JPH0744185B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH0744185B2
JPH0744185B2 JP29665888A JP29665888A JPH0744185B2 JP H0744185 B2 JPH0744185 B2 JP H0744185B2 JP 29665888 A JP29665888 A JP 29665888A JP 29665888 A JP29665888 A JP 29665888A JP H0744185 B2 JPH0744185 B2 JP H0744185B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
silicon
germanium
mixed crystal
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP29665888A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02142138A (en
Inventor
俊行 清水
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP29665888A priority Critical patent/JPH0744185B2/en
Publication of JPH02142138A publication Critical patent/JPH02142138A/en
Publication of JPH0744185B2 publication Critical patent/JPH0744185B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

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及びその製造方法に関し、特にヘテ
ロ接合を有するバイポーラトランジスタの構造及びその
形成方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a structure of a bipolar transistor having a heterojunction and a method for forming the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体基板、特にシリコン半導体基板上に形成されるバ
イポーラ集積回路は、高密度高集積化、高速化の一途を
辿り、特にバイポーラ半導体記憶装置のような集積回路
では、集積度が64kビット又はそれ以上に、アクセス時
間は4.5nS以下へと更に高性能化が進む方向にある。
Bipolar integrated circuits formed on a semiconductor substrate, particularly a silicon semiconductor substrate, are becoming higher in density and higher in integration and speed, and especially in an integrated circuit such as a bipolar semiconductor memory device, the degree of integration is 64 kbits or more. In addition, the access time will be 4.5nS or less and the performance will be further improved.

バイポーラ集積回路の高性能化は、バイポーラトランジ
スタの高速化に負うところが大きく、特に遮断周波数fT
の向上はベース領域中のキャリアの走行時間の短縮と、
トランジスタ内に寄生的に形成されるp−n接合の面積
を低減し素子に寄生する容量を可能な限り減らすことに
より大幅に改善されることが報告されている(昭和63年
電子情報通信学会春期全国大会、PP.2−371)。
The high performance of bipolar integrated circuits depends largely on the speedup of bipolar transistors, especially the cutoff frequency f T
Improvement of the carrier shortens the travel time of the carrier in the base area,
It has been reported that this can be greatly improved by reducing the area of the pn junction parasitically formed in the transistor and reducing the parasitic capacitance of the device as much as possible (1988, IEICE Spring). National Convention, PP.2-371).

この内、ベース領域中のキャリアの走行時間の短縮は、
ベース幅を狭くすることによって達成される。しかし、
ベース幅を狭くすると、ベース拡散層の抵抗が上がるた
め、ベース拡散層の不純物濃度を高くし、ベース領域の
抵抗を低減しなければならない。即ち、超高速バイポー
ラトランジスタを実現するためには、ベースが極薄であ
り、かつ高不純物濃度、低抵抗である必要がある。とこ
ろがベース濃度を高くするとベースガンメル数が上昇
し、相対的にエミッタガンメル数が低下するため、エミ
ッタガンメル数を高くするためにエミッタの不純物濃度
を上げなければならない。しかし、エミッタの不純物濃
度を高くすると、バンド幅の縮小が起こり(バンドギャ
ップナロウィング効果)、エミッタからベースへ注入さ
れる電子の注入効率が低下し、トランジスタの電流増幅
率(hFE)を充分に出すことができなくなる。
Among these, the reduction of the traveling time of the carrier in the base area is
It is achieved by narrowing the base width. But,
When the base width is narrowed, the resistance of the base diffusion layer increases, so that the impurity concentration of the base diffusion layer must be increased to reduce the resistance of the base region. That is, in order to realize an ultra-high speed bipolar transistor, it is necessary that the base be extremely thin, have a high impurity concentration, and have a low resistance. However, when the base concentration is increased, the base Gummel number increases and the emitter Gummel number relatively decreases. Therefore, the impurity concentration of the emitter must be increased in order to increase the emitter Gummel number. However, if the impurity concentration of the emitter is increased, the band width is reduced (bandgap narrowing effect), the injection efficiency of electrons injected from the emitter to the base is reduced, and the current amplification factor (h FE ) of the transistor is sufficiently increased. I will not be able to get to.

この問題を解決するために、近年エミッターベース接合
をヘテロ接合を用いて形成することが提案されている。
エミッタにバンド幅が広く、ベースにバンド幅の狭い構
造を採れば、バンド幅の差によりベースからエミッタへ
の正孔の注入が抑えられるので、エミッタからベースに
注入される電子の注入効率を相対的に高くできる。この
ため、バイポーラトランジスタの低温での電流増幅率が
確保できるなどの種々の利点が生ずる。
In order to solve this problem, it has recently been proposed to form an emitter-base junction using a heterojunction.
If a structure with a wide band width for the emitter and a narrow band width for the base is adopted, hole injection from the base to the emitter can be suppressed due to the difference in band width, so the injection efficiency of the electrons injected from the emitter to the base is relatively Can be made higher. Therefore, various advantages such as ensuring the current amplification factor of the bipolar transistor at a low temperature can be obtained.

ヘテロ接合の組合せとしては、バンド幅の広いエミッタ
を用いる方法と、バンド幅の狭いベースを用いる方法が
ある。前者は、第4図(a)に示すように、エミッタと
してGaAs,SiC,微結晶シリコン等のバンド幅の広い材料1
29を用いる方法である(1987IEDM,Tech.Dig.pp186−19
3)。後者は、第4図(b)に示すように、ベースにMBE
(分子線エピタキシー)やMOCVD等の方法により、Si−G
e混晶等のバンド幅の狭い材料130を用いる方法である
(昭和63年春季第35回応用物理関係連合講演会29aZ 12
/I)。
As a combination of heterojunctions, there are a method using an emitter having a wide band width and a method using a base having a narrow band width. The former is, as shown in FIG. 4 (a), a material with a wide band width such as GaAs, SiC, and microcrystalline silicon as an emitter.
29 (1987 IEDM, Tech.Dig.pp186-19
3). The latter is based on MBE as shown in Fig. 4 (b).
(Molecular beam epitaxy) or MOCVD
This is a method of using a material 130 with a narrow band width such as e-mixed crystal (Spring 1988 35th Joint Lecture on Applied Physics 29aZ 12
/ I).

特にSiとGeは電子親和力がそれぞれ4.05eV、4.0eVとほ
ぼ同じ値を有しており、バンドギャップはそれぞれ1.1e
V、0.66eVである。また、Si−Ge混晶は、SiまたはGeの
中間のバンドギャップ幅を有していることが報告されて
いる(Band alignments of coherently strainde GeXSi
1-X/Si heterostructures on<011>GeYSi1-Y substrat
es Applied Physical Letters 48(8),24 February 1
986)。これらの材料を組合せ、第4図(c)のごと
く、エミッタにSi131、ベースにGeまたはGe−Si混晶層1
32、コレクタにSi133という構成のシリコンヘテロバイ
ポーラトランジスタを形成することが出来る。
In particular, Si and Ge have almost the same electron affinity of 4.05 eV and 4.0 eV, respectively, and the band gaps of 1.1 e and
V is 0.66 eV. Further, it is reported that the Si-Ge mixed crystal has a band gap width intermediate between Si and Ge (Band alignments of coherently strainde Ge X Si).
1-X / Si heterostructures on <011> Ge Y Si 1-Y substrat
es Applied Physical Letters 48 (8), 24 February 1
986). By combining these materials, as shown in FIG. 4 (c), Si131 is used for the emitter and Ge or Ge-Si mixed crystal layer 1 is used for the base.
32, it is possible to form a silicon heterobipolar transistor having a structure of Si133 in the collector.

この構造のトランジスタに於いては、エミッタであるSi
131とベースであるGeまたはSi−Ge混晶層132との界面に
p−n接合が形成されるため、正孔に対するエネルギー
障壁は電子に対するエネルギー障壁よりも大きくなり、
p−n接合を拡散して流れるキャリアは電子が主とな
る。このため、このヘテロ接合を用いたバイポーラトラ
ンジスタのエミッタ注入効率は大幅に上昇する。
In the transistor of this structure, the emitter Si
Since a pn junction is formed at the interface between 131 and the base Ge or Si-Ge mixed crystal layer 132, the energy barrier for holes becomes larger than the energy barrier for electrons,
The electrons are the main carriers that flow through the pn junction. Therefore, the emitter injection efficiency of the bipolar transistor using this heterojunction is significantly increased.

このヘテロ接合を用いれば、バンド幅の縮小に起因する
エミッタ注入効率の低下が防止できること、ベースから
エミッタの正孔の注入を抑え、エミッタに蓄積する正孔
による遅延を排除できること、エミッタの低濃度化によ
って、エミッタ−ベース間の接合容量の減少が図れるな
ど高速バイポーラトランジスタを形成する上で、極めて
有効な手段となる。
By using this heterojunction, it is possible to prevent the reduction of the emitter injection efficiency due to the reduction of the bandwidth, suppress the injection of holes from the base to the emitter, and eliminate the delay due to the holes accumulated in the emitter. This is an extremely effective means for forming a high-speed bipolar transistor by reducing the junction capacitance between the emitter and the base.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、前述のベースにバンド幅の狭い材料とし
て例えばSi−Ge混晶(Si1-XGeX)をMBEやMOCVDで形成す
ると、SiとSi−Ge混晶とでは格子定数が異なるため、Si
−Ge混晶層と下地Si単結晶基板との格子不整合により、
ある程度以上の膜厚のSi−Ge層を堆積すると、転移やク
ラック等の結晶欠陥が生じてしまうという問題点があっ
た。このため、Si基板上にSi−Ge混晶層を厚く堆積でき
ないという問題点があった。
However, when Si-Ge mixed crystal (Si 1-X Ge X ) is formed by MBE or MOCVD as a material with a narrow band width in the above-mentioned base, since Si and Si-Ge mixed crystal have different lattice constants, Si
− Due to the lattice mismatch between the Ge mixed crystal layer and the underlying Si single crystal substrate,
When a Si-Ge layer having a film thickness of a certain degree or more is deposited, there is a problem that crystal defects such as dislocations and cracks occur. Therefore, there is a problem that the Si-Ge mixed crystal layer cannot be thickly deposited on the Si substrate.

上述のごとく、エミッタ注入効率を上げるためには、エ
ミッタ−ベース接合はバンド幅の変化が急峻である必要
がある。このエミッタ−ベース接合においてはエミッタ
側は正孔の注入を抑えさえすれば良いため、ベースであ
るGeまたはSi−Ge混晶層上のエミッタ電極としてのSi単
結晶は薄くてよい(たとえば50〜100Å)。このためベ
ース−エミッタ間は欠陥の無いエピタキシャル成長が出
来る。
As described above, in order to increase the emitter injection efficiency, the emitter-base junction needs to have a sharp change in bandwidth. In this emitter-base junction, since it is sufficient to suppress injection of holes on the emitter side, the Si single crystal as the emitter electrode on the base Ge or Si-Ge mixed crystal layer may be thin (for example, 50- 100Å). Therefore, defect-free epitaxial growth can be performed between the base and the emitter.

しかしながらベースの幅はベース抵抗を低減するために
100〜1000Å程度必要であり、Si−Ge混晶層はそれ以上
の膜厚が必要である。かつ、エミッタと、ベース間に十
分な(0.2eV以上)バンドギャップ差をもたせるために
X=0.5以上であることが必要である。このため、Si基
板上には500〜3000ÅのSi−Ge層を堆積する必要があ
る。
However, the width of the base is to reduce the base resistance.
About 100 to 1000Å is required, and the Si-Ge mixed crystal layer needs to have a larger film thickness. In addition, it is necessary that X = 0.5 or more in order to have a sufficient (0.2 eV or more) band gap difference between the emitter and the base. Therefore, it is necessary to deposit a Si-Ge layer of 500 to 3000 Å on the Si substrate.

ところがSi1-XGeXの組成がX=0.5付近の組成の膜をシ
リコン基板上に100Å以上形成するとSi1-XGeX層に転移
が発生してしまうことが報告されており(SILICON MBE:
FROM STRAINED−LAYER EPITAXY TO DEVICE APPLICATIO
N:Journal of Crystal Growth 70(1984)444−451)、
X=0.5以上の膜を500Å以上Si基板に成長しようとする
と、格子定数不整合のため、Si−Ge混晶層にミスフィッ
ト転移が入り、ベース領域に結晶欠陥が入ることにな
る。この結晶欠陥はキャリアの再結合中心となってエミ
ッタ注入効率を低下させたり、エミッタ−コレクタ間の
突き抜けの原因となるため、正常なトランジスタ特性を
得る上で、大きな障害となる。ベース領域において、バ
ンドギャップ差を充分確保するためにGe濃度を高くする
ことと、ある程度のベース厚を確保するという、2つの
要件を同時に満たす単一のSi−Ge混晶層を厚く形成する
技術は未だ成されていないのが現状である。
However, it has been reported that when a film having a composition of Si 1-X Ge X near X = 0.5 is formed on a silicon substrate in an amount of 100 Å or more, a transition occurs in the Si 1-X Ge X layer (SILICON MBE :
FROM STRAINED-LAYER EPITAXY TO DEVICE APPLICATIO
N: Journal of Crystal Growth 70 (1984) 444-451),
When a film with X = 0.5 or more is grown on a Si substrate of 500Å or more, misfit transition occurs in the Si-Ge mixed crystal layer due to lattice constant mismatch, and crystal defects occur in the base region. This crystal defect serves as a recombination center of carriers to lower the emitter injection efficiency and causes penetration between the emitter and collector, which is a major obstacle to obtaining normal transistor characteristics. In the base region, a technique for thickly forming a single Si-Ge mixed crystal layer that simultaneously satisfies the two requirements of increasing the Ge concentration to secure a sufficient band gap difference and securing a certain base thickness. The reality is that has not been completed yet.

本発明の目的は上記の問題を解決し、欠陥がなく歩留ま
りの高いヘテロ接合トランジスタのベース構造を提供
し、かつその形成方法を提供するにある。
An object of the present invention is to solve the above problems, to provide a base structure of a heterojunction transistor free from defects and having a high yield, and to provide a method for forming the same.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明のヘテロ接合を有するバイポーラトランジスタ
は、シリコン基板もしくはシリコンエピタキシャル層上
に設けられるSi−Geの混晶層に於いて、Si−Geの混晶が
Si−Geの混晶層とこのSi−Geの混晶層上に設けられるエ
ミッタ電極となるシリコン層の界面に向けて、ゲルマニ
ウムの濃度が順次高くなる姿態にシリコン基板もしくは
シリコンエピタキシャル層上に形成される構造とするこ
とである。
Bipolar transistor having a heterojunction of the present invention, in the Si-Ge mixed crystal layer provided on the silicon substrate or the silicon epitaxial layer, Si-Ge mixed crystal
Formed on the silicon substrate or silicon epitaxial layer in such a manner that the concentration of germanium gradually increases toward the interface between the Si-Ge mixed crystal layer and the silicon layer that will be the emitter electrode provided on this Si-Ge mixed crystal layer. It is to be a structure.

このような構造を実現することにより、エミッタ−ベー
ス接合では正孔の注入が抑制され、注入された電子はほ
ぼ平坦な伝導帯を有するベース中を拡散し、コレクタに
到達させることが可能になる。
By realizing such a structure, injection of holes is suppressed at the emitter-base junction, and the injected electrons can diffuse in the base having a substantially flat conduction band and reach the collector. .

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例により形成された半導体
装置の断面図であり、第2図(a)〜(j)は本発明の
第1の実施例を説明するために工程順に示した半導体素
子の断面図である。また以下の説明では便宜上、酸化珪
素膜のことを酸化膜と呼称し、窒化珪素膜のことを窒化
膜と呼称する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device formed according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2J are process steps for explaining the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the semiconductor element shown. In the following description, the silicon oxide film will be referred to as an oxide film, and the silicon nitride film will be referred to as a nitride film for convenience.

初めに、1X1015cm-3程度のボロン濃度を有するシリコン
基板101上に、周知のフォトリソグラフィー技術を用い
てシリコン基板101の一部の領域に1X1020cm-3程度の濃
度を有するn+埋め込み層102を形成し、他の素子と電気
的絶縁を取るためのチャネルストップ部103を形成す
る。次にシリコン基板101上にn-エピタキシャル層104を
堆積する。n+埋め込み層102は例えばヒ素またはアンチ
モン等の不純物を拡散して形成すれば良く、1X1020cm-3
程度の濃度があれば良い。またn-エピタキシャル層104
は例えばヒ素などの不純物をドーブしながら成長すれば
良く、不純物の濃度は1X1015cm-3程度、厚さは1〜2μ
m程度あれば良い。次に分子線エピタキシー(以下MBE
法と略す)によりn-エピタキシャル層104上に例えばSi
1-XGeX(X=0.1)膜105を200〜1000Å程度成長する。
First, on a silicon substrate 101 having a boron concentration of about 1 × 10 15 cm −3, a concentration of about 1 × 10 20 cm −3 is applied to a partial region of the silicon substrate 101 using a well-known photolithography technique. The n + buried layer 102 that is provided is formed, and the channel stop portion 103 for electrically insulating from other elements is formed. Next, an n epitaxial layer 104 is deposited on the silicon substrate 101. n + buried layer 102 may be formed by diffusing an impurity such as, for example, arsenic or antimony, 1 X 10 20 cm -3
It only needs to have a certain concentration. Also n - epitaxial layer 104
May be grown while Dove impurities such as arsenic, the concentration of the impurity is 1 X 10 15 cm -3 or so, the thickness is 1~2μ
About m is enough. Next, molecular beam epitaxy (hereinafter MBE
On the n - epitaxial layer 104 by, for example, Si
The 1-X Ge X (X = 0.1) film 105 is grown to about 200 to 1000Å.

次に同じくMBE法によりSi1-XGeX(X=0.3)膜106を200
〜1000Å程度成長する。同様にMBE法によりSi1-XGe
X(X=0.5)膜107、Si1-XGeX(X=0.7)膜108をそれ
ぞれ200〜700?程度順次成長する。最上層にはゲルマニ
ウム単体の膜が形成される様に何層にも重ねてもよい。
又Si1-XGeXの組成を連続的に変化させてもよい(第2図
(a))。更に最上層のGeの濃度の濃い領域上に30〜10
0ÅのSiを成長させても良い。このSiはエミッタ電極の
一部として用いることができるからである。
Next, the Si 1-X Ge X (X = 0.3) film 106 is formed to 200 by the same MBE method.
It grows up to about 1000Å. Similarly, by MBE method, Si 1-X Ge
An X (X = 0.5) film 107 and a Si 1-X Ge X (X = 0.7) film 108 are sequentially grown to about 200 to 700 ?. The uppermost layer may have any number of layers so that a film of germanium alone is formed.
The composition of Si 1-X Ge X may be continuously changed (Fig. 2 (a)). Furthermore, 30 to 10 are placed on the uppermost Ge-rich region.
You may grow 0Å Si. This is because this Si can be used as a part of the emitter electrode.

次に周知のLOCOS工程により、n-エピタキシャル層104の
一部の領域に素子分離酸化膜109と電極分離酸化膜110を
形成する。素子分離酸化膜109と電極分離酸化膜110は同
じ工程で形成しても良く、膜厚は何れも1〜1.5μmあ
れば良い。素子分離酸化膜109と電極分離酸化膜110の代
わりにトレンチ素子分離を用いてもよい。次に、化学気
相成長法により酸化膜111、窒化膜112を形成し、コレク
タコンタクト113を開口し、コレクタコンタクト113から
例えばリンなどの不純物を拡散してn型導電性を有する
高濃度不純物拡散層114を形成し、埋め込み層102と電気
的に接続をとる(第2図(b))。
Next, the element isolation oxide film 109 and the electrode isolation oxide film 110 are formed in a partial region of the n epitaxial layer 104 by a known LOCOS process. The element isolation oxide film 109 and the electrode isolation oxide film 110 may be formed in the same process, and the film thickness may be 1 to 1.5 μm. Trench element isolation may be used instead of the element isolation oxide film 109 and the electrode isolation oxide film 110. Next, an oxide film 111 and a nitride film 112 are formed by a chemical vapor deposition method, a collector contact 113 is opened, and an impurity such as phosphorus is diffused from the collector contact 113 to diffuse a high concentration impurity having n-type conductivity. The layer 114 is formed and electrically connected to the buried layer 102 (FIG. 2B).

次にポリシリコン115を形成し、高濃度のボロンをイオ
ン注入により打ち込む。次に窒化膜116,酸化膜117を順
次形成し、コレクターベース間の分離、およびエミッタ
部の開口を行う(第2図(c))。
Next, polysilicon 115 is formed and a high concentration of boron is implanted by ion implantation. Next, a nitride film 116 and an oxide film 117 are sequentially formed, and a collector-base separation and an emitter section opening are performed (FIG. 2 (c)).

次に化学気相成長法により、酸化膜を形成し、エミッタ
部分のみ周知のリソグラフィー技術を用いて開口し、酸
化膜をエッチバックし、酸化膜サイドウォール118を形
成する。後の酸化膜エッチングでこの部分の酸化膜が消
失しないようにポリシリコン115を酸化する(第2図
(d))。
Next, an oxide film is formed by a chemical vapor deposition method, only the emitter portion is opened using a well-known lithography technique, the oxide film is etched back, and an oxide film sidewall 118 is formed. The polysilicon 115 is oxidized by the subsequent oxide film etching so that the oxide film at this portion does not disappear (FIG. 2 (d)).

次に、ポリシリコン115の庇119を形成する。庇119を形
成するためには窒化膜112,酸化膜111をエッチング除去
する。酸化膜除去の際、ポリシリコン115の側面は酸化
により高濃度のボロンを含有した酸化膜が形成されてい
るため、この部分の酸化膜は除去されない(第2図
(e))。
Next, an eaves 119 of polysilicon 115 is formed. To form the eaves 119, the nitride film 112 and the oxide film 111 are removed by etching. At the time of removing the oxide film, an oxide film containing a high concentration of boron is formed on the side surface of the polysilicon 115 by oxidation, so that the oxide film at this portion is not removed (FIG. 2 (e)).

更にポリシリコンを堆積し、庇119の部分にポリシリコ
ン120を充す。次に熱処理により、上記ポリシリコン120
にポリシリコン115よりボロンを拡散させ、ボロンが拡
散されていないポリシリコンを、アルカリ溶液により除
去し、ポリシリコン120を庇の中に埋設する。この熱処
理によりシリコン基板にもボロンが拡散されるため、p+
拡散層121が形成される(第3図(f))。
Further, polysilicon is deposited and the eaves 119 is filled with polysilicon 120. Next, by heat treatment, the polysilicon 120
Then, boron is diffused from the polysilicon 115, the polysilicon in which boron is not diffused is removed by an alkaline solution, and the polysilicon 120 is embedded in the eaves. This heat treatment also diffuses boron into the silicon substrate, so p +
The diffusion layer 121 is formed (FIG. 3 (f)).

次に、窒化膜を形成し、反応性イオンエッチバック技術
を用いたエッチバックにより窒化膜サイドウォール122
を形成する(第2図(g))。
Next, a nitride film is formed, and the nitride film sidewalls 122 are formed by etchback using a reactive ion etchback technique.
Are formed (FIG. 2 (g)).

次にボロンをイオン注入法により注入し、ベース領域12
3を形成する(第2図(h))。
Next, boron is ion-implanted to form a base region 12
3 is formed (Fig. 2 (h)).

次にポリシリコン124を形成し、ヒ素などのn型の不純
物を高濃度にポリシリコン124に添加し、熱処理によっ
て表面付近のバンド幅の広いGeまたは熱処理によって形
成されたSi1-XGeX(X=0.7)膜108とポリシリコン124
界面にエミッタ−ベース接合を形成する。次に周知のフ
ォトリソグラフィー技術とエッチングによりポリシリコ
ン124をパターニングする(第2図(i))。
Next, polysilicon 124 is formed, and n-type impurities such as arsenic are added to the polysilicon 124 at a high concentration, and heat treatment is applied to Ge having a wide band width near the surface or Si 1-X Ge X ( X = 0.7) film 108 and polysilicon 124
Form an emitter-base junction at the interface. Next, the polysilicon 124 is patterned by a well-known photolithography technique and etching (FIG. 2 (i)).

次に層間膜125を成長し、電極取り出し用のコンタクト
穴126を開口した後アルミニウム電極127を形成する(第
2図(j))ことにより、エミッタ−ベース間にヘテロ
接合を用いたバイポーラトランジスタが形成される。
Next, an interlayer film 125 is grown, a contact hole 126 for taking out an electrode is opened, and then an aluminum electrode 127 is formed (FIG. 2 (j)), whereby a bipolar transistor using a heterojunction between the emitter and the base is obtained. It is formed.

次に、本発明の第2の実施例を第3図(a)〜(c)を
参照して説明する。n+埋め込み層102、n-エピタキシャ
ル層104、素子分離酸化膜109,電極分離酸化膜110を形成
する工程は第1の実施例と同様である。n-エピタキシャ
ル層104,素子分離酸化膜109,電極分離酸化膜110を形成
した後、基板表面にゲルマニウムを導入する。ゲルマニ
ウムの導入はゲルマニウム膜を化学気相成長法により形
成し、熱処理によってゲルマニウムをn-エピタキシャル
層104に拡散しても良いし、イオン注入により打ち込ん
でも良い。更にゲルマニウムを拡散し、Si−Ge層128を
形成する。Si−Ge層128は熱拡散により表面付近のゲル
マニウム濃度は高く、n-エピタキシャル層104に近いと
ころでは濃度が低くなるので、Si−Ge層128は後の熱処
理で転位などの結晶欠陥が発生することが無い(第3図
(a))。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The steps of forming the n + buried layer 102, the n epitaxial layer 104, the element isolation oxide film 109, and the electrode isolation oxide film 110 are the same as in the first embodiment. After forming the n epitaxial layer 104, the element isolation oxide film 109, and the electrode isolation oxide film 110, germanium is introduced into the substrate surface. The introduction of germanium may be performed by forming a germanium film by chemical vapor deposition and diffusing germanium into the n epitaxial layer 104 by heat treatment, or by implanting it by ion implantation. Further, germanium is diffused to form a Si-Ge layer 128. Since the Si-Ge layer 128 has a high germanium concentration near the surface due to thermal diffusion and has a low concentration near the n - epitaxial layer 104, the Si-Ge layer 128 causes crystal defects such as dislocations in the subsequent heat treatment. (Fig. 3 (a)).

次に、第1の実施例の第2図(b)〜(h)と同じ工程
により、ベース領域123を形成する(第3図(b))。
Next, the base region 123 is formed by the same process as in FIGS. 2B to 2H of the first embodiment (FIG. 3B).

次にポリシリコン124を形成し、ヒ素などのn型の不純
物を高濃度にポリシリコン124に添加し、熱処理によっ
て、表面付近のバンド幅の広いSi−Ge層128とポリシリ
コン124界面にエミッタ−ベース接合を形成する。次に
周知のフォトリソグラフィー技術とエッチングによりポ
リシリコン124をパターニングする(第3図(c))。
Next, a polysilicon 124 is formed, an n-type impurity such as arsenic is added to the polysilicon 124 at a high concentration, and a heat treatment is performed to form an emitter at the interface between the Si-Ge layer 128 having a wide band width and the polysilicon 124. Form a base bond. Next, the polysilicon 124 is patterned by the well-known photolithography technique and etching (FIG. 3C).

以上の工程により、ベース−エミッタ間にヘテロ接合を
有するバイポーラトランジスタが形成できる。
Through the above steps, a bipolar transistor having a heterojunction between the base and the emitter can be formed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明になるヘテロ接合により、従来のバイポーラトラ
ンジスタと比べ電流増幅率が約10倍のトランジスタが形
成できる。又低温に於いても電流増幅率が低下しないト
ランジスタが形成できる。
With the heterojunction according to the present invention, a transistor having a current amplification factor of about 10 times that of a conventional bipolar transistor can be formed. Further, it is possible to form a transistor whose current amplification factor does not decrease even at low temperatures.

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

第1図は本発明の第1の実施例のヘテロ接合形成方法を
用いて形成したバイポーラトランジスタの縦断面図、第
2図(a)〜(j)は本発明の第1の実施例として、本
発明のヘテロ接合を用いて形成されるバイポーラトラン
ジスタの製造工程の説明図、第3図(a)〜(c)は本
発明の第2の実施例として、本発明のヘテロ接合を用い
て形成されるバイポーラトランジスタの製造工程の説明
図、第4図(a),(b)は従来技術を説明するための
ヘテロバイポーラトランジスタの縦断面図、第4図
(c)はベース領域に均一なGeまたはSi−Ge混晶層を有
する、従来技術によるシリコンヘテロバイポーラトラン
ジスタのバンド図である。 101……シリコン基板、102……n+埋め込み層、103……
チャンネルストップ部、104……n-エピ層104、105……S
i0.9Ge0.1膜、106……Si0.7Ge0.3膜、107……Si0.5Ge
0.5膜、108……Si0.3Ge0.7膜、109……素子分離酸化
膜、110……電極分離酸化膜、111……酸化膜、112……
窒化膜、113……コレクタコンタクト、114……高濃度不
純物拡散層、115……ポリシリコン、116……窒化膜、11
7……酸化膜、118……酸化膜サイドウォール、119……
庇、120……ポリシリコン、121……p+拡散層、122……
窒化膜サイドウォール、123……ベース領域、124……ポ
リシリコン、125……層間膜、126……コンタクト穴、12
7……アルミニウム電極、128……Si−Ge層、129……バ
ンド幅の広い材料、130……バンド幅の狭い材料、131…
…エミッタSi層、132……ベースGeまたはSi−Ge層、133
……コレクタSi層。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a bipolar transistor formed by using the method for forming a heterojunction of the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to (j) are the first embodiment of the present invention. 3A to 3C are explanatory views of a manufacturing process of a bipolar transistor formed by using the heterojunction of the present invention, and FIG. 3A to FIG. 3C are formed as a second embodiment of the present invention by using the heterojunction of the present invention. 4 (a) and 4 (b) are vertical cross-sectional views of a hetero-bipolar transistor for explaining the prior art, and FIG. 4 (c) is a uniform Ge region in the base region. FIG. 3 is a band diagram of a conventional silicon hetero-bipolar transistor having a Si—Ge mixed crystal layer. 101 …… Silicon substrate, 102 …… n + buried layer, 103 ……
Channel stop part, 104 …… n - Epi layer 104, 105 …… S
i 0.9 Ge 0.1 film, 106 …… Si 0.7 Ge 0.3 film, 107 …… Si 0.5 Ge
0.5 film, 108 …… Si 0.3 Ge 0.7 film, 109 …… Element isolation oxide film, 110 …… Electrode isolation oxide film, 111 …… Oxide film, 112 ……
Nitride film, 113 …… Collector contact, 114 …… High concentration impurity diffusion layer, 115 …… Polysilicon, 116 …… Nitride film, 11
7 …… Oxide film, 118 …… Oxide film sidewall, 119 ……
Eaves, 120 …… polysilicon, 121 …… p + diffusion layer, 122 ……
Nitride side wall, 123 …… base region, 124 …… polysilicon, 125 …… interlayer film, 126 …… contact hole, 12
7 ... Aluminum electrode, 128 ... Si-Ge layer, 129 ... Wide band material, 130 ... Narrow band material, 131 ...
… Emitter Si layer, 132 …… Base Ge or Si-Ge layer, 133
...... Collector Si layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/161 29/73 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/161 29/73

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電性を有するシリコン基板もしくは
シリコンエピタキシャル層上に、シリコンとゲルマニウ
ムの混晶層を有し、かつ該混晶中に第2導電性不純物層
を有し、かつ該シリコンとゲルマニウムの混晶層上に第
1導電性不純物を有するシリコン層を有し、該シリコン
層とシリコンとゲルマニウムの混晶層の界面にp−n接
合を形成する姿態のヘテロ接合を有するバイポーラトラ
ンジスタに於いて、前記シリコンとゲルマニウムの混晶
中に含まれるゲルマニウム濃度が、外混晶層とその上の
前記シリコン層の界面に向けて、順次高くなる姿態に前
記シリコン基板もしくは前記シリコンエピタキシャル層
上に形成される構造を有することを特徴とする半導体装
1. A mixed crystal layer of silicon and germanium on a silicon substrate or a silicon epitaxial layer having a first conductivity, and a second conductive impurity layer in the mixed crystal, and the silicon. Bipolar transistor having a silicon layer having a first conductive impurity on a mixed crystal layer of germanium and germanium, and having a heterojunction in the form of forming a pn junction at the interface between the silicon layer and the mixed crystal layer of silicon and germanium In the above, on the silicon substrate or the silicon epitaxial layer, the concentration of germanium contained in the mixed crystal of silicon and germanium gradually increases toward the interface between the outer mixed crystal layer and the silicon layer above it. A semiconductor device having a structure formed in
【請求項2】請求項1記載の混晶層を形成する手段とし
て、シリコン基板もしくはシリコンエピタキシャル層に
ゲルマニウムを化学気相成長し、その後熱拡散によりゲ
ルマニウムを拡散する工程を用いることを特徴とする半
導体装置の製造方法
2. A method of forming a mixed crystal layer according to claim 1, wherein a step of chemically vapor-depositing germanium on a silicon substrate or a silicon epitaxial layer and then diffusing the germanium by thermal diffusion is used. Method for manufacturing semiconductor device
【請求項3】請求項1記載の混晶層を形成する手段とし
て、シリコン基板もしくはシリコンエピタキシャル層に
分子線エピタキシー法によりゲルマニウムの濃度が上部
の層ほど高くなるようにシリコンとゲルマニウムの混晶
層を形成する工程を用いることを特徴とする半導体装置
の製造方法
3. A mixed crystal layer of silicon and germanium as a means for forming a mixed crystal layer according to claim 1, wherein the concentration of germanium becomes higher in a silicon substrate or a silicon epitaxial layer by a molecular beam epitaxy method in an upper layer. Method for manufacturing a semiconductor device, characterized by using a step of forming
JP29665888A 1988-11-22 1988-11-22 Semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JPH0744185B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29665888A JPH0744185B2 (en) 1988-11-22 1988-11-22 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29665888A JPH0744185B2 (en) 1988-11-22 1988-11-22 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02142138A JPH02142138A (en) 1990-05-31
JPH0744185B2 true JPH0744185B2 (en) 1995-05-15

Family

ID=17836398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29665888A Expired - Fee Related JPH0744185B2 (en) 1988-11-22 1988-11-22 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0744185B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2855908B2 (en) * 1991-09-05 1999-02-10 日本電気株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2531355B2 (en) * 1993-06-30 1996-09-04 日本電気株式会社 Bipolar transistor and manufacturing method thereof
EP1733430A1 (en) * 2004-03-10 2006-12-20 Agere Systems, Inc. A bipolar junction transistor having a high germanium concentration in a silicon-germanium layer and a method for forming the bipolar junction transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02142138A (en) 1990-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5656514A (en) Method for making heterojunction bipolar transistor with self-aligned retrograde emitter profile
US6049098A (en) Bipolar transistor having an emitter region formed of silicon carbide
US5250448A (en) Method of fabricating a miniaturized heterojunction bipolar transistor
KR100244812B1 (en) Semiconductor device and the manufacturing method thereof
US5296391A (en) Method of manufacturing a bipolar transistor having thin base region
US4959702A (en) Si-GaP-Si heterojunction bipolar transistor (HBT) on Si substrate
US5620907A (en) Method for making a heterojunction bipolar transistor
US4829016A (en) Bipolar transistor by selective and lateral epitaxial overgrowth
JPH0562991A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
US5315151A (en) Transistor structure utilizing a deposited epitaxial base region
JPH05182980A (en) Heterojunction bipolar transistor
US6423990B1 (en) Vertical heterojunction bipolar transistor
EP0430279A2 (en) Si/SiGe heterojunction bipolar transistor utilizing advanced epitaxial deposition techniques and method of manufacture
JP2576828B2 (en) High gain MIS transistor
JP3515944B2 (en) Hetero bipolar transistor
US6171920B1 (en) Method of forming heterojunction bipolar transistor having wide bandgap, low interdiffusion base-emitter junction
US20040084692A1 (en) Graded- base- bandgap bipolar transistor having a constant - bandgap in the base
JPH0744185B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
EP0779652A2 (en) Method for making a heterojunction bipolar transistor
JPS63200567A (en) Hetero junction bipolar transistor and manufacture thereof
JP2728433B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2770583B2 (en) Method of manufacturing collector-top heterojunction bipolar transistor
JP3332079B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3206514B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2670118B2 (en) Semiconductor device and photoelectric conversion device using the same

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees