニール温度１０００°Ｃ１
１０５０°Ｃ，１１００°Ｃと温度が高くなるに従い、
順次拡散電流が増加している。これは、アニール温度が
高くなるに従い、拡散が進行して高濃度領域層１７がＳ
ｉ基板１３表面の方に広がり、このため、空乏層の広が
りが抑制され、空乏層中に結晶欠陥が含まれなくなって
くるためと考えられる。特に、アニール温度が１１００
°Ｃの場合、高濃度領域層１７の最大濃度面２７を越え
て空乏層が結晶欠陥の存在する部分まで広がりきらず、
ＪＲ電流は拡散電流が圧体になっている。

以上の実験結果より、ドーズ量Ｉ　ＸＩＯ”ｃｍ−２以
上であれば、コレクタ抵抗を増大させることなく、アニ
ール温度の調整により、リーク電流を低減させることが
可能である。

（実施例〕以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

第１図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例の縦型バイポ
ーラトランジスタの作成方法について説明する断面図で
ある。

まず、同図（ａ）に示すように、抵抗率１Ωｃｍのｎ型
のＳｉ基板（半導体基板）１３に選択的に浅い溝１４を
形成する。これは後に形成するコレクタ領域層を形成す
るための位置合わせの目印となる。

次に、同１１Ｆ（ｂ）に示すように、イオン注入の際の
イオン衝撃の緩和のため、Ｓｉ基板１３上巳こＳｉＯ□
膜１５膜形５した後、レジスト膜１６を形成する。続い
て、溝１４を目印としてレジスト膜１６をパターニング
してコレクタ領域層を形成すべき頭載に開口部Ｌ６ａを
形成する。

次いで、Ｓｉ基板１３に加速エネルギーＩＭｅＶドーズ
量３　ＸＩＯ”ｃ　ｍ−”でボロンをイオン注入する。

これにより、平均飛程（Ｒｐ）が約２μｍの、ガウス分
布を存するＰ型の高濃度イオン注入７ｉ５１７ａが形成
される。

次に、加速エネルギー６０　ｋ　ｅ　Ｖ、　　ドーズ量
ｌＸｌ０１２ｃｍ−２でボロンをイオン注入し、平均飛
程（Ｒｐ）が約０．３　μｍの低濃度イオン注入層１８
ａを形成する。

次いで、同図（Ｃ）に示すように、温度１０００°Ｃで
時間３０分間加熱処理を行う。これにより、高濃度領域
層１７が形成されるとともに、高濃度領域層１７とＳｉ
基板１３表面との間に高濃度領域層１７に接して厚さ約
０．６　μｍのＰ型の低濃度領域層１８が形成される。

これらの２層がコレクタ領域層１９となる。

次いで、同図（ｄ）に示すように、薄い５ｉ０２膜１５
を除去した後、新たに絶縁のための膜厚約３０００人の
厚い５１０２膜２０を形成する。続いて、低濃度領域層
１８内に選択的にリンを加速エネルギ１６０ｋｅＶ、　
　ドーズ量Ｉ　ＸＩＯ”ｃｍ−２でイオン注入して深さ
約０．３　μｍのｎ型のベース領域層（一導電型領域層
）２１を形成する。

次に、同図（ｅ）に示すように、ベース領域層２１内に
選択的にボロンをイオン注入して深さ約０．２μｍのｎ
型のエミッタ領域層２２を形成する。

次いで、Ｓ：Ｏ２膜２０にコレクタコンタクトホール５
ヘースコンタクトホール及びエミッタコンタクトホール
を形成した後、それぞれのコンタクトホールを介してコ
レクタＨ域１９．　　ベース領域１２１及びエミンタ頭
載層２２と接続してコレクタ電極２３、ベース電極２４
及びエミッタ電極２５を形成すると縦型バイポーラトラ
ンジスタが完成する。

以上のようにして作成された縦型バイポーラトランジス
タにおいては、高濃度領域層１７を形成するため、通常
よりも大きいドーズ量３Ｘ１０”ｃｍ−”でイオン注入
し、その後１０００°Ｃで加熱処理している。

従って、Ｓｉ基＋ｆｆ１ａ内には多数の結晶欠陥が生じ
ているにもかかわらず、コレクタベース間のｐｎ接合２
６に逆方向電圧を印加する場合、ｐｎ接合２６からの空
乏層が結晶欠陥の存在する部分まで広がりきらない。

このため、空乏層中には結晶欠陥が含まれないので、第
４図（ａ）に示すように、ｐｎ接合２６の逆方向電流（
ＪＲ）は、拡散電流が主体となり、従来の場合と比較し
て絶対値を小さくすることができる。実験によれば、従
来と比較して約２桁も小さくすることができた。また、
拡散電流が主体なので、バラツキも小さくすることがで
きる。

従って、ｈＦＥの絶対値が大きく、かつバラツキの小さ
い縦型バイポーラトランジスタのが得られる。

なお、第４５　（ｂ）に示すように、ドーズ量がｌ　Ｘ
１０１４ｃｍ−”以上であれば、アニール条件を適当に
選ぶことによりＪＲを小さくすることができる。

また、高濃度領域層１７を形成するためのイオン注入の
ドーズ量及びアニール温度の条件は、コレクタ・ベース
接合２６のブレークダウン電圧が動作電圧以上になるよ
うに調整される必要がある。

［発明の効果〕以上のように、本発明の半導体装置によれば、高濃度領
域層を形成するため、通常よりも大きいドーズ量Ｉ　Ｘ
ＩＯｌｃｍ−”以上でイオン注入しているので、半導体
基板内には多数の結晶欠陥が生じているにもかかわらず
、反対導電型領域層と一導電型領域層との間のｐｎ接合
に逆方向電圧を印加する場合、ｐｎ接合からの空乏層が
結晶欠陥の存在する部分まで広がりきらない。

このため、空乏層中には結晶欠陥が含まれないので、ｐ
ｎ接合の逆方向電流（ＪＲ）は、拡散電流が主体となり
、従来の場合と比較して絶対値が小さくなる。また、拡
散電流が主体なので、バラツキも小さい。

従って、この高濃度領域層を埋め込みコレクタ領域層シ
こ適用することによりコレクタ・ベース接合のリークＴ
ｌ？ａの絶対値が小さく、かつｈＦＥのバラツキの小さ
い縦型バイポーラトランジスタのが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の縦型バイポーラトランジス
タの製造方法について説明する断面図、第２図は、本発
明の半導体装置について説明する原理図、第３図は、本発明の作用・効果を説明する実験に用いた
試料の導電型不純物の濃度分布を示す図、第４図は、本
発明の作用・効果を説明する実験に用いた試料の逆方向
電流の温度依存性を示す図、第５図は、従来例の縦型バ
イポーラトランジスタの製造方法について説明する断面
図である。〔符号の説明〕１・・・Ｓｉ基板、２．７，１５．２０・・・Ｓｉ０ｇ膜、３．１６・・・
レジスト膜、４．１７・・・高濃度領域層、４ａ、１７ａ・・・高濃度イオン注入層、５．１８・・
・低濃度領域層、５ａ、１８ａ・・・低濃度イオン注入層、６・・・コレ
クタ領域層、８・・・ベース領域層、９．２２・・・エミッタ領域層、１０．２３・・・コレクタ電極、１１．２４・・・ベース電極、１２．２５・・・エミッタ電極、１３・・・Ｓｉ基板（半導体基板）、１４・・・溝、１６・・・第１のポリシリコン膜（第１の導電膜）、１
９・・・コレクタ領域層（反対導電型領域層）、２１・
・・ベース領域層（一導電型領域層）、２６・・・コレ
クタ・ベース接合（ｐｎ接合）、２７・・・最大濃度面
（平均飛程：　Ｒｐ）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一導電型の半導体基板に、浅い低濃度領域層と深
い高濃度領域層とからなる反対導電型領域層と、該低濃
度領域層内の一導電型領域層とを具備し、前記高濃度領
域層は、イオン注入により導電型不純物が導入されるこ
とにより形成され、かつ該導電型不純物のドーズ量が１
×１０＾１＾４ｃｍ＾−＾２以上であることを特徴とす
る半導体装置。
（２）請求項１記載の反対導電型領域層がコレクタ領域
層、かつ一導電型領域層がベース領域層であり、該ベー
ス領域層内にエミッタ領域層を有することを特徴とする
半導体装置。