(57)【要約】ベース抵抗を低減し、それによりバイポーラトランジスタの低抵抗ベース電極を得るために、ベース電極（２）としてポリシリコン層が使用される。ポリシリコン層内には、特にＣ原子、Ｐ原子あるいはＡｒ原子である不純物原子が挿入される。該不純物原子は、ポリシリコン層内に高密度の空格子点を生じさせる。エミッタ電極（１）を介して電気的に接続可能なエミッタ領域（３）と、ベース電極（２）を介して電気的に接続可能なベース領域（４）と、コレクタ電極を介して電気的に接続可能なコレクタ領域（５）とを備えたバイポーラトランジスタにおいて、該エミッタ、ベース、およびコレクタ電極（１，２）の内の少なくとも１つは、不純物原子が挿入されたポリシリコン層であり、該不純物原子は該電極内に高密度の空格子点を生じさせることを特徴とする、バイポーラトランジスタが提供される。
2005538534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタ電極（１）を介して電気的に接続可能なエミッタ領域（３）と、ベース電極（２）を介して電気的に接続可能なベース領域（４）と、コレクタ電極を介して電気的に接続可能なコレクタ領域（５）とを備えたバイポーラトランジスタにおいて、
該エミッタ、ベース、およびコレクタ電極（１，２）の内の少なくとも１つは、不純物原子が挿入されたポリシリコン層であり、該不純物原子は該電極内に高密度の空格子点を生じさせることを特徴とする、バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記不純物原子は、Ｃ原子、Ｐ原子あるいはＡｒ原子であることを特徴とする、請求項１に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記ポリシリコン層内の前記不純物原子の前記密度は、ほぼ１０１９〜１０２１ｃｍ−３の範囲内にあることを特徴とする、請求項１または２に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記ポリシリコン層は、ホウ素原子によってドーピングされていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記ホウ素原子の濃度は、５×１０２０ｃｍ−３より大きく選定されることを特徴とする、請求項４に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの電極（１，２）は、多結晶シリコンゲルマニウムかならなることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの電極は、ベース電極（２）であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項８】
該バイポーラトランジスタは自己整合バイポーラトランジスタであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイポーラトランジスタに関し、特に、いわゆる自己整合バイポーラトランジスタとして形成され得るバイポーラトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラトランジスタにおいて、いわゆるベース総抵抗（Ｂａｓｉｓｂａｈｎｗｉｄｅｒｓｔａｎｄ）（以下、単に「ベース抵抗」と記す）は、遷移周波数（Ｔｒａｎｓｉｔｆｒｅｑｕｅｎｚ）およびベース−コレクタ容量とともに決定的なトランジスタパラメータの１つである。該パラメータは、バイポーラトランジスタの最大発振周波数、増幅率（「ゲイン」）、最少雑音指数、ゲート遅延時間等の重要な特性量を決定する。その際、ベース抵抗は、ベースあるいは実際のベース領域と接続導体を介してベースと結合される外部コンタクトとの間の抵抗に対応する。
【０００３】
上記トランジスタパラメータに関し、例えば、バイポーラトランジスタの最大発振周波数ｆｍａｘは：
【０００４】
【数１】
2005538534.tif 000003
に相当する。ここで、ｆＴは遷移周波数、ＲＢはベース抵抗、ＣＢＣはベース−コレクタ容量を示す。
【０００５】
ベース抵抗ＲＢおよび周波数ｆに依存したバイポーラトランジスタの最少雑音指数Ｆｍｉｎとして：
【０００６】
【数２】
2005538534.tif 000004
が相当する。ここで、それぞれ、バイポーラトランジスタの、βは小信号電流増幅率、ＩＣはコレクタ電流、ＶＴは熱ストレスである。
【０００７】
数式（１）および（２）から、速いスイッチングおよび低い雑音指数のために、ベース抵抗ＲＢは小さい必要がある。バイポーラトランジスタにおいて、損失を低減させるための方法は、ベース接続のためのポリシリコンの使用である。Ｐ＋ポリシリコン層は、対応した低容量を有する低抵抗の経路を、ベース電流に対して提供する。
【０００８】
特に、低ベース抵抗は、例えば、いわゆる「自己整合ダブルポリシリコンバイポーラトランジスタ」のコンセプトを用いて達成され得る。それは、Ｔ．Ｈ．Ｎｉｎｇらによる「Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｂｉｐｉｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ−Ｄｅｌａｙ  ＶＬＳＩ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．ＥＤ−２８，Ｎｏ．９，ｐ．１０１０〜１０１３，１９８１）に記載されている。そのため、このコンセプトは、高周波数バイポーラトランジスタ利用のために実施されている生産技術のほとんど全てにおいて見出される。
【０００９】
添付の図面において、その種の自己整合ダブルポリシリコンバイポーラトランジスタの断面図が示される。エミッタ３は、ｎ＋ドープポリシリコン電極１を介して接続される。ｐ＋ドープベース４には、ｐ＋ドープポリシリコン電極２が配置されている。自己整合エミッタ−ベース絶縁体７は「スペーサ」として示される。さらに、エミッタ電極１の下に、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎ／Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｋａｔ）絶縁層６が備えられ、ベース電極２の下にＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）絶縁層８が備えられている。図面中に、同様にバイポーラトランジスタのコレクタ領域（付属するコレクタ電極なし）５が一点鎖線によって示されている。この種のバイポーラトランジスタの製造方法は、例えば欧州特許出願公開第Ｂ１−０５３５３５０号に記載されている。
【００１０】
自己整合ダブルポリシリコンバイポーラトランジスタにおいて、図に示されるように、ベース抵抗ＲＢは、以下において「内部」抵抗部分としてＲＢｉ、「外部」抵抗部分としてＲＢｅ、および「リンク」抵抗部分としてＲＢｌと示される３つの部分から、実質的に構成される。内部抵抗部分ＲＢｉは、活性トランジスタ領域のベース領域内の抵抗によって生じる。外部抵抗部分ＲＢｅは、外部ベース接続となるポリシリコンベース電極の抵抗を示す。リンク抵抗部分ＲＢｌは、自己整合エミッタ−ベース絶縁物であるスペーサ７の下の低ドープゾーンによって生じる抵抗を表す。
【００１１】
今日のバイポーラトランジスタにおいて、全体ベース抵抗ＲＢは、通常、内部抵抗部分ＲＢｉとリンク抵抗部分ＲＢｌとの合計によって支配される。構成部分の進展する横方向スケーリングによって、内部抵抗部分ＲＢｉおよびリンク抵抗部分ＲＢｌもまた低減される。同時に、外部抵抗部分ＲＢｅはますます増大する。なぜなら、横方向スケーリングによって結合される垂直構成部分のスケーリングは、接続電極としてますます薄いポリシリコン層が要求され、そのため、この接続領域のシート抵抗がますます増加するからである。その結果、外部抵抗部分ＲＢｅは、全体ベース抵抗ＲＢにとって、ますます重要な意味を有する。
【００１２】
ベース電極２のシート抵抗をできる限り小さく保持するために、通常、ホウ素ドープされたポリシリコンが使用される。その際、できる限り最小のシート抵抗を得るために、典型的には５×１０２０ｃｍ−３より大きく電気的に活性可能な濃度を超えるホウ素ドーピングが選定される。ホウ素がグレイン成長に対してわずかの影響、あるいはいかなる影響も与えないこと、および熱処理過程中において結晶粒界に分離する傾向のないことの考慮に基づいて、ホウ素ドーピング原子が選定される。ドーパント分離は以下のように想定される。導電性は結晶粒界に対するドーピング原子の分離によって制御され、原子は結晶粒界に捕らえられ、電気的に不活性となる。さらに、境界における高ドーパント濃度は、アニーリング中にグレイン成長を抑制する。続くアニール工程中における注入されたドーパントおよびより大きいグレインサイズの再分配は、層の電気的および構造上の特性を変化させ、それは、ベース抵抗ＲＢの外部抵抗部分ＲＢｅに対して明白に影響する。主要問題は、ドーピング原子を伴うＳｉサンプルのアニール処理である。実際、ドーピング原子のほぼ１０％より少ない部分のみがイオン化される。不活性で脱離されていないドーピング原子がクラスタ形状にて存在すると想定される。ドーピング原子のクラスタ形成は、アニール温度において、あるいは主にサンプルの冷却中に行われる。典型的な、５×１０２０ｃｍ−３より大きいホウ素のドーピング値および１５０〜２５０ｎｍの層厚の場合、ほぼ５０〜１００Ω／□の最小シート抵抗を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、接続電極、特にベース電極のシート抵抗がさらに低減されるバイポーラトランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、本発明の請求項１の特徴を有するバイポーラトランジスタによって解決される。従属請求項において、本発明の好ましくかつ有利な実施形態が提供される。
【００１５】
本発明によれば、バイポーラトランジスタにおいて、従来のポリシリコン電極の代わりに、電極材料内に高密度の空格子点を生じさせる不純物原子が挿入されたポリシリコン層の使用が提案される。
【００１６】
不純物原子として、好ましくはＣ原子、Ｐ原子あるいはＡｒ原子、特に好ましくは、Ｃ原子が使用される。その際、ポリシリコン層において、不純物原子の密度は、好ましくはほぼ１０１９〜１０２１ｃｍ−３の範囲内にある。
【００１７】
シリコン内において高溶解性を有する炭素は、シリコン格子内において、格子間位置およびエネルギー的に有利な格子位置に組み込まれる。格子位置の炭素原子は、格子間位置のＳｉ原子を捕らえ、それにより、結合した格子間錯体を形成する。Ｃ原子のこの捕獲メカニズムの基づき、さらなる空格子点が生成される。そのため、ポリシリコン層内の炭素は、アニール中に格子間位置に対して吸い込み（Ｓｅｎｋｅ）を提供する。それにより、格子間位置によって引き起こされる例えばホウ素ドープ原子のクラスタ形成が抑制され、その結果、活性ドープ原子の量、およびそれによる濃度が増加され得る。これは、例えばホウ素ドープされたポリシリコン層のより低減されたシート抵抗をもたらし、その結果、より低減されたベース抵抗をもたらす。この効果は、多結晶シリコンゲルマニウムからなるポリシリコン層を用いることにより、より高められ得る。
【００１８】
炭素は半導体技術において一般的に使用され、かつ、層成長中に直接、またイオン注入中においても電極のポリシリコン層内に挿入され得る。そのため、本発明の上記コンセプトは、従来のバイポーラトランジスタの製造方法において、簡易かつ低コストにて実施され得る。
【００１９】
さらなる利点は、ＳｉＣの体積は純Ｓｉと比較してほぼ３％しか大きくないため、Ｃ原子は、Ｓｉ格子構造への実質的な干渉を伴うことなく、挿入され得ることにある。
【００２０】
本発明は特にバイポーラトランジスタに関連するが、基本的には、例えばＦＥＴ、ＭＯＳ、あるいはＣＭＯＳトランジスタのような他のトランジスタへの使用もあり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、以下、好ましい実施例の図面を参照して詳細に説明される。
【００２２】
図面に示された実施例に関して、繰り返しを避けるために、上記従来技術の形態を大きく参照し得る。上記されたように、図において、自己整合ｎｐｎバイポーラトランジスタの断面図が示される。
【００２３】
バイポーラトランジスタのエミッタ３は、ｎ＋ドープポリシリコン電極１を介してコンタクトされ、ｐ＋ドープポリシリコン電極２がｐ＋ドープベース４に割り当てられる。スペーサ７は自己整合エミッタ−ベース絶縁物として設けられる。さらに、エミッタ電極１の下にＴＥＯＳ絶縁層６が設けられ、またベース電極２の下にＬＯＣＯＳ絶縁層８が設けられる。図面中に、同じくバイポーラトランジスタのコレクタ領域５が（一点鎖線によって）示される。
【００２４】
ベース電極２として、１０１９〜１０２１ｃｍ−３の濃度を有するＣ−不純物原子が挿入されたポリシリコン層が使用されている。これは、イオン注入によって、あるいは追加の注入工程を伴わずに直接、層成長中に行われ得る。さらに、ポリシリコン層は、周知のように、５×１０２０ｃｍ−３より大きい濃度のホウ素によってドーピングされる。
【００２５】
Ｃ−不純物原子は、シリコン格子内において、格子間位置および好ましくはエネルギー的に有利な格子位置に組み込まれる。格子位置のＣ−不純物原子は、格子間位置のＳｉ原子を捕らえ、結合した格子間錯体を形成する。この捕獲されたＳｉ原子に基づき、さらなるほぼ１０１９ｃｍ−３の見積もり密度を有する空格子点が生成される。そのように形成されたＳｉ−Ｃの塊は、ほぼ７００°Ｃまでは安定であり、より高温において、β−ＳｉＣに変化する。その際、Ｓｉ素材に比べてほぼ３％大きいＳｉＣの体積は、同様に格子位置によって容易に補償され得る。その結果、電極内にいかなる不都合な応力も発生しない。炭素は、このようにして、アニール中にポリシリコン層内において格子間位置に対して吸い込みを生成する。それにより、格子間位置によって引き起こされるホウ素ドープ原子のクラスタ形成が抑制され、その結果、活性ドープ原子の量が増加され得る。
【００２６】
そのように生成された高濃度活性ドープ原子は、ホウ素ドープポリシリコン層の低減されたシート抵抗をもたらし、その結果、より低減されたベース抵抗をもたらす。この効果は、多結晶シリコンゲルマニウムからなるポリシリコン層を用いることにより、さらに高められ得る。
【００２７】
もちろん、ベース電極２に代えて、あるいはさらに、エミッタ電極２およびコレクタ電極も、本発明の方法によって形成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】自己整合ダブルポリシリコンバイポーラトランジスタの断面図である。
【図１】
2005538534.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月31日(2004.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタ電極（１）を介して電気的に接続可能なエミッタ領域（３）と、ベース電極（２）を介して電気的に接続可能なベース領域（４）と、コレクタ電極を介して電気的に接続可能なコレクタ領域（５）とを備え、ここで、該エミッタ、ベース、およびコレクタ電極（１，２）の内の少なくとも１つは、ドーピングが挿入されたポリシリコン層である、バイポーラトランジスタにおいて、
前記ドーピングに加え、該少なくとも１つの電極内に、１０１９〜１０２１ｃｍ−３の範囲内の密度を有する不純物原子が挿入され、ここで、該不純物原子は、Ｃ原子、Ｐ原子あるいはＡｒ原子であることを特徴とする、バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記ポリシリコン層は、ホウ素原子によってドーピングされていることを特徴とする、請求項１に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記ホウ素原子の濃度は、５×１０２０ｃｍ−３より大きく選定されることを特徴とする、請求項２に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電極（１，２）は、多結晶シリコンゲルマニウムかならなることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電極は、ベース電極（２）であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項６】
該バイポーラトランジスタは自己整合バイポーラトランジスタであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【国際調査報告】
2005538534.tif 000006
2005538534.tif 000007
2005538534.tif 000008
2005538534.tif 000009
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