(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラ・トランジスタであって、
第１の導電型（ｎ）のコレクタ領域（２５，２５ａ）と、
前記第１の導電型（ｎ＋）のサブコレクタ領域（１０；１０ａ，１０ｂ）であって、前記コレクタ領域（２５，２５ａ）に、前記コレクタ領域（２５，２５ａ）の第１のサイドにおいて電気的に接続されるサブコレクタ領域（１０；１０ａ，１０ｂ）と、
第２の導電型（ｐ）のベース領域（３０）であって、前記コレクタ領域（２５，２５ａ）の第２のサイドに設けられるベース領域（３０）と、
前記第１の導電型（ｎ＋）のエミッタ領域（５０）であって、前記ベース領域（３０）の上方に、前記コレクタ領域（２５，２５ａ）から遠隔サイドにおいて設けられるエミッタ領域（５０）と、
前記コレクタ領域（２５，２５ａ）の前記第１のサイドに隣接して設けられるカーボンがドープされた半導体領域（１０；１０ａ；２４，２４ａ）と、
を備え、
前記カーボンがドープされた半導体領域（１０；１０ａ；２４，２４ａ）のカーボン濃度が１０１９〜１０２１ｃｍ−３であり、
前記ベース領域（３０）が、前記コレクタ領域（２５，２５ａ）よりも小さな断面を有し、前記コレクタ領域が、前記ベース領域（３０）とのオーバーラップ領域において、第１の導電型のドーピングが増加している領域（２５ａ）を有し、前記第１の導電型のドーピングが増加している領域（２５ａ）は、前記コレクタ領域の残りの領域（２５）と比較して第１の導電型のドーピングが増加しており、前記カーボンがドープされた半導体領域（１０；１０ａ；２４，２４ａ）が、前記コレクタ領域の前記第１の導電型のドーピングが増加している領域（２５ａ）から、前記コレクタ領域の前記残りの領域（２５）への外方拡散を防止し、
前記カーボンがドープされた半導体領域（１０；１０ａ；２４，２４ａ）が、前記コレクタ領域（２５，２５ａ）と前記サブコレクタ領域（１０）との間のさらなる接続層（２４，２４ａ）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】
請求項１に記載のバイポーラ・トランジスタにおいて、
前記第１の導電型（ｎ）がｎ型であり、前記第２の導電型（ｐ）がｐ型であり、前記サブコレクタ領域（１０；１０ａ，１０ｂ）にはヒ素がドープされていることを特徴とするバイポーラ・トランジスタ。
【請求項３】
請求項２に記載のバイポーラ・トランジスタにおいて、
前記コレクタ領域（２５，２５ａ）にはリンがドープされていることを特徴とするバイポーラ・トランジスタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイポーラ・トランジスタにおいて、
前記コレクタ領域（２５，２５ａ）、前記ベース領域（３０）、および前記エミッタ領域（５０）のうちの少なくとも１つに、カーボンがドープされていることを特徴とするバイポーラ・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・トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明および本発明の基となる問題点は、原理的には、任意の所望のバイポーラ・トランジスタに対しても適用可能であるが、ＤＰＳＡトランジスタに関して説明する。
米国特許出願公開第２００２／００９６７４２号明細書には、機械的応力および転位を低減するために、カーボンがドープされたサブコレクタ層を導入することが開示されている。
特開２０００−２１６２１６８号公報には、トランジスタの絶縁のために注入された水素のゲッタリングのために、コレクタとサブコレクタとの間にカーボンがドープされた中間層を導入することが開示されている。
ＤＰＳＡ（double polysilicon self-aligned）トランジスタは、たとえば、ティ．エフ．マイスターら（T.F.Meister et al.）によるＩＥＤＭ技術ダイジェスト１９９５年、７３９〜７４１頁（IDEM Technical Digest 1995,p.739-741）により周知である。
【０００３】
この名前の由来は、ｐ＋型のベース端子およびｎ＋型のエミッタ・コンタクトとして、ｐ＋型のポリシリコンおよびｎ＋型のポリシリコンの２つの層のそれぞれを、使用していることにある。したがって、これらの層は特別に堆積されている。この場合、エミッタ・ウィンドウ内において、ｎ＋型のポリシリコン・エミッタ層とベース端子のｐ＋型のポリシリコン層との絶縁は、スペーサを用いたセルフ・アライメントによってなされている。ＤＰＳＡトランジスタには、注入されたＳｉベースとエピタキシャルに堆積されたＳｉＧｅベースとの双方が含まれ得る。コレクタは通常、基板に埋め込められた埋め込み層（サブコレクタとも称される）を介して接続される。ＤＰＳＡトランジスタ構造は、横方向および垂直方向に拡張性があり、また寄生容量および抵抗成分が低いため、超高速用途に最適である。
【０００４】
さらに高い周波数に適したバイポーラ・トランジスタを作製するためには、寄生容量および抵抗を低減しなければならないとともに、電荷担体走行時間を短くしなければならない。バイポーラ・トランジスタを垂直方向に構築した場合には、エミッタ、ベース、およびコレクタを非常に薄い層にすることによって、走行時間を短くすることが実現される。
【０００５】
ドーパントの拡散は最小限にすることが極めて重要である。何故なら、ｎｐｎトランジスタの場合、隣接する層へのボロンの外方拡散が起きても何ら不都合が生じないようにするためにできることは、ボロンがドープされたベースの層厚みを十分小さな値に選択することだけだからである。これは、ｎｐｎバイポーラ・トランジスタの場合の中心問題である。何故なら、ボロンは、正常な拡散だけでなく、格子間原子によって誘発される加速された拡散をさらに示すからである。
【０００６】
同様の問題が、リンがドープされたコレクタの場合にも起こる。何故なら、リンも、格子間原子によって加速された拡散を起こし、その結果、コレクタ内に存在するドーピング・プロファイルが、偶発的に変わることがあるからである。
【０００７】
格子間原子は、たとえば酸化および注入の結果、発生することが知られている。しかしながら、より詳細には、高濃度にドープされた層（濃度としては通常、１０２０ｃｍ−３）内のヒ素、たとえばバイポーラ・トランジスタにおける埋め込みサブコレクタ層内のヒ素の非活性化も、格子間原子の供給源になる。この点については、ピー．エム．ルソーら（P.M.Rouseau at al.）によるアプライド・フィジックス・レター、６５（５）、１９９５年（Appl.Phys.Lett. 65(6),1995）、「点欠陥の供給源としてのヒ素の電気的非活性化（Electrical deactivation of arsenic as a source of point defects ）」を参照されたい。シリコン中の格子間原子は非常に動きやすいため、加速されたボロンまたはリンの拡散が、極めて遠隔的な供給源によって誘発される可能性がある。そのため、トランジスタの幾何学的な形状をさらに小型化することは不可能である。したがって、また、ヒ素ドーピングを増加させて、埋め込みサブコレクタ層のシート抵抗を低減することも、格子間原子をさらに乱すことになるため、現実的ではない。
【０００８】
したがって、バイポーラ・トランジスタの高周波特性をさらに向上させるためには、格子間原子の濃度を低減することが極めて重要である。
原理的には、格子間原子の濃度は、２つの方法で低減することができる。第１に、格子間原子の発生を、対応するプロセス制御によって防止することができる。第２に、発生した格子間原子を、再び消滅させることができる。
【０００９】
発生した格子間原子は、たとえばカーボンがドープされたシリコン層を用いて消滅させられる。カーボンがドープされたシリコン層は、格子間原子に対するシンクとして機能する。この原理は、たとえばＳｉＧｅ：Ｃヘテロ接合バイポーラ・トランジスタにおいて適用されて成功している。このことは、たとえば、エイ．グルールら（A.Gruhle at al. ）によるアプライド・フィジックス・レター、７５（５）、１９９９年、「カーボンのドーピングによるＳｉＧｅヘテロ接合バイポーラ・トランジスタにおけるベース・ドーパント外方拡散の低減（The reduction of base dopant outdiffusion in Site heterojunction bipolar transistors by carbon doping ）」に記載されている。
【００１０】
この場合、この方式のカーボンのドーピングは通常、ベースにおいて、かつ／もしくはエミッタにおいて、かつ／もしくはコレクタにおいて、使用することができる。このことは、ＷＯ９８／２６４５７およびに米国特許出願第２００２／０，１２１，６７６Ａ１号明細書に記載されている。
【００１１】
周知の手順についての不都合な点は、加速された拡散からの保護が完全に可能というわけではないということ、かつカーボン濃度を高くすれば効果を高めることはできるが、これには、トランジスタ特性曲線の低下および電荷担体移動度の低下が伴うことである。特に、ヒ素が高濃度にドープされた埋め込みサブコレクタ領域からの格子間原子の発生は防止できない。何故なら、対応する温度範囲である５００℃〜９００℃において、多くの不可欠なプロセス・ステップが行なわれるからである。
【００１２】
結果として、これまで残っている唯一の解決方法は、埋め込みサブコレクタ領域内のヒ素濃度を単に低減することである。しかしながら、これには、サブコレクタ領域のシート抵抗が増加することで、トランジスタの高周波適応性が損なわれるという不都合な点が伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、コレクタ・プロファイルたとえばリンの横方向の外方拡散、およびベース・プロファイルたとえばボロンの垂直方向の外方拡散を回避することができ、かつ優れた電気特性を有する、改善されたバイポーラ・トランジスタを特徴づけることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、請求項１によるバイポーラ・トランジスタによって達成される。
本発明の基礎となる考え方は、サブコレクタとコレクタとの間に付加的なカーボンがドープされたシリコン層を挿入することによってか、あるいはサブコレクタそれ自体にカーボンをドープすることによって、格子間原子がそれらの供給源において直接消滅するという事実からなる。したがって、言うなれば、バリアを形成することが、好ましくは接続断面全体において可能である。
【００１５】
すでに説明したコレクタ、エミッタ、およびベースに対するカーボンがドープされた層に加えて、格子間原子が生じる場所に近接した所で格子間原子を直接消滅させるための手段を設けることで、格子間原子からの保護をさらに改善することができる。
【００１６】
付加的なカーボンがドープされた層は、コレクタとベースとの間の空間電荷ゾーンの外側に位置するため、トランジスタ特性曲線に対する不都合な影響が生じることは予想されない。結果として、トランジスタ内のドーパントの加速された拡散に起因する不都合な点を受け入れる必要を伴わずに、サブコレクタ領域におけるヒ素濃度をさらに増加させることができるため、そのシート抵抗を下げることができる。
【００１７】
従属請求項は、好ましい拡張に関する。
１つの好ましい拡張によれば、カーボンがドープされた半導体領域は、サブコレクタ領域全体である。
【００１８】
さらに好ましい拡張によれば、カーボンがドープされた半導体領域は、コレクタ領域に直接的または間接的に隣接するサブコレクタ領域の部分領域である。
さらに好ましい拡張によれば、カーボンがドープされた半導体領域は、コレクタ領域とサブコレクタ領域との間のさらなる接続層である。
【００１９】
さらに好ましい拡張によれば、第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型であり、サブコレクタ領域にはヒ素がドープされる。
【００２０】
さらに好ましい拡張によれば、コレクタ領域にはリンがドープされる。
【００２１】
さらに好ましい拡張によれば、コレクタ領域、ベース領域、およびエミッタ領域のうちの少なくとも１つには、カーボンがドープされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を、図面を参照して典型的な実施形態に基づいて、より詳細に説明する。
図では、同一の参照符号は、同一のまたは等しく作用する要素を示す。
図１は、バイポーラ・トランジスタの本発明による第１の実施形態の概略的な説明図を示す。
【００２３】
図１において、参照符号１は、シリコン半導体基板を示し、１０は、基板１内への埋め込み層の形態のヒ素がドープされたｎ＋型のサブコレクタ領域を示し、２０は、ボロンがドープされたｐ＋型のチャネル・ブロッキング領域を示し、２５は、リンがドープされたｎ−型のコレクタ領域を示し、２５ａは、リンがドープされたｎ型のコレクタ領域を示し、３０は、ボロンがドープされたｐ型のベース領域を示し、３５および３５は、それぞれ、ＣＶＤ絶縁酸化物層を示し、１５は、ＬＯＣＯＳ絶縁酸化物層を示し、４０は、ｐ＋型のベース端子を示し、４５は、ｎ＋型のコレクタ・コンタクトを示し、５５は、酸化ケイ素／窒化ケイ素を含む２重スペーサを示し、５０は、リンがドープされたｎ＋型のエミッタ領域を示す。
【００２４】
ｎ型のコレクタ領域２５ａは、エミッタ・ウィンドウを通したリンのセルフ・アライメントの注入によって、周囲のｎ−型のコレクタ領域２５と比較して多くドープされ、そこにほぼ楕円形のドーピング・プロファイルを有する（破線）。
【００２５】
ｎ＋型のサブコレクタ領域１０には、カーボン（Ｃ）が全体に多くドープされ、Ｃ濃度の典型的な値は、１０１９〜１０２１ｃｍ−３の範囲である。この場合、多くドーピングすることは、好ましくは注入によって行なう。
【００２６】
ｎ型のコレクタ領域２５ａからｎ−型のコレクタ領域２５への望ましくない外方拡散によって、多くドープされたコレクタ領域２５ａが横方向に拡がることになり、その結果ベース・コレクタの静電容量が増加することになる。この外方拡散は、カーボン（Ｃ）が全体に多くドープされたｎ＋型のサブコレクタ領域１０によって、効果的に防止することができる。ベース・プロファイルの垂直方向の外方拡散は、ベースが広がることになり、したがって電荷担体の走行時間が長くなるが、この外方拡散も同様に防止される。
【００２７】
図２に、バイポーラ・トランジスタの本発明による第２の実施形態の概略的な説明図を示す。
この第２の実施形態の場合、前述した第１の実施形態とは異なり、カーボン・ドープされた半導体領域は、サブコレクタ領域１０ａ，１０ｂのうちのコレクタ領域２５，２５ａに隣接する部分領域１０ａのみである。この場合もやはり、多くドーピングすることは、好ましくは注入によって行なう。
【００２８】
しかしながら、達成される効果は、第１の実施形態の場合と同様である。
図３に、バイポーラ・トランジスタの本発明による第３の実施形態の概略的な説明図を示す。
【００２９】
この第３の実施形態の場合、前述した第１および第２の実施形態とは異なり、カーボンがドープされた半導体領域２４は、コレクタ領域２５，２５ａとサブコレクタ領域１０との間のさらなる収集層である。この場合、多くドーピングすることは、層２４の堆積後に注入するか、あるいは堆積中にその場で注入することによって、行なわれ得る。
【００３０】
しかしながら、達成される効果は、第１および第２の実施形態の場合と同様である。
図４に、バイポーラ・トランジスタの本発明による第４の実施形態の概略的な説明図を示す。
【００３１】
この第４の実施形態の場合、前述した第３の実施形態とは異なり、カーボンがドープされた半導体領域２４ａは、コレクタ領域２５，２５ａに対する界面に設けられているだけではなく、むしろコレクタ・コンタクト４５を除いたサブコレクタ領域１０の全体に渡って延びている。この場合もやはり、多くドーピングすることは、層２４ａの堆積後に注入するか、あるいは堆積中にその場で注入することによって、行なわれ得る。
【００３２】
しかしながら、達成される効果は、第１、第２、および第３の実施形態の場合と同様である。
本発明は、前述した実施形態に制限されず、むしろホモ接合およびヘテロ接合バイポーラ・トランジスタの場合（特に、ＳｉＧｅＨＢＴの場合）、トレンチ・アイソレーションの場合、内部または外部スペーサの考え方の場合などにおいて、同様に用いられ得る。カーボン・ドープされた層の層厚みは、付加的な薄い接続層の場合における２０ｎｍと、連続的にドープされたサブコレクタ領域の場合におけるほぼ１０００ｎｍとの間で、変化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】バイポーラ・トランジスタの本発明による第１の実施形態を示す概略的な説明図。
【図２】バイポーラ・トランジスタの本発明による第２の実施形態を示す概略的な説明図。
【図３】バイポーラ・トランジスタの本発明による第３の実施形態を示す概略的な説明図。
【図４】バイポーラ・トランジスタの本発明による第４の実施形態を示す概略的な説明図。
【符号の説明】
【００３４】
１…シリコン半導体基板、１０，１０ｂ…ｎ＋型のサブコレクタ領域、２０…ｐ＋型のチャネル・ブロッキング領域、１０ａ，２４，２４ａ…カーボンがドープされたシリコン領域、２５…ｎ−型のコレクタ領域、２５ａ…ｎ型のコレクタ領域、３０…ｐ型のベース領域、３５，３５’…ＣＶＤ絶縁酸化物層、１５…ＬＯＣＯＳ絶縁酸化物層、４０…ｐ＋型のベース端子領域、４５…ｎ＋型のコレクタ・コンタクト、５５…酸化ケイ素／窒化ケイ素を含む２重スペーサ、５０…ｎ＋型のエミッタ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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