JPH0529335A - バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

バイポーラトランジスタの製造方法

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JPH0529335A
JPH0529335A JP18624691A JP18624691A JPH0529335A JP H0529335 A JPH0529335 A JP H0529335A JP 18624691 A JP18624691 A JP 18624691A JP 18624691 A JP18624691 A JP 18624691A JP H0529335 A JPH0529335 A JP H0529335A
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JP
Japan
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layer
bipolar transistor
region
base
manufacturing
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Withdrawn
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JP18624691A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Uchida
内田  哲也
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バイポーラトランジスタのベース領域の不純
物濃度を高めることが可能となるバイポーラトランジス
タの製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 半導体基板21上にコレクタ領域23を形成
し、この上に分子線エピタキシャル成長法によって半導
体層を形成する。その半導体層中に不純物をイオン注入
することによってベース領域24を形成する。そして、
このベース領域上にエミッタ領域を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、バイポーラトランジ
スタの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】通常、バイポーラトランジスタの高速化
は、ベース領域の幅を狭くすることによりなされる。し
かし、ベース領域の幅を狭くするとベース抵抗が高くな
る。このベース抵抗を低く抑えるには、ベース領域の不
純物濃度を高くする方法が考えられる。しかし、ベース
領域の不純物濃度を高くすると、シリコン(Si)のみ
の単一材料からなるバイポーラトランジスタでは、ベー
ス領域からエミッタ領域へ注入される正孔が増加するた
め増幅率が低下してしまう。
【0003】そこで、近年、バイポーラトランジスタの
エミッタ領域とベース領域間のPN接合部にヘテロ接合
を用いることにより、エミッタ領域とベース領域のバン
ドギャップの差を利用して、ベース領域からエミッタ領
域へ流れる正孔の増加を抑制するヘテロ接合バイポーラ
トランジスタが提案された。このヘテロ接合バイポーラ
トランジスタは、SiGe等のバンドギャップの狭い材
料でベース領域が形成されている。このベース領域は、
通常分子線エピタキシャル成長法(Molecular
Beam Epitaxy :MBE)あるいは気相
化学反応法(Chemical Vapor Depo
sition :CVD)によって形成される。このヘ
テロ接合バイポーラトランジスタは、ベース領域とエミ
ッタ領域の濃度にほとんど無関係に増幅率を設定できる
ので、従来に比してベース領域の不純物濃度を大幅に高
めることができる。
【0004】それにより、ベース抵抗を低減させること
ができ、高速化は実現する。また、不純物濃度が大きい
とパンチスルーを起こすことなくベース領域の幅を狭く
できるので、ベース走行時間を減少させることができ、
遮断周波数を向上させることができる。以上のようにベ
ース領域の不純物濃度を高めることにより、高性能のバ
イポーラトランジスタを実現することができる。ここ
で、上述のヘテロ接合バイポーラトランジスタの一例と
して、メサ構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
製造方法の第1〜第7工程について、以下に図を参照し
て説明する。
【0005】図7を参照して、まず低濃度のP型基板1
(濃度〜1015atoms/cm3 )に砒素(As)を
イオン注入することにより、コレクタ抵抗を下げるため
のN + 埋込層2を形成する。その後、図8に示すよう
に、5×10-5Torr程度に排気した真空層の中で、
分子線エピタキシャル成長法(以下「MBE法」とい
う)を用いて、N型のコレクタ層3を形成する。N型の
不純物は、エピタキシャル成長中に、加熱した噴出源か
ら噴出するアンチモン(Sb)を基板1上に照射するこ
とによって導入する。これによりコレクタ領域が形成さ
れる。
【0006】ここで、図14を参照して、分子線エピタ
キシャル装置(以下「MBE装置」という)10につい
て説明する。図14は、MBE装置10を示す断面概略
図である。MBE装置10は、真空層11、噴出源14
〜17、シャッタ18、ヒーター2により構成されてい
る。真空層11内は、ターボ分子ポンプ(図示せず)、
チタンサブリメーションポンプ(図示せず)等により高
真空に排気されている。この真空層11内に噴出源14
〜17、シャッタ18、ヒーター12等が設置されてい
る。
【0007】噴出源としては、それぞれシリコン(S
i)噴出源14、ゲルマニウム(Ge)噴出源15、ア
ンチモン(Sb)噴出源16、ガリウム(Ga)噴出源
17が設置されている。これらの噴出源の噴出口は、こ
れらの上部に設置されている基板13に向けられてお
り、噴出源を加熱することにより、噴出口から噴出され
る層形成材料が基板13上に照射される。この照射量を
調整するのが、噴出口上に設けられたシャッタ18であ
る。そして、このシャッタ18の開閉時間により、基板
13上に形成される膜厚および不純物プロファイルが制
御される。基板13の上部には、基板13を加熱するた
めのヒーター12が設置されており、基板13温度を制
御している。
【0008】上述のMBE装置を用いて、コレクタ層3
を形成した後、図9に示すように、コレクタ層3上にM
BE法を用いて厚さ1000Å程度のベース層4を形成
する。このベース層4は、前述のシリコン(Si)噴出
源14、ゲルマニウム(Ge)噴出源15およびガリウ
ム(Ga)噴出源17からシリコン(Si)、ゲルマニ
ウム(Ge)およびガリウム(Ga)を同時に基板1に
向けて照射することにより形成される。このとき、基板
1温度を適当な温度に保つことによって、ミスフィット
転位の発生を抑える。このようにして、不純物が導入さ
れたSiGeからなるベース層4が形成される。ベース
層4は、基板1に比べて格子定数は大きくバンドギャッ
プは小さい。ベース層4をSiGeで形成した場合のバ
ンドギャップの縮小は、ゲルマニウム(Ge)の比率が
10%のときで約0.05eVである。このようにし
て、ベース領域が形成される。
【0009】ベース層4の形成後、図10に示すよう
に、ベース層4上にMBE法を用いて、エミッタ層5と
なるN+ 層を形成する。エミッタ層5は、シリコン(S
i)噴出源14からのシリコン(Si)の照射により形
成され、層形成後、イオン注入によりN型不純物を導入
する。このようにしてエミッタ領域が形成される。以上
のようにコレクタ層3、ベース層4およびエミッタ層5
を形成した後、図11に示すように、窒化膜のパターニ
ングおよびエッチングによって、通常のバイポーラデバ
イスにおけるメサ構造を形成する。その後、図12に示
すように、プラズマCVD法を用いて、メサ側壁にパッ
シベーション膜となるシリコン酸化膜6を形成する。
【0010】その後、図13に示すように、通常のリソ
グラフィ工程およびエッチングによってシリコン酸化膜
6にコンタクトホールを形成し、コンタクトホール形成
後、スパッタリング法を用いて全面にアルミニウム膜を
形成する。そのアルミニウム膜の不要部をフォトエッチ
ングを用いて除去することにより、アルミニウム電極7
を形成する。このアルミニウム電極7は、それぞれエミ
ッタ層5、ベース層4およびコレクタ層3に接続され、
それらの組合せによりバイポーラトランジスタを構成す
る。以上の工程を経てメサ構造のバイポーラトランジス
タが形成される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ベース
層4への不純物ドーピングは、ベース層4形成と同時に
不純物原子を基板1上に照射することによって行なわれ
ていた。しかし、この方法を用いる場合は、不純物原子
の蒸発速度によって、不純物ドーピングに用いることが
できる不純物の種類が制限される。たとえば、砒素(A
s)の蒸発速度は300℃において1017(atoms
/cm2 ・sec)と極めて大きく、不純物濃度の制御
が困難である。また、ボロン(B)の蒸発速度は、13
00℃において1010(atoms/cm2 ・sec)
と小さすぎるため十分な不純物ドーピングが行なえな
い。そのため、通常ドーパント不純物として用いられる
ボロン(B)や砒素(As)を用いるには問題がある。
【0012】そこで、適当な蒸発速度を持つドーパント
不純物として、P型の不純物にはガリウム(Ga)が用
いられ、N型の不純物にはアンチモン(Sb)が用いら
れている。しかし、ガリウム(Ga)やアンチモン(S
b)の固溶源(1200℃において1020(cm-3)以
下)は、ボロン(B)や砒素(As)といった通常の半
導体製造に用いられる不純物の固溶源(ボロン(B)の
固溶源は1200℃において4×1020(cm-3)、砒
素(As)の固溶源は1200℃において2×10
21(cm-3))に比べて小さいので、高濃度に不純物ド
ーピングが行なえないという問題点があった。
【0013】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたものであり、ベース層に不純物を高濃度に導入し
得るバイポーラトランジスタの製造方法を提供すること
を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明に基づくバイポ
ーラトランジスタの製造方法は、半導体基板上にコレク
タ領域を形成する工程を備えている。そして、そのコレ
クタ領域上に分子線エピタキシャル成長法によって半導
体層を形成し、この半導体層中に不純物をイオン注入す
ることによってベース領域を形成する。そして、そのベ
ース領域上にエミッタ領域を形成する。
【0015】
【作用】この発明によれば、MBE法によりベース層を
形成した後、イオン注入法によりベース層中に不純物を
導入する。したがって、ベース層中にボロン(B)や砒
素(As)等の固溶源の大きなドーパント不純物を高濃
度に導入することができる。
【0016】
【実施例】以下に、この発明に基づく実施例について、
図を参照して説明する。図1は、基板21上にコレクタ
抵抗を避けるためのN+ 埋込層22と、その上に形成さ
れたコレクタ層23と、その上に形成されたベース層2
4とが形成されている様子を示す断面図である。この場
合のN+ 埋込層22形成およびコレクタ層23形成は、
従来と同様の方法を用いて行なわれるので説明は省略す
る。ベース層24形成には、図5に示すMBE装置30
が用いられる。図中、31は真空層、33は基板、32
は基板加熱用ヒーター、34はシリコン(Si)噴出
源、35はゲルマニウム(Ge)噴出源、38は噴出源
からの原子の噴出量を制御するためのシャッタである。
なお、真空層31内は、従来例と同様に高真空に排気さ
れている。
【0017】上記のMBE装置30を用いて、シリコン
(Si)噴出源34およびゲルマニウム(Ge)噴出源
35から同時にシリコン(Si)およびゲルマニウム
(Ge)を、MBE装置内に保持された基板21に向け
て噴出することにより、膜厚約1000Åのベース層2
4が形成される。その後、図2に示すように、ベース層
24中にボロン(B)をイオン注入する。それにより、
高濃度に不純物が導入されたP型のベース領域が形成さ
れる。その後、図3に示すように、前述のシリコン(S
i)噴出源34からシリコン(Si)のみの噴出を行な
うことにより、ベース層24上にエミッタ層25を形成
し、そのエミッタ層25に砒素(As)等をイオン注入
することによりエミッタ領域を形成する。その後、従来
と同様の工程を経て、図4に示すように、メサ構造のバ
イポーラトランジスタを形成する。
【0018】以上の工程を経て形成されたバイポーラト
ランジスタのベース層24には、イオン注入により不純
物が導入されるので、従来法を用いた場合よりも高濃度
に不純物が導入される。なお、上述の実施例では、ベー
ス層24への不純物導入は、ベース層24形成後に行な
った。しかし、図6に示すように、エミッタ層25の形
成後にベース層24へのイオン注入を行ない、引続きエ
ミッタ層25へのイオン注入を行なってもよい。イオン
注入の際には、注入イオンのエネルギを調整し、その濃
度分布のピークがイオンを注入するべき層中にくるよう
にする。しかし、エミッタ層25形成前にベース層24
にイオン注入を行なうと、注入エネルギを小さくでき、
注入不純物の空間的な広がりを抑えることができるの
で、より急峻な接合が得られる。また、ドライエッチン
グ機構を真空層31内に組込み、イオン注入後にベース
層25の一部をエッチングすることにより、急峻な不純
物プロファイルを実現してもよい。
【0019】また、不純物導入に用いるイオン注入装置
は、従来の汎用型イオン注入装置を用いてもよいが、M
BE装置中にイオン注入装置を組込んでもよい。さら
に、上述の実施例においては、エミッタ層25をシリコ
ン(Si)で形成したが、SiC等のシリコン(Si)
に比べて広いバンドギャップを持つ半導体でエミッタ層
25を形成してもよい。また、ベース層24としてバン
ドギャップの狭いSiGeからなる半導体層を形成した
が、その他のバンドギャップの狭い半導体層をベース層
24として用いてもよい。
【0020】
【発明の効果】この発明によれば、MBE法を用いて形
成したベース層中に、イオン注入によってボロン(B)
等の通常用いられる固溶源の大きいドーパント不純物を
高濃度に導入することができる。それにより、ベース領
域の不純物濃度を高めることができ、優れた高周波特性
を有するバイポーラトランジスタを製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に基づくバイポーラトランジスタの製
造方法の第3工程を示す断面図である。
【図2】この発明に基づくバイポーラトランジスタの製
造方法の第4工程を示す断面図である。
【図3】この発明に基づくバイポーラトランジスタの製
造方法の第5工程を示す断面図である。
【図4】この発明に基づくバイポーラトランジスタの製
造方法の第7工程を示す断面図である。
【図5】この発明に基づくバイポーラトランジスタの製
造に用いたMBE装置を示す断面概略図である。
【図6】エミッタ層形成後にベース層およびエミッタ層
中にイオン注入している様子を示す断面図およびその場
合の注入イオンの深さ方向の濃度分布を示す図である。
【図7】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の第
1工程を示す断面図である。
【図8】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の第
2工程を示す断面図である。
【図9】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の第
3工程を示す断面図である。
【図10】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の
第4工程を示す断面図である。
【図11】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の
第5工程を示す断面図である。
【図12】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の
第6工程を示す断面図である。
【図13】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の
第7工程を示す断面図である。
【図14】従来のバイポーラトランジスタの製造に用い
たMBE装置を示す断面概略図である。
【符号の説明】
1,21 基板 2,22 N+ 埋込層 3,23 コレクタ層 4,24 ベース層 5,25 エミッタ層 6,26 パッシベーション膜 7,27 アルミニウム電極 10,30 MBE装置

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導体基板上にコレクタ領域を形成する
    工程と、 前記コレクタ領域上に分子線エピタキシャル成長法によ
    って半導体層を形成する工程と、 前記半導体層中に不純物をイオン注入することによって
    ベース領域を形成する工程と、 前記ベース領域上にエミッタ領域を形成する工程と、 を備えたバイポーラトランジスタの製造方法。
JP18624691A 1991-07-25 1991-07-25 バイポーラトランジスタの製造方法 Withdrawn JPH0529335A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003021683A1 (fr) * 2001-08-28 2003-03-13 Sony Corporation Dispositif semiconducteur et procede de fabrication

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Effective date: 19981008