JPH05251462A - Semiconductor device and manufacture of the same - Google Patents

Semiconductor device and manufacture of the same

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JPH05251462A
JPH05251462A JP8305792A JP8305792A JPH05251462A JP H05251462 A JPH05251462 A JP H05251462A JP 8305792 A JP8305792 A JP 8305792A JP 8305792 A JP8305792 A JP 8305792A JP H05251462 A JPH05251462 A JP H05251462A
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JP
Japan
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region
emitter
semiconductor device
conductivity type
tunnel
Prior art date
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Application number
JP8305792A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Morishita
正和 森下
Hidenori Watanabe
秀則 渡辺
Shunsuke Inoue
俊輔 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH05251462A publication Critical patent/JPH05251462A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize optimization of emitter structure by introducing an emitter having the polycrystal/tunnel film/single crystal structure into a bipolar transistor. CONSTITUTION:A collector region 30 is an n-region of about 1X10<14>-1X10<18>cm<-3> formed by the epitaxial technique. A base region is a p-type region having impurity concentration of 10<15>-10<20>cm<-3>. An emitter region 50 is an n<+>-type region of about 10<17>-10<21>cm<-3> in the single crystal Si. A tunnel film 60 is a silicon oxide film which is a part of the emitter having the thickness of 15Angstrom or less. An n<+>-type polycrystalline layer 70 is composed of Si1-xCx, Si or the like having impurity concentration of 10<18>-10<21>cm<-3>. Thereby, a bipolar transistor having excellent high speed characteristic can be manufactured without diffculty.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、特にバイ
ポーラトランジスタの構造およびその製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a bipolar transistor structure and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、従来のバイポーラ・トランジス
タの断面図である。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a sectional view of a conventional bipolar transistor.

【0003】図において、10はリン(P)、ヒ素(A
s)、アンチモン(Sb)等の不純物をドープしてn形
とされた基板、あるいはボロン(B)、アルミニウム
(Al)、ガリウム(Ga)等の不純物をドープしてp
形とされたシリコン基板である。
In the figure, 10 is phosphorus (P), arsenic (A
substrate doped with impurities such as s) and antimony (Sb) to be an n-type, or doped with impurities such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) and p
It is a shaped silicon substrate.

【0004】20は不純物濃度1016〜1020cm-3
埋め込み領域としてのn+ 領域である。
Reference numeral 20 is an n + region as an embedded region having an impurity concentration of 10 16 to 10 20 cm -3 .

【0005】30はエピタキシャル技術等で形成され
た、1×1014〜1×1018cm-3程度のコレクタ領域
としてのn領域である。
Reference numeral 30 denotes an n region as a collector region of about 1 × 10 14 to 1 × 10 18 cm −3 formed by an epitaxial technique or the like.

【0006】40は不純物濃度1015〜1020cm-3
ベース領域としてのp形領域である。
Reference numeral 40 is a p-type region as a base region having an impurity concentration of 10 15 to 10 20 cm -3 .

【0007】45は不純物濃度1017〜1021cm-3
ベース抵抗を下げるためのp+ 領域である。
Reference numeral 45 is a p + region for reducing the base resistance with an impurity concentration of 10 17 to 10 21 cm -3 .

【0008】50は、単結晶Si中のエミッタとなる1
17〜1021cm-3程度のn+ 領域である。
50 is an emitter in single crystal Si 1
It is an n + region of about 0 17 to 10 21 cm −3 .

【0009】80は、コレクタ電極と埋め込み層20と
をつなぐ、コレクタ抵抗を下げるためのn+ 領域であ
る。
Reference numeral 80 is an n + region for connecting the collector electrode and the buried layer 20 to reduce the collector resistance.

【0010】100,110,120は、電極、素子間
等を分離するための絶縁膜である。
Reference numerals 100, 110 and 120 denote insulating films for separating electrodes, elements and the like.

【0011】200は、金属、シリサイド、ポリサイド
等により形成された配線、電極である。
Reference numeral 200 denotes wirings and electrodes made of metal, silicide, polycide, or the like.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、従
来のホモ・バイポーラ・トランジスタは、寸法の縮少を
行なうにおいて、エミッタ・ベース深さも浅く、かつ高
濃度にしていくため、次に示す課題が生じている。 (1)エミッタ・ベース間の耐圧が低くなってしまう。 (2)電流増幅率の低下が著しくなる。
However, in the conventional homo-bipolar transistor, when the size is reduced, the emitter-base depth is made shallow and the concentration is high, and therefore the following problems occur. There is. (1) The breakdown voltage between the emitter and the base becomes low. (2) The current amplification factor is significantly reduced.

【0013】また、バイポーラトランジスタ(以下BP
Tと略す)は、その高速性能を向上させる為に、ベース
領域の幅を薄く、また濃度を高くする必要がある。
Further, a bipolar transistor (hereinafter referred to as BP)
In order to improve its high-speed performance, it is necessary to make the width of the base region thin and increase the concentration.

【0014】しかし、ベース濃度が高くなると電流増幅
率(以下hFEと略す)が低下するため、hFEを実用的な
値に保ち、かつベース濃度を高くする技術が必須であ
る。
However, since the current amplification factor (hereinafter abbreviated as h FE ) decreases as the base concentration increases, it is necessary to maintain a practical value of h FE and increase the base concentration.

【0015】その一例として、異種材料を用いたヘテロ
・バイポーラトランジスタ(HBT)が挙げられる。
As an example thereof, there is a hetero-bipolar transistor (HBT) using different materials.

【0016】HBTのエミッタ材料としては、μC−S
iやa−SiC等が用いられ、ベース材料としてはSi
Geなどが用いられている。
As the emitter material of HBT, μC-S
i or a-SiC is used, and Si is used as the base material.
Ge or the like is used.

【0017】しかしこれらのBPTでは、異種材料を用
いるためプロセスが複雑かつ困難である。また、熱処理
に対して不安定なものが多いという問題がある。
However, these BPTs use different materials, and therefore the process is complicated and difficult. Further, there is a problem that many of them are unstable with respect to heat treatment.

【0018】(発明の目的)本発明の目的は、エミッタ
の構造最適化を行ない、(1)エミッタ・ベース間の耐
圧が高く、(2)電流増幅率の低下を防止し、トランジ
スタの最高性能の出せる半導体装置を比較的容易なプロ
セスで提供することにある。
(Object of the invention) The object of the present invention is to optimize the structure of the emitter, (1) the breakdown voltage between the emitter and the base is high, (2) the current amplification factor is prevented from being lowered, and the maximum performance of the transistor is obtained. The object is to provide a semiconductor device capable of producing by a relatively easy process.

【0019】また、本発明の他の目的は、トンネル電流
が流れる薄膜をエミッタ領域とエミッタ電極の間に有す
るBPTにおいて、前記薄膜の抵抗を低下し、BPTの
高速性能を向上させることを目的とする。
Another object of the present invention is to reduce the resistance of the thin film in a BPT having a thin film through which a tunnel current flows between an emitter region and an emitter electrode and improve the high speed performance of the BPT. To do.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、少なくとも、第1導電形
の第1領域及び第2領域と、該第1領域と該第2領域の
間に位置し、前記第1導電形の反対導電形である第2導
電形の第3領域と、前記第1領域に隣接して形成され、
該第1領域の禁制帯幅より広く、且つ、該第1領域へ多
数キャリアがトンネルする厚みを有した第4領域と、該
第4領域に隣接した、第1導電形の第5領域より成り、
前記第1領域の前記第3領域との界面からの厚さWE
は、少なくとも前記第1領域に注入された少数キャリア
の拡散長LP よりも小さく、且つ、前記第1領域と第4
領域の界面における実効再結合速度Seff が、前記第1
領域中の少数キャリアの拡散係数DP と拡散長LP の比
P /LP と同じか小さいことを特徴とした半導体装置
を提供するものである。
The present invention provides, as a means for solving the above-mentioned problems, at least a first region and a second region of the first conductivity type, and a first region and a second region. A third region of a second conductivity type, which is located between and is opposite to the first conductivity type, and adjacent to the first region,
A fourth region having a width wider than the forbidden band of the first region and having a thickness such that majority carriers tunnel to the first region, and a fifth region of the first conductivity type adjacent to the fourth region. ,
Thickness W E from the interface of the first region with the third region
Is at least smaller than the diffusion length L P of the minority carriers injected into the first region, and the first region and the fourth region
The effective recombination velocity S eff at the interface of the region is
There is provided a semiconductor device wherein the same or smaller than the diffusion coefficient D P of the minority carriers in the region between the ratio D P / L P of the diffusion length L P.

【0021】また、前記第1領域の厚みWE が、前記少
数キャリアの拡散長LP の1/3以下であることを特徴
とし、また、前記第4領域が、シリコン酸化膜であり、
その厚みが15Å以下であることを特徴とし、また、前
記第1領域中に注入された少数キャリアに対する該第5
領域の障壁高さを0.1eV以上にすることを特徴とし
た半導体装置により前記課題を解決しようとするもので
ある。
The thickness W E of the first region is not more than 1/3 of the diffusion length L P of the minority carriers, and the fourth region is a silicon oxide film.
Its thickness is 15 Å or less, and the fifth minority carrier for the minority carriers injected into the first region is characterized by
It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems by a semiconductor device characterized in that the barrier height of the region is 0.1 eV or more.

【0022】また、本発明は、更に第1導電形のコレク
タ領域と、第2導電形のベース領域と第1導電形のエミ
ッタ領域とを備え、該エミッタ領域上に設けられ、トン
ネル電流を流し得る薄膜と、該薄膜に積層された電極を
有することを特徴とする半導体装置において、前記エミ
ッタ領域には、少なくとも2種類の不純物が導入されて
いることを特徴とする半導体装置を、前述した課題を解
決するための手段として有し、前記少なくとも2種類の
不純物が、例えばAs+ とP+ であることを特徴とし、
また、第1導電形のコレクタ領域と、第2導電形のベー
ス領域と第1導電形のエミッタ領域とを備え、該エミッ
タ領域上に設けられ、トンネル電流を流し得る薄膜と、
該薄膜に積層された電極を有することを特徴とする半導
体装置の製造方法において、前記トンネル電流を流し得
る薄膜は、前記エミッタ領域の表面を反応させることに
よって形成し、該エミッタ領域に含まれている不純物に
よって、前記薄膜中に、トンネル電流を流しやすくする
不純物準位を形成することを特徴とする半導体装置の製
造方法を提供するものである。
Further, the present invention further comprises a collector region of the first conductivity type, a base region of the second conductivity type and an emitter region of the first conductivity type, which is provided on the emitter region and allows a tunnel current to flow. A semiconductor device comprising a thin film to be obtained and an electrode laminated on the thin film, wherein at least two kinds of impurities are introduced into the emitter region. And wherein the at least two kinds of impurities are, for example, As + and P + ,
Further, a thin film having a collector region of the first conductivity type, a base region of the second conductivity type, and an emitter region of the first conductivity type, the thin film being provided on the emitter region and allowing a tunnel current to flow.
In the method of manufacturing a semiconductor device having an electrode laminated on the thin film, the thin film capable of passing the tunnel current is formed by reacting a surface of the emitter region, and is included in the emitter region. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that an impurity level for facilitating a tunnel current is formed in the thin film by the impurities contained therein.

【0023】また、前記エミッタ領域の表面を、酸化反
応させることにより、前記トンネル電流を流し得る薄膜
を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device, a thin film capable of passing the tunnel current is formed by oxidizing the surface of the emitter region.

【0024】[0024]

【作用】本発明によれば、多結晶/トンネル膜/単結晶
構造のエミッタをバイポーラ・トランジスタに用いるこ
とにより、最適構造化を行なうことができる。
According to the present invention, optimum structuring can be performed by using an emitter having a polycrystalline / tunnel film / single crystal structure in a bipolar transistor.

【0025】以下に、本発明の手段によるデバイス特性
の高性能化に関する作用について説明する。
The operation of improving the device characteristics by the means of the present invention will be described below.

【0026】図1は、本発明のnpn型バイポーラ・ト
ランジスタの電位図を示す。
FIG. 1 shows a potential diagram of the npn bipolar transistor of the present invention.

【0027】また、前述した本発明の課題を解決するた
めの手段における、第1領域〜第5領域は、バイポーラ
トランジスタに例を取った場合、第1領域はエミッタ、
第2領域はコレクタ、第3領域はベース、第4領域はエ
ミッタ上のトンネル膜、第5領域はトンネル膜上の微結
晶シリコン電極に対応する。
In the means for solving the problems of the present invention described above, the first region to the fifth region are bipolar transistors, and the first region is the emitter.
The second region corresponds to the collector, the third region to the base, the fourth region to the tunnel film on the emitter, and the fifth region to the microcrystalline silicon electrode on the tunnel film.

【0028】図1中、エミッタ領域は、n+ 領域1、ト
ンネル膜4、n+ 領域5により構成され、ベース領域は
p領域3、コレクタ領域はn領域2によって表わされて
いる。
In FIG. 1, the emitter region is composed of an n + region 1, a tunnel film 4 and an n + region 5, the base region is represented by a p region 3 and the collector region is represented by an n region 2.

【0029】6,7は空乏層領域を示している。図1は
npn型バイポーラ・トランジスタを示しているが、p
np型バイポーラ・トランジスタにおいても本発明は、
同様に適用できる。
Reference numerals 6 and 7 denote depletion layer regions. Although FIG. 1 shows an npn-type bipolar transistor,
The present invention also applies to an np type bipolar transistor.
The same applies.

【0030】バイポーラ・トランジスタの電流増幅率h
FEは、ベース電流IB に対するコレクタ電流IC の比で
表わされる。
Current amplification factor h of bipolar transistor
FE is represented by the ratio of the collector current I C to the base current I B.

【0031】コレクタ電流はベースの不純物濃度、分布
によって決まる。
The collector current depends on the impurity concentration and distribution of the base.

【0032】図1に示したような均一不純物分布の場合
は、ベース中の少数キャリアの拡散のみによって表わさ
れる。その場合は、次式で示される。
In the case of the uniform impurity distribution as shown in FIG. 1, it is represented only by the diffusion of minority carriers in the base. In that case, it is shown by the following equation.

【0033】[0033]

【数1】 ただし、JC :コレクタ電流密度(A/cm2 )、q:
電荷(C)、ni :真性半導体キャリア密度(c
-3)、Dn :電子拡散係数(cm2 /sec)、N
B :ベース不純物密度(cm-3)、WB :ベース幅(c
m)、Ln :電子拡散長(cm)、k:ボルツマン係数
(eV/°K)、T:絶対温度(°K)、VBE:ベース
・エミッタ間印加電圧(V)である。
[Equation 1] However, J C : collector current density (A / cm 2 ), q:
Charge (C), ni : Intrinsic semiconductor carrier density (c
m -3 ), D n : electron diffusion coefficient (cm 2 / sec), N
B: base impurity density (cm -3), W B: base width (c
m), L n : electron diffusion length (cm), k: Boltzmann coefficient (eV / ° K), T: absolute temperature (° K), V BE : base-emitter applied voltage (V).

【0034】コレクタ電流は、ベース領域の厚みWB
と、ベース中の多数キャリア濃度NBと濃度NB から決
まるDn ,Ln によって決まってしまうことは(1)式
から明らかである。
The collector current is the thickness W B of the base region.
Then, it is apparent from the equation (1) that it is determined by D n and L n determined by the majority carrier concentration N B and the concentration N B in the base.

【0035】一方、ベース電流は主に、ベースからエミ
ッタに注入された少数キャリアの挙動により決まる。
On the other hand, the base current is mainly determined by the behavior of minority carriers injected from the base to the emitter.

【0036】図1の如き、電位図において、ベースから
エミッタに正孔が拡散する場合、拡散方程式の解は、次
式で表わされる。
In the electrogram as shown in FIG. 1, when holes diffuse from the base to the emitter, the solution of the diffusion equation is represented by the following equation.

【0037】[0037]

【数2】 [Equation 2]

【0038】[0038]

【数3】 B :ベース電流密度(A/cm2 ),WE :エミッタ
深さ(cm)、LP :正孔拡散長(cm)、DP :正孔
拡散係数(cm2 /sec)、NE :エミッタ不純物密
度(cm-3)、ΔEg :エミッタのバンドギャップナロ
イング幅(eV)、ΔEB :エミッタ中での電位差(e
V)、Seff :実効再結合速度(cm/sec)、S
O :トンネル膜/Si界面での再結合速度(cm/se
c)、Ti:トンネル膜のトンネル係数、Lpoly:ワイ
ドギャップ領域中での少数キャリア拡散長(cm)、D
poly:ワイドギャップ領域中での少数キャリア拡散係数
(cm2 /sec)。
[Equation 3] J B : base current density (A / cm 2 ), W E : emitter depth (cm), L P : hole diffusion length (cm), D P : hole diffusion coefficient (cm 2 / sec), N E : Emitter impurity density (cm -3 ), ΔE g : band gap narrowing width (eV) of the emitter, ΔE B : potential difference in the emitter (e
V), S eff : Effective recombination velocity (cm / sec), S
O : Recombination rate at the tunnel film / Si interface (cm / se
c), T i : tunnel coefficient of tunnel film, L poly : minority carrier diffusion length (cm) in wide gap region, D
poly : minority carrier diffusion coefficient (cm 2 / sec) in the wide gap region.

【0039】(2),(3)式から明らかな如く、まず
+ エミッタ領域の条件NB ,WEとSeff の大きさに
よって、どちらが支配的になるか決まる。
As is apparent from the equations (2) and (3), which of the conditions n B , W E and S eff of the n + emitter region determines which one is dominant.

【0040】そのSeff は、複雑な条件によって決まっ
ている。
The S eff is determined by complicated conditions.

【0041】従来のトランジスタでは、トンネル膜、ワ
イドギャップ材料の代りに金属ですぐに終端されてい
て、Seff を無限大にした場合に相当する。
In the conventional transistor, the tunnel film and the wide gap material are immediately terminated with a metal, which corresponds to the case where S eff is made infinite.

【0042】(2)式でSeff を無限大にすると次式に
なる。
When S eff is set to infinity in the equation (2), the following equation is obtained.

【0043】[0043]

【数4】 従来トランジスタに比較するためにその比を取ると、[Equation 4] Taking the ratio to compare with the conventional transistor,

【0044】[0044]

【数5】 となる。Rにより、従来デバイスと容易に比較可能とな
る。
[Equation 5] Becomes R allows easy comparison with conventional devices.

【0045】(2)式からFrom equation (2)

【0046】[0046]

【数6】 として、ベース飽和電流密度JBO(Seff )(A/cm
2 )とSeff の関係を、図3に示す。図3は縦軸J
BO(A/cm2 )、横軸Seff (cm/sec)であ
り、エミッタ不純物密度NE (cm-3)をパラメータと
する。エミッタ深さWE=0.1μm一定としている。
[Equation 6] As the base saturation current density J BO (S eff ) (A / cm
2 ) and S eff are shown in FIG. Fig. 3 shows the vertical axis J
BO (A / cm 2 ), horizontal axis S eff (cm / sec), and emitter impurity density N E (cm −3 ) as a parameter. The emitter depth W E is fixed at 0.1 μm.

【0047】Seff が106 cm/sec以上では、金
属電極と同様となり、(4)式と同じとなる。Seff
低くなると、JBOは少なくなり、NE が低くなる程JBO
の低下を達成できる。NE が1×1020cm-3で1桁
強、1×1019cm-3で2〜3桁のJBOの低下を達成で
きる。コレクタ電流はベース条件によって決まるので、
従来トランジスタと本発明トランジスタは同じ値にな
る。故にベース電流の低下が電流増幅率の改善に直接つ
ながる。
When S eff is 10 6 cm / sec or more, it becomes the same as that of the metal electrode and becomes the same as the expression (4). When S eff decreases, J BO is less, the higher is N E is lower J BO
Can be achieved. When N E is 1 × 10 20 cm −3, it is possible to achieve a reduction of J BO of 1 to 10 digits, and 1 × 10 19 cm −3 to a few digits. Since the collector current depends on the base condition,
The conventional transistor and the transistor of the present invention have the same value. Therefore, the reduction of the base current directly leads to the improvement of the current amplification factor.

【0048】図3からSeff はほぼ数万cm/sec以
下であれば、JBOの改善が1桁以上達することができ
る。定性的に示すと、DP /LP ≒Seff またはDP
P >Seff で有り、充分Seff が小さくなると、JBO
の低下がおこる。但し、WE <<LP は必要条件で有
り、ベースから注入された少数キャリアはトンネル膜ま
で到達することは必要である。DP /LP ≒Seff でW
P /LP <<1のときRは〜WE /LP 程度の低下とな
る。
From FIG. 3, if S eff is approximately tens of thousands of cm / sec or less, the improvement of J BO can reach one digit or more. Qualitatively, D P / L P ≈S eff or D P /
If L P > S eff and S eff is sufficiently small, J BO
Will occur. However, W E << L P is a necessary condition, and it is necessary that the minority carriers injected from the base reach the tunnel film. W at D P / L P ≈ S eff
When P / L P << 1, R decreases by about W E / L P.

【0049】図4は、NE =1019cm-3一定とし、エ
ミッタ深さWE (μm)とRを示している。Seff をパ
ラメータとしている。WE が浅い程Rは小さくなる。W
E はWE ≦1/3LP 程度(但し、DP /LP ≒S
eff )であると効果がはっきりしてくる。
FIG. 4 shows the emitter depth W E (μm) and R with N E = 10 19 cm −3 constant. S eff is used as a parameter. The smaller W E is, the smaller R is. W
E is W E ≤ 1/3 L P (however, D P / L P ≈S
eff ) makes the effect clearer.

【0050】次に、(3)式で示される実効再結合速度
eff を考察する。Seff を決める上で、SO とトンネ
ル膜厚によって決まるTi がまず重要である。SO は界
面の性質により決まる。通常の半導体プロセスでは条件
にもよるが、数百〜数万cm/secの桁になる。トン
ネル膜が厚くなるとTi が小さくなり(3)式右辺の第
2項は、第1項SO に比べて小さくなり、SO だけでS
eff は決まるようになる。
Next, the effective recombination velocity S eff shown in the equation (3) will be considered. In determining S eff , T i determined by S O and the tunnel film thickness is first important. S O depends on the nature of the interface. In a normal semiconductor process, it is in the order of several hundreds to tens of thousands of cm / sec, though it depends on the conditions. The second term of the tunnel film becomes thick T i becomes smaller (3) right-hand side is smaller than the first term S O, S O only S
eff comes to be decided.

【0051】図5は、Seff に対して、トンネル酸化膜
厚みの関数として表わした。SO は1000,1000
0cm/secの2種類、ΔEB は0,0.02,0.
05,0.1,0.2eV5種類について示した。酸化
膜が10Å以下になってくると、トンネル係数Ti が大
となり、ワイドギャップ材料の側に拡散するようにな
る。そのため、Seff は大となっていく。これを抑える
ためには、ΔEB を大にしていくしかない。ΔEB
0.1eVであると、酸化膜厚みが0に近づいても相当
効果があり、又0.2eV以上だと、ほぼ完全なワイド
ギャップ材料中への正孔の拡散が起こらなくて、充分な
障壁効果を有している。
FIG. 5 shows S eff as a function of tunnel oxide film thickness. S O is 1000,1000
2 types of 0 cm / sec, ΔE B is 0, 0.02, 0.
05, 0.1, and 0.2 eV are shown. When the oxide film becomes 10 Å or less, the tunnel coefficient T i becomes large, and the oxide film diffuses toward the wide gap material side. Therefore, S eff becomes large. The only way to suppress this is to increase ΔE B. ΔE B
If it is 0.1 eV, even if the oxide film thickness approaches 0, there is a considerable effect, and if it is 0.2 eV or more, diffusion of holes into the almost perfect wide-gap material does not occur and a sufficient barrier is obtained. Have an effect.

【0052】この電位障壁の生成は、図1に示した第5
領域の広バンドギャップだけでなく、図15に示すよう
なバンドギャップ幅が同じであっても、フェルミレベル
を変えることによって電位障壁を作っても良い。この方
法として、不純物濃度の差を使ったり、第5領域の微粒
子化による量子効果を用いたりすることにより、実質的
フェルミレベルのシフトを実現できる。
This potential barrier is generated by the fifth step shown in FIG.
Not only the wide bandgap in the region but also the same bandgap width as shown in FIG. 15, the potential barrier may be formed by changing the Fermi level. As the method, a substantial Fermi level shift can be realized by using a difference in impurity concentration or by using a quantum effect by atomizing the fifth region.

【0053】トンネル膜が厚くなると、エミッタ抵抗が
非常に大となり、トランジスタの高速応答性に悪影響が
出る。
When the tunnel film becomes thick, the emitter resistance becomes very large, which adversely affects the high speed response of the transistor.

【0054】エミッタ抵抗に影響を与える因子は、この
薄膜を介した抵抗の他に、ポリシリコン電極中の抵抗や
ポリシリコン電極とAL電極のコンタクト抵抗などがあ
り、これらの中では、薄膜を介した抵抗成分が最も大き
い。
Factors that affect the emitter resistance include resistance in the polysilicon electrode and contact resistance between the polysilicon electrode and the AL electrode in addition to the resistance through the thin film. The resistance component is the largest.

【0055】エミッタ抵抗はBPTの高速特性を低下さ
せることが知られている。BPTの高速動作の目安とな
る遮断周波数(fT )は前記エミッタの直列抵抗(R
E )によって低下する。
It is known that the emitter resistance deteriorates the high speed characteristics of BPT. The cutoff frequency (f T ) that is a standard for high-speed operation of the BPT is the series resistance (R) of the emitter.
E ) lowers.

【0056】この関係は次式によって表わされることが
分っている。(1991年電子情報通信学会春季全国大
会C−558バイポーラトランジスタにおけるエミッタ
抵抗(RE )の遮断周波数(fT )に与える影響) fT =fT0/(1+2πfT0・RE ・CBC) …(10) fT0:エミッタ抵抗のない場合の遮断周波数 CBC:ベース・コレクタ間接合容量 今、エミッタ抵抗がない場合、fT 最高値が20GHz
出せるBPTがあった場合、RE が50Ω、CBCが50
fFだとすると(10)式より、fT の最高値は15G
Hzと低下してしまう。
It has been found that this relationship is represented by the following equation. (Influence on cut-off frequency (f T ) of emitter resistance (R E ) in C-558 bipolar transistor of IEICE Spring National Congress 1991) f T = f T0 / (1 + 2πf T0 · R E · C BC ) ... (10) f T0 : Cutoff frequency when there is no emitter resistance C BC : Base-collector junction capacitance When there is no emitter resistance, f T maximum value is 20 GHz
If there is a BPT that can be output, R E is 50Ω and C BC is 50
If it is fF, the maximum value of f T is 15G from the equation (10).
It will drop to Hz.

【0057】トンネル酸化膜によって生じる直列抵抗
は、計算できる。Si酸化膜の伝導帯におけるSi中電
子の障壁高さはほぼ3eV程度もあるが、文献による
と、超薄膜の酸化膜になると障壁高さは薄くなるにつれ
て低くなり、〜10Å近傍になると、〜1eV程度まで
下るようだ。実験では10〜15Å厚みのSiO2 で1
-5〜10-4Ω・cm2 程度の抵抗値になっている。
The series resistance caused by the tunnel oxide film can be calculated. The barrier height of electrons in Si in the conduction band of the Si oxide film is about 3 eV, but according to the literature, the barrier height becomes lower as it becomes an oxide film of ultra-thin film, and when it becomes close to -10Å, It seems to go down to about 1 eV. In SiO 2 of 10~15Å thickness in Experiment 1
The resistance value is about 0 −5 to 10 −4 Ω · cm 2 .

【0058】図6には、障壁高さxe を0.5,1,2
eVの場合について、酸化膜厚みに対する直列抵抗値を
計算して示した。実験値との比較で、xe 〜0.5〜1
eV程度であると考えられる。酸化膜は15Å程度より
薄い方がよい。2〜3Å程度薄くするだけで、1桁程度
の抵抗の低下がおこる。
In FIG. 6, the barrier height x e is 0.5, 1, 2.
In the case of eV, the series resistance value with respect to the oxide film thickness was calculated and shown. In comparison with the experimental value, x e ~ 0.5 ~ 1
It is considered to be about eV. The oxide film should be thinner than about 15Å. The resistance decreases by about one digit only by thinning it by a few Å.

【0059】上記したように、本発明トランジスタで
は、従来トランジスタより小さなベース電流になる。こ
れはヘテロ・バイポーラ・トランジスタと同様な効果が
得られていることになり、濃度が高く、接合深さが浅い
ベース領域を必要とする高速BPTに適する構造であ
る。
As described above, the transistor of the present invention has a smaller base current than the conventional transistor. This has the same effect as that of the hetero bipolar transistor, and is a structure suitable for a high-speed BPT that requires a base region with a high concentration and a shallow junction depth.

【0060】エミッタ抵抗を下げる他の方法として、前
記エミッタ領域に少なくとも2種類の不純物を導入し、
これを、反応させることによって形成した薄膜を、前記
トンネル電流を流し得る薄膜とする方法がある。
As another method of lowering the emitter resistance, at least two kinds of impurities are introduced into the emitter region,
There is a method in which a thin film formed by reacting this is used as a thin film through which the tunnel current can flow.

【0061】この方法で形成した薄膜は、不純物準位が
膜中に形成されるため、トンネル電流が流れやすく、そ
のため抵抗を低下させることができる。
In the thin film formed by this method, since the impurity level is formed in the film, a tunnel current easily flows, so that the resistance can be lowered.

【0062】上記説明した如く、本発明のトランジスタ
は従来のトランジスタに比較して、小さなベース電流に
なり、電流増幅率が大になる。その条件をまとめると、 (1)WE /LP ≦1/3 (2)Seff ≦DP /LP (3)トンネル酸化膜厚み15Å以下 (4)ΔEB ≧0.1eV が最適化にいたる条件となる。
As described above, the transistor of the present invention has a smaller base current and a larger current amplification factor than the conventional transistor. The conditions are summarized as follows: (1) W E / L P ≤1 / 3 (2) S eff ≤D P / L P (3) Tunnel oxide film thickness 15 Å or less (4) ΔE B ≧ 0.1 eV is optimized It becomes a condition to reach.

【0063】[0063]

【実施例】(実施例1)図2は本発明の実施例としての
バイポーラ・トランジスタの断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 2 is a sectional view of a bipolar transistor as an embodiment of the present invention.

【0064】図において、10はリン(P)、ヒ素(A
s)、アンチモン(Sb)等の不純物をドープしてn形
とされた基板、あるいはボロン(B)、アルミニウム
(Al)、ガリウム(Ga)等の不純物をドープしてp
形とされたシリコン基板である。
In the figure, 10 is phosphorus (P), arsenic (A
substrate doped with impurities such as s) and antimony (Sb) to be an n-type, or doped with impurities such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) and p
It is a shaped silicon substrate.

【0065】20は不純物濃度1016〜1020cm-3
埋め込み領域としてのn+ 領域である。
Reference numeral 20 is an n + region as an embedded region having an impurity concentration of 10 16 to 10 20 cm -3 .

【0066】30はエピタキシャル技術等で形成され
た、1×1014〜1×1018cm-3程度のコレクタ領域
としてのn領域である。
Reference numeral 30 designates an n region as a collector region of about 1 × 10 14 to 1 × 10 18 cm −3 formed by an epitaxial technique or the like.

【0067】40は不純物濃度1015〜1020cm-3
ベース領域としてのp形領域である。
Reference numeral 40 is a p-type region as a base region having an impurity concentration of 10 15 to 10 20 cm -3 .

【0068】45は不純物濃度1017〜1021cm-3
ベース抵抗を下げるためのp+ 領域である。
Reference numeral 45 is a p + region for reducing the base resistance with an impurity concentration of 10 17 to 10 21 cm -3 .

【0069】50は、単結晶Si中のエミッタとなる1
17〜1021cm-3程度のn+ 領域である。
50 is an emitter in single crystal Si 1
It is an n + region of about 0 17 to 10 21 cm −3 .

【0070】60は、エミッタの一部であるトンネル膜
としてのシリコン酸化膜であり、15Å以下の厚みを有
する。
Reference numeral 60 denotes a silicon oxide film as a tunnel film which is a part of the emitter and has a thickness of 15 Å or less.

【0071】70は、Si1-XX ,Si等よりなり、
不純物濃度は1018〜1021cm-3になされているn+
多結晶層である。
70 is made of Si 1-X C X , Si, etc.,
The impurity concentration is 10 18 to 10 21 cm -3 n +
It is a polycrystalline layer.

【0072】80は、コレクタ電極と埋め込み層20と
をつなぐ、コレクタ抵抗を下げるためのn+ 領域であ
る。
Reference numeral 80 is an n + region for connecting the collector electrode and the buried layer 20 to reduce the collector resistance.

【0073】100,110,120は、電極、素子間
等を分離するための絶縁膜である。
Reference numerals 100, 110 and 120 are insulating films for separating electrodes, elements and the like.

【0074】200は、金属、シリサイド、ポリサイド
等により形成された配線、電極である。
Reference numeral 200 denotes wirings and electrodes formed of metal, silicide, polycide or the like.

【0075】次に図2に示した半導体装置の製造プロセ
スについて説明する。 (1)p型あるいはn型基板10にAs,Sb,P等を
イオン注入、不純物拡散等することにより、n+ 埋め込
み領域20(不純物濃度1×1016〜1×1020
-3)を作製した。 (2)エピタキシャル技術等によりn領域(不純物濃度
1×1014〜1×1018cm-3)30を作製した。 (3)コレクタの抵抗を減少させるためのn+ 領域80
(1×1017〜1×1020cm-3)をイオン注入後熱拡
散することにより作製。 (4)素子分離領域100を選択酸化法により作製。 (5)レジスト・マスクを使用して、Bを選択的にイオ
ン注入後熱処理することにより、p形ベース領域40と
ベース抵抗低下のためのp+ 領域45を形成。 (6)化学気相堆積法(CVD)により、シリコン酸化
膜120を堆積後、エミッタコンタクトを開口した後A
s,P,Sb等をイオン注入後熱処理することにより単
結晶中のエミッタ領域となるn+ 領域50を形成。 (7)薄いトンネル絶縁膜60を形成する。
Next, a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 2 will be described. (1) By implanting As, Sb, P or the like into the p-type or n-type substrate 10 by ion implantation or impurity diffusion, the n + buried region 20 (impurity concentration 1 × 10 16 to 1 × 10 20 c
m −3 ) was prepared. (2) An n region (impurity concentration 1 × 10 14 to 1 × 10 18 cm −3 ) 30 was produced by an epitaxial technique or the like. (3) n + region 80 for reducing collector resistance
(1 × 10 17 to 1 × 10 20 cm −3 ) was produced by ion diffusion and thermal diffusion. (4) The element isolation region 100 is manufactured by the selective oxidation method. (5) Using a resist mask, B is selectively ion-implanted and then heat-treated to form a p-type base region 40 and a p + region 45 for lowering the base resistance. (6) After depositing a silicon oxide film 120 by chemical vapor deposition (CVD) and then opening an emitter contact A
An n + region 50 to be an emitter region in the single crystal is formed by heat-treating s, P, Sb, etc. after ion implantation. (7) A thin tunnel insulating film 60 is formed.

【0076】本実施例では、通常洗浄後、希HF処理を
行ない自然酸化膜除去後、500〜650℃の低温によ
る酸化を急速熱処理法により形成。 (8)減圧CVD法により微結晶ポリシリコンを堆積
後、Ph,As等をイオン注入後、薄いトンネル酸化膜
60を破らない温度、900℃以下の温度で熱処置を行
なった後、パターニングを行ない領域70を形成。 (9)CVD法によりシリコン酸化膜、シリコン窒化膜
等110を堆積、熱処理後、電極を接合するためのコン
タクト領域の開口を行なう。 (10)電極200となるAl−Si(1%)をスパッ
タし、その後Al−Siのパターン化を行なう。
In this embodiment, after the normal cleaning, the diluted HF treatment is performed to remove the natural oxide film, and then the oxidation at a low temperature of 500 to 650 ° C. is performed by the rapid thermal annealing method. (8) After depositing microcrystalline polysilicon by a low pressure CVD method, after ion-implanting Ph, As, etc., heat treatment is performed at a temperature not breaking the thin tunnel oxide film 60, a temperature of 900 ° C. or less, and then patterning is performed. Form area 70. (9) A silicon oxide film, a silicon nitride film or the like 110 is deposited by the CVD method, and after heat treatment, an opening is formed in a contact region for joining electrodes. (10) Al-Si (1%) to be the electrode 200 is sputtered, and then Al-Si is patterned.

【0077】本発明におけるトンネル絶縁膜60はシリ
コン酸化膜以外シリコン窒化膜、酸化アルミニウム、シ
リコンカーバイド等の材料であってもよい。
The tunnel insulating film 60 in the present invention may be made of a material other than the silicon oxide film, such as a silicon nitride film, aluminum oxide and silicon carbide.

【0078】又、トンネル膜60上の材料70として
は、微結晶のシリコンだけでなく、カーボンの混入した
多結晶材料(Si1-XX )や酸素の混入したSi1-X
X 等の材料であってもよい。Si系だけに限定せず、
II−VI,III −V系の化合物材料であってもよい。
As the material 70 on the tunnel film 60, not only microcrystalline silicon but also a polycrystalline material (Si 1-X C X ) mixed with carbon or Si 1-X mixed with oxygen is used.
A material of O X and the like may be. Not limited to only Si type,
It may be a compound material of II-VI or III-V type.

【0079】なお、前述した本発明の課題を解決するた
めの手段における、第1領域〜第5領域は、本実施例の
バイポーラトランジスタの場合、第1領域はエミッタ5
0、第2領域はコレクタ30、第3領域はベース40、
第4領域はエミッタ上のトンネル膜60、第5領域はト
ンネル膜上のポリシリコン電極70に対応する。
In the means for solving the problems of the present invention described above, the first to fifth regions are the emitter 5 in the case of the bipolar transistor of this embodiment.
0, the second region is the collector 30, the third region is the base 40,
The fourth region corresponds to the tunnel film 60 on the emitter, and the fifth region corresponds to the polysilicon electrode 70 on the tunnel film.

【0080】また、本実施例は、前述した製造工程によ
り、第4領域は、第1領域の禁制帯幅より広く、第5領
域は、第1領域に注入された少数キャリアを第4領域の
トンネル通過後阻止するエネルギー障壁高さを有し、第
1領域の第3領域との界面からの厚さWE は、少なくと
も前記第1領域に注入された少数キャリア拡散長LP
りも小さく、且つ、第1領域と第4領域の界面における
実効再結合速度Seff が、前記第1領域中の少数キャリ
アの拡散係数DP と拡散長LP の比DP /LP と同じか
小さい。
In the present embodiment, the fourth region is wider than the forbidden band width of the first region and the fifth region has minority carriers injected into the first region in the fourth region by the manufacturing process described above. It has an energy barrier height that blocks after passing through the tunnel, and a thickness W E from the interface of the first region with the third region is at least smaller than the minority carrier diffusion length L P injected into the first region, Moreover, the effective recombination velocity S eff at the interface between the first region and the fourth region is equal to or smaller than the ratio D P / L P of the diffusion coefficient D P of the minority carriers in the first region and the diffusion length L P.

【0081】また、第1領域の厚みWE は、少数キャリ
アの拡散長LP の1/3以下であり、また、第4領域
が、シリコン酸化膜であり、その厚みが15Å以下であ
る。
The thickness W E of the first region is 1/3 or less of the diffusion length L P of the minority carriers, and the fourth region is a silicon oxide film having a thickness of 15Å or less.

【0082】また、前記第1領域中に注入された少数キ
ャリアに対する該第5領域の障壁高さは、ポリシリコン
の粒径、不純物濃度の制御により、変えることができ
る。またSi1-xx の多結晶、Si1-xx の多結晶
では、組成を変えることにより0.1eV以上に制御で
きる。
Further, the barrier height of the fifth region against the minority carriers injected into the first region can be changed by controlling the grain size of polysilicon and the impurity concentration. Further, in the case of the Si 1-x C x polycrystal and the Si 1-x O x polycrystal, it can be controlled to 0.1 eV or more by changing the composition.

【0083】図7は、本発明におけるトランジスタと従
来トランジスタの電流電圧特性を示す。本発明のトラン
ジスタと従来トランジスタは、図2に示す領域50,4
0,30等は全く同様にし、電極部をポリSi/トンネ
ル膜とAl−Si電極に変えて比較している。図に示さ
れる様にコレクタ電流は一致するが、ベース電流が本発
明トランジスタでは1/100程度になっており、改善
が明らかである。 (実施例2)次に、エミッタ領域に2種類以上の不純物
を導入し、これを反応させることによって、エミッタ抵
抗の低いトンネル膜を形成した例を説明する。
FIG. 7 shows current-voltage characteristics of the transistor of the present invention and the conventional transistor. The transistor of the present invention and the conventional transistor are shown in FIG.
0, 30, etc. are exactly the same, and the electrode portion is changed to a poly-Si / tunnel film and an Al-Si electrode for comparison. As shown in the figure, the collector currents match, but the base current is about 1/100 in the transistor of the present invention, which is an obvious improvement. (Embodiment 2) Next, an example of forming a tunnel film having a low emitter resistance by introducing two or more kinds of impurities into the emitter region and reacting them with each other will be described.

【0084】図9は、本発明の好ましい実施例を示す模
式的断面図である。図9(a)はBPTの断面図であ
り、図9(b)は、前記BPTのエミッタ領域近傍の拡
大図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a preferred embodiment of the present invention. 9A is a sectional view of the BPT, and FIG. 9B is an enlarged view of the vicinity of the emitter region of the BPT.

【0085】図9において、901はP形基板、902
はコレクタ抵抗低減のため形成されるN形の埋め込み領
域、903はコレクタ領域であるN- 領域、であり、エ
ピタキシャル技術等で形成される。
In FIG. 9, 901 is a P-type substrate, and 902.
Is an N-type buried region formed to reduce collector resistance, and 903 is an N region which is a collector region, which is formed by an epitaxial technique or the like.

【0086】904は、酸化膜による素子分離領域、9
05は酸化膜、906はコレクタ抵抗低減のためのN形
領域である。
Reference numeral 904 is an element isolation region formed of an oxide film, and 9
Reference numeral 05 is an oxide film, and 906 is an N-type region for reducing collector resistance.

【0087】907は、ベース抵抗低減のためのP+
域、908はベース領域であるP領域である。
Reference numeral 907 denotes a P + region for reducing the base resistance, and 908 denotes a P region which is a base region.

【0088】909は、N+ のエミッタ領域、910は
トンネル電流を流し得る界面酸化膜、911はエミッタ
領域の電極であるN型ポリシリコン領域である。
Reference numeral 909 is an N + emitter region, 910 is an interface oxide film capable of passing a tunnel current, and 911 is an N-type polysilicon region which is an electrode of the emitter region.

【0089】912は絶縁膜、913はALなどの金属
電極である。
Reference numeral 912 is an insulating film, and 913 is a metal electrode such as AL.

【0090】次に図10の製造工程断面図を用いて本実
施例の製造方法を示す。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to the manufacturing process sectional views of FIGS.

【0091】まず、P形半導体基板901の所望の場所
にN形領域902を形成した後、N形のエピタキシャル
領域903を形成する。
First, an N-type region 902 is formed at a desired location on the P-type semiconductor substrate 901, and then an N-type epitaxial region 903 is formed.

【0092】続いて所望の場所のシリコンをエッチング
し、選択的にこの部分のみを酸化することにより、素子
分離領域904を形成する。ついで、所望の場所にN形
の不純物を導入、熱処理を行って前記N形領域902と
後記金属電極とを接続するN形領域を形成する(図10
(a))。
Subsequently, silicon in a desired place is etched, and only this portion is selectively oxidized to form an element isolation region 904. Then, an N-type impurity is introduced into a desired place and heat treatment is performed to form an N-type region connecting the N-type region 902 and a metal electrode described later (FIG. 10).
(A)).

【0093】この後、熱酸化によって膜厚150〜50
0Å程度の酸化膜905を形成する。続いて所望の場所
にP形の不純物を導入、熱処理を行って外部ベース領域
907を形成する。
Thereafter, the film thickness of 150 to 50 is formed by thermal oxidation.
An oxide film 905 having a thickness of about 0Å is formed. Subsequently, a P-type impurity is introduced into a desired place and heat treatment is performed to form an external base region 907.

【0094】次に所望の場所にP形不純物を導入し、引
き続いて所望の場所にN形不純物を導入し、熱処理を行
ないベース領域908およびエミッタ領域909を形成
する。本実施例では、N型不純物として、ヒ素As、及
びリンPの2種類の不純物を注入した(図10
(b))。
Next, a P-type impurity is introduced into a desired place, and then an N-type impurity is introduced into a desired place, and heat treatment is performed to form a base region 908 and an emitter region 909. In this example, two types of impurities, arsenic As and phosphorus P, were implanted as N-type impurities (FIG. 10).
(B)).

【0095】これらのベース領域およびエミッタ領域を
形成するために不純物を導入する方法としては、イオン
注入や基板表面に堆積した不純物源からの拡散などがあ
る。高速特性のすぐれているBPTは、ベース領域およ
びエミッタ領域ともに浅い接合であることが望まれるた
め、不純物のプロファイルの制御の行いやすい、イオン
注入法が望まれる。
As a method of introducing impurities to form these base region and emitter region, there are ion implantation and diffusion from an impurity source deposited on the substrate surface. A BPT having excellent high-speed characteristics is desired to have a shallow junction in both the base region and the emitter region. Therefore, an ion implantation method is desired in which the impurity profile can be easily controlled.

【0096】ベース領域形成のためには、一般にB+
(ボロン)イオンあるいはBF2 +イオンが用いられる
が、浅い接合形成のためには、BF2 +イオンが望まし
い。
For forming the base region, B + is generally used.
(Boron) ions or BF 2 + ions are used, but BF 2 + ions are preferable for forming a shallow junction.

【0097】また、熱処理の方法としては、一般に用い
られている電気炉による熱処理よりも、より、不純物の
拡散を抑えつつキャリアの活性化を行える、ラピッドサ
ーマルアニール法(RTA)などによる熱処理が望まれ
る。
Further, as a heat treatment method, a heat treatment by a rapid thermal annealing method (RTA) or the like which can activate carriers while suppressing diffusion of impurities is more preferable than heat treatment by an electric furnace which is generally used. Be done.

【0098】次に、エミッタ領域上の所望の場所の酸化
膜をエッチングし除去する。
Next, the oxide film at a desired place on the emitter region is etched and removed.

【0099】続いて基板を、ポリシリコン成膜装置に挿
入し約1%のHF雰囲気で、前記酸化膜を除去した部分
に存在する自然酸化膜を完全に除去する。
Then, the substrate is inserted into a polysilicon film forming apparatus and the natural oxide film existing in the portion where the oxide film has been removed is completely removed in an HF atmosphere of about 1%.

【0100】ついで、500〜660℃の酸化を、急速
熱処理法により、前記酸化膜を除去した部分に約10Å
のトンネル電流を流し得る酸化膜を形成する。
Then, oxidation at 500 to 660 ° C. is applied to the portion from which the oxide film has been removed by a rapid thermal annealing method by about 10Å.
An oxide film capable of passing the tunnel current of is formed.

【0101】その後温度を620℃まで降温し、ポリシ
リコンを2000〜4500Å成膜する。
Thereafter, the temperature is lowered to 620 ° C., and polysilicon is deposited in a thickness of 2000 to 4500 Å.

【0102】前記ポリシリコンに、N型不純物をイオン
注入、熱処理を行ない、ひき続いて、パターニングを行
ない、ポリシリコン電極を形成した(図10(c))。
N-type impurities were ion-implanted into the polysilicon, heat treatment was performed, and then patterning was performed to form a polysilicon electrode (FIG. 10C).

【0103】N型不純物のイオン注入条件および熱処理
条件は、前記、トンネル電流を流し得る酸化膜が、これ
らのプロセス中に、破壊されない条件にした。
The ion implantation conditions and heat treatment conditions for the N-type impurities were set such that the oxide film capable of passing the tunnel current was not destroyed during these processes.

【0104】ポリシリコンに導入する不純物の量はたと
えば2.5×1015〜1×1016[ions/cm2
とした。
The amount of impurities introduced into polysilicon is, for example, 2.5 × 10 15 to 1 × 10 16 [ions / cm 2 ].
And

【0105】熱処理温度は、たとえば900℃ 10m
in,850℃ 30minとした。
The heat treatment temperature is, for example, 900 ° C. and 10 m.
in, 850 ° C., 30 min.

【0106】次にCVD法を用いPSG膜あるいはBP
SG膜などの絶縁膜912を形成した後、所望の場所の
前記絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成し
た。
Next, a PSG film or BP is formed by using the CVD method.
After forming the insulating film 912 such as the SG film, the insulating film at a desired position was etched to form a contact hole.

【0107】続いてALなどの金属を、スパッタリング
法により堆積し、その後エッチングを行い、エミッタ領
域909,ベース領域908,コレクタ領域903の電
極913を形成した。
Subsequently, a metal such as AL is deposited by the sputtering method and then etched to form electrodes 913 of the emitter region 909, the base region 908 and the collector region 903.

【0108】図11にエミッタ領域にイオン注入したN
形不純物であるヒ素およびリンのドーズ量とコンタクト
抵抗率の関係を示す。いずれの不純物も200Åの酸化
膜を通してイオン注入を行った。コンタクト抵抗率はケ
ルビン法によって測定した。
FIG. 11 shows N implanted with ions in the emitter region.
The relationship between the dose of arsenic and phosphorus, which are shape impurities, and the contact resistivity is shown. Ion implantation was performed for each impurity through a 200 Å oxide film. The contact resistivity was measured by the Kelvin method.

【0109】いずれの不純物においてもドーズ量が高い
ほどコンタクト抵抗は低下した。またリンを注入した試
料のほうがヒ素を注入したものよりもコンタクト抵抗率
は下がった。
For all the impurities, the contact resistance decreased as the dose increased. Moreover, the contact resistivity of the phosphorus-implanted sample was lower than that of the arsenic-implanted sample.

【0110】このことより、エミッタ領域に含まれてい
る不純物が、酸化膜形成時に酸化膜中に取り込まれてト
ンネル電流を流しやすくするような不純物準位を形成し
ていると考えられる。
From this, it is considered that the impurities contained in the emitter region form an impurity level which is taken into the oxide film during the formation of the oxide film to facilitate the flow of the tunnel current.

【0111】また、いずれの不純物でもドーズ量が同じ
場合、エミッタ領域のピーク濃度はほぼ同じであるが、
抵抗率は、不純物によって変化したことより、不純物に
よって、形成される準位のレベルが異なっていると考え
られる。
When the dose amount of any impurity is the same, the peak concentration of the emitter region is almost the same,
It is considered that the level of the formed level is different depending on the impurity because the resistivity is changed depending on the impurity.

【0112】前記したように、BPTの高速特性を向上
させるためには、コンタクト抵抗率が低いほうが好まし
く、この点から考えるとリンを用いることが適切と思わ
れる。
As described above, in order to improve the high speed characteristics of BPT, it is preferable that the contact resistivity is low. From this point of view, it seems appropriate to use phosphorus.

【0113】しかし、リンはヒ素に比べて熱拡散しやす
く、またエミッタプッシュなどの現象を起すため、高速
BPTに必須である浅い接合の構造を形成しにくい。
However, phosphorus is more likely to be thermally diffused than arsenic and causes a phenomenon such as emitter push. Therefore, it is difficult to form a shallow junction structure essential for high-speed BPT.

【0114】また、トンネル電流を流し得る薄膜と、該
薄膜に積層された電極を有することを特徴とする半導体
では、エミッタ接合が浅いほどhFEが大きくなり、ベー
ス濃度を増加させることができる。拡散しやすいリンを
不純物として用いた場合、As+ の場合と比較すると、
FEを確保しつつベース濃度を高くすることができない
ため、高速動作用BPTとしてはあまり適さない。
Further, in a semiconductor characterized by having a thin film through which a tunnel current can flow and an electrode laminated on the thin film, h FE becomes larger as the emitter junction becomes shallower, and the base concentration can be increased. When phosphorus, which is easy to diffuse, is used as an impurity, compared with the case of As + ,
Since it is not possible to increase the base concentration while ensuring h FE , it is not very suitable as a high-speed operation BPT.

【0115】図12に、不純物としてヒ素を1×1015
(ions/cm2 )、40KeVイオン注入し、さら
にリンを1×1014〜1×1015ions/cm2 、2
2KeVの加速エネルギーで注入した場合のドーズ量
と、コンタクト抵抗率を示す。
In FIG. 12, 1 × 10 15 arsenic is used as an impurity.
(Ions / cm 2 ), 40 KeV ion implantation, and phosphorus at 1 × 10 14 to 1 × 10 15 ions / cm 2 , 2
The dose amount and the contact resistivity when implanted at an acceleration energy of 2 KeV are shown.

【0116】リンの拡散がエミッタプロファイルに影響
を与えないようにリンイオン注入時の加速エネルギー
は、22KeVと低く設定し、また、ドーズ量もヒ素の
1×1015ions/cm2 に対して1×1015ion
s/cm2 以下に設定した。
The acceleration energy at the time of phosphorus ion implantation is set as low as 22 KeV so that the diffusion of phosphorus does not affect the emitter profile, and the dose amount is 1 × with respect to 1 × 10 15 ions / cm 2 of arsenic. 10 15 ion
It was set to s / cm 2 or less.

【0117】図12に示したように、ヒ素に、リンを加
えることによりコンタクト抵抗率は低下した。
As shown in FIG. 12, the contact resistivity was lowered by adding phosphorus to arsenic.

【0118】その結果図13に示したようにP+ のドー
ズ量が増加するにしたがって遮断周波数の最大値(fT
MaX )は増加した。
[0118] The maximum value of the cutoff frequency according to the result dose of P +, as shown in Figure 13 is increased (f T
MaX ) increased.

【0119】しかし、P+ のドーズ量が増加すると、P
+ の拡散によってhFEが低下した。
However, if the dose amount of P + increases, P
The diffusion of + reduced h FE .

【0120】ここまでに示したように、エミッタ領域に
As+ を導入し、さらにP+ を導入することによりこの
基体表面を熱酸化して得られた酸化膜の抵抗を下げるこ
とができる。
As described above, by introducing As + into the emitter region and further introducing P + , the resistance of the oxide film obtained by thermally oxidizing the surface of the substrate can be lowered.

【0121】ここまでは、As+ をイオン注入した後、
+ をイオン注入した場合について説明を行なったが、
これはP+ に限らずアンチモン(Sb+ )やゲルマニウ
ム(Ge+ )などのイオンでも同様の効果が得られる。
Up to this point, after ion implantation of As + ,
The case where P + is ion-implanted has been described.
This is not limited to P + , but similar effects can be obtained with ions such as antimony (Sb + ) and germanium (Ge + ).

【0122】また、ここまでトンネル電流を流し得る薄
膜として酸化膜について述べたが、これは酸化膜に限ら
ず窒化膜など他の絶縁膜でもかまわない。 (実施例3)実施例2では従来から用いられているリソ
グラフィー技術を用いて、BPTを作製した場合につい
て述べたが、本実施例3では、エミッタ領域をポリシリ
コン電極のコンタクトホールに対して自己整合的に用い
た場合を示す。
Further, although the oxide film has been described as the thin film capable of passing the tunnel current, the insulating film is not limited to the oxide film and may be another insulating film such as a nitride film. (Embodiment 3) In the embodiment 2, the case where the BPT is manufactured by using the lithography technique which has been conventionally used is described. The case where they are used consistently is shown.

【0123】その製造方法を図14、及び前述の図9、
図10を参照して説明する。
The manufacturing method is shown in FIG. 14 and FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0124】実施例2ではベース領域908のイオン注
入の後、エミッタ領域909のイオン注入を行った。
In the second embodiment, ion implantation of the emitter region 909 is performed after ion implantation of the base region 908.

【0125】本実施例ではベース領域908のイオン注
入の後、ポリシリコン電極用のコンタクトホールを形成
する。その後このコンタクトホールに対してイオン注入
を行い、コンタクトホールに対して自己整合的にエミッ
タ領域909を形成する。
In this embodiment, a contact hole for a polysilicon electrode is formed after ion implantation of the base region 908. After that, ions are implanted into this contact hole to form an emitter region 909 in a self-aligned manner with respect to the contact hole.

【0126】この場合、酸化膜905は、イオン注入に
よってイオンが基板まで到達しない膜厚に設定する。た
とえばAs+ 40KeVのイオン注入条件の場合、酸化
膜厚は500Å以上に設定する。
In this case, the oxide film 905 is set to a film thickness such that ions do not reach the substrate by ion implantation. For example, under the ion implantation condition of As + 40 KeV, the oxide film thickness is set to 500 Å or more.

【0127】続いてベース領域908、エミッタ領域9
09の熱処理を行なう。それ以後は、実施例2と同様の
プロセスを行なう。
Subsequently, the base region 908 and the emitter region 9
The heat treatment of 09 is performed. After that, the same process as in Example 2 is performed.

【0128】このようにエミッタ領域をポリシリコン電
極のコンタクトホールと自己整合的に形成することによ
ってエミッタ領域の寸法を、コンタクトホールの寸法と
ほぼ同程度まで縮小することができる。
By thus forming the emitter region in a self-aligned manner with the contact hole of the polysilicon electrode, the size of the emitter region can be reduced to about the same size as the contact hole.

【0129】BPTの高速化のためにはエミッタ寸法は
小さいほど良いので本実施例のエミッタ形成法によっ
て、より高速化が実現できる。
Since a smaller emitter size is better for higher BPT speed, higher speed can be realized by the emitter forming method of this embodiment.

【0130】[0130]

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、高
濃度で浅い接合のベース領域を持ち、かつエミッタ抵抗
の低い、高速特性の優れたバイポーラトランジスタを従
来のシリコン−BPT製造プロセスを基本としたプロセ
スでプロセス上の困難なく製造できるという効果が得ら
れる。
As described above, according to the present invention, a bipolar transistor having a high-concentration, shallow-junction base region, a low emitter resistance, and an excellent high-speed characteristic is formed based on the conventional silicon-BPT manufacturing process. With the above-described process, it is possible to obtain the effect of being able to manufacture without difficulty in the process.

【0131】また更に、本発明によれば、・本発明は、
従来トランジスタに比較し、ベース電流を減少させ、電
流増幅率を増加させる、・微細化時においても、電流増
幅率を高く保つことができる、又接合耐圧を上げること
ができる、・高速デバイスに最適となる、という効果が
得られる。
Furthermore, according to the present invention:
Compared to conventional transistors, it reduces the base current and increases the current amplification factor.-The current amplification factor can be kept high even when miniaturized, and the junction breakdown voltage can be increased.-Ideal for high-speed devices. The effect is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のnpn型バイポーラトランジスタの電
位図である。
FIG. 1 is a potential diagram of an npn-type bipolar transistor of the present invention.

【図2】本発明の実施例としてのバイポーラトランジス
タの断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a bipolar transistor as an embodiment of the present invention.

【図3】実効再結合速度(Seff )とベース電流密度J
の関係を示す図である。
FIG. 3 Effective recombination velocity (S eff ) and base current density J
It is a figure which shows the relationship of.

【図4】SIS型バイポーラアトランジスタの基本動作
を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a basic operation of a SIS bipolar transistor.

【図5】酸化膜厚みと実効再結合速度Seff の関係を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an oxide film thickness and an effective recombination rate S eff .

【図6】酸化膜厚みと抵抗値の関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an oxide film thickness and a resistance value.

【図7】本発明のトランジスタと、従来のトランジスタ
の電流電圧特性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing current-voltage characteristics of a transistor of the present invention and a conventional transistor.

【図8】従来のバイポーラトランジスタの断面図を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional view of a conventional bipolar transistor.

【図9】本発明の実施例1に示した半導体装置の断面図FIG. 9 is a sectional view of the semiconductor device shown in Example 1 of the present invention.

【図10】実施例1に示した半導体装置の製造工程の断
面図
FIG. 10 is a sectional view of a manufacturing process of the semiconductor device shown in the first embodiment.

【図11】N型不純物のイオン注入ドーズ量とコンタク
ト抵抗率の関係を表すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ion implantation dose of N-type impurities and the contact resistivity.

【図12】As+ イオンを1×1015ions/cm2
注入し、さらにP+ イオンを注入した時のP+ イオンの
ドーズ量とコンタクト低効率の関係を表すグラフ。
FIG. 12 shows As + ions at 1 × 10 15 ions / cm 2.
6 is a graph showing the relationship between the dose amount of P + ions and low contact efficiency when P + ions are further implanted.

【図13】As+ イオンを1×1015ions/cm2
注入し、さらにP+ イオンを注入した時のP+ イオンの
ドーズ量とBPTの電流増幅率および遮断周波数の最高
値の関係を表したグラフ。
FIG. 13 shows As + ions at 1 × 10 15 ions / cm 2.
The graph showing the relationship between the dose amount of P + ions and the maximum value of the BPT current amplification factor and cutoff frequency when P + ions are further injected.

【図14】実施例2に示した半導体装置の製造工程の断
面図
FIG. 14 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment.

【図15】フェルミレベルを変えることにより、電位障
壁を作った例を示す電位図。
FIG. 15 is a potential diagram showing an example in which a potential barrier is created by changing the Fermi level.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エミッタ(n+ 領域) 2 コレクタ(n領域) 3 ベース(p領域) 4 トンネル膜 5 n+ 領域 6、7 空乏層 10 n形基板 20 n+ 領域 30 コレクタ領域 40 ベース領域 50 エミッタ領域 60 トンネル膜 70 n+ 多結晶層 80 n+ 領域 200 金属電極 901 シリコン基板 902 埋め込み領域 903 コレクタ領域 904 素子分離領域 905 酸化膜 906 コレクタ抵抗低減のためのN型領域 907 ベース抵抗低減のためのP型領域 908 ベース領域 909 エミッタ領域 910 トンネル電流を流し得る酸化膜 911 N型ポリシリコン 912 絶縁膜 913 金属電極1 emitter (n + region) 2 collector (n region) 3 base (p region) 4 tunnel film 5 n + region 6, 7 depletion layer 10 n-type substrate 20 n + region 30 collector region 40 base region 50 emitter region 60 tunnel Film 70 n + Polycrystalline layer 80 n + Region 200 Metal electrode 901 Silicon substrate 902 Embedded region 903 Collector region 904 Element isolation region 905 Oxide film 906 N type region for reducing collector resistance 907 P type region for reducing base resistance 908 Base region 909 Emitter region 910 Oxide film capable of passing tunnel current 911 N-type polysilicon 912 Insulating film 913 Metal electrode

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも、第1導電形の第1領域及び
第2領域と、 該第1領域と該第2領域の間に位置し、前記第1導電形
の反対導電形である第2導電形の第3領域と、 前記第1領域に隣接して形成され、該第1領域の禁制帯
幅より広く、且つ、該第1領域へ多数キャリアがトンネ
ルする厚みを有した第4領域と、 該第4領域に隣接した、第1導電形の第5領域より成
り、 前記第1領域の前記第3領域との界面からの厚さWE
は、少なくとも前記第1領域に注入された少数キャリア
の拡散長LP よりも小さく、 且つ、前記第1領域と第4領域の界面における実効再結
合速度Seff が、前記第1領域中の少数キャリアの拡散
係数DP と拡散長LP の比DP /LP 以下であることを
特徴とした半導体装置。
1. At least a first region and a second region of a first conductivity type, and a second conductivity located between the first region and the second region and having a conductivity type opposite to the first conductivity type. A third region having a shape, and a fourth region formed adjacent to the first region, having a width wider than the forbidden band of the first region, and having a thickness such that majority carriers tunnel to the first region, A fifth region of the first conductivity type adjacent to the fourth region, the thickness W E from the interface of the first region with the third region
Is smaller than at least the diffusion length L P of the minority carriers injected into the first region, and the effective recombination velocity S eff at the interface between the first region and the fourth region is less than the minority in the first region. A semiconductor device characterized in that the ratio of carrier diffusion coefficient D P to diffusion length L P is D P / L P or less.
【請求項2】 前記第1領域の厚みWE が、前記少数キ
ャリアの拡散長LPの1/3以下であることを特徴とし
た請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness W E of the first region is 1/3 or less of a diffusion length L P of the minority carriers.
【請求項3】 前記第4領域が、シリコン酸化膜であ
り、その厚みが15Å以下であることを特徴とした請求
項1に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the fourth region is a silicon oxide film and has a thickness of 15 Å or less.
【請求項4】 前記第5領域が、前記第3領域から前記
第1領域に注入された少数キャリアを前記第4領域のト
ンネル通過後、阻止するエネルギー障壁高さを有するこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
4. The fifth region has an energy barrier height that blocks minority carriers injected from the third region into the first region after passing through a tunnel in the fourth region. Item 2. The semiconductor device according to item 1.
【請求項5】 前記第1領域中に注入された少数キャリ
アに対する該第5領域の障壁高さを0.1eV以上にす
ることを特徴とした請求項1に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a barrier height of the fifth region with respect to minority carriers injected into the first region is set to 0.1 eV or more.
【請求項6】 第1導電形のコレクタ領域と、第2導電
形のベース領域と第1導電形のエミッタ領域とを備え、
該エミッタ領域上に設けられ、トンネル電流を流し得る
薄膜と、該薄膜に積層された電極を有することを特徴と
する半導体装置において、 前記エミッタ領域には、少なくとも2種類の不純物が導
入されていることを特徴とする半導体装置。
6. A first conductivity type collector region, a second conductivity type base region, and a first conductivity type emitter region,
In a semiconductor device having a thin film provided on the emitter region and capable of flowing a tunnel current, and an electrode laminated on the thin film, at least two kinds of impurities are introduced into the emitter region. A semiconductor device characterized by the above.
【請求項7】 前記少なくとも2種類の不純物が、As
+ とP+ である請求項6に記載の半導体装置。
7. The at least two types of impurities are As.
The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device is + and P + .
【請求項8】 第1導電形のコレクタ領域と、第2導電
形のベース領域と第1導電形のエミッタ領域とを備え、
該エミッタ領域上に設けられ、トンネル電流を流し得る
薄膜と、該薄膜に積層された電極を有することを特徴と
する半導体装置の製造方法において、 前記トンネル電流を流し得る薄膜は、前記エミッタ領域
の表面を反応させることによって形成し、該エミッタ領
域に含まれている不純物によって、前記薄膜中に、トン
ネル電流を流しやすくする不純物準位を形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A first conductivity type collector region, a second conductivity type base region, and a first conductivity type emitter region,
In a method for manufacturing a semiconductor device, which is provided on the emitter region and has a thin film capable of passing a tunnel current and an electrode laminated on the thin film, the thin film capable of passing the tunnel current is A method for manufacturing a semiconductor device, which is formed by reacting a surface, and an impurity level that facilitates a tunnel current to flow is formed in the thin film by the impurities contained in the emitter region.
【請求項9】 前記エミッタ領域の表面を、酸化反応さ
せることにより、前記トンネル電流を流し得る薄膜を形
成することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の
製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the surface of the emitter region is oxidized to form a thin film through which the tunnel current can flow.
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