(57)【要約】【課題】縦型バイポーラＰＮＰトランジスタを作製する方法を提供する。【解決手段】ベース層中のリンのプロフィールを制御する。ベース・コレクタ接合近傍のベース層に導入されたカーボンは、後続の熱処理によってリンが注入時よりも深く拡散するのを妨げる。こうすることによって、狭い幅にリンをドープしたベースを備えるＰＮＰトランジスタを作製することができ、そのカットオフ周波数は２３ＧＨｚから３０ＧＨｚに改善された。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料から縦型バイポーラＰＮＰトランジスタを作製する方法であって、
（ａ）コレクタ層を形成する工程と、
（ｂ）前記コレクタ層上にベース層を形成して、前記コレクタ層とベース層との間に接合ゾーンを形成する工程と、
（ｃ）前記接合ゾーン近傍で前記ベース層中にカーボンを導入する工程と、
（ｄ）前記ベース層をリンでドープする工程と、
（ｅ）前記ドープされたベース層に熱処理を施して、
（ｅ１）リンがベース層の表面領域から外に拡散するように、また前記接合ゾーンに向かって拡散するように、また
（ｅ２）接合ゾーンに向かうリンの拡散がカーボンの存在によって抑制されるようにする工程と、及び
（ｆ）前記ベース層上にエミッタ層を形成する工程と、
を含む前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体材料から縦型ＰＮＰトランジスタを作製する方法であって、コレクタ層を提供する工程と、前記コレクタ層の上にベース層を形成する工程と、前記ベース層をリンでドープする工程と、及び前記ベース層の上にエミッタ層を形成する工程とを含む前記方法に関する。本発明は更に、この方法で作製された縦型ＰＮＰトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路はしばしば積層構造のトランジスタである縦型トランジスタを含む。高性能アナログ回路にとって一般的に要求されることの１つは、両極性の高速動作及び低いベース抵抗である。これら２つの要求に応えるためには、ベース・プロフィール（profile）は高いドーパント濃度で狭くなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＰＮＰトランジスタのベース層に広く用いられるＮ形ドーパントの１つはリンであるが、リンはシリコン中での拡散性が高いため、狭いベース・プロフイールを得ることができない。事実、リンは後続のアニール工程において下層中へ拡散するため、ベース層が広がることは止むを得ない。
【０００４】
ＰＮＰトランジスタのベース層に広く用いられるもう一つのＮ形ドーパントは砒素である。砒素の拡散性は低いので、砒素のベースへの注入の後処理温度をそこそこ低く保つならば、砒素はさほど拡散を起こさず、最終的なベース・プロフィールはほぼ注入条件で決まることになる。従って、高速の用途では砒素のほうが好ましい。砒素をドープしたベースを備えるＰＮＰトランジスタの性能を向上させるためには、砒素の低エネルギー、高ドーズでの注入条件を最適化しなければならない。注入エネルギーを下げれば砒素の進入深さは減るが、スクリーン酸化物中に捕らえられる砒素原子の量が増える。これは、望ましくない大きなプロセスのばらつきにつながる。他方、低エネルギーのままで注入ドーズを増やせば、ベース層の表面における砒素の濃度は非常に高くなり、砒素の拡散性が低いため、後続のアニーリングによってもそれを下げることは困難になる。この高いドーパント濃度は後に、エミッタ周辺でのエミッタ・ベース間接合リークにつながる可能性がある。すべてを考慮すると、砒素の注入条件を調節することだけではＰＮＰトランジスタの性能を改善するのには明らかに限度がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、縦型バイポーラＰＮＰトランジスタを作製する方法であって、コレクタ層とベース層との間の接合ゾーン近傍にのみベース層中にカーボンを導入する工程と、前記ベース層をリンでドープする工程と、及びドープされたベース層に熱処理を施してリンをベース層の表面から外へ前記接合ゾーンに向かって拡散させ、接合ゾーンに向かうリンの拡散がカーボンの存在によって防止されるようにする工程とを含む方法を提供する。
【０００６】
カーボンがリンの拡散性を低下させることは既知である。ベース・コレクタの接合深さ近傍にのみベース層中にカーボンを導入することによって、コレクタへのリンの拡散を抑制できる。
【０００７】
好適な実施の形態では、ベース層はエピタキシャル的に形成され、カーボンはそのとき同時に取り込まれる。このとき、ベース層のリン・ドーピングは、熱処理の前にベース層中のリンの表面濃度を高くするような適当な低エネルギー・レベルで実行される。
【０００８】
低エネルギー注入によって得られる表面付近の高いリン濃度は、一方では素早く拡散して出て行くが、他方で接合ゾーンに向かって拡散してベース層中のリン濃度を増大させる。
【０００９】
本発明は更に、半導体材料を含み、コレクタ層と、前記コレクタ層との間でコレクタ・ベース接合を形成するコレクタ層上のベース層と、及び前記ベース層との間でエミッタ・ベース接合ゾーンを形成するベース層上のエミッタ層とを有する縦型バイポーラＰＮＰトランジスタを提供する。ベース層は、コレクタ・ベース接合ゾーン近傍のみはカーボンをドープされるが、リンによってＮ形にドープされる。このため、リン原子が存在できる領域はカーボンが存在しないベース層の厚さに本質的に制限される。
【００１０】
本発明に従えば、カーボン及びリン原子は同時に導入あるいは注入することができる。これ以外の好適な実施の形態は特許請求の範囲に述べられている。
【００１１】
本発明の詳細及び特徴について、ここで添付図面を参照しながら説明しよう。
【実施例】
【００１２】
図１は縦型バイポーラＰＮＰトランジスタの積層構造の模式図を示す。ここで１は基板、２はＰ形にドープされたコレクタ層、３はＮ形にドープされたベース層、４はＰ形にドープされたエミッタ層である。これらの層は、従来のように、基板上にエピタキシャル的に成長させられる。高周波用トランジスタの場合は、ベース層の厚さ、ドーパント濃度、及びドーパント・プロフィールが高速動作にとって重要な因子となる。
【００１３】
図２は縦型ＰＮＰトランジスタのベース層のドーピング・プロフィールを示す。図２で、基準深さはエミッタとベース層との間の界面に取ってある。グラフ中の破線５は注入された状態のリンの濃度を示す。線６は、ベース層中にカーボンが存在しない場合に、熱処理後に得られるであろうリンのプロフィールを示す。斜線を入れた長方形９は、カーボンが存在するベース層中の深さ位置を示す。図２の線７は、長方形９で示したベース・ゾーンにカーボンが存在する場合のリンの濃度を示す。明らかに、リン濃度はカーボンが存在する深さ位置から急峻に低下し始め、ベース・コレクタ界面に相当するカーボンの存在する領域を超えた深さで消失する。カーボンが存在しない場合は、ベース層の深さ（あるいは幅）は、コレクタ層に向かって、図２に線６と７で示した深さの差８で示す長さだけ広がるであろう。
【００１４】
図２の線５をより詳細に参照すると、エピタキシャル的なシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウムの層が従来のやり方でコレクタ層の上に堆積され、ベース層を形成する。この層中に、低エネルギー、高ドーズのイオン注入によってリン原子が導入される。結果として得られるベース層中のリン濃度が図２に破線５で示されている。濃度は表面付近で非常に高く、深くなるに従って減衰する。後続の加熱工程後のリン濃度が線６で示されている。ベース層の表面における濃度は低下している。シリコン中のリンの拡散性が高いため、リン原子の一部は拡散して外へ抜けてしまっている。ベース・コレクタ接合におけるリン濃度は増大して、リン原子は今や注入時よりも層中に深く進入し、それに伴ってベース幅を広げている。
【００１５】
本発明に従えば、コレクタとベース層との間の接合近傍のベース層中にカーボン９が導入される。ベース層を形成するように、コレクタ層上にエピタキシャル的なシリコンまたはシリコン・ゲルマニウム層が堆積される。この堆積は通常は化学的気相堆積法（ＣＶＤ）によって行われる。これはチャンバ中で行われるが、そこでは適当な化学的成分がソース・キャビネット中に存在して、反応を起こし、基板表面に堆積する原子あるいは分子を含む蒸気を生成する。蒸気中にいくつかの異なる種類の原子を含めることによって、ベース層のための原子と一緒にドーパント原子を同時堆積させることも可能である。この、同時ドーピング・プロセスは当業者には良く知られており、ここではシリコンとカーボン、あるいはシリコンと、ゲルマニウムと、及びカーボンとを同時に堆積させることを含む。同時ドーピングは良く制御されたプロセスであり、カーボン原子は正確に望みの深さに導入される。この後、カーボン原子なしでベース層の成長が続けられる。あるいは、カーボンの導入をイオン注入で行うこともできる。
【００１６】
結果として得られるカーボン濃度を図２に斜線を入れた長方形９で示してある。一旦、ベース層の成長が完了すると、低エネルギー、高ドーズのイオン注入によってリンが導入される。後続の加熱処理工程後のリン濃度が線７で示されている。注入時の濃度に比べてベース層表面での濃度は低下している。シリコン中のリンの拡散が大きいため、リン原子の一部は拡散して外に抜け出してしまい、また一部はベース層中に深く拡散している。導入されたカーボンはリンの拡散を本質的に低下させるため、ベース層中のカーボンが存在しない厚さ部分におけるリン濃度は減少する。
【００１７】
このように、本発明はベースのドーズを増大させるが、それは図２に示すように狭い幅に集中している。ベース・ドーズが増大すればトランジスタのベース抵抗は下がる。本発明はまた、図２に８で示すようにベース幅の縮小をもたらす。それは注入状態よりも深い部分でリン原子の拡散が抑制されるためである。ベース幅が縮小すればカットオフ周波数が増大する。同時にベース・ドーズが増大すればエミッタとコレクタとの間でのパンチスルーは発生しない。リン注入の代わりに、ベース層をリン原子で同時ドープすることもできる。この後にエミッタ層の堆積を行って、従来と同じように縦型ＰＮＰトランジスタの作製を続ける。
【００１８】
本発明は従来のプロセス工程に影響しないので、従来の工程は通常どおりに実行することができる。付加的なプロセス手段を必要としない。
【００１９】
本発明によってＰＮＰトランジスタのカットオフ周波数は２３ＧＨｚから２９ＧＨｚに向上した。コレクタとエミッタとの間でパンチスルーは発生しなかった。
【００２０】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）半導体材料から縦型バイポーラＰＮＰトランジスタを作製する方法であって、
（ａ）コレクタ層を形成する工程と、
（ｂ）前記コレクタ層上にベース層を形成して、前記コレクタ層とベース層との間に接合ゾーンを形成する工程と、
（ｃ）前記接合ゾーン近傍で前記ベース層中にカーボンを導入する工程と、
（ｄ）前記ベース層をリンでドープする工程と、
（ｅ）前記ドープされたベース層に熱処理を施して、
（ｅ１）リンがベース層の表面領域から外に拡散するように、また前記接合ゾーンに向かって拡散するように、また
（ｅ２）接合ゾーンに向かうリンの拡散がカーボンの存在によって抑制されるようにする工程と、及び
（ｆ）前記ベース層上にエミッタ層を形成する工程と、
を含む前記方法。
【００２１】
（２）項１に記載の方法であって、前記半導体材料がシリコンまたはシリコン・ゲルマニウムである前記方法。
【００２２】
（３）項１に記載の方法であって、前記ベース層はエピタキシャル的に形成され、カーボンは同時ドーピングによってベース層中に導入される前記方法。
【００２３】
（４）項１に記載の方法であって、ベース層のリンによるドーピングが、熱処理前にベース層中で高いリン表面濃度を与えるように、低エネルギー・レベルでのイオン注入によって実行される前記方法。
【００２４】
（５）縦型バイポーラＰＮＰトランジスタであって、半導体材料を含み、コレクタ層と、前記コレクタ層との間にコレクタ・ベース接合ゾーンを形成する、前記コレクタ層上のベース層と、及び前記ベース層との間にエミッタ・ベース接合ゾーンを形成する、前記ベース層上のエミッタ層とを有し、前記ベース層が前記コレクタ・ベース接合ゾーン近傍でカーボンをドープされ、またリンでＮ形にドープされているため、それによってリン原子の存在が、カーボン原子が存在しないベース層中の厚さ部分に本質的に限定される前記トランジスタ。
【００２５】
（６）項５に記載のトランジスタであって、前記ベース層が、
−エミッタ・ベース接合ゾーン近傍から、ベース層の第１の予め定められた深さまで、深さとともに増大し、
−前記第１の予め定められた深さから、ベース層の第２の予め定められた深さまで、深さとともに第１のレートで減少し、及び
−前記第２の予め定められた深さから、ベース層の第３の予め定められた深さまで、深さとともに前記第１のレートよりも大きい第２のレートで減少する、
リンの濃度プロフィールを有しており、
カーボン原子がベース層中の、前記第２の予め定められた深さから前記第３の予め定められた深さまでの領域に存在している、
前記トランジスタ。
【００２６】
（７）項６に記載のトランジスタであって、前記第１、第２、及び第３の予め定められた深さが、それぞれ約２０ｎｍ、約８０ｎｍ、及び１２０ｎｍである前記トランジスタ。
【００２７】
（８）縦型バイポーラＰＮＰトランジスタを作製する方法が開示されている。ベース層中のリンのプロフィールが制御される。ベース・コレクタ接合近傍のベース層に取り込まれたカーボンは、後続の熱処理によってリンが注入時よりも深く拡散するのを抑制する。こうすることによって、狭い幅にリンをドープしたベースを備え、カットオフ周波数が２３ＧＨｚから３０ＧＨｚに改善されたＰＮＰトランジスタを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】縦型ＰＮＰトランジスタの層構造の模式図。
【図２】追加カーボンのある場合とない場合とについてのベース層でのリンのプロフィールの模式図。
【符号の説明】
【００２９】
１  基板
２  コレクタ層
３  ベース層
４  エミッタ層
【図１】
2005136424.tif 000003
【図２】
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