JPS63280453A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

Info

Publication number
JPS63280453A
JPS63280453A JP11449287A JP11449287A JPS63280453A JP S63280453 A JPS63280453 A JP S63280453A JP 11449287 A JP11449287 A JP 11449287A JP 11449287 A JP11449287 A JP 11449287A JP S63280453 A JPS63280453 A JP S63280453A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
silicon
amorphous
region
semiconductor device
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.)
Pending
Application number
JP11449287A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Kuwagaki
桑垣 衛
Toshiro Ogino
俊郎 荻野
Kazuo Imai
和雄 今井
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone 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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP11449287A priority Critical patent/JPS63280453A/en
Publication of JPS63280453A publication Critical patent/JPS63280453A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To contrive accomplishment of high speed operation of a transistor by a method wherein, in the semiconductor device having a heterogeneous semiconductor layer which forms a junction with single crystal silicon on the surface of the single crystal silicon, the heterogeneous semiconductor layer contains an amorphous region and a crystal region, and a part or the whole of said heterogeneous semiconductor layer is formed with the silicon of specific carbon composition. CONSTITUTION:The structure having a transition layer 6, for which carbon content is changed, as a part of an amorphous region in the midway between the amorphous silicon layer 3 containing carbon of 5% or more and located on a silicon single crystal substrate 1, and a polycrystalline silicon layer 5, is provided. Said polycrystalline silicon layer 5 is used to ohmic-contact the metal used for wiring, and the layer 5 may be formed on an Si(1-x)Cx layer 2. A structure having the transition layer 7, in which carbon content is changed, between the silicon substrate 1 and the amorphous silicon layer 3 as a part of an amorphous semiconductor layer, can also be formed. Also, the skipping of a conduction band can be prevented by providing the transition layer 7 as above-mentioned. Also, the above-mentioned two structures can be conbindly used.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン単結晶より広い禁止帯幅をもつ材料
を構成材料の1つとする半導体装置例えばヘテロ接合を
有するシリコンバイポーラトランジスタおよびその製造
方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device in which one of the constituent materials is a material having a bandgap wider than a silicon single crystal, such as a silicon bipolar transistor having a heterojunction, and a method for manufacturing the same. It is related to.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

シリコンより広い禁止帯幅をもつ材料を例えばシリコン
バイポーラトランジスタのエミッタ材料として用いれば
ワイドギャップエミッタを形成でき、エミッタ注入効率
の増加をもたらし、ベース層の不純物濃度が高い場合に
おいても高いhFEを期待できる。ベース層の不純物濃
度が高い場合はベース抵抗が下がり、またベース層幅を
狭くしてベース走行時間を短くできるので、バイポーラ
トランジスタの高速化が期待できる。シリコンとのへテ
ロ接合材料としては、酸素ドープ多結晶シリコン(S 
I PO3) 、非晶質炭化珪素などが検討されている
For example, if a material with a wider bandgap than silicon is used as the emitter material of a silicon bipolar transistor, a wide gap emitter can be formed, resulting in an increase in emitter injection efficiency, and high hFE can be expected even when the impurity concentration of the base layer is high. . When the impurity concentration of the base layer is high, the base resistance decreases, and the base travel time can be shortened by narrowing the base layer width, so it is expected that the speed of the bipolar transistor will increase. Oxygen-doped polycrystalline silicon (S
IPO3), amorphous silicon carbide, etc. are being considered.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしこれらの材料では抵抗が高く、トランジスタの高
速化を阻害するという欠点があった。これについては、
例えば「アイ・イー・イー・イー、エリ他、電子素子速
報誌、イー・ディー・エル6巻、11号、311頁、1
985年(IEEE、 ELIYADLONOVITC
Het al、、Electron Device L
etters、fiDL6.No、6.p、311.1
985)に記載されている。
However, these materials have a drawback of high resistance, which hinders the speeding up of transistors. Regarding this,
For example, “I.E.E., Eri et al., Electronic Device Bulletin, E.D.L. Vol. 6, No. 11, p. 311, 1
985 (IEEE, ELIYADLONOVITC
Het al, Electron Device L
etters, fiDL6. No, 6. p, 311.1
985).

また、シリコンとの広禁止帯幅ヘテロ接合材料として、
GaAs、GaP、単結晶SiCなども試みられている
が、単結晶系材料では格子定数が決まっているため、単
結晶シリコン上に形成する場合、単結晶シリコンの格子
定数との不整合に由来する界面準位密度が多(なり、そ
のため界面再結合電流が多く、高いhyxを期待するこ
とができない。また、それぞれ固有のバンドギャップを
もっており、npn)ランジスタを考えた場合、ヘテロ
界面における伝導帯の「とび」を制御できないため、高
速化に必要な電子電流密度(I X 10’A / c
 m ”以上)が得られないという欠点があった。
In addition, as a wide bandgap heterojunction material with silicon,
GaAs, GaP, and single-crystal SiC have also been tried, but single-crystal materials have a fixed lattice constant, so when forming on single-crystal silicon, the lattice constant is due to a mismatch with the lattice constant of single-crystal silicon. When considering a transistor with a high density of interface states (therefore, the interface recombination current is large and high hyx cannot be expected.Also, each transistor has its own band gap, npn), the conduction band at the hetero interface is Since "skipping" cannot be controlled, the electron current density (I x 10'A/c
m'' or more) cannot be obtained.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、シリコンとのへテロ接合部の界
面準位が少なく、構成膜の抵抗が低く、広い範囲で禁止
帯幅を制御できる物質を用いた半導体装置およびその製
造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of these points, and its objectives are to reduce the interface states of the heterojunction with silicon, to reduce the resistance of the constituent films, and to reduce the bandgap in a wide range. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device using a substance that can control the temperature and a method for manufacturing the same.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

このような目的を達成するために本発明は、単結晶シリ
コンの表面に単結晶シリコンと接合を形成する異種半導
体層を有する半導体装置において、異種半導体層は非晶
質領域と結晶領域とを含み、上記異種半導体層の一部又
は全部を炭素組成が5%以上のシリコンで形成するよう
にしたものである。
In order to achieve such an object, the present invention provides a semiconductor device having a heterogeneous semiconductor layer forming a junction with the single crystal silicon on the surface of the single crystal silicon, wherein the heterogeneous semiconductor layer includes an amorphous region and a crystalline region. , a part or all of the above-mentioned foreign semiconductor layer is formed of silicon having a carbon composition of 5% or more.

また、本発明による製造方法は、単結晶シリコン基板を
600℃以上にし、少なくとも炭素原子を構成原子の1
つとする第1種の分子ガスとシリコン原子を構成原子の
1つとする第2種の分子ガスとから生成されたプラズマ
を用いた化学気相成長を行なうことにより単結晶シリコ
ン表面に接合を形成する異種半導体を形成する工程を含
むようにしたものである。
Further, in the manufacturing method according to the present invention, the single crystal silicon substrate is heated to 600°C or higher, and at least one of the constituent atoms is
A bond is formed on the surface of single crystal silicon by performing chemical vapor deposition using plasma generated from a first type of molecular gas containing silicon atoms and a second type of molecular gas containing silicon atoms as one of the constituent atoms. This method includes a step of forming a different type of semiconductor.

〔作用〕[Effect]

本発明においては、npnのへテロバイポーラトランジ
スタの価電子帯のエネルギー的な「とび」をQ、leV
以上の値に設定でき、十分高いhFtをもつバイポーラ
トランジスタを得ることができる。
In the present invention, the energetic "skipping" of the valence band of an npn hetero-bipolar transistor is defined as Q, leV.
The above value can be set, and a bipolar transistor having a sufficiently high hFt can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

まず、本発明の構成等の概要について説明する。 First, an overview of the configuration of the present invention will be explained.

本発明による半導体装置は、従来の技術のようにシリコ
ンとは異なる均一物質によりヘテロ接合を構成するのと
は異なり、微結晶あるいは多結晶シリコン領域と非晶質
領域からなる不均一な物質あるいは構造から構成されて
いることを最も主要な特徴とする。微結晶あるいは多結
晶シリコン領域は不純物ドーピング効率が高く低抵抗化
が可能である。また、非晶質領域は炭素を5〜30at
The semiconductor device according to the present invention has a non-uniform material or structure consisting of a microcrystalline or polycrystalline silicon region and an amorphous region, unlike the conventional technology in which a heterojunction is constructed using a uniform material different from silicon. The main feature is that it is composed of. Microcrystalline or polycrystalline silicon regions have high impurity doping efficiency and can reduce resistance. In addition, the amorphous region contains 5 to 30 at of carbon.
.

%を含むシリコンで構成されている。非晶質物質は炭素
の含有量を変化させることによって広い範囲で禁止帯幅
を制御できる。さらに、結合の自由度が大きいためシリ
コンとの界面準位の発生を抑制する効果がある。この微
結晶あるいは多結晶シリコン領域と非晶質領域からなる
不均一な物質は、その組成から以下S i (、−ゎC
xと記す。
Composed of silicon containing %. The forbidden band width of an amorphous material can be controlled over a wide range by changing the carbon content. Furthermore, since the degree of freedom in bonding is large, it has the effect of suppressing the generation of interface states with silicon. This non-uniform material consisting of microcrystalline or polycrystalline silicon regions and amorphous regions has the following composition: Si (, -ゎC
It is written as x.

また本発明による半導体装置の製造方法は、シリコン原
子を構成原子の1つとする分子ガスと炭素原子を構成原
子の1つとするガス中で基板温度を600℃以上に設定
し、プラズマを用いた化学気相成長(以下「プラズマC
VDJという)を行なうものである。
In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention involves setting the substrate temperature at 600°C or higher in a molecular gas containing silicon atoms as one of its constituent atoms and a gas containing carbon atoms as one of its constituent atoms, and using plasma-based chemical chemistry. Vapor phase growth (hereinafter referred to as “plasma C”)
This is called VDJ).

以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail along with examples.

第1図は、本発明の最も基本となる実施例を示す断面図
である。第1図において、1はシリコン単結晶基板、2
は結晶領域と非晶質領域とが混在している異種半導体層
としてのS f n−x> CX層であり、非晶質領域
においてX≧0.05である。
FIG. 1 is a sectional view showing the most basic embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a silicon single crystal substrate, 2
is an S f n-x>CX layer as a heterogeneous semiconductor layer in which a crystalline region and an amorphous region coexist, and X≧0.05 in the amorphous region.

第2図(a)〜(e)はシリコン基板1上のS i (
1−ゎCX層2の構成を具体的に示した第2〜第6の実
施例である。
FIGS. 2(a) to (e) show Si (
These are second to sixth embodiments specifically showing the structure of the 1-ゎCX layer 2.

第2図(a)は炭素を含む非晶質シリコン層3中に10
人〜数百人の微結晶シリコン領域4を有する構造であり
、X≧0.05の非晶質シリコン層3と微結晶シリコン
領域4はS i (1−Xl CX層2を構成する。シ
リコン基板1とS l (1−Xl CX層2の界面は
非晶質で構成されているので、禁止帯幅が広(、゛かつ
界面準位も少ない、また、S i (、−〇CXCX層
2部には低抵抗な微結晶領域4が点在するので、S i
 (、−ゎcxN2全N2全体低抵抗化が可能である。
FIG. 2(a) shows 100% in the amorphous silicon layer 3 containing carbon.
It has a structure having a microcrystalline silicon region 4 of up to several hundred regions, and the amorphous silicon layer 3 with X≧0.05 and the microcrystalline silicon region 4 constitute a Si (1-Xl CX layer 2). Since the interface between the substrate 1 and S l (1-Xl CX layer 2 is composed of amorphous material, the forbidden band width is wide (,゛ and there are few interface states. Since the second part is dotted with low-resistance microcrystalline regions 4, Si
(, -ゎcxN2 It is possible to lower the overall resistance of all N2.

第2図(b)はシリコン単結晶基板1上に炭素を5%以
上含む非晶質シリコン層3と多結晶シリコン層5をもつ
構造を示す断面図、第2図(C)はシリコン単結晶基板
1上の炭素を5%以上含む非晶質シリコン層3と多結晶
シリコン層5の中間に炭素含有量を変化させた遷移層6
を非晶質領域の一部として有する構造を示す断面図であ
る。多結晶シリコン層5は配線のための金属とオーミッ
ク接触をとるためのもので、第2図(a)のS i (
1−X) CxJii 2の上に形成してもよい。第2
図(d)はシリコン基板1と非晶質シリコン層3の間に
炭素含有量を変化させた遷移層7を異種半導体層の一部
として有する構造を示す断面図である。このように遷移
層7を設けることによって伝導帯の「とび」をなくすこ
とも可能である。上記第2図(C)と(d)の構造を組
合せた構造も可能である。
FIG. 2(b) is a cross-sectional view showing a structure having an amorphous silicon layer 3 containing 5% or more of carbon and a polycrystalline silicon layer 5 on a silicon single crystal substrate 1, and FIG. 2(C) is a silicon single crystal A transition layer 6 with varying carbon content is located between the amorphous silicon layer 3 containing 5% or more carbon and the polycrystalline silicon layer 5 on the substrate 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure having the amorphous region as part of the amorphous region. The polycrystalline silicon layer 5 is for making ohmic contact with metal for wiring, and is S i (
1-X) may be formed on CxJii 2. Second
Figure (d) is a cross-sectional view showing a structure in which a transition layer 7 with a varying carbon content is provided between a silicon substrate 1 and an amorphous silicon layer 3 as part of a different semiconductor layer. By providing the transition layer 7 in this way, it is also possible to eliminate "jumps" in the conduction band. A structure combining the structures shown in FIGS. 2(C) and 2(d) above is also possible.

次に、第2図(a)の構造を実現するための製造工程を
説明する。本方法ではプラズマCVD法を用いる。先ず
、シリコン基板1を600℃以上に昇温しH!ガスを導
入する。次にグロー放電を起こし、H!プラズマ中で基
板1の表面を清浄化する。
Next, a manufacturing process for realizing the structure shown in FIG. 2(a) will be explained. This method uses plasma CVD. First, the temperature of the silicon substrate 1 is raised to 600°C or higher and H! Introduce gas. Next, a glow discharge is generated and H! The surface of the substrate 1 is cleaned in plasma.

続いてCH,ガス、SiH,ガス、H2ガスを例えば0
.3Torrで導入しプラズマCVDを行なう。
Next, CH, gas, SiH, gas, and H2 gas are
.. Plasma CVD is performed by introducing at 3 Torr.

このとき堆積温度は600℃以上を用いる。これによっ
て微結晶層あるいは多結晶層を、含む構造の形成が可能
になる。ガスとしては、CH,の替わりにCt H4を
用いても良いし、その他分解して炭素を供給できるガス
を用いることも可能である。
At this time, a deposition temperature of 600° C. or higher is used. This allows the formation of structures containing microcrystalline or polycrystalline layers. As the gas, Ct H4 may be used instead of CH, or other gases that can be decomposed to supply carbon may also be used.

また、SiH,の替わりに5izH,などシリコンを供
給できるガスを用いてもよい。具体的には、CHaガス
I S CCM (Standard CC/M)と5
iHaガス53CCMのプラズマCVDにより基板温度
TOO℃°で堆積させた。このとき、ドーピングガスと
してPH,ガスを導入し、リンを5X10”c m−’
程度添加し、さらにキャリアガスとしてHlを50SC
CM流した。
Further, instead of SiH, a gas capable of supplying silicon, such as 5izH, may be used. Specifically, CHa gas IS CCM (Standard CC/M) and 5
It was deposited by plasma CVD using 53 CCM of iHa gas at a substrate temperature of TOO°C. At this time, PH gas was introduced as a doping gas, and phosphorus was added at 5X10"cm-'
50SC of Hl as a carrier gas.
A commercial was played.

第2図(blに示す異種半導体層の製造工程としては、
炭素を含む非晶質シリコン層3を形成後、CH4ガスを
切り、さらにS i HaとH,ガスのみでプラズマC
VDを行ない、多結晶シリコン層5を堆積する工程とす
ればよい。具体的には、CH。
The manufacturing process of the heterogeneous semiconductor layer shown in FIG. 2 (bl) is as follows:
After forming the carbon-containing amorphous silicon layer 3, the CH4 gas was turned off, and then plasma C was applied using only SiHa, H, and gases.
This may be a step of performing VD and depositing the polycrystalline silicon layer 5. Specifically, CH.

ガスとS i HaガスとPH2ガスのプラズマCVD
により基板温度650℃で炭素を含む非晶質シリコン層
を150人堆積させた後CHaガスをしゃ断し、S i
 H,ガスとPI(sガスとHzガスのプラズマCVD
により多結晶シリコン層を堆積した。
Plasma CVD of gas, S i Ha gas, and PH2 gas
After depositing 150 carbon-containing amorphous silicon layers at a substrate temperature of 650°C, the CHa gas was cut off and Si
Plasma CVD of H, gas and PI (s gas and Hz gas)
A polycrystalline silicon layer was deposited by the following steps.

また、第2図(C1の場合には、炭素を含む非晶質シリ
コン層3を形成後、CHaガス流量を減少させながらプ
ラズマCVDを行なうことによって遷移層6を得ること
ができる。この構造は、基板温度を一定にしてS iH
4とCH4の流量比だけを変えることによっても形成可
能である。例えば、基板温度を650℃として、SiH
4ガス流量/CH4ガス流量比を0.2で流してプラズ
マCVDを行なった場合、炭素を含む非晶質シリコンが
形成されるのに対して、CHaガス流量を減少していっ
た場合、シリコン微結晶核が生成され、最終的にS s
 Haだけの場合には多結晶シリコンが形成される。具
体的には、基板温度600℃で炭素を含む非晶質シリコ
ンを堆積後、CHaガス流量を0.023CCM/秒で
減少させ、最終的にSiH。
Furthermore, in the case of FIG. 2 (C1), the transition layer 6 can be obtained by performing plasma CVD while decreasing the CHa gas flow rate after forming the amorphous silicon layer 3 containing carbon. , SiH with constant substrate temperature
It can also be formed by changing only the flow rate ratio of CH4 and CH4. For example, when the substrate temperature is 650°C, SiH
When plasma CVD is performed at a flow rate ratio of 4 gas flow rate/CH4 gas flow rate of 0.2, amorphous silicon containing carbon is formed, whereas when the CH gas flow rate is decreased, silicon Microcrystalline nuclei are generated and finally S s
In the case of only Ha, polycrystalline silicon is formed. Specifically, after depositing carbon-containing amorphous silicon at a substrate temperature of 600°C, the CHa gas flow rate was decreased at 0.023CCM/sec, and finally SiH was deposited.

ガスとPHsガスとHtガスのみのプラズマCVDによ
り多結晶シリコン層を堆積した。
A polycrystalline silicon layer was deposited by plasma CVD using only gas, PHs gas, and Ht gas.

第2図(d)の場合には、SiH4ガスとPH3ガスを
一定量流した後、CH,ガス流量を増加させながらプラ
ズマCVDを行なうことによって遷移層7を得た後、C
H4ガス流量を一定にし非晶質シリコン層3を形成し、
最後にS i T(4ガスとH2ガスのみでプラズマC
VDを行ない多結晶シリコン層5を堆積する。この場合
も、基板温度を一定にしてSiH4とCH,の流量比だ
けを変えることによって形成可能である。
In the case of FIG. 2(d), after flowing a certain amount of SiH4 gas and PH3 gas, the transition layer 7 is obtained by performing plasma CVD while increasing the CH and gas flow rates, and then C
Forming an amorphous silicon layer 3 with a constant H4 gas flow rate,
Finally, S i T (plasma C with only 4 gases and H2 gas)
VD is performed to deposit a polycrystalline silicon layer 5. In this case as well, it can be formed by keeping the substrate temperature constant and changing only the flow rate ratio of SiH4 and CH.

第2図(C)と(d)の構造、を組合せた構造を第6の
実施例として第2図(e)に示した。第2図(e)の場
合には、SiH4ガスとPH,ガスを一定量流した後、
C)(aガス流量を増加させながらプラズマCVDを行
なうことによって遷移層7を得た後、CHaガス流量を
一定にして非晶質シリコン層3を形成し、次にCH4ガ
ス流量を減少させながらプラズマCVDを行なうことに
よって遷移層6を得ることができる。次にその工程を具
体的に示す。
A structure in which the structures of FIGS. 2(C) and (d) are combined is shown in FIG. 2(e) as a sixth embodiment. In the case of Fig. 2(e), after flowing a certain amount of SiH4 gas and PH gas,
C) (a) After obtaining the transition layer 7 by performing plasma CVD while increasing the gas flow rate, forming the amorphous silicon layer 3 while keeping the CH gas flow rate constant, and then forming the amorphous silicon layer 3 while decreasing the CH gas flow rate. The transition layer 6 can be obtained by performing plasma CVD.The process will be specifically described below.

まず、PH3ガス、SiH4ガスを流しグロー放電を起
こした後、0.023CCM/秒の割合でCHaガスを
増加させながらプラズマCVDを行なう。次にCH4ガ
スがISOCMになってから流量を一定にして炭素を含
む非晶質シリコン層を150人堆積した後、CHaガス
を0.023CCM/秒の割合で減少させ、最終的にs
 i HAガスとPHsガスとH2ガスのみのプラズマ
CVD により多結晶シリコン層を堆積し、第2図(e
)に示す異種半導体層を得る。
First, after flowing PH3 gas and SiH4 gas to cause glow discharge, plasma CVD is performed while increasing CHa gas at a rate of 0.023 CCM/sec. Next, after the CH4 gas became ISOCM, 150 carbon-containing amorphous silicon layers were deposited at a constant flow rate, and then the CH4 gas was decreased at a rate of 0.023CCM/sec, and finally the s
i A polycrystalline silicon layer was deposited by plasma CVD using only HA gas, PHs gas, and H2 gas, and
) is obtained.

第3図は、以上の方法により堆積した第2図(a)の構
造をもつS 1(1−X) CXの堆積温度に対する抵
抗率を示すグラフである。縦軸は4端子法により求めた
抵抗率、横軸は堆積温度である。この場合、cH,流量
のSiH4流量に対する比として0.2、PH3流量の
SiH,流量に対する比として0.02を用いた。堆積
温度の増加とともに抵抗率が減少する。堆積温度を70
0℃以上とした試料では数十〜数百人の微結晶領域の存
在を確認した。この方法で堆積したS f (1−X)
 CXの抵抗率は、従来報告されている非晶質炭化珪素
の抵抗率と比較して4桁以上低抵抗化が実現できる。ま
た、この場合、オージェ電子分光法によって求めた膜中
の炭素濃度は堆積温度依存性がなく、1Qat、%であ
る。
FIG. 3 is a graph showing the resistivity versus deposition temperature of S 1 (1-X) CX having the structure shown in FIG. 2(a) deposited by the above method. The vertical axis is the resistivity determined by the four-probe method, and the horizontal axis is the deposition temperature. In this case, 0.2 was used as the ratio of the cH flow rate to the SiH4 flow rate, and 0.02 was used as the ratio of the PH3 flow rate to the SiH flow rate. The resistivity decreases with increasing deposition temperature. Deposition temperature 70
The presence of tens to hundreds of microcrystalline regions was confirmed in samples heated to 0°C or higher. S f (1-X) deposited in this way
The resistivity of CX can be lowered by more than four orders of magnitude compared to the resistivity of amorphous silicon carbide that has been reported in the past. Further, in this case, the carbon concentration in the film determined by Auger electron spectroscopy has no dependence on the deposition temperature and is 1 Qat.%.

また、CH4流量を変化させることによって炭素含有量
は任意にできる。従って、禁止帯幅も任意の値に設定で
きる。
Furthermore, the carbon content can be adjusted arbitrarily by changing the CH4 flow rate. Therefore, the prohibited band width can also be set to any value.

次に、上記実施例のS l <1−x) CX層/シリ
コンのへテロ構造をpn接合ダイオードに適用した例を
示す。p型シリコン基板の上に第2図[a)〜(C)又
は(e)の構造を有する層を形成し、その特性を評価し
た。接合面積3.14mm、”のプレーナ型ダイオード
ではすべてダイオード理想因子n<1.2を実現した。
Next, an example will be shown in which the S l <1-x) CX layer/silicon heterostructure of the above embodiment is applied to a pn junction diode. A layer having the structure shown in FIGS. 2A to 2C or 2E was formed on a p-type silicon substrate, and its characteristics were evaluated. All planar diodes with a junction area of 3.14 mm achieved a diode ideality factor of n<1.2.

ダイオード理想因子nは順方向電流Iを算出する次式の
中のnで表わされるものである。
The diode ideality factor n is expressed by n in the following equation for calculating the forward current I.

1 = to (eqV/ai+?  l )ここで、
Io:飽和電流 q:電子電荷 ■;電圧 に:ボルツマン定数 T:絶対温度 である。
1 = to (eqV/ai+? l) where,
Io: Saturation current q: Electronic charge ■; Voltage: Boltzmann's constant T: Absolute temperature.

炭素原子は堆積膜中に取り込まれる際にガス中の微量酸
素と結合しやすいため、結果的に酸素原子も含むs s
 Cx0yJIが形成されることがあるが、上記実施例
の効果を損なうものではない。
When carbon atoms are incorporated into the deposited film, they tend to combine with trace amounts of oxygen in the gas, so as a result, carbon atoms also include oxygen atoms.
Although Cx0yJI may be formed, this does not impair the effects of the above embodiment.

次に、第2図(a)〜(e)の異種半導体層の製造にお
いて炭素含有量を5%以上、基板温度を600℃以上と
した理由について述べる。npn)ランジスタのへテロ
バイポーラトランジスタ(HBT)を考えた場合、十分
なhFEを出すためには価電子帯のエネルギー的「とび
」JがQ、leV以上でなければならない(第4図参照
)。可視光吸収スペクトルから得られた第2図(a)に
示す構造の禁止帯幅と単結晶シリコンの禁止帯幅のエネ
ルギー差を縦軸に示し、炭素含有量を横軸に示したのが
第5図である。第5図から、禁止帯幅のエネルギー差が
0.1e’V以上存在するためには炭素含有量が5%以
上必要であることがわかる。
Next, the reason why the carbon content was set to 5% or more and the substrate temperature was set to 600° C. or more in manufacturing the different types of semiconductor layers shown in FIGS. 2(a) to 2(e) will be described. When considering a heterobipolar transistor (HBT) (npn) transistor, in order to produce sufficient hFE, the energetic "jump" J of the valence band must be equal to or greater than Q, leV (see FIG. 4). The energy difference between the forbidden band width of the structure shown in Figure 2 (a) obtained from the visible light absorption spectrum and the forbidden band width of single crystal silicon is shown on the vertical axis, and the carbon content is shown on the horizontal axis. Figure 5. From FIG. 5, it can be seen that the carbon content must be 5% or more in order for the energy difference in the forbidden band width to be 0.1 e'V or more.

次に基板温度を600℃以上にした理由について述べる
。第3図から、基板温度が600℃以下では抵抗率が1
03Ωcm以上になる。このとき、第2図(blの構造
で例えば非晶質シリコン領域3が30人、電流密度が1
0’A/cm”であるとすると、エミッタにおける電圧
降下が0.3vになる。
Next, the reason why the substrate temperature was set to 600° C. or higher will be described. From Figure 3, the resistivity is 1 when the substrate temperature is below 600℃.
03Ωcm or more. At this time, in the structure shown in FIG. 2 (bl), for example, if the amorphous silicon region 3 is 30
0'A/cm'', the voltage drop at the emitter will be 0.3v.

つまり、抵抗率が10″Ωcm以上の材料は回路設計に
大きな制限を与えるためにエミッタとして使えないので
、基板温度を600℃に限定した。
In other words, the substrate temperature was limited to 600° C. because a material with a resistivity of 10″Ωcm or more cannot be used as an emitter because it imposes a large restriction on circuit design.

上限は特にない。There is no particular upper limit.

第6図は、第2図(a) 〜(e)の5i(1−X)C
X層/シリコンのへテロ構造をバイポーラトランジスタ
に適用した場合を示す。従来構造のnpnトランジスタ
を基本にしてヱミッタ構造に特徴を持たせた例である。
Figure 6 shows 5i(1-X)C in Figures 2(a) to (e).
A case is shown in which an X layer/silicon heterostructure is applied to a bipolar transistor. This is an example in which features are added to the emitter structure based on the conventional NPN transistor structure.

第6図において、8はp型基板、9はn゛コレクタ埋込
層、10はnコレクタ層、11はn1コレクタ補償領域
、12はpベース層、13はエミツタ層であるn″S 
i <r−x> Cx層、14はAIなど金属あるいは
多結晶シリコンからなる電極、15はSin、などの分
離用絶縁膜である。
In FIG. 6, 8 is a p-type substrate, 9 is an n'' collector buried layer, 10 is an n collector layer, 11 is an n1 collector compensation region, 12 is a p base layer, and 13 is an emitter layer n''S
i <r-x> Cx layer; 14 is an electrode made of metal such as AI or polycrystalline silicon; 15 is an isolation insulating film such as Sin;

このようなトランジスタの製造方法の詳細を次に述べる
。第6図において、符号8〜12.15の各部を形成す
る方法については従来の公知の方法と特に異なるところ
はない。ただし、p型ベース層12は、通常のバイポー
ラトランジスタの不純物濃度より高濃度とし、2.5X
10”原子/Cm” (a t o m/ c m”)
のボロンをイオン打込み法により添加する。このときベ
ース層厚は50nmであった。これはベース不純物濃度
5X10”/am”に相当する。次に第2図(al〜(
C)又は(e)の構造を有する層をエミツタ層13とし
て形成後、エミッタ開口部以外の不要部分をCF4−0
!系プラズマを用いたドライエツチング法により除去し
、アルミニウム電極14を公知の方法で形成してトラン
ジスタを得る。
Details of the method for manufacturing such a transistor will be described below. In FIG. 6, there is no particular difference in the method of forming the parts 8 to 12.15 from conventional known methods. However, the p-type base layer 12 has a higher impurity concentration than that of a normal bipolar transistor, and has a 2.5X impurity concentration.
10”atom/cm”
of boron is added by ion implantation. At this time, the base layer thickness was 50 nm. This corresponds to a base impurity concentration of 5×10”/am”. Next, Figure 2 (al~(
After forming the layer having the structure of C) or (e) as the emitter layer 13, unnecessary parts other than the emitter opening are covered with CF4-0.
! The aluminum electrode 14 is removed by a dry etching method using system plasma, and an aluminum electrode 14 is formed by a known method to obtain a transistor.

まずエミッタ材料として第2図(a)の構造を有するエ
ミツタ層をもつバイポーラトランジスタ(以下「トラン
ジスタA」という)を製作し、特性を評価した。この場
合、5iu−x>Cz層2の膜厚を600人とした。高
ベース濃度(5X10”/cm3)に対してトランジス
タAのhFEは30という値が得られた。トランジスタ
Aの効果を明らかにするため、第6図に示したトランジ
スタAとは別に、エミツタ層がトランジスタAと同じリ
ン濃度であるシリコン層だけで構成されるトランジスタ
(以下「参照トランジスタa」という)も作製し、特性
を比較した。トランジスタAのhFEが30であったの
に対し、参照トランジスタaのh■は約5であった。
First, a bipolar transistor (hereinafter referred to as "transistor A") having an emitter layer having the structure shown in FIG. 2(a) as an emitter material was manufactured and its characteristics were evaluated. In this case, the film thickness of 5iu-x>Cz layer 2 was set to 600 layers. For a high base concentration (5X10"/cm3), the hFE of transistor A was 30. In order to clarify the effect of transistor A, an emitter layer was added in addition to transistor A shown in Figure 6. A transistor (hereinafter referred to as "reference transistor a") composed only of a silicon layer having the same phosphorus concentration as transistor A was also fabricated, and the characteristics were compared. Transistor A had an hFE of 30, while reference transistor a had h■ of about 5.

次に、エミッタ材料として第2図(b)の構造を有する
エミツタ層をもつバイポーラトランジスタ(以下「トラ
ンジスタB」という)を製作し、特性を評価した。第2
図(a)の場合と同一条件の高ベース濃度に対してトラ
ンジスタBのhrtは40という値が得られた。これは
エミッタM13と配線用金属14とのショットキー障壁
が消滅しオーミック接触が取れたことによって電子電流
密度が高くなったためである。
Next, a bipolar transistor (hereinafter referred to as "transistor B") having an emitter layer having the structure shown in FIG. 2(b) as an emitter material was manufactured and its characteristics were evaluated. Second
A value of 40 was obtained for hrt of transistor B under the same high base concentration conditions as in the case of FIG. 3(a). This is because the Schottky barrier between the emitter M13 and the wiring metal 14 has disappeared and ohmic contact has been established, resulting in an increase in electron current density.

次に、エミッタ材料として第2図(C)の構造を有する
エミツタ層をもつバイポーラトランジスタ(以下「トラ
ンジスタC」という)を製作し、特性を評価した。第2
図(a)と同一条件の高ベース濃度に対してトランジス
タCのhFEは100という値が得られた。これは多結
晶シリコン層5と炭素を含む非晶質シリコン層3との間
の障壁が消滅したことによって電子電流密度が更に高く
なったためである。
Next, a bipolar transistor (hereinafter referred to as "transistor C") having an emitter layer having the structure shown in FIG. 2(C) as an emitter material was manufactured and its characteristics were evaluated. Second
For a high base concentration under the same conditions as in Figure (a), hFE of transistor C was obtained as 100. This is because the barrier between the polycrystalline silicon layer 5 and the carbon-containing amorphous silicon layer 3 has disappeared, and the electron current density has further increased.

次に、エミッタ材料として第2図(e)の構造を有する
エミツタ層をもつバイポーラトランジスタ(以下「トラ
ンジスタE」という)を製作し、特性を評価した。第2
図+8)と同一条件の高ベース濃度に対してトランジス
タEのhrxは100という値が得られた。特にトラン
ジスタEの場合、伝寡帯の「とび」が消失したため、ト
ランジスタCと比較してオフセントが小さくなった。
Next, a bipolar transistor (hereinafter referred to as "transistor E") having an emitter layer having the structure shown in FIG. 2(e) as an emitter material was manufactured and its characteristics were evaluated. Second
A value of 100 was obtained for the hrx of the transistor E for a high base concentration under the same conditions as in Figure 8). In particular, in the case of transistor E, the off-cent became smaller compared to transistor C because the "jump" in the transmission band disappeared.

次に低抵抗化の効果を示す。エミッタ材料の抵抗が高い
場合、エミッタ電位降下が問題となってくる。従来の非
晶質系材料の抵抗率を100cmとし、例えばコレクタ
電流をlX10’A/cm2、エミッタ膜厚を300人
としたとき、エミッタ電位降下は0.3vとなる。本実
施例の構造では抵抗・率を0.1Ωcmにすることが可
能なので、同条件におけるエミッタ電位降下は0.03
Vとなる。このため、コレクタ・エミッタ間の電圧の損
失が小さく高電流密度をとることができる。
Next, the effect of lowering resistance will be shown. When the resistance of the emitter material is high, emitter potential drop becomes a problem. When the resistivity of a conventional amorphous material is 100 cm, the collector current is 1×10'A/cm2, and the emitter film thickness is 300, for example, the emitter potential drop is 0.3V. In the structure of this example, it is possible to set the resistance/rate to 0.1 Ωcm, so the emitter potential drop under the same conditions is 0.03
It becomes V. Therefore, voltage loss between collector and emitter is small and high current density can be achieved.

このようにして、高濃度ベースにおいてhFEが高く、
電流密度が高くとれ、高速度で動作するトランジスタを
得ることができる。
In this way, hFE is high on a high concentration basis;
A transistor that can have a high current density and operates at high speed can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、非晶質領域と結晶領域か
ら構成された異種半導体層の非晶質領域の一部又は全部
を炭素組成5%以上のシリコンで形成したことにより、
エミッタ抵抗を下げ、かつヘテロ界面における再結合電
流を低減することができるので、バイポーラトランジス
タに上記異種半導体層を適用した場合、高い電流増幅率
を維持したままベース層不純物濃度を高め、ベース層を
薄くでき、トランジスタの高速化を図ることができる効
果がある。
As explained above, in the present invention, by forming part or all of the amorphous region of a heterogeneous semiconductor layer composed of an amorphous region and a crystalline region with silicon having a carbon composition of 5% or more,
Since the emitter resistance can be lowered and the recombination current at the hetero interface can be reduced, when the above-mentioned heterogeneous semiconductor layer is applied to a bipolar transistor, the base layer impurity concentration can be increased while maintaining a high current amplification factor. This has the effect of making it thinner and increasing the speed of the transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係わる半導体装置の一実施例を示す断
面図、第2図(a)〜(e)は本発明の第2〜第6の実
施例を示す断面図、第3図は堆積温度に対する抵抗率を
示すグラフ、第4図はエネルギー的「とび」を示す説明
図、第5図は禁止帯幅のエネルギー差と炭素含有量との
関係を示すグラフ、第6図は第2図(a)〜(e)の異
種半導体層を適用したバイポーラトランジスタを示す断
面図である。 ■・・・シリコン単結晶基板、2・・・Sl (1−X
l CX層。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a semiconductor device according to the present invention, FIGS. 2(a) to (e) are cross-sectional views showing second to sixth embodiments of the present invention, and FIG. A graph showing the resistivity versus deposition temperature, Fig. 4 is an explanatory diagram showing energetic "jumps", Fig. 5 is a graph showing the relationship between the energy difference in forbidden band width and carbon content, and Fig. 6 is a graph showing the relationship between the energy difference in the forbidden band width and the carbon content. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a bipolar transistor to which the different types of semiconductor layers shown in FIGS. (a) to (e) are applied. ■...Silicon single crystal substrate, 2...Sl (1-X
l CX layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)単結晶シリコンの表面に単結晶シリコンと接合を
形成する異種半導体層を有する半導体装置において、前
記異種半導体層は非晶質領域と結晶領域を含み、前記異
種半導体層の一部又は全部は炭素組成が5%以上のシリ
コンから成ることを特徴とする半導体装置。(2)非晶
質領域は単結晶シリコンと接合を形成し炭素組成が5%
以上の非晶質シリコン層であり、結晶領域は多結晶シリ
コン層であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体装置。 (3)異種半導体層は非晶質領域と遷移層と結晶領域と
から構成され、非晶質領域は単結晶シリコンと接合を形
成し炭素組成が5%以上の非晶質シリコン層から成り、
遷移層は前記非晶質シリコン層から遠くなるにつれて炭
素含有量が減少するシリコンで形成され、結晶領域は多
結晶シリコン層であることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の半導体装置。 (4)異種半導体層は遷移層と非晶質領域と結晶領域と
から構成され、前記遷移層は単結晶シリコンと接合を形
成し接合面から遠くなるにつれて炭素含有量が増加する
シリコンで形成され、非晶質領域は炭素を5%以上含む
非晶質シリコン層から成り、結晶領域は多結晶シリコン
層であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
半導体装置。 (5)単結晶シリコン基板を600℃以上にし、少なく
とも炭素原子を構成原子の1つとする第1種の分子ガス
とシリコン原子を構成原子の1つとする第2種の分子ガ
スとから生成されたプラズマを用いた化学気相成長を行
なうことにより単結晶シリコン表面に接合を形成する異
種半導体を形成する工程を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 (6)第1種の分子ガス流量を変化させることによって
炭素組成の制御および非晶質領域と結晶領域の成分比の
制御を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第5項記
載の半導体装置の製造方法。
Scope of Claims: (1) In a semiconductor device having a heterogeneous semiconductor layer forming a junction with the single crystal silicon on the surface of single crystal silicon, the heterogeneous semiconductor layer includes an amorphous region and a crystalline region, and the heterogeneous semiconductor layer includes an amorphous region and a crystalline region; A semiconductor device characterized in that part or all of the layer is made of silicon with a carbon composition of 5% or more. (2) The amorphous region forms a junction with single crystal silicon and has a carbon composition of 5%.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is an amorphous silicon layer as described above, and the crystalline region is a polycrystalline silicon layer. (3) The heterogeneous semiconductor layer is composed of an amorphous region, a transition layer, and a crystalline region, and the amorphous region is composed of an amorphous silicon layer that forms a junction with single crystal silicon and has a carbon composition of 5% or more,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transition layer is formed of silicon whose carbon content decreases as the distance from the amorphous silicon layer increases, and the crystalline region is a polycrystalline silicon layer. (4) The heterogeneous semiconductor layer is composed of a transition layer, an amorphous region, and a crystalline region, and the transition layer is formed of silicon that forms a junction with single crystal silicon and whose carbon content increases as the distance from the junction surface increases. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amorphous region is made of an amorphous silicon layer containing 5% or more of carbon, and the crystalline region is a polycrystalline silicon layer. (5) A single-crystal silicon substrate is heated to 600°C or higher, and a first type of molecular gas containing at least carbon atoms as one of its constituent atoms and a second type of molecular gas containing silicon atoms as one of its constituent atoms are generated. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a heterogeneous semiconductor to form a junction on a single crystal silicon surface by chemical vapor deposition using plasma. (6) The semiconductor device according to claim 5, wherein the carbon composition and the component ratio between the amorphous region and the crystalline region are controlled by changing the flow rate of the first type of molecular gas. manufacturing method.
JP11449287A 1987-05-13 1987-05-13 Semiconductor device and manufacture thereof Pending JPS63280453A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11449287A JPS63280453A (en) 1987-05-13 1987-05-13 Semiconductor device and manufacture thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11449287A JPS63280453A (en) 1987-05-13 1987-05-13 Semiconductor device and manufacture thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63280453A true JPS63280453A (en) 1988-11-17

Family

ID=14639114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11449287A Pending JPS63280453A (en) 1987-05-13 1987-05-13 Semiconductor device and manufacture thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63280453A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693957A (en) * 1994-06-14 1997-12-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic element and method of manufacturing the same
JP2001257206A (en) * 1999-12-07 2001-09-21 Applied Materials Inc Method and apparatus for reducing fixed charge in a semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693957A (en) * 1994-06-14 1997-12-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic element and method of manufacturing the same
JP2001257206A (en) * 1999-12-07 2001-09-21 Applied Materials Inc Method and apparatus for reducing fixed charge in a semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5132749A (en) Semiconductor device
CN1322564C (en) Silicon germanium bipolar transistor
CN102369597B (en) Semiconductor substrate, manufacturing method therefor, and electronic device
JPH0669434A (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacture thereof
US5856209A (en) Method of making compound semiconductor device having a reduced resistance
JPH0383332A (en) Manufacture of silicon carbide semiconductor device
JP4882141B2 (en) Hetero bipolar transistor
US8115196B2 (en) High performance SiGe:C HBT with phosphorous atomic layer doping
US4216037A (en) Method for manufacturing a heterojunction semiconductor device by disappearing intermediate layer
JPS63280453A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
KR0171376B1 (en) Apitaxi forming method of compound semiconductor
US5473172A (en) Hetero junction bipolar transistor
JP2003249502A (en) Bipolar transistor
KR101082773B1 (en) Compound semiconductor element and process for fabricating the same
JP2004140038A (en) Method for manufacturing thin film crystal wafer, semiconductor device and its manufacturing method
JP2625879B2 (en) Semiconductor device
JPH0249422A (en) Manufacture of silicon carbide semiconductor device
US20050189620A1 (en) Manufacturing method for semiconductor device, and system to which semiconductor is applied
JPH02152239A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH05275467A (en) Manufacture of compound semiconductor device
JPS62159460A (en) Silicon semiconductor device
US20060249761A1 (en) Semiconductor material for electronic device and semiconductor element using same
JP2518347B2 (en) Method for manufacturing bipolar transistor
TWI463540B (en) Method for fabricating heterojunction bipolar transistor
JPH063807B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof