JPH02270332A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JPH02270332A JPH02270332A JP9151289A JP9151289A JPH02270332A JP H02270332 A JPH02270332 A JP H02270332A JP 9151289 A JP9151289 A JP 9151289A JP 9151289 A JP9151289 A JP 9151289A JP H02270332 A JPH02270332 A JP H02270332A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impurity
- base
- layers
- high concentration
- layer
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 229910000927 Ge alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 229910000807 Ga alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000009789 rate limiting process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、半導体技術さらにはバイポーラトランジスタ
の製造に適用して有効な技術に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to semiconductor technology and to technology that is effective when applied to the manufacture of bipolar transistors.
［従来の技術］
バイポーラトランジスタのエミッタ接地電流増幅率ｈｒ
Ｅは下式の式（１）のように近似して表わすことができ
る。[Prior art] Common emitter current amplification factor hr of bipolar transistor
E can be expressed approximately as shown in equation (1) below.
ｈＦＥ弁ＱＥ−ＤＮ／ＱＢ−ＤＰ
Ｘｅｘｐ （ΔＥｇ／ｋＴ）”’ （１）ここで、ＱＥ
、Ｑｅはそれぞれエミッタ、ベースのガンメル数、ＤＮ
、ＤＰはそれぞれ電子、正孔の少数キャリアとしての拡
散係数、ΔＥｇはエミッタ部のバンドギャップからベー
ス部のバンドギャップを減じたバンドギャップ差の値、
ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。hFE valve QE-DN/QB-DP Xexp (ΔEg/kT)'' (1) Here, QE
, Qe are the emitter and base Gummel numbers, DN, respectively.
, DP are the diffusion coefficients of electrons and holes as minority carriers, respectively, ΔEg is the value of the band gap difference obtained by subtracting the band gap of the base part from the band gap of the emitter part,
k is Boltzmann's constant and T is absolute temperature.
ところで、従来のホモジャンクションバイポーラトラン
ジスタでは、エミッタがベースよりも高濃度不純物層か
ら構成されているためにエミッタのバンドギャップがベ
ースのバンドギャップよりも小さく、上記（１）式中の
八Ｅｇが負となっている。そのため、バイポーラトラン
ジスタの周囲の温度の低下とともに電流増幅率ｈｒＥが
減少してしまうという問題があった。By the way, in a conventional homojunction bipolar transistor, the emitter is composed of a higher concentration impurity layer than the base, so the emitter bandgap is smaller than the base bandgap, and 8Eg in the above equation (1) is negative. It becomes. Therefore, there is a problem in that the current amplification factor hrE decreases as the temperature around the bipolar transistor decreases.
また、従来のホモジャンクションバイポーラトランジス
タではベース抵抗の低減が図れないという問題がある。Furthermore, there is a problem in that the base resistance cannot be reduced in conventional homojunction bipolar transistors.
なぜなら、ベース濃度の低下を図るためベースの不純物
濃度を上げると、ガンメル数Ｑａが大きくなり、その結
果、電流増幅率ｈＦＥが減少してしまうからである。This is because if the impurity concentration of the base is increased in order to lower the base concentration, the Gummel number Qa increases, and as a result, the current amplification factor hFE decreases.
近年、このような問題を解決する技術の１つとして、Ｓ
ｉ ／ Ｇ ｅの合金系によるヘテロジャンクション
バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が考えられている。In recent years, S
A heterojunction bipolar transistor (HBT) based on an i/Ge alloy system has been considered.
このＳ ｉ ／ Ｇ ｅの合金系によるＨＢＴについて
は、例えば、アイ・イー・デイ−・エム、テクニカルダ
イジェスト、（１９８８年）第５６２頁から第５６９頁
（ＩＥＤＭ、ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ （１９
８８）ｐｐ５６２〜５６９）およびエレクトロニック
マテリアルズ コンファレンス テクニカル プログラ
ムズ ウイズアブストラクツ（１９８８年）第１２頁（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｇ
ｒａｍｓ ｗｉｔｈ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ （１９
８８）ｐ１２）に論じられている。Regarding the HBT based on this Si/Ge alloy system, see, for example, IEDM, Technical Digest, (1988), pp. 562 to 569 (IEDM, Technical Digest (1988), pp. 562-569).
88) pp562-569) and electronic
Materials Conference Technical Programs with Abstracts (1988) p. 12 (
Electronic Materials Co.
nference Technical Prog
rams with Abstracts (19
88) discussed on page 12).
このＳ ｉ ／ Ｇ ｅの合金系によるＨＢＴによれば
。According to the HBT based on this Si/Ge alloy system.
エミッタのバンドギャップよりもベースのバンドギャッ
プが小さくなり、上記（１）式中のΔＥｇが正となり、
温度の低下とともに電流増幅率ｈＦＥが減少してしまう
という問題点が解消される。The bandgap of the base becomes smaller than the bandgap of the emitter, and ΔEg in the above equation (1) becomes positive,
This solves the problem that the current amplification factor hFE decreases as the temperature decreases.
また、従来のホモジャンクションバイポーラトランジス
タが有していたベース抵抗の低減が図れないという問題
点も解消される。Furthermore, the problem that the base resistance of conventional homojunction bipolar transistors cannot be reduced is also solved.
［発明が解決しようとする課題］
ところが、Ｓ ｉ ／ Ｇ ａの合金系によるＨＢＴに
あっては下記のような新たな問題が生じた。[Problems to be Solved by the Invention] However, the following new problems have arisen in the HBT based on the Si/Ga alloy system.
即ち、上記ＨＢＴにあっては、上記論文中ですでに論じ
られているように、ＳｉとＧｅの格子定数が４％以上異
なることに起因して、ベースを形成するＳｉ基板上のＳ
ｉ ／ Ｇ ｅ合金層に大きな結晶格子の歪みが内在
しており、熱処理によってＧｅが広範囲に拡散してしま
うか、または結晶欠陥を多数発生させてＨＢＴの電流特
性を悪くしてしまうという問題点があった。That is, in the above-mentioned HBT, as already discussed in the above-mentioned paper, due to the fact that the lattice constants of Si and Ge differ by 4% or more, the S
The i/G e alloy layer has a large crystal lattice distortion, and heat treatment causes Ge to diffuse over a wide range or generate many crystal defects, which worsens the current characteristics of the HBT. was there.
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、低温下での
電流増幅率ｈｒＥの低下が生ぜず、さらに電流増幅率ｈ
ｒＥの低下を招くことなくベース抵抗の低減が図れ、し
かも電流特性に優れた構造を持つ半導体装置を提供する
ことを目的とするものである。The present invention has been made in view of these points, and the current amplification factor hrE does not decrease at low temperatures, and furthermore, the current amplification factor hE does not decrease at low temperatures.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can reduce base resistance without causing a decrease in rE and has a structure with excellent current characteristics.
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
［課題を解決するための手段］
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。[Means for Solving the Problems] Representative inventions disclosed in this application will be summarized as follows.
上記目的を達成するために、エミッタ、ベースおよびコ
レクタからなるホモジャンクションバイポーラトランジ
スタを有する半導体装置において、ベースの主たる不純
物種からなる高濃度不純物層と、これとは逆の導電型の
不純物種からなる高濃度不純物層とを所定間隔で交互に
配してなるドーピング超格子をベース領域に設けるよう
にした。In order to achieve the above object, in a semiconductor device having a homojunction bipolar transistor consisting of an emitter, a base and a collector, a highly concentrated impurity layer consisting of the main impurity species of the base and an impurity species of the opposite conductivity type. A doped superlattice formed by alternately arranging high concentration impurity layers at predetermined intervals is provided in the base region.
［作用］
上記した手段によれば、ベースの主たる不純物種からな
る高濃度不純物層と、これとは逆の導電型の不純物種か
らなる高濃度不純物層とを所定間隔で交互に配してなる
ドーピング超格子をベース領域に設けたので、ドーピン
グ超格子による極微小ピッチの不純物ドーピングによっ
てエネルギーバンドの急峻な曲がりが生じ、量子力学的
効果による波動関数の禁止帯への滲み出し部分が隣り同
士重合い、これによって、ベースの実効的バンドギャッ
プの縮小が生じる。その結果、エミッタがらベースへの
キャリア注入は促進され、ベースからエミッタへのキャ
リア注入は抑制されるので、注入効率が増加し、ｈｒＥ
が大きくなる。[Function] According to the above-mentioned means, high concentration impurity layers made of the main impurity species of the base and high concentration impurity layers made of the impurity species of the opposite conductivity type are arranged alternately at predetermined intervals. Since the doped superlattice is provided in the base region, the impurity doping at an extremely small pitch by the doped superlattice causes a sharp bend in the energy band, and the parts that leak into the forbidden band of the wave function due to quantum mechanical effects overlap with each other. This results in a reduction in the effective bandgap of the base. As a result, carrier injection from the emitter to the base is promoted, and carrier injection from the base to the emitter is suppressed, increasing the injection efficiency and hrE
becomes larger.
また、上記のようにベースにおいて実効的バンドギャッ
プの縮小が生じる作用によって、上記（１）式中のΔＥ
ｇが正となる。そして、このΔＥｇはドーピング超格子
における不純物層のピッチに主に依存し、ベース濃度に
は大きくは依存しない。したがって、ｈＦＥを下げるこ
となくベース不純物濃度を高くしてベース抵抗を低減で
きる。In addition, due to the effect of reducing the effective bandgap in the base as described above, ΔE in the above equation (1)
g becomes positive. This ΔEg mainly depends on the pitch of the impurity layer in the doped superlattice, and does not depend greatly on the base concentration. Therefore, the base resistance can be reduced by increasing the base impurity concentration without lowering hFE.
［実施例］
以下、本発明に係る半導体装置の実施例を図面に基づい
て説明する。[Example] Hereinafter, an example of a semiconductor device according to the present invention will be described based on the drawings.
第２図（Ａ）には本発明の実施例であるホモジャンクシ
ョンバイポーラトランジスタが示されている。FIG. 2(A) shows a homojunction bipolar transistor which is an embodiment of the present invention.
同図に示すように、Ｐ型Ｓｉ基板１には、その基板１側
からコレクタ２、ベース３、エミッタ４及びオーミック
接合用高濃度半導体領域５Ａがこの順で形成されている
。As shown in the figure, a collector 2, a base 3, an emitter 4, and a high concentration semiconductor region 5A for ohmic contact are formed in this order on a P-type Si substrate 1 from the substrate 1 side.
ここでコレクタ２は、従来のＳｉホモジャンクシＪクト
ランジスタで知られているＮ＋埋込み層２ａとＮ型エピ
タキシャル層２ｂにより構成されている。Here, the collector 2 is constituted by an N+ buried layer 2a and an N type epitaxial layer 2b, which are known from conventional Si homojunction transistors.
また、オーミック接合用高濃度半導体領域５Ａは、エミ
ッタ電極５となるポリシリコンからエミッタ４中にＡｓ
等を拡散して形成されたＮ＋不純物層により構成されて
いる。ここで、実効的にバイポーラトランジスタのエミ
ッタとして動作する領域は、前記Ｎ＋不純物層５Ａの下
部に位置するエミッタ４である。Further, the high concentration semiconductor region 5A for ohmic junction is made of As in the emitter 4 from the polysilicon which becomes the emitter electrode 5.
It is constituted by an N+ impurity layer formed by diffusing and the like. Here, the region that effectively operates as the emitter of the bipolar transistor is the emitter 4 located under the N+ impurity layer 5A.
一方、ベース３は、第２図（Ｂ）に示すように、１〜数
原子層に亘ってＳｉの固溶度限度近くまでＡｓ等のＮ形
不純物を高濃度にドープしたＮ＋不純物層３ａと、不純
物を含まない漕つまりノンドープ単結晶層（１層）３ｂ
と、１〜数原子層に亘ってＳｉの固溶度限度近くまでボ
ロン等のＰ形不純物をドープしたＰ＋不純物層３ｃの３
種類の層を、Ｎ＋不純物層３ａ、ｉ層３ｂおよびＰ＋不
純物層３ｃの順で１〜２０ｎｍのピッチで繰り返して形
成したドーピング超格子によって構成されている。この
部分は、急峻な不純物プロファイルが必要なため、すで
に知られているＭＢＥ（分子線エピタキシー）や、Ｓｉ
温度の急激な変化により急峻なプロファイルを得ること
ができる反応律速性プロセス（Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｒｅ
ａｃｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）等により形成され
る。この際のベース３におけるＰ型不純物の総量はベー
ス３におけるＮ型不純物の総量よりも多く、ベース３は
全体としてＰ型となるように設定される。On the other hand, as shown in FIG. 2(B), the base 3 includes an N+ impurity layer 3a doped with N-type impurities such as As at a high concentration up to near the solid solubility limit of Si over one to several atomic layers. , a layer containing no impurities, that is, a non-doped single crystal layer (1 layer) 3b
3 of the P+ impurity layer 3c doped with a P type impurity such as boron to a level close to the solid solubility limit of Si over one to several atomic layers.
It is constituted by a doped superlattice formed by repeating different types of layers in the order of N+ impurity layer 3a, i-layer 3b, and P+ impurity layer 3c at a pitch of 1 to 20 nm. Since this part requires a steep impurity profile, the already known MBE (molecular beam epitaxy) and Si
A reaction rate-limiting process (Limited Re
actionProcessing), etc. At this time, the total amount of P-type impurities in the base 3 is greater than the total amount of N-type impurities in the base 3, and the base 3 is set to be P-type as a whole.
つまり、Ｎ＋不純物層３ａの濃度よりもＰ＋不純物層３
Ｃの濃度の方が高くなるように設定されている。In other words, the concentration of P+ impurity layer 3 is higher than that of N+ impurity layer 3a.
The concentration of C is set to be higher.
第１図には上記実施例によるバイポーラトランジスタの
深さ方向の不純物分布が模式的に示されている。図中Ｉ
は表面方向、■はＳｉ基板方向を示している。FIG. 1 schematically shows the impurity distribution in the depth direction of the bipolar transistor according to the above embodiment. I in the diagram
indicates the surface direction, and ■ indicates the Si substrate direction.
なお、第２図（Ａ）において、符号６．７．８および９
はそれぞれＰ型分離層、アイソレーション用絶縁膜、コ
レクタ引出し部およびＰ型不純物がドープされたポリシ
リコンからなるベース引出し電極を示している。ベース
引出し電極９とドーピング超格子とのコンタクトはベー
ス引出し電極９にドープされているＰ型不純物を熱拡散
させることによって形成された拡散層１０を通じて行わ
れている。In addition, in FIG. 2(A), symbols 6.7.8 and 9
1 and 2 respectively show a P-type isolation layer, an isolation insulating film, a collector lead-out portion, and a base lead-out electrode made of polysilicon doped with P-type impurities. Contact between the base extraction electrode 9 and the doped superlattice is made through a diffusion layer 10 formed by thermally diffusing the P-type impurity doped in the base extraction electrode 9.
ところで、上記ドーピング超格子において、Ｎ“不純物
層３ａの電子は隣合うＰ＋不純物層３ｃに多数存在する
正孔と再結合し、イオン化したＮ型不純物（例えばＡｓ
＋イオン）がＮ＋不純物層３ａ内に残され正電荷に帯電
する。また、Ｐ＋不純物層３ｃ内には残存する正孔とイ
オン化したＰ型不純物（例えばＢ−イオン）が存在し、
全体としてＰ＋不純物層３ｃは負に帯電する。この場合
、Ｐ＋不純物層３ｃの負電荷とＮ＋不純物層３ａの正電
荷の量は等しく、ベース３全体は帯電しないが、ベース
３の内部に正電荷層と負電荷層が繰返し存在することと
なるため、ベース３の内部には強力な電界ができ、ベー
ス３のエネルギーバンドは第３図に示すように急峻に曲
げられる。この急峻なバンドの曲がりによって、第３図
に示すようしこ、電子および正孔はそれぞれ別の井戸型
ポテンシャルを感じて属性化準位を形成する（但し、電
子Ｉま正孔と再結合したため残ってし１な４））。この
とき。By the way, in the above-mentioned doped superlattice, electrons in the N'' impurity layer 3a recombine with holes existing in large numbers in the adjacent P+ impurity layer 3c, and ionized N-type impurities (for example, As
+ ions) are left in the N+ impurity layer 3a and are positively charged. In addition, remaining holes and ionized P-type impurities (for example, B- ions) exist in the P+ impurity layer 3c,
As a whole, the P+ impurity layer 3c is negatively charged. In this case, the amount of negative charge in the P+ impurity layer 3c and the amount of positive charge in the N+ impurity layer 3a are equal, and the base 3 as a whole is not charged, but a positive charge layer and a negative charge layer repeatedly exist inside the base 3. Therefore, a strong electric field is generated inside the base 3, and the energy band of the base 3 is sharply bent as shown in FIG. Due to this steep band bending, as shown in Figure 3, electrons, holes, and electrons each feel different well-type potentials and form attribute levels (however, because electrons and holes recombine, Only one left 4)). At this time.
Ｎ１不純物層３ａ、ｉ／１１３ｂおよびＰ＋不純物層３
Ｃの繰返しピッチが１〜２０ｎｍと小さいために量子力
学的効果による波動関数の禁止帯への滲み出し部分が隣
り同士重合い、電子および正孔番まサブバンドを形成す
る。このときの実効的なエネルギーギャップ、即ち電子
サブバンドと正孔サブ）＜ンドの間のエネルギー差は、
通常のＳｉの＜ンドギャップが１，１ｅＶなのに対し、
例えば〜０゜９ｅＶと小さくなる０以上のＮ＋不純物層
３ａ、１層３ｂ、Ｐ＋不純物層３Ｃおよび１層３ｂの微
細ピッチによる繰返しによる実効エネルギーノヘンドギ
ャップの縮小効果については１例え４ｆ、Ｅ。N1 impurity layer 3a, i/113b and P+ impurity layer 3
Since the repetition pitch of C is as small as 1 to 20 nm, adjacent parts of the wave function seeping into the forbidden band due to quantum mechanical effects overlap to form electron and hole number subbands. At this time, the effective energy gap, that is, the energy difference between the electron subband and the hole subband)
While the <nd gap of normal Si is 1.1 eV,
For example, the effect of reducing the effective energy nohend gap by repeating the N+ impurity layers 3a, 1 layer 3b, P+ impurity layers 3C, and 1 layer 3b with a fine pitch of 0 or more, which is reduced to ~0°9 eV, is as follows: 4f, E.
Ｆ、５ｃｈｕｂｅｒｔらが、ＧａＡｓにおしＡで確認し
、フィジカル レビュー Ｂ 第３６冊 ２番（１９８
７年）第１３４８頁（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉ
ｅｗ Ｂ、Ｖｏ１３６．Ｎｏ２． Ｊｕｌｙ１９
８７．ｐ１３４８）において述べている。F, 5chubert et al. confirmed this in GaAs using Oshi A, Physical Review B Volume 36 No. 2 (198
7th year) page 1348 (Physical Revi
ew B, Vo136. No.2. July19
87. p1348).
次に、上記実施例のバイポーラトランジスタにおけるベ
ース３の動作状態の時の動きを説明する。Next, the movement of the base 3 in the bipolar transistor of the above embodiment in the operating state will be explained.
第４図には、動作状態の時のエネルギーバンド・ ダ
イアグラムが示されている。FIG. 4 shows the energy band diagram during operating conditions.
動作状態の時、ベース３、コレクタ２にはエミッタ４に
対して正電位が印加される。そのため、ベース３、コレ
クタ２のエネルギーはエミッタ４よりそれぞれＶＢＥ、
ＶＱＥ分だけ低くなっている。このとき、ベース３の実
効的エネルギーバンドギャップが通常のＳｉより小さく
なっているため、ベース３は、エミッタ４中の電子を容
易にベース３中の電子サブバンドへ注入させるように働
き、一方、エネルギーギャップの違いによる電位障壁を
形成し、サブバンド内の正孔をエミッタへ注入させない
ように働く。In the operating state, a positive potential is applied to the base 3 and collector 2 with respect to the emitter 4. Therefore, the energies of the base 3 and collector 2 are VBE and VBE, respectively, from the emitter 4.
It is lower by VQE. At this time, since the effective energy bandgap of the base 3 is smaller than that of ordinary Si, the base 3 acts to easily inject electrons in the emitter 4 into the electronic subband in the base 3. It forms a potential barrier due to the difference in energy gap and works to prevent holes in the subband from being injected into the emitter.
上記のようなバイポーラトランジスタは例えば次のよう
にして製造される。The above-mentioned bipolar transistor is manufactured, for example, as follows.
先ず、Ｐ型Ｓｉ基板１上に、従来方法によってＮ＋埋込
み層２ａ、Ｐ型分離層６を選択的に形成した後、Ｎ型の
エピタキシャル層（単結晶層）２ｂを基板１の全面上に
形成する。その後、ドーピング超格子からなるベース３
を前記エピタキシャル層２ｂ上に積層形成する。これに
よってコレクタ引出し部８にもドーピング超格子が形成
されるが、コレクタ引出し部８にはその後にＮ型不純物
が高濃度にドープされるので、ドーピング超格子が消失
する。その後、エミッタ４となるべきエピタキシャル層
を前記ベース３上に形成した後、バイポーラトランジス
タのアイソレーション領域をエツチングして核部を熱酸
化するか、もしくは核部にＣＶＤ法によって酸化膜を形
成する。これによってアイソレーション用絶縁膜７が形
成される。First, an N+ buried layer 2a and a P-type separation layer 6 are selectively formed on a P-type Si substrate 1 by a conventional method, and then an N-type epitaxial layer (single crystal layer) 2b is formed on the entire surface of the substrate 1. do. After that, the base 3 consisting of doped superlattice
are laminated on the epitaxial layer 2b. As a result, a doping superlattice is also formed in the collector lead-out portion 8, but since the collector lead-out portion 8 is subsequently doped with N-type impurities at a high concentration, the doping superlattice disappears. After that, an epitaxial layer to become the emitter 4 is formed on the base 3, and then the isolation region of the bipolar transistor is etched and the core is thermally oxidized, or an oxide film is formed on the core by CVD. As a result, an isolation insulating film 7 is formed.
次に、ベース引出し電極９およびＮ＋不純物層５Ａ等を
形成する。Next, the base extraction electrode 9, the N+ impurity layer 5A, etc. are formed.
以上のように構成されたバイポーラトランジスタによれ
ば下記のような効果を得ることができる。According to the bipolar transistor configured as described above, the following effects can be obtained.
即ち、上記（１）式でも示したように、バイポーラトラ
ンジスタのエミッタ接地電流増帳率ｈｐＥは下式のよう
に表わされる。That is, as shown in equation (1) above, the common emitter current increase rate hpE of the bipolar transistor is expressed as shown in the following equation.
ｈ Ｆ Ｅ＝ＱＥＤＮ／ＱｏＤｐ
ｘｅｘｐ （ΔＥ ｇ ／ ｋ Ｔ ）ここで、ＱＥ、
ＱＢはそれぞれエミッタ、ベースのガンメル数、ＤＮ、
ＤＰはそれぞれ電子、正孔の少数キャリアとしての拡散
係数、ΔＥｇはエミッタ部のバンドギャップからベース
部のバンドギャップを減じたバンドギャップ差の値、ｋ
はボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。h FE=QEDN/QoDp xexp (ΔE g / k T )where, QE,
QB is the emitter, base Gummel number, DN,
DP is the diffusion coefficient of electrons and holes as minority carriers, respectively, ΔEg is the value of the band gap difference obtained by subtracting the band gap of the base part from the band gap of the emitter part, and k
is the Boltzmann constant and T is the absolute temperature.
通常のホモジャンクションバイポーラでは、エミッタ部
が高濃度不純物のためにバンドギャップ縮小が生じΔＥ
ｇが負となりｈＦＥが下がってしまう。これに対し、本
発明の一実施例によれば高濃度不純物によるエミッタの
バンドギャップ縮小よりもベース部のドーピング超格子
によるバンドギャップ縮小効果の方がはるかに大きくΔ
Ｅｇは正となり、ｈｐＥが大きくなる。この効果は低温
になるほど大きく、従って、第５図に示すように、低温
になるほどｈＦＥの大きくなるトランジスタが得られる
。In a normal homojunction bipolar, the bandgap decreases due to the high concentration of impurities in the emitter, causing ΔE
g becomes negative and hFE decreases. In contrast, according to one embodiment of the present invention, the band gap reduction effect due to the doped superlattice in the base portion is much larger than the band gap reduction effect of the emitter due to high concentration impurities.
Eg becomes positive and hpE increases. This effect becomes greater as the temperature decreases, and therefore, as shown in FIG. 5, a transistor is obtained in which hFE increases as the temperature decreases.
また、上記式のｅｘｐの項によりｈＦＥを高くできるの
でＱＢを大きくしてベース抵抗を下げても十分なｈｒＥ
が得られるという効果がある。In addition, hFE can be increased by the exp term in the above equation, so even if QB is increased and the base resistance is lowered, sufficient hrE can be obtained.
This has the effect that it can be obtained.
さらに、上記実施例ではＳ ｉ ／ Ｇ ｅ等の格子定
数の異なる元素のへテロ接合を用いていないので、結晶
欠陥、異常拡散による特性劣化といった問題点が低減で
きるという効果がある。Furthermore, since the above embodiment does not use a heterojunction of elements having different lattice constants, such as Si/Ge, there is an effect that problems such as crystal defects and characteristic deterioration due to abnormal diffusion can be reduced.
また、上記実施例によれば、Ｓｉのみを半導体材料とし
ているため、従来のＳｉホモジャンクションバイポーラ
トランジスタ、およびこれを用いた集積回路の製造技術
のほとんどを使用することができ、大規模集積回路形成
に適している。Further, according to the above embodiment, since only Si is used as the semiconductor material, most of the manufacturing techniques for conventional Si homojunction bipolar transistors and integrated circuits using the same can be used, and large-scale integrated circuits can be formed. suitable for
第６図に、本発明の他の実施例を示す。FIG. 6 shows another embodiment of the invention.
この実施例のホモジャンクションバイポーラトランジス
タでは、ベース３のＰ＋不純物Ｎ３ｃとＮ１不純物層３
ａの不純物濃度はほぼ同じとなっており、Ｐ＋不純物層
３ｃとＮ＋不純物層３ａとにはさまれる部分が、上記Ｐ
＋不純物層３ｃよりも濃度の低いＰ型不純物層として構
成されている。In the homojunction bipolar transistor of this embodiment, the P+ impurity N3c in the base 3 and the N1 impurity layer 3
The impurity concentration of a is almost the same, and the portion sandwiched between the P+ impurity layer 3c and the N+ impurity layer 3a is the P+ impurity layer 3a.
It is configured as a P-type impurity layer having a lower concentration than the + impurity layer 3c.
これによって、ベース３全体がＰ型となるように構成さ
れている。As a result, the entire base 3 is configured to be P-type.
この実施例によっても、第１の実施例と同様の効果が得
られる。This embodiment also provides the same effects as the first embodiment.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが１本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor.
上記両実施例は、高速動作に有利なＮＰＮトランジスタ
とするためエミッタ、コレクタをＮ型、ベースをＰ型と
したが、ＰＮＰ トランジスタとするために、エミッタ
、コレクタをＰ型とし、ベース部が全体としてＮ型にな
るように不純物の濃度を上記の全く逆に設定することも
もちろん可能である。In both of the above embodiments, the emitter and collector are N-type and the base is P-type in order to make the NPN transistor advantageous for high-speed operation. Of course, it is also possible to set the impurity concentration completely opposite to the above so that it becomes N type.
［発明の効果］
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。[Effects of the Invention] The effects obtained by typical inventions disclosed in this application are briefly explained below.
即ち、エミッタ、ベースおよびコレクタからなるホモジ
ャンクションバイポーラトランジスタを有する半導体装
置において、ベースの主たる不純物種からなる高濃度不
純物層と、これとは逆の導電型の不純物種からなる高濃
度不純物層とを所定間隔で交互に配してなるドーピング
超格子をベース領域に設けるようにしたので、ドーピン
グ超格子による極微小ピッチの不純物ドーピングによっ
てエネルギーバンドの急峻な曲がりが生じ、量子力学的
効果による波動関数の禁止帯への滲み出し部分が隣り同
士重合い、これによって、ベースの実効的バンドギャッ
プの縮小が生じる。その結果、エミッタからベースへの
キャリア注入は促進され、ベースからエミッタへのキャ
リア注入は抑制されるので、注入効率が増加し、ｈＦＥ
が大きくなる。That is, in a semiconductor device having a homojunction bipolar transistor consisting of an emitter, a base, and a collector, a high concentration impurity layer consisting of the main impurity species of the base and a high concentration impurity layer consisting of the impurity species of the opposite conductivity type are used. Since doped superlattices arranged alternately at predetermined intervals are provided in the base region, the doping superlattice causes a steep bending of the energy band due to impurity doping at an extremely small pitch, and the wave function changes due to quantum mechanical effects. The parts that bleed into the forbidden band overlap adjacently, which causes a reduction in the effective bandgap of the base. As a result, carrier injection from the emitter to the base is promoted and carrier injection from the base to the emitter is suppressed, increasing the injection efficiency and increasing hFE.
becomes larger.
また、上記のようにベースにおいて実効的バンドギャッ
プの縮小が生じる作用によって、上記（１）式中のΔＥ
ｇが正となる。そして、このΔＥｇはドーピング超格子
における不純物層のピッチに主に依存し、ベース濃度に
は大きくは依存しない。したがって、ｈＦｃを下げるこ
となくベース不純物濃度を高くしてベース抵抗を低減で
きる。In addition, due to the effect of reducing the effective bandgap in the base as described above, ΔE in the above equation (1)
g becomes positive. This ΔEg mainly depends on the pitch of the impurity layer in the doped superlattice, and does not depend greatly on the base concentration. Therefore, the base resistance can be reduced by increasing the base impurity concentration without lowering hFc.
第１図は本発明の一実施例の不純物プロファイルを示す
図、
第２図（Ａ）はバイポーラトランジスタ全体の断面図、
第２図（Ｂ）はバイポーラトランジスタのベース部分の
断面図、
第３図は第１図に示す実施例のエネルギーバンドダイア
グラム、
第４図は電圧印加時のエネルギーバンドダイアグラム。
第５図は本発明の一実施例と従来のトランジスタのｈＦ
Ｅの温度特性の図。
第６図は本発明の他の実施例の不純物プロファイルであ
る。
１・・・・Ｐ型Ｓｉ基板、３・・・・ベース、３ａ・・
・・Ｎ＋不純物層（高濃度不純物／ｌ）、３ｂ・・・・
Ｐ＋第 １ 図
□ ０
−ｍ−ｎ
第 ２ 図
（Ａ）
第 ２ 図
第 ３ 図
１＋ エニ１ノｙ ｒ−ｃ−ンノ コし
クク 、Ｉミ五＃Ｊへ・・−７
第 ５ 図
ｎ
第 ６ 図Fig. 1 is a diagram showing an impurity profile of an embodiment of the present invention, Fig. 2 (A) is a cross-sectional view of the entire bipolar transistor, Fig. 2 (B) is a cross-sectional view of the base portion of the bipolar transistor, and Fig. 3 is an energy band diagram of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 4 is an energy band diagram when voltage is applied. FIG. 5 shows hF of an embodiment of the present invention and a conventional transistor.
A diagram of the temperature characteristics of E. FIG. 6 is an impurity profile of another example of the present invention. 1... P-type Si substrate, 3... Base, 3a...
...N+ impurity layer (high concentration impurity/l), 3b...
P+ 1st Figure □ 0
-m-n Fig. 2 (A) Fig. 2 Fig. 3 Fig. 1+ Any 1 no y r-c-n no koshikuku, I Mi 5 #J...-7 Fig. 5 n Fig. 6
Claims (1)
ンクションバイポーラトランジスタを有する半導体装置
において、ベースの主たる不純物種からなる高濃度不純
物層と、これとは逆の導電型の不純物種からなる高濃度
不純物層とを所定間隔で交互に配してなるドーピング超
格子をベース領域に設けたことを特徴とする半導体装置
。 ２、ベースの主たる不純物種からなる高濃度不純物層よ
りも、これとは逆の導電型の不純物種からなる高濃度不
純物層の濃度が低くなっており、それら不純物層の間に
は、ノンドープの単結晶層が介在されていることを特徴
とする請求項１記載の半導体装置。 ３、上記両高濃度不純物層の濃度は略等しくなっており
、それら高濃度不純物層の間には、ベースの主たる不純
物種からなりそれら高濃度不純物層よりも濃度の低い不
純物層が介在されていることを特徴とする請求項１記載
の半導体装置。 ４、上記両高濃度不純物層を、不純物種の１原子〜数原
子層から構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３
いずれかに記載の半導体装置。[Claims] 1. In a semiconductor device having a homojunction bipolar transistor consisting of an emitter, a base, and a collector, a highly concentrated impurity layer consisting of the main impurity species of the base and an impurity species of the opposite conductivity type. A semiconductor device characterized in that a base region is provided with a doped superlattice in which high concentration impurity layers are alternately arranged at predetermined intervals. 2. The concentration of the high concentration impurity layer consisting of the impurity species of the opposite conductivity type is lower than that of the high concentration impurity layer consisting of the main impurity species of the base, and there is a non-doped layer between these impurity layers. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a single crystal layer. 3. The concentrations of both high concentration impurity layers are approximately equal, and an impurity layer containing the main impurity species of the base and having a lower concentration than the high concentration impurity layers is interposed between the high concentration impurity layers. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: 4. Claims 1 to 3, wherein both of the high concentration impurity layers are composed of one to several atomic layers of impurity species.
The semiconductor device according to any one of the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9151289A JPH02270332A (en) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9151289A JPH02270332A (en) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02270332A true JPH02270332A (en) | 1990-11-05 |
Family
ID=14028461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9151289A Pending JPH02270332A (en) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02270332A (en) |
-
1989
- 1989-04-11 JP JP9151289A patent/JPH02270332A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2611640B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| US6759697B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| US6756615B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor and its manufacturing method | |
| JP2801624B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| US5486704A (en) | Semiconductor device and electronic device by use of the semiconductor | |
| JP2001338930A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
| TWI222744B (en) | Graded-base-bandgap bipolar transistor having a constant-bandgap in the base | |
| CN111933528A (en) | Manufacturing method of single-particle burnout resistant vertical gallium nitride power device | |
| JP2527060B2 (en) | Semiconductor device | |
| US7868335B1 (en) | Modulation doped super-lattice sub-collector for high-performance HBTs and BJTs | |
| JPH02270332A (en) | Semiconductor device | |
| WO1987000692A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2963704B2 (en) | Method for manufacturing heterojunction bipolar transistor | |
| JPS63200567A (en) | Hetero junction bipolar transistor and manufacture thereof | |
| JP2003007715A (en) | Bipolar transistor | |
| JP3001601B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2621854B2 (en) | High mobility transistor | |
| JP3001600B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP4019590B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2009094148A (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| JP2670118B2 (en) | Semiconductor device and photoelectric conversion device using the same | |
| JP2006032582A (en) | Protection diode, its manufacturing method and compound semiconductor device | |
| JPH03173133A (en) | Semiconductor device and electronic apparatus using same semiconductor device | |
| JP2576770B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JPH063805B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor |