JPS63127528A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JPS63127528A JPS63127528A JP27340686A JP27340686A JPS63127528A JP S63127528 A JPS63127528 A JP S63127528A JP 27340686 A JP27340686 A JP 27340686A JP 27340686 A JP27340686 A JP 27340686A JP S63127528 A JPS63127528 A JP S63127528A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、Siよシ広いバンドギャップを有するSiN
x単結晶膜とSi単結晶とのヘテロ接合を有する半導体
装置およびその製造方法に関するものである。
x単結晶膜とSi単結晶とのヘテロ接合を有する半導体
装置およびその製造方法に関するものである。
Siとのヘテロ接合材料としては酸素ドープ多結晶Si
膜(5IPO8)が有名である(松下著、半導体研究/
♂春巻7−タ頁、工業調査会15il♂λ年発行、半導
体研究振興会線)。5EPO8は、酸素のドーピング量
を変えることによってバンドギャップを約A/〜f e
vの広い範囲で制御できるという利点を有する。このよ
うにSiより広いバンドギャップを持つ材料をたとえば
Siバイポーラトランジスタのエミッタとして用いれば
(ワイドギャップエミッタ)、エミッタ注入効率の増加
をもたらしバイポーラトランジスタの高速化が期待でき
る。しかし、5EPO8は多結晶であるためワイドギャ
ップエミッタとして用いると単結品別から成るベース部
との接合部に界面準位が多く存在してしまい、その準位
を介する生成再結合電流のために充分な注入効率の増大
が得られないという欠点があった。さらに、5IPO8
は多結晶であるだめに抵抗が高くトランジスタの高速化
を阻害するという欠点があった。
膜(5IPO8)が有名である(松下著、半導体研究/
♂春巻7−タ頁、工業調査会15il♂λ年発行、半導
体研究振興会線)。5EPO8は、酸素のドーピング量
を変えることによってバンドギャップを約A/〜f e
vの広い範囲で制御できるという利点を有する。このよ
うにSiより広いバンドギャップを持つ材料をたとえば
Siバイポーラトランジスタのエミッタとして用いれば
(ワイドギャップエミッタ)、エミッタ注入効率の増加
をもたらしバイポーラトランジスタの高速化が期待でき
る。しかし、5EPO8は多結晶であるためワイドギャ
ップエミッタとして用いると単結品別から成るベース部
との接合部に界面準位が多く存在してしまい、その準位
を介する生成再結合電流のために充分な注入効率の増大
が得られないという欠点があった。さらに、5IPO8
は多結晶であるだめに抵抗が高くトランジスタの高速化
を阻害するという欠点があった。
また、Siとのワイドギャップヘテロ材料としてGaA
s + GaP + S+Oなども試みられているが、
いずれも材料固有のバンドギャップを有しており5IP
O8のように広い範囲でバンドギャップを変化させるこ
とができないという欠点があった。
s + GaP + S+Oなども試みられているが、
いずれも材料固有のバンドギャップを有しており5IP
O8のように広い範囲でバンドギャップを変化させるこ
とができないという欠点があった。
本発明の目的は上記間1点を解決した、すなわち接合部
の界面準位が少なく、構成膜の抵抗が低く、広い範囲で
バンドギャップを変化できるSiNx単結晶膜と単結晶
Siとのヘテロ接合およびその製造方法を提供すること
にある。
の界面準位が少なく、構成膜の抵抗が低く、広い範囲で
バンドギャップを変化できるSiNx単結晶膜と単結晶
Siとのヘテロ接合およびその製造方法を提供すること
にある。
本発明の半導体装置は、Siとのヘテロ接合においてS
i単結晶基板上に81より広いバンドギャップを有する
8iNxエピタキシヤル膜を備えたものである。
i単結晶基板上に81より広いバンドギャップを有する
8iNxエピタキシヤル膜を備えたものである。
また本発明の製造方法は、N原子を構成原子のひとつと
する分子ガス雰囲気中でSiをSi単結晶基板上にエピ
タキシャル成長させる工程によって、SiNxエピタキ
シャル膜を形成するものである。
する分子ガス雰囲気中でSiをSi単結晶基板上にエピ
タキシャル成長させる工程によって、SiNxエピタキ
シャル膜を形成するものである。
5IPO8と比較すると上記SiNxエピタキシャル膜
が単結晶であるためにペテロ接合部での界面準位が少な
くかつ膜の抵抗も低い。また、GaAs+GaP、
SiOなどのバンドギャップが固定された材料と比較す
るとNの含有量を変化させることによってバンドギャッ
プを広い範囲で変えることができる。
が単結晶であるためにペテロ接合部での界面準位が少な
くかつ膜の抵抗も低い。また、GaAs+GaP、
SiOなどのバンドギャップが固定された材料と比較す
るとNの含有量を変化させることによってバンドギャッ
プを広い範囲で変えることができる。
以下、実施例とともに本発明の詳細な説明する。
第1図(a)は、本発明の最も基本となる一実施例を示
す断面構造図である。/はSi単結晶基板、2は5IN
xエピタキシヤル膜であり、たとえばXは約0. /で
ある。第1図(b) 、(c) 、(d)は、本発明の
多層構造に関する代表的実施例である。(b)はSiN
xエピタキシャル層2の上にさらにSi工ピタキシヤル
層/′を有する構造、(c)はコと/′の繰シ返し構造
、(d)はコの上に非晶質あるいは多結晶状態08iN
x層λ′を有する構造である。
す断面構造図である。/はSi単結晶基板、2は5IN
xエピタキシヤル膜であり、たとえばXは約0. /で
ある。第1図(b) 、(c) 、(d)は、本発明の
多層構造に関する代表的実施例である。(b)はSiN
xエピタキシャル層2の上にさらにSi工ピタキシヤル
層/′を有する構造、(c)はコと/′の繰シ返し構造
、(d)はコの上に非晶質あるいは多結晶状態08iN
x層λ′を有する構造である。
第2図は、第1図(a)の構造を実現するための裂取下
の高真空中でrOO−タOO℃にSlからな導入してこ
のガス雰囲気下で固体Siを電子ビーム加熱で溶融・蒸
発させ8iNx膜をエピタキシャル成長させる。このと
きの基板温度は約J″OO″C以上、Siの蒸着速度と
して約/λ/ see を用いる。雰囲気ガスとして
はNH5の替わりにN、H。
の高真空中でrOO−タOO℃にSlからな導入してこ
のガス雰囲気下で固体Siを電子ビーム加熱で溶融・蒸
発させ8iNx膜をエピタキシャル成長させる。このと
きの基板温度は約J″OO″C以上、Siの蒸着速度と
して約/λ/ see を用いる。雰囲気ガスとして
はNH5の替わりにN、H。
を用いてもよいし、その他分解してNを供給できるガス
を用いることも可能である。
を用いることも可能である。
他の方法として、常圧あるいは減圧気相成長法を用い、
まずH2雰囲気中で約りoo”c以上の熱処理によシ基
板表面を清浄化後、Hl SiH4NHs混合ガス雰
囲気中で約r o o ’c以上の温度で成長させても
よい。8 i H4の替わりにBitma 、NHs
の替わりにN、 H,を用いてもよいし、その他分解
してNを供給できるガスを用いることも可能である。
まずH2雰囲気中で約りoo”c以上の熱処理によシ基
板表面を清浄化後、Hl SiH4NHs混合ガス雰
囲気中で約r o o ’c以上の温度で成長させても
よい。8 i H4の替わりにBitma 、NHs
の替わりにN、 H,を用いてもよいし、その他分解
してNを供給できるガスを用いることも可能である。
第1図の(b)および(C)の製造工程としては、第2
図で説明したSiNx膜の堆積工程とNl−13あるい
はN、 H,を用いない純粋なSiエピタキシャル層/
′の堆積工程を交互に繰り返せばよ、い。第1図(d)
の製造工程は、第2図で説明したS i Nxエピタキ
シャル膜の堆積工程のあと、例えば約≠00℃以下の低
温で≠x / 0−6TorrのNH,ガス雰囲気中で
固体Siを蒸着させることによって非晶質あるいは多結
晶のS i Nx膜を得ることができる。
図で説明したSiNx膜の堆積工程とNl−13あるい
はN、 H,を用いない純粋なSiエピタキシャル層/
′の堆積工程を交互に繰り返せばよ、い。第1図(d)
の製造工程は、第2図で説明したS i Nxエピタキ
シャル膜の堆積工程のあと、例えば約≠00℃以下の低
温で≠x / 0−6TorrのNH,ガス雰囲気中で
固体Siを蒸着させることによって非晶質あるいは多結
晶のS i Nx膜を得ることができる。
第3図は、第2図に示したMBEを用いる方法によって
実際にSiNxエピタキシャル膜が得られることを示す
データである。縦軸3は赤外吸収法によシ求めた膜中の
N濃度(at%)、横軸弘は堆積温度(°C)である。
実際にSiNxエピタキシャル膜が得られることを示す
データである。縦軸3は赤外吸収法によシ求めた膜中の
N濃度(at%)、横軸弘は堆積温度(°C)である。
得られた膜は堆積温度370°Cの膜(図中のプロット
点りを除いて基板Siと同一の結晶軸を有する単結晶、
即ちエピタキシャル膜であることを電子線回折法により
確認している。6gO°Cで形成したSiNxエピタキ
シャル膜反・射(図中のプロット点!′)電子線回折像
を第≠図に示す。堆積温度の増大とともにN Hs
の熱分解が促進され膜中のN濃度が増大している。N原
子は成長膜中に取り込まれる際、雰囲気中の微量酸素と
結合しやすいため結果的に酸素原子も含む5iNxOy
エピタキシヤル膜が形成されることが多いが本発明の主
旨に何ら反するものではない。
点りを除いて基板Siと同一の結晶軸を有する単結晶、
即ちエピタキシャル膜であることを電子線回折法により
確認している。6gO°Cで形成したSiNxエピタキ
シャル膜反・射(図中のプロット点!′)電子線回折像
を第≠図に示す。堆積温度の増大とともにN Hs
の熱分解が促進され膜中のN濃度が増大している。N原
子は成長膜中に取り込まれる際、雰囲気中の微量酸素と
結合しやすいため結果的に酸素原子も含む5iNxOy
エピタキシヤル膜が形成されることが多いが本発明の主
旨に何ら反するものではない。
第5図は、本発明のSiNx/Siヘテロ構造をバイポ
ーラトランジスタに適用した一実施例であり。
ーラトランジスタに適用した一実施例であり。
従来構造のnpnトランジスタを基本にしてエミッタ構
造に特徴を持たせた例を示す。2はp型基板、7は層コ
レクタ環め込み層、♂はnコレクタ層、りはp子ベース
補償領域、10はpベース層、//はエミッタであるn
5iNx工ピタキシヤル層、/2はAIなどの金属ある
いは多結晶Siから成る電極、/3は8102 などの
分離用絶縁物である。
造に特徴を持たせた例を示す。2はp型基板、7は層コ
レクタ環め込み層、♂はnコレクタ層、りはp子ベース
補償領域、10はpベース層、//はエミッタであるn
5iNx工ピタキシヤル層、/2はAIなどの金属ある
いは多結晶Siから成る電極、/3は8102 などの
分離用絶縁物である。
第4図は、第を図のエミッタ近傍の拡大図であって、/
/aは絶縁物/3の近傍の8iNx膜の多結晶化された
領域である。このような構造になっているから、ベース
IOとエミッタであるSiNxエピタキシャル層//と
の接合部は同じ結晶構造を持った単結晶同士の接合とな
り界面準位密度は極めて低い。また、8iNx工ピタキ
シヤル層は数at%以上のN含有量を有するからシリコ
ンに比べて広いバンドギャップを持つため、ベース10
からエミッタ//への正孔の注入が抑制され、高いエミ
ッタ注入効率ひいては高い電流増幅率が得られる。バン
ドギャップはSiが/、 / eV 、 Si、 N4
がよOeVであり、SiNx のXの値に応じて/、/
〜j、OeVの間で変化する。
/aは絶縁物/3の近傍の8iNx膜の多結晶化された
領域である。このような構造になっているから、ベース
IOとエミッタであるSiNxエピタキシャル層//と
の接合部は同じ結晶構造を持った単結晶同士の接合とな
り界面準位密度は極めて低い。また、8iNx工ピタキ
シヤル層は数at%以上のN含有量を有するからシリコ
ンに比べて広いバンドギャップを持つため、ベース10
からエミッタ//への正孔の注入が抑制され、高いエミ
ッタ注入効率ひいては高い電流増幅率が得られる。バン
ドギャップはSiが/、 / eV 、 Si、 N4
がよOeVであり、SiNx のXの値に応じて/、/
〜j、OeVの間で変化する。
また、エミッタ抵抗はトランジスタの動作速度を遅くさ
せ発熱量を増加させるのでできる限り小さいことが必要
であるが、本構造ではエミッタ//が単結晶であるため
にエミッタ抵抗を充分に小さくすることができる。
せ発熱量を増加させるのでできる限り小さいことが必要
であるが、本構造ではエミッタ//が単結晶であるため
にエミッタ抵抗を充分に小さくすることができる。
なお、第2図において//aの多結晶領域は非晶質絶縁
物/3の影響により形成されるものであるが、ベースI
Oとの接合部には広がっておらず界面準位密度の増大は
生じない。また、大部分のエミッタ電流はエミッタ//
の中央部である低抵抗部を流れるので多結晶領域//a
はエミッタ抵抗の増大にはほとんど寄与しない。
物/3の影響により形成されるものであるが、ベースI
Oとの接合部には広がっておらず界面準位密度の増大は
生じない。また、大部分のエミッタ電流はエミッタ//
の中央部である低抵抗部を流れるので多結晶領域//a
はエミッタ抵抗の増大にはほとんど寄与しない。
第!図、第z図は本発明のSiNx/Siヘテロ構造を
従来構造のバイポーラトランジスタに適用した例である
が、従来型より高速動作が可能なSSTトランジスタ(
バイポーラ)(酒井他著、 IEDMテクニカルダイ
ジェスト、/り♂j年2.7)にも全く同様に適用でき
SST )ランジスタ の高速性能をさらに向上させる
ことができる。さらに本発明はSi上にSiNxを堆積
してメサエッチを行うメサ型トランジスタなどにも適用
できる。また、エミッタ部分の構造として本実施例では
SiNxを一層のみ用いた例を示したが、SiNxエピ
タキシャル層とSiエピタキシャル層とからなる多層構
造であってもよい。このような多層構造にすれば一層の
みの場合に比べ良好な結晶性が得られ、従ヮてより低い
抵抗およびより低い界面準位密度が得られる。
従来構造のバイポーラトランジスタに適用した例である
が、従来型より高速動作が可能なSSTトランジスタ(
バイポーラ)(酒井他著、 IEDMテクニカルダイ
ジェスト、/り♂j年2.7)にも全く同様に適用でき
SST )ランジスタ の高速性能をさらに向上させる
ことができる。さらに本発明はSi上にSiNxを堆積
してメサエッチを行うメサ型トランジスタなどにも適用
できる。また、エミッタ部分の構造として本実施例では
SiNxを一層のみ用いた例を示したが、SiNxエピ
タキシャル層とSiエピタキシャル層とからなる多層構
造であってもよい。このような多層構造にすれば一層の
みの場合に比べ良好な結晶性が得られ、従ヮてより低い
抵抗およびより低い界面準位密度が得られる。
なお、第5図の実施例におけるp型とn型を逆KL、p
np トランジスタに本発明を適用することも可能で
ある。また本発明のSiNx/Siヘテロ構造を太陽電
池や超格子膜等に適用することも可能である。
np トランジスタに本発明を適用することも可能で
ある。また本発明のSiNx/Siヘテロ構造を太陽電
池や超格子膜等に適用することも可能である。
以上説明したように本発明の半導体装置およびその製造
方法によれば、SiNx単結晶とSi単結晶とのヘテロ
接合が形成できるので酸素ドープ多結晶層とSi単結晶
層のヘテロ界面を用いる5IPO8に比べて界面準位密
度が低い。従って、本発明をバイポーラトランジスタに
適用すれば、大きなエミッタ注入効率が得られる。また
、SiNx層が単結晶であるために多結晶および非晶質
材料に比べて低抵抗が得られる。この大きなエミッタ注
入効率と低い抵抗のためにバイポーラトランジスタの高
速化が可能となる。
方法によれば、SiNx単結晶とSi単結晶とのヘテロ
接合が形成できるので酸素ドープ多結晶層とSi単結晶
層のヘテロ界面を用いる5IPO8に比べて界面準位密
度が低い。従って、本発明をバイポーラトランジスタに
適用すれば、大きなエミッタ注入効率が得られる。また
、SiNx層が単結晶であるために多結晶および非晶質
材料に比べて低抵抗が得られる。この大きなエミッタ注
入効率と低い抵抗のためにバイポーラトランジスタの高
速化が可能となる。
第1図は本発明のSiNxエピタキシャル層/S i単
結晶からなるヘテロ接合を有する構造の断面構成図、第
2図は第7図(a)の構造を実現するための製造工程、
第3図は第2図の工程で得られるSiNx エピタキシ
ャル層の堆積温度とNI濃度との関係を示す赤外吸収の
実験データ、第弘図は第2図の工程で得られたSiNx
エピタキシャル層が単結晶であることを示す反射電子線
回折像、第5図は本発明の8iNx工ピタキシヤル層/
Si 単結晶から成るペテロ接合をバイポーラトラン
ジスタに適用した実施例、第6図は第5図のエミッタ近
傍の拡大図である。 /・・・Si単結晶基板、/′・・・Siエピタキシヤ
ル膜、2・・・SiNxエピタキシャル膜、λ′・・・
非晶質あるいは多結晶8iNx膜、3・・・堆積膜中の
N濃度(at%)、≠・・・堆積温度(’C)、!、!
′・・・堆積温度370.t♂O℃の膜のプロット点、
2・・・ρ型基板、7・・・n コレクタ埋め込み層、
♂・・・nコレクタ層、り・・・p ヘース補償領域、
10・・・pベース層、//・・・n SiNxエピ
タキシャル層、/2・・・電極、/3・・・分離用絶縁
物% //a・・・多結晶SiNx領域。
結晶からなるヘテロ接合を有する構造の断面構成図、第
2図は第7図(a)の構造を実現するための製造工程、
第3図は第2図の工程で得られるSiNx エピタキシ
ャル層の堆積温度とNI濃度との関係を示す赤外吸収の
実験データ、第弘図は第2図の工程で得られたSiNx
エピタキシャル層が単結晶であることを示す反射電子線
回折像、第5図は本発明の8iNx工ピタキシヤル層/
Si 単結晶から成るペテロ接合をバイポーラトラン
ジスタに適用した実施例、第6図は第5図のエミッタ近
傍の拡大図である。 /・・・Si単結晶基板、/′・・・Siエピタキシヤ
ル膜、2・・・SiNxエピタキシャル膜、λ′・・・
非晶質あるいは多結晶8iNx膜、3・・・堆積膜中の
N濃度(at%)、≠・・・堆積温度(’C)、!、!
′・・・堆積温度370.t♂O℃の膜のプロット点、
2・・・ρ型基板、7・・・n コレクタ埋め込み層、
♂・・・nコレクタ層、り・・・p ヘース補償領域、
10・・・pベース層、//・・・n SiNxエピ
タキシャル層、/2・・・電極、/3・・・分離用絶縁
物% //a・・・多結晶SiNx領域。
Claims (2)
- (1)Si単結晶と主としてSi原子とN原子から成る
SiNxエピタキシャル層とのヘテロ接合を有すること
を特徴とする半導体装置。 - (2)Si単結晶基板表面を清浄化後、少なくともN原
子を構成原子の一つとする分子ガス雰囲気中でSiを前
記Si単結晶基板上に堆積することにより、Si単結晶
と主としてSi原子とN原子から成るSiNxエピタキ
シャル層とのヘテロ接合を形成することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27340686A JPS63127528A (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27340686A JPS63127528A (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63127528A true JPS63127528A (ja) | 1988-05-31 |
Family
ID=17527445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27340686A Pending JPS63127528A (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63127528A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009152627A (ja) * | 1998-01-16 | 2009-07-09 | Mitsubishi Materials Corp | 窒化物半導体層付き基板の製造方法 |
-
1986
- 1986-11-17 JP JP27340686A patent/JPS63127528A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009152627A (ja) * | 1998-01-16 | 2009-07-09 | Mitsubishi Materials Corp | 窒化物半導体層付き基板の製造方法 |
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