Diese Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung
wie einen Bipolartransistor oder einen MOS-Transistor mit
einer Siliziumschicht, die einen N(P)-Störstoff auf einem
P(N)-Halbleitersubstrat aufweist, und ein Verfahren zur
Herstellung der Halbleitervorrichtung.
Ein Verfahren zum Reduzieren der Übergangstiefe eines
Source-Drain-Bereiches, der ein Diffusionsschichtbereich
ist, um den Kurzkanaleffekt aufgrund der Reduktion der
Gatelänge eines MOS-Transistors zu verbessern, ist allgemein
bekannt. Im allgemeinen wird Ionenimplantation zur
Ausbildung eines Diffusionsschichtbereiches verwendet, und um
eine diffundierte n&spplus;-Schicht auszubilden, wird
Ionenimplantation mit Arsen oder Phosphor durchgeführt, um jedoch eine
p&spplus;-Diffusionsschicht zu bilden, wird Ionenimplantation von
Bor oder BF&sub2; durchgeführt.
Um ein Source-Drain in einer vergleichsweise kleinen
Übergangstiefe auszubilden, sind die folgenden Punkte wichtig:
- 1. Minimierung der Implantationsenergie,
- 2. Einstellen der Temperatur bei der Wärmebehandlung in dem
Produktionsprozeß nach der Implantation so niedrig wie
möglich, so daß der ionenimplantierte Störstoff so gering wie
möglich diffundiert, und
- 3. Verhindern eines Kanalisierungsphänomens, das ein
Hindernis bei der Ausbildung eines flachen Übergangs
darstellt.
Hier ist das Kanalisierungsphänomen, das in dem
obenstehenden dritten Punkt erwähnt ist, ein Effekt, bei dem, wenn
Störstoffatome in einen Siliziumeinkristall implantiert
werden, sie durch Lücken in dem Atomaufbau tief in den
Siliziumeinkristall eindringen. Dieses Kanalisierungsphänomen
erscheint insbesondere dann deutlich, wenn Ionen einer
kleinen Massezahl wie Borionen eingesetzt werden. Selbst
wenn die Ionenimplantation bei geringer Energie
durchgeführt wird, ist es in diesem Fall sehr schwierig, eine
flache P&spplus;-Diffusionsschicht auszubilden.
Verschiedene Versuche wurden vorgeschlagen, um das
Kanalisierungsphänomen zu verhindern. Beispielsweise ist in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 2-191341
beschrieben, daß zunächst Ionen von Si+ oder Ge+ in einen
Transistorausbildungsbereich implantiert werden, um einen
amorphen Bereich zu bilden, wie in Fig. 1(a) dargestellt
ist, und dann werden Ionen von B+ (BF&sub2;+) in den amorphen
Bereich implantiert, um eine Source-Drain-Diffusionsschicht
auszubilden, wie in Fig. 1(b) dargestellt ist, um die
Kanalisierung in vertikalen und horizontalen Richtungen, die
bei der Ausbildung einer Source-Drain-Diffusionsschicht
beteiligt sind, zu verhindern.
Demgegenüber wird in einem Siliziumbipolartransistor eine
Basisdiffusionsschicht normalerweise durch
Ionenimplantation gebildet, und zur Ausbildung einer flachen
Basisdiffusionsschicht wird ein Verfahren angewandt, bei dem die
Implantationsenergie niedrig eingestellt ist oder bei dem
BF&sub2;-Ionen oder dgl. Ionen mit hoher Massenzahl verwendet
werden. Selbst wenn jedoch diese Verfahren eingesetzt
werden, wird ein Folgebereich (Schwanzabschnitt), der eine
geringere Störstoffkonzentration zeigt, an der Bodenfläche
der Basisdiffusionsschicht ausgebildet, wie in Fig. 2(a)
dargestellt ist, da ein Kanalisierungsphänomen in gleicher
Weise wie im Falle eines MOS-Transistors auftritt.
Demzufolge ist es schwierig, die Basisübergangstiefe niedrig zu
gestalten.
Es soll festgestellt werden, daß ein Verfahren zur
Ausbildung einer epitaktischen Basisschicht unter Verwendung
einer MBE-Technik (Molekularstrahlepitaxie: epitaktische
Molekularstrahl-Wachstumsmethode) oder einer Tieftemperatur-CVD-Technik,
die einen hohen Grad von Unterdruck verwendet,
in letzten Jahren vorgeschlagen wurden, und wenn dieses
Verfahren eingesetzt wird, wird eine
Störstoffkonzentrationsverteilung mit sogenannter Schachtelform
(Boxshape) erhalten, bei der der Folgebereich der Basisschicht
so klein ist, wie in Fig. 2(b) dargestellt. Da jedoch der
Basisstörstoff in das Siliziumsubstrat durch
Wärmebehandlung zum Einbringen von Emittern od. dgl. Wärmebehandlung
im Verfahren der Herstellung diffundiert wird, was nach der
Ausbildung der epitaktischen Basisschicht geschieht, ist es
nicht möglich, den Folgebereich der Basis vollständig zu
vermeiden. Falls dieser Folgebereich der Basisschicht
vorhanden ist, erhöht dieses die Basisbreite und
verschlechtert die Hochfrequenzeigenschaften, und desweiteren wird
der Early-Effekt des Bipolartransistors bedeutend, und die
Transistoreigenschaften werden verschlechtert. Hier
bezeichnet der Early-Effekt ein Phänomen, bei dem, wenn der
Kollektor-Basis-Übergang rückwärts vorgespannt wird, die
Verarmungsschicht an der Schnittstelle des Basis-Kollektor-Übergangs
ausgedehnt wird und die effektive
Basisbereichslänge vermindert wird, und folglich wird der Gradient der
Injektions-Minderheitsträger in dem neutralen Basisbereich
steiler, und der Kollektorstrom steigt an, während sich der
Basisstrom nicht sehr verändert. Ein Phänomen, bei dem der
Stromverstärkungsfaktor ansteigt, wenn die Rückvorspannung
an dem Kollektorbasisübergang in dieser Weise vergrößert
wird, wird im allgemeinen Early-Effekt genannt. Dieses
Phänomen ist beispielsweise von Minoru Nagata in "Very High
Speed Bipolar Device" unter der Aufsicht von Takuro Sugano,
Baifukan, Seiten 58-59, beschrieben.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, zeigt der Kollektorstrom
einen hohen Anstieg unter einem festen Basisstrom, wenn der
Kollektor mit Bezug auf den Emitter vorgespannt ist, d. h.
die Rückvorspannung zwischen dem Kollektor und der Basis
ansteigt. Die Early-Spannung VA wird durch die Spannung an
dem Schnittpunkt der Verlängerungslinie (durch eine
unterbrochene Linie in Fig. 3 dargestellt) des Kollektorstroms
zur Kollektor-Emitter-Spannungscharakteristik definiert. Es
kann gesagt werden, daß, wenn der Absolutwert der Early-Spannung
VA ansteigt, sich der Einfluß des Early-Effektes
geringer bemerkbar macht. Falls die Early-Spannung abfällt,
kann eine konstante Stromcharakteristik in einem aktiven
Bereich der Strom-Spannungs-Charakteristik eines
Transistors nicht erhalten werden, was zu einem Nachteil bei der
Schaltung, hinsichtlich der Charakteristik einer
Konstantstromquelle führt, die in der Schaltung eingesetzt wird.
In den letzten Jahren wurde zur Verbesserung der Early-Spannung
eines Bipolartransistors ein Silizium-Heteroübergangs-Bipolartransistor
vorgeschlagen, der, als Basis, ein
Material einsetzt, das ein verbotenes Band aufweist, das
niedriger ist als das des einkristallinen Siliziums, z. B.
ein Mischkristall von Silizium und Germanium (im Folgenden
kurz als SiGe-Schicht bezeichnet), und zwar in einem
Artikel von D.L.-Harame et al, IEDM Tech. Dig., 1993, Seiten
71-74.
Bei diesem Transistor hat die Ge-Konzentration in einer
intrinsischen Basisschicht eine derartige Verteilung, daß
sie auf der Emitterbereichsseite geringer ist und auf der
Kollektorseite größer ist. Zum Beispiel hat die Ge-Konzentration
eine solche geneigte Konzentrationsverteilung, daß
der Gehalt von Ge auf der Emitterseite 0% beträgt, während
der Gehalt von Ge an der Kollektorseite 10 bis 25% beträgt.
Da Elektronen, die Minoritätsträger sind, durch ein
elektrisches Driftfeld beschleunigt werden, das von der
geneigten Verteilung der Ge-Konzentration erzeugt wird, wenn die
Rückvorspannung zwischen dem Kollektor und der Basis
ansteigt, wird die Verarmungsschicht des Basis-Kollektor-Überganges
erweitert. Selbst wenn die effektive
Basisbereichsbreite kurz wird, verhindert somit das
elektrische Driftfeld, daß die Steigung der injizierten
Minoritätsträgerverteilung in dem neutralen Basisbereich
steiler wird, wodurch ein Abfallen der Early-Spannung
verhindert wird.
Die bekannten Verfahren der Herstellung von
Halbleitervorrichtungen wie einem MOS-Transistor und einem
Bipolartransistor, die oben beschrieben wurden, haben jedoch die
folgenden Probleme.
Wie obenstehend beschrieben wurde, wird zur Ausbildung
eines Source-Drain-Bereichs mit kleiner Übergangstiefe eine
Wärmebehandlung in dem Herstellungsprozeß nach der
Implantation vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt, die
so gering wie möglich ist, so daß die ionenimplantierten
Störstoffe sowenig wie möglich diffundieren. Um
andererseits Störstoffionen zu aktivieren, um eine ausreichende
Trägerkonzentration zu erzielen, wird vorzugsweise die
Wärmebehandlung bei einer möglichst hohen Temperatur
durchgeführt. Daraus ergibt sich, daß die
Wärmebehandlungstemperatur natürlich einen Optimalbereich zeigt, und die
Wärmebehandlung wird normalerweise bei einer Temperatur von etwa
750°C bis 850°C durchgeführt. Durch die ledigliche
Gegenmaßnahme des Einsatzes einer niedrigen Temperatur innerhalb
dieses Temperaturbereiches zur Wärmebehandlung ist es
jedoch wegen des Einflusses des oben beschriebenen
Kanalisierungsphänomens sehr schwierig, eine sehr flache
Diffusionsschicht auszubilden, die beispielsweise eine Übergangstiefe
von 0,1 µm oder weniger aufweist.
Gemäß dem in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 2-191341
beschriebenen Verfahren wird, obwohl es möglich ist,
das Tunneln in den vertikalen und horizontalen Richtungen
durch Implantieren von Ionen von Si&spplus; oder Ge&spplus; in den
Transistorausbildungsbereich zum vorherigen Ausbilden eines
amorphen Bereichs zu verhindern, ein Leckstrom durch einen
Defekt zweiter Ordnung als Ergebnis der Ausbildung des
amorphen Bereiches erzeugt. Es ist sehr schwierig, diesen
Leckstrom zu unterdrücken. Es soll festgestellt werden, daß
ein Verfahren zum Verhindern des Anstiegs des Leckstroms
durch Vergrößern der Tiefe des amorphen Bereichs in der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 2-191341 beschrieben
ist. Es ist beispielsweise beschrieben, daß, durch
dreimaliges Durchführen von Ionenimplantation unter Einsatz von
Implantationsenergien von näherungsweise 50 keV, 200 keV und
400 keV, ein amorpher Bereich mit einer Dicke von
näherungsweise 0,5 µm erhalten werden kann. In diesem Fall
tritt jedoch ein Defekt zweiter Ordnung im
Niedrigenergiezustand (ein Zustand, um einen Teil eines Substrats in der
Nähe der Oberfläche in einen amorphen Zustand zu bringen)
in folgender Weise auf.
Das heißt, obwohl ein Defekt zweiter Ordnung, der in die
Tiefe von näherungsweise 0,5 µm mit 400 keV eingebracht
ist, keinen Leckstrom verursacht, da er durch einen
ausreichenden Abstand von der Diffusionsschicht entfernt ist, daß
ein weiterer Defekt zweiter Ordnung, der mit 50 keV
eingebracht ist, in der Nähe der Oberfläche ausgebildet wird, er
sie anfällig macht, leicht Leckströme zu erzeugen.
In dem Verfahren zur Ausbildung einer epitaktischen
Basisschicht eines Bipolartransistors unter Verwendung der MBE-
Technik oder der Tieftemperatur-CVD-Technik wird ein
Basisstörstoff in ein Siliziumsubstrat durch Wärmebehandlung zum
Emittereinbringen oder eine andere Wärmebehandlung bei dem
Herstellungsprozeß durchgeführt, der nach der Ausbildung
der Basisschicht ausgeführt wird, und folglich ist es
schwierig, eine vollständige schachtelförmige
Störstoffkonzentrationsverteilung, die keinen Folgebereich aufweist, zu
realisieren. Falls die Basisschicht einen Folgebereich
aufweist (d. h., falls die Dotierungskonzentration des
Basisbereiches fast die gleiche ist wie die des
Kollektorbereiches), tritt der Abfall der Early-Spannung deutlich auf.
Bei dem Verfahren, in dem die Ge-Konzentrationsverteilung
in einer intrinsischen SiGe-Basisschicht auf eine geneigte
Konzentrationsverteilung eingestellt wird, wobei die Ge-Konzentration
an der Emitterbereichsseite geringer ist und
an der Kollektorseite höher ist, falls beabsichtigt ist,
die Early-Spannung des Bipolartransistors weiterhin zu
erhöhen, dann muß die Ge-Konzentrationssteigung steiler sein.
Falls die Ge-Konzentrationssteigung sehr steil wird, steigt
der Gehalt von Ge, der in der gesamten Basisschicht
enthalten ist, an, und falls in diesem Fall die Basisschicht als
dünner Film ausgebildet ist, kann der Hochdehnungszustand
(Beanspruchung der Schicht) nicht aufrechterhalten werden,
und ein Defekt wird in der Schnittstelle der Basis-Kollektor-Übergangs
erzeugt. Wenn beispielsweise eine geneigte
Konzentrationsverteilung, bei der der Gehalt von Ge auf der
Emitterseite 0% beträgt und 30 bis 40% auf der
Kollektorseite, eingesetzt wird, kann der Hochdehnungszustand
(Dehnung der Schicht) nicht aufrechterhalten werden, sofern
nicht die Basisschicht mit einer Filmdicke von
beispielsweise weniger als 50 nm ausgebildet ist. Folglich stimmen
eine Filmdicke, in der eine Hochbeanspruchungsbedingung
aufrechterhalten werden kann, und eine optimale
Basisschichtfilmdicke, bei der eine vorgegebene Emitter-
Kollektor-Durchbruchspannungseigenschaft erhalten wird,
nicht miteinander überein.
Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, eine
Halbleitervorrichtung zu schaffen, die, unter Lösung der
obengenannten Probleme, die Erzeugung von Leckstrom oder ein Abfall
der Earlyspannung nicht ermöglicht und eine
Diffusionsschicht mit reduzierter Tiefe aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
zur Erzeugung der eben beschriebenen Halbleitervorrichtung
zu schaffen.
Zur Lösung der ersten oben beschriebenen Aufgabe wird gemäß
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine
Halbleitervorrichtung geschaffen, bei der, auf einem Halbleitersubstrat
eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine Siliziumschicht
ausgebildet wird, die einen Störstoff eines zweiten
Leitfähigkeitstyps aufweist, mit einer Abstandsschicht, die
unterhalb der Siliziumschicht vorgesehen ist, und aus einer
Einkristallsiliziumschicht gebildet ist, die Germanium
enthält.
Vorzugsweise liegt die Konzentration des Störstoffs des
zweiten Leitfähigkeitstyps, der in zumindest einem Teil der
Siliziumschicht enthalten ist, bei gleich oder mehr als 1 ×
10¹&sup8; cm-3, und der Gehalt von Germanium in der
Abstandsschicht beträgt 10% bis 15%.
Die Konzentrationsverteilung von Germanium in der
Abstandsschicht kann eine geneigte Konzentrationsverteilung sein,
bei der die Konzentration an der Siliziumschichtseite
geringer ist als an der Halbleitersubstratseite.
In der obenbeschriebenen Halbleitervorrichtung ist die
Source-Drain-Schicht eines MOS-Transistors in der
Siliziumschicht ausgebildet, oder die Siliziumschicht ist eine
aktive Basisschicht eines Bipolartransistors.
Um die obengenannte zweite Aufgabe zu lösen wird
erfindungsgemäß ein erstes Verfahren zur Herstellung einer
Halbleitervorrichtung angegeben, bei dem, auf einem
Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine
Siliziumschicht, die einen Störstoff eines zweiten
Leitfähigkeitstyps enthält, ausgebildet wird, wobei eine Abstandsschicht
aus einer einkristallinen Siliziumschicht, die Germanium
enthält, und einer Siliziumschicht aufeinanderfolgend auf
dem Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps
gebildet werden, und anschließend wird ein Diffusionsbereich mit
dem Störstoff des zweiten Leitfähigkeitstyps in der
Siliziumschicht durch Ionenimplantation ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird ein zweites Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung geschaffen, bei dem, auf einem
Halbleitersubstrat als ersten Leitfähigkeitstyps, eine
Siliziumschicht, die einen Störstoff eines zweiten
Leitfähigkeitstyps enthält, ausgebildet wird, mit einem ersten
Schritt des aufeinanderfolgenden Ausbildens einer
Abstandsschicht aus einer Einkristall-Siliziumschicht, die
Germanium enthält, und einer Siliziumschicht auf dem
Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps, einem zweiten
Schritt zur Ausbildung eines Gateoxidfilms einer
vorgegebenen Dicke in einem Bereich der Siliziumschicht, die in dem
ersten Schritt ausgebildet ist und die einen aktiven
Bereich bildet, einem dritten Schritt zur Ausbildung einer
Gateelektrode in einem vorgegebenen Muster auf dem
Gateoxidfilm, der durch den zweiten Schritt ausgebildet wurde,
und einem vierten Schritt des Implantierens von Ionen eines
Störstoffs eines zweiten Leitfähigkeitstyps unter
Verwendung der Gateelektrode, die im dritten Schritt ausgebildet
wurde, als Maske für die Ionenimplantation und Durchführen
von Tempern in einer Stickstoffatmosphäre mit einer
vorgegebenen Temperatur zur Ausbildung eines Source-Drain-Bereichs
in der Siliziumschicht.
Erfindungsgemäß wird ein drittes Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung geschaffen, bei dem, auf einem
Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine
Siliziumschicht gebildet wird, die einen Störstoff eines
zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, mit einem ersten
Schritt des aufeinanderfolgenden Ausbildens, auf dem
Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps, einer
versenkten Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer
Kollektorschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, einem
zweiten Schritt zur Ausbildung eines ersten Oxidfilms mit
einer vorgegebenen Dicke auf der Kollektorschicht des
zweiten Leitfähigkeitstyps, die in dem ersten Schritt
ausgebildet wurde, dem Implantieren von Ionen eines Störstoffs des
zweiten Leitfähigkeitstyps in einen vorgegebenen Bereich
der Kollektorschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der
Durchführung von Tempern in einer Stickstoffatmosphäre
einer vorgegebenen Temperatur zur Ausbildung einer
Kollektorauslaßdiffusionsschicht, einem dritten Schritt zum
Entfernen des Oxidfilms in einem Basisbereich von innerhalb des
ersten Oxidfilms, der durch den zweiten Schritt gebildet
wurde, und aufeinanderfolgendes Ausbilden einer
Abstandsschicht, die aus einer Einkristall-Siliziumschicht gebildet
ist, die Germanium enthält, und einer Siliziumschicht auf
dem Basisbereich der Kollektorschicht des zweiten
Leitfähigkeitstyps, deren Oberfläche freigelegt ist, einem
vierten Schritt des aufeinanderfolgenden Ausbildens einer
polykristallinen Siliziumschicht des ersten Leitfähigkeitstyps
und eines zweiten Oxidfilms einer vorgegebenen Dicke über
den Gesamtbereich und Mustern der polykristallinen
Siliziumschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und des zweiten
Oxidfilms in eine vorgegebene Form zur Ausbildung einer
Basisauslaßelektrode, einem fünften Schritt zur Ausbildung
einer polykristallinen Siliziumschicht einer vorgegebenen
Dicke, die einen Störstoff des zweiten Leitfähigkeitstyps
enthält, über die Gesamtfläche und Strukturieren der
polykristallinen Siliziumschicht in vorgegebene Form, zur
Ausbildung einer Emitterelektrode, und einem sechsten Schritt
zum Diffundieren eines Störstoffs des ersten
Leitfähigkeitstyps in die Siliziumschicht zur Ausbildung einer
externen Basisdiffusionsschicht und Diffundieren eines
Störstoffs des zweiten Leitfähigkeitstyps in die
Siliziumschicht zur Ausbildung einer Emitterdiffusionsschicht in
der aktiven Basisschicht.
Da gemäß der obenbeschriebenen Erfindung die Germanium
enthaltende Abstandsschicht unterhalb der Siliziumschicht
vorgesehen ist, wenn eine Diffusionsschicht mit einem
Störstoff des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der
Siliziumschicht zu bilden ist, wird der Störstoff des zweiten
Leitfähigkeitstyps nicht in die Abstandsschicht oder das
Halbleitersubstrat mit dem ersten Leitfähigkeitstyp unter der
Abstandsschicht wegen des Kanalisierungsphänomens oder
anderer Effekte diffundiert, und die Diffusion in der
Breitenrichtung wird durch die Abstandsschicht beschränkt. Der
erste Grund dafür besteht darin, daß Kanalisierung nicht
einfach auftritt, da Ge mit einem geringen Gehalt in der
SiGe-Abstandsschicht enthalten ist und eine Beanspruchung
wegen der Differenz der Gitterkonstanten zwischen Ge-Atomen
und Si-Atomen auftritt. Der zweite Grund liegt darin, daß
die Diffusionsdosis des Störstoffs in der SiGe-Abstandsschicht
gering ist, wie anschließend beschrieben wird.
Dementsprechend ist die Tiefe der Diffusionsschicht im
wesentlichen gleich der Filmdicke der Siliziumschicht, die
auf der Abstandsschicht ausgebildet wird.
Da desweiteren erfindungsgemäß ein amorpher Bereich nicht
ausgebildet werden muß, was einen Unterschied zur bekannten
Vorrichtung ist, wird kein Leckstrom erzeugt. Da
desweiteren der Störstoff nicht in einen Bereich verteilt wird, der
tiefer als der Bereich liegt, der durch die Abstandsschicht
begrenzt ist, fällt die Early-Spannung nicht ab, selbst
wenn eine Wärmebehandlung zum Emittereinbringen oder eine
andere Wärmebehandlung bei dem Herstellungsverfahren
durchgeführt wird, die nach der Ausbildung der Basisschicht
geschieht.
Da, wie oben beschrieben, erfindungsgemäß die Tiefe der
Diffusionsschicht, die durch Einbringen eines Störstoffs
des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, durch die
Abstandsschicht beschränkt wird, ergibt sich der Effekt, daß
eine Diffusionsschicht mit geringer Tiefe, die
konventionell nicht erzielt werden kann, ausgebildet werden kann,
und eine hohe Early-Spannung kann realisiert werden.
Insbesondere wo die Konzentrationsverteilung von Germanium der
Abstandsschicht eine geneigte Konzentrationsverteilung ist,
bei der die Konzentration auf der Siliziumschichtseite
geringer ist als auf der Halbleitersubstratseite, kann eine
weitere Verbesserung der Early-Spannung erzielt werden.
Wenn eine Source-Drain-Schicht eines MOS-Transistors in der
Siliziumschicht gebildet wird, kann desweiteren ein MOS-Transistor,
bei dem die Tiefe der
Source-Drain-Diffusionsschicht sehr gering ist und die Kapazität des Source-Drain-Übergangs
reduziert ist, erzeugt werden.
Wenn die Siliziumschicht eine aktive Basisschicht eines
Bipolartransistors ist, kann ein Bipolartransistor, bei dem
die Dicke der aktiven Basisschicht sehr gering ist und die
Kapazität des Basis-Kollektor-Überganges reduziert ist und
bei dem desweiteren eine hohe Early-Spannung realisiert
ist, erzielt werden.
In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
Fig. 1(a) eine schematischen Schnittdarstellung einer
Halbleitervorrichtung, bei der ein amorpher Bereich
ausgebildet ist, und
Fig. 1(b) ist eine schematische
Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung, bei der eine Source-Drain-Diffusionsschicht
in dem amorphen Bereich ausgebildet
ist,
Fig. 2(a) einen Graphen zur Erläuterung der
Störstoffverteilung in einer Bipolarstransistorbasis-Diffusionsschicht,
wenn ein Verfahren, bei dem die Implantationsenergie
niedrig eingestellt ist, oder ein anderes Verfahren, bei dem
Ionen mit einer großen Massenzahl verwendet werden,
angewandt wird, und
Fig. 2(b) ist ein Graph zur Erläuterung
einer Störstoffverteilung einer
Bipolartransistorbasisdiffusionsschicht, wenn eine epitaktische Basisschicht unter
Verwendung einer MBE-Technik oder einer Tieftemperatur-CVD-Methode
mit einem hohen Unterdruck eingesetzt wird,
Fig. 3 einen Graphen des Kollektorstroms bezüglich der Kollektor-Emitter-Spannungscharakteristik
eines bekannten
Bipolartransistors,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Aufbaus eines ersten
Ausführungsbeispiels, wenn eine Halbleitervorrichtung gemäß
der Erfindung auf einen MOS-Transistor angewendet wird,
Fig. 5 einen Graphen zur Erläuterung des Unterschiedes in
der Bordiffusionsdosis, abhängig davon, ob Ge vorhanden ist
oder nicht,
Fig. 6(a) bis 6(d) Schnittdarstellungen zur Erläuterung
unterschiedlicher Schritte bei der Herstellung der in Fig.
4 dargestellten Halbleitervorrichtung,
Fig. 7(a) und 7(b) Schnittdarstellung zur Erläuterung
unterschiedlicher Beispiele einer Struktur der in Fig. 4
dargestellten Halbleitervorrichtung,
Fig. 8 eine Schnittdarstellung des Aufbaus eines zweiten
Ausführungsbeispiels, bei dem eine Halbleitervorrichtung
gemäß der Erfindung auf einen Bipolartransistor angewandt
ist,
Fig. 9 einen Graphen zur Erläuterung einer
Störstoffkonzentrationsverteilung in Tiefenrichtung und eines Ge-Gehaltes
einer SiGe-Abstandsschicht der Halbleitervorrichtung
entlang einer Linie A-A der Fig. 8,
Fig. 10 einem Graphen zur Erläuterung der Beziehung
zwischen dem Ge-Gehalt in der SiGe-Abstandsschicht und einer
kritischen Filmdicke, bei der ein Defekt auftritt,
Fig. 11 einen Graphen zur Erläuterung einer
Störstoffkonzentrationsverteilung in Tiefenrichtung und des Ge-Gehaltes
der SiGe-Abstandsschicht der Halbleitervorrichtung entlang
der Linie A-A der Fig. 8, wenn die
Ge-Konzentrationsverteilung der SiGe-Abstandsschicht von geneigter Art ist,
Fig. 12(a) bis 12(e) Schnittdarstellungen verschiedener
Schritte zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß
Fig. 8,
und
Fig. 13 eine Schnittdarstellung eines weiteren Beispiels
eines Aufbaus bezüglich der Halbleitervorrichtung gemäß
Fig. 8.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf
die Zeichnungen dargestellt.
Erstes Ausführungsbeispiel
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung des Aufbaus des ersten
Ausführungsbeispiels, wobei eine Halbleitervorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen MOS-Transistor
angewandt ist.
Auf einem N-Siliziumsubstrat 1 sind eine SiGe-Abstandsschicht
2 und eine Kanalsiliziumschicht 3
aufeinanderfolgend unter Verwendung einer Tieftemperatur-Epitaxiewachstumstechnik
aufgebracht. Ein Gateoxidfilm 6 mit einer
vorgegebenen Dicke wird auf der Oberfläche der
Kanalsiliziumschicht 3 ausgebildet, und eine Gateelektrode 7 mit
vorgegebener Form wird auf diesem Gateoxidfilm 6 ausgebildet.
Desweiteren wird eine Source-Drain-Bereich 8, der eine
Diffusionsschicht ist, durch Ionenimplantation in der
Kanalsiliziumschicht 3 ausgebildet, wodurch ein MOS-Transistor
gebildet wird. Die Dicke der Kanalsiliziumschicht 3 beträgt
beispielsweise 10 bis 100 nm, und die Dicke der SiGe-Abstandsschicht
2 beträgt beispielsweise 10 bis 100 nm, und
der Germaniumgehalt in der SiGe-Abstandsschicht 2 beträgt
beispielsweise 10%. Wenn die Temperatur der Wärmebehandlung
in dem Herstellungsprozeß, nachdem die SiGe-Abstandsschicht
2 ausgebildet wird, höher ist als 800°C, beträgt, um die
Beanspruchung der SiGe-Schicht zu erhalten, vorzugsweise
die Dicke der Abstandsschicht weniger als 100 nm, und der
Gehalt von Ge ist geringer als 15%.
Fig. 5 ist ein Graph zur Erläuterung des Ergebnisses des
Vergleichs zwischen den Beziehungen der Borkonzentration
und der Bordiffusionsdosis, wobei der Gehalt von Ge 15% und
0% beträgt, wenn die Temperatur der Wärmebehandlung 850°C
beträgt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, zeigt sich eine
geringere Diffusionsdosis, wenn der Gehalt von Ge 15%
beträgt, und selbst wenn die Borkonzentration ansteigt,
steigt die Diffusionsdosis nicht scharf an.
Da in einer Halbleitervorrichtung mit dem oben
beschriebenen Aufbau die SiGe-Abstandsschicht 2 auf eine Dicke von 10
bis 100 nm unter der Kanalsiliziumschicht 3 gebracht wird,
selbst wenn Wärmebehandlung in dem Prozeß der Herstellung
durchgeführt wird, nachdem der Source-Drain-Bereich 8 in
der Kanalsiliziumschicht 3 beispielsweise bei einer
Temperatur von 800 bis 900°C für näherungsweise 30 min
durchgeführt wird, wird die Diffusion des Störstoffs in der
Tiefenrichtung unterdrückt, und ein niedriger Übergang kann
ausgebildet werden. Insbesondere hat bei der
erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung der Source-Drain-Bereich 8 eine
sehr geringe Tiefe von 10 bis 100 nm, was im wesentlichen
gleich der Dicke der Kanalsiliziumschicht 3 ist.
Es soll hier festgestellt werden, daß während die oben
beschriebene Halbleitervorrichtung ein Aufbau eines P-Kanal-MOS-Transistors
hat, der Aufbau nicht darauf beschränkt
ist, und der eines N-Kanal-MOS-Transistors oder eines CMOS-Transistors
sein kann.
Im Folgenden wird ein Verfahren der Herstellung der
obengenannten Halbleitervorrichtung im Detail beschrieben. Hier
wird ein Verfahren der Herstellung eines P-Kanal-MOS-Transistors
beschrieben.
Die Fig. 6a und 6d sind Schnittdarstellungen
unterschiedlicher Schritte der Herstellung der
Halbleitervorrichtung, die in Fig. 4 dargestellt ist.
Zunächst werden die (undotierte) SiGe-Abstandsschicht 2,
die keinen Störstoff enthält, und die Kanalsiliziumschicht
3 aufeinanderfolgend auf der Oberfläche des N-Siliziumsubstrats
1 aufgewachsen, wie in Fig. 6(a) dargestellt ist,
wobei ein Tieftemperatur-Epitaxie-Wachstumsverfahren
eingesetzt wird. Die SiGe-Abstandsschicht 2 wird beispielsweise
mit Bedingungen bei einer Temperatur von 500 bis 700°C,
GeH&sub4;-Gas mit 0,5 bis 1,0 sccm und Disilangas von 0,5 bis 1
sccm aufgebracht. Desweiteren wird die Kanalsiliziumschicht
3 aufgewachsen, beispielsweise bei einer Temperatur von
500° bis 700°C, mit Disilangas von 0,5 bis 1 sccm und
einer Borkonzentration von 1 × 10¹&sup8; cm-3 oder weniger
(vorzugsweise 1 × 10¹&sup8; bis 1 × 10¹&sup5; cm-3).
Anschließend wird die N-Kanalstopperschicht 4 ausgebildet,
und eine Isolierung 5, in der ein Isolierfilm,
beispielsweise ein Oxidfilm, in einer Nut von 0,5 bis 1 µm Tiefe
versenkt ist, wird ausgebildet, wie in Fig. 6(b)
dargestellt ist, durch ein bekanntes Ionenimplantationsverfahren
und ein bekanntes Nutenisolationsausbildungsverfahren.
Diese Isolierung 5 kann alternativ durch ein bekanntes
Selektivoxidationsverfahren geschaffen werden. Oder die SiGe-Abstandsschicht
2 und die Kanalsiliziumschicht 3, die oben
beschrieben wurden, können aufeinanderfolgend aufgewachsen
werden, nachdem die Isolierung 5 auf dem Substrat 1 auf der
freiliegenden Oberfläche des Substrats in einem geplanten
Transistorbildungsbereich ausgebildet ist, und zwar unter
Verwendung einer selektiven Epitaxiewachstumsmethode (siehe
Fig. 7(a)).
Es soll hier festgestellt werden, daß bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel die Schwellspannungssteuerung des MOS-Transistors
mit der Kanalsiliziumschicht 3, die einen
Störstoff enthält, durchgeführt wird. Diese
Kanalsiliziumschicht 3 kann alternativ durch Einbringen eines
Störstoffes durch Ionenimplantation ausgebildet werden, nachdem ein
undotierter Siliziumfilm, der keine Störstoffe enthält,
aufgewachsen ist.
Nachdem die Kanalstopperschicht 4 und die Isolation 5
ausgebildet wurden, wird der Gateoxidfilm 6 mit 5 bis 15 nm
Dicke in einem Teil ausgebildet, der einen aktiven Bereich
des MOS-Transistors ausmacht, wie in Fig. 6(c) dargestellt
ist. Desweiteren wird nach der Ionenimplantation zur
Einstellung der Schwellspannung des MOS-Transistors ein
polykristalliner Siliziumfilm von 200 nm Dicke unter Verwendung
eines bekannten CVD-Verfahrens abgeschieden, und ein N-Störstoff
wie Phosphor wird unter Verwendung thermischer
Diffusion oder Ionenimplantation eingebracht, wonach der
polykristalline Siliziumfilm durch Fotoätzen zur Ausbildung
der Gateelektrode 7 bearbeitet wird. Hier kann der
polykristalline Siliziumfilm durch einen Polyzidfilm ersetzt
werden, der ein zusammengesetzter Film eines
Metallsilizidfilms und eines polykristallinen Siliziumfilms ist. Oder
die Einbringung des Störstoffs in den polykristallinen
Siliziumfilm kann auch als Ionenimplantation zur Ausbildung
eines Source-Drain-Bereiches dienen, der im folgenden
beschrieben werden wird.
Nachdem die Gateelektrode 7 ausgebildet ist, werden
P-Störstoffionen von Bor, BF&sub2; od. dgl. mit einer
Implantationsdosis von 1 × 10¹&sup5; bis 1 × 10¹&sup6; cm-2 mit einer
Implantationsenergie von 1 bis 10 keV unter Verwendung der Gateelektrode
7 als Maske für die Ionenimplantation ausgebildet, und dann
wird in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur um
900°C zur Ausbildung des P-Source-Drain-Bereichs 8 ein
Tempern durchgeführt. Durch die oben beschriebenen Schritte
wird ein Aufbau gebildet, der in der Schnittdarstellung der
Fig. 6(c) dargestellt ist. Es soll festgestellt werden,
daß der Source-Drain-Bereich 8 alternativ durch Einbringen
des Störstoffs des Source-Drain in die Siliziumschicht 14
oder der polykristallinen Siliziumschicht ausgebildet
werden kann, nachdem die Siliziumschicht 14 oder der
polykristalline Siliziumfilm in einem geplanten Source-Drain-Ausbildungsbereich
unter Verwendung eines selektiven Epitaxie-Wachstumsverfahrens
ausgebildet wurde, und anschließende
Tempern in einer Stickstoffatmosphäre, um den Störstoff in
der Kanalsiliziumschicht 3 zu diffundieren.
Bezugnehmend auf die Fig. 7(b) bezeichnet die Bezugsziffer
9 einen Seitenwandungs-Isolierfilm. Der Einsatz dieses
Aufbaus vergrößert die effektive Tiefe des Source-Drain (d. h.
die effektive Tiefe der Source-Drain ist die Summe der
Tiefen der Siliziumschicht 14 und des Source-Drain-Bereichs 8)
und kann weiterhin den Source-Drain-Widerstand vermindern.
Während in dem vorliegenden Äußerungsbeispiel die Source-Drain-Struktur
des MOS-Transistors einen Einzeldrainaufbau
aufweist, kann sie alternativ eine LDD-Struktur aufweisen
("lightly doped drain", leicht dotiertes Drain). Die LDD-Struktur
bedeutet eine Struktur, bei der die
Störstoffkonzentrationen der Endbereiche der Source- und Drainbereiche
niedrig eingestellt sind, um elektrische Felder, die
zwischen der Source und dem Gate und zwischen dem Drain und
dem Gate erzeugt werden, zu mäßigen.
Nachdem der Source-Drain-Bereich 8 mit einer
Störstoffkonzentration von näherungsweise 1 × 10¹&sup8; bis 1 × 10²º cm-3
gebildet ist, werden ein Oxidfilm 10 von 50 bis 100 nm
Dicke und ein Borsilikatglas (BPSG) 11 von 500 bis 600 nm
Dicke aufeinanderfolgend durch ein bekanntes CVD-Verfahren
abgeschieden, und anschließend, nachdem ein
Zwischenschicht-Isolierfilm ausgebildet wurde, wird ein Tempern in
einer Stickstoffatmosphäre bei 850 bis 950°C durchgeführt,
wonach ein Kontaktloch 12 und eine Verdrahtung 13 durch
bekannte Herstellungsverfahren zur Vervollständigung der
Schnittdarstellung der Fig. 6 (d) ausgebildet werden.
In der Halbleitervorrichtung des ersten
Ausführungsbeispiels, die sich auf den oben beschriebenen MOS-Transistor
bezieht, kann durch Vorsehen einer Siliziumschicht, die
Germanium enthält, unter einer Siliziumschicht, in der eine
Source-Drain-Diffusionsschicht erzeugt wird, die eine
Störstoffkonzentration enthält, eine sehr flache
Diffusionsschicht erzeugt werden, deren Übergangstiefe kleiner ist
als 0,1 µm. Da desweiteren die Tiefe der Source-Drain-Diffusionsschicht
vermindert ist, zeigt der Kurzkanal-Effekt
des Transistors eine Verbesserung um etwa 0,05 µm, im
Vergleich mit einer bekannten Struktur. Da desweiteren die
Verarmungsschicht von der Source-Drain sich in Richtung auf
die Abstandsschichtseite erstreckt, wobei die Dicke der
undotierten SiGe-Abstandsschicht, die keinen Störstoff
enthält, 100 nm beträgt, kann die Source-Drain-Übergangskapazität
um etwa 10 bis 30% im Vergleich mit der
konventionellen Struktur vermindert werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung eines Aufbaus eines
zweiten Ausführungsbeispiels, wobei eine
Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung auf einen NPN-Bipolartransistor
angewandt wurde.
Bezugnehmend auf Fig. 8 bezeichnet die Bezugsziffer 21 ein
P-Siliziumsubstrat, 22 bezeichnet eine hochkonzentrierte N-Versenkungsschicht,
23 ist eine Si-Kollektorschicht (N-Epitaxieschicht),
27 ist eine SiGe-Abstandsschicht, die einen
N-Störstoff enthält, 28 ist eine P-Si-Basisschicht
(intrinsische Siliziumbasisschicht), die auf der SiGe-Abstandsschicht
27 durch eine selektive Epitaxiewachstumstechnik
aufgewachsen wurde, 33 ist eine N-Emitterdiffusionsschicht,
32 ist eine polykristalline Siliziumschicht zum Ausleiten
des Emitters, und 29 ist eine polykristalline P-Siliziumschicht
zum externen Herausleiten der Basis. Die
Störstoffkonzentrationsverteilung in der Dickenrichtung und der
Germaniumgehalt der SiGe-Abstandsschicht 27 der
Halbleitervorrichtung, aufgenommen entlang der Linie A-A der Fig. 8,
sind in Fig. 9 dargestellt.
Wie in Fig. 9 dargestellt ist, hat in der
Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung die polykristalline
N-Siliziumschicht 32 eine Dicke von 200 bis 300 nm und eine
Störstoffkonzentration von 1 × 10²º bis 1 × 10²¹ cm-3, und die
N-Emitterdiffusionsschicht 33 hat eine
Störstoffkonzentration von beispielsweise 1 × 10²º bis 1 × 10²¹ cm-3 und eine
Tiefe von 40 bis 50 nm. Die effektive Dicke der P-Si-Basisschicht
(intrinsische Siliziumbasisschicht) 28, die eine
intrinsische Basisregion direkt unter der
Emitterdiffusionsschicht 33 ist, beträgt 30 bis 70 nm, und die p-Störstoffkonzentration
der P-Si-Basisschicht (intrinsische
Siliziumbasisschicht) 28 beträgt beispielsweise 1 × 10¹&sup8; cm-3
oder mehr (vorzugsweise 2 × 10¹&sup8; bis 1 × 10¹&sup9; cm-3). Die
Dicke der SiGe-Abstandsschicht 27 beträgt 20 bis 60 nm, und
die N-Störstoffkonzentration der SiGe-Abstandsschicht 27
beträgt beispielsweise 1 × 10¹&sup7; bis 6 × 10¹&sup7; cm-3. Die
Dicke der Si-Kollektorschicht 23 beträgt 50 bis 800 nm, und
die N-Störstoffkonzentration der Si-Kollektorschicht 23
beträgt beispielsweise 1 × 10¹&sup6; bis 6 × 10¹&sup6; cm-3. Die
Störstoffkonzentration der N-Versenkungsschicht 22 beträgt
beispielsweise 5 × 10¹&sup9; bis 1 × 10²¹ cm-3.
Der Gehalt von Germanium in der SiGe-Abstandsschicht 27
beträgt beispielsweise 15%. Es soll festgestellt werden, daß,
wenn der Germaniumgehalt der SiGe-Abstandsschicht 27
ansteigt, die Diffusionsschicht eines Störstoffs,
beispielsweise Bor, weiter unterdrückt werden kann, aber falls der
Germaniumgehalt 20% übersteigt, kann leicht ein Defekt in
der Basisschicht wegen der Tatsache auftreten, daß Silizium
und Germanium unterschiedliche Gitterkoeffizienten
aufweisen und folglich die Störstoffdiffusionsdosis demgegenüber
ansteigt. Aufgrunddessen ist vorzugsweise der Gehalt von
Germanium in der SiGe-Abstandsschicht 27 auf weniger als
höchstens 20% eingestellt. Desweiteren ist vorzugsweise der
Gehalt von Germanium auf 10 bis 15% eingestellt, wenn
berücksichtigt wird, daß nach der Ausbildung der
Abstandsschicht eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur
durchgeführt wird. Da in diesem Fall ein Defekt leicht
auftreten kann, falls die Schicht mit einer größeren Dicke als
100 nm ausgebildet wird, beträgt vorzugsweise die Dicke der
SiGe-Abstandsschicht 27 10 bis 60 nm.
Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Germaniumgehalt in
der SiGe-Schicht und der kritischen Filmdicke, bei der ein
Defekt auftritt. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, steigt
die kritische Filmdicke plötzlich an, wenn der
Germaniumgehalt unter 5% sinkt.
Während in der Halbleitervorrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel Ge in der SiGe-Abstandsschicht 27
gleichförmig enthalten ist, kann die Konzentrationsverteilung von
Germanium in der SiGe-Abstandsschicht 27 alternativ eine
geneigte Konzentrationsverteilung sein. Beispielsweise kann
die Konzentrationsverteilung auf eine geneigte
Konzentrationsverteilung eingestellt werden, bei der der
Germaniumgehalt an der Basisschichtseite 0% beträgt und der
Germaniumgehalt an der Kollektorseite 10% beträgt, wie in Fig. 11
dargestellt ist. Selbst wenn eine Wärmebehandlung bei einer
hohen Temperatur und für eine lange Zeitspanne durchgeführt
wird und der Basisstörstoff in die SiGe-Abstandsschicht 27
diffundiert, bis ein Basisfolgebereich ausgebildet wird,
kann in diesem Fall ein Abfallen der Early-Spannung durch
Verbesserung der Mobilität der Minoritätsträger durch ein
elektrisches Driftfeld in der SiGe-Abstandsschicht 27
verhindert werden.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der
Halbleitervorrichtung mit einem oben beschriebenen Aufbau
erläutert.
Die Fig. 12 (a) bis 12 (e) sind Schnittdarstellungen zur
Erläuterung unterschiedlicher Stufen in der Produktion der
Halbleitervorrichtung, die in Fig. 8 dargestellt ist.
Zunächst werden eine N-Versenkungsschicht 22 und eine N-Si-Kollektorschicht
(N-Epitaxieschicht) 23 aufeinanderfolgend
über die Gesamtfläche des P-Siliziumsubstrats 21
ausgebildet, wie in Fig. 12(a) dargestellt ist. Anschließend wird
ein Isolationsoxidfilm 24 mit einer Dicke von 300 bis 600
nm selektiv unter Verwendung eines bekannten Verfahrens
ausgebildet. In diesem Fall wird ein Oxidfilm 26 auf der
Oberfläche der Si-Kollektorschicht (N-Epitaxieschicht) 23
ausgebildet. Anschließend werden Ionenimplantation und eine
nachfolgende Temper-Wärmebehandlung bei oder etwa 900°C
durchgeführt, um eine Kollektorauslaß-Diffusionsschicht 25
zu bilden und sie zur N-Versenkungsschicht 22 zu
erstrecken.
Nachdem die Kollektorauslaß-Diffusionsschicht 25
ausgebildet ist, wird der Oxidfilm 26 auf dem Basisbereich durch
ein bekanntes Fotoätzverfahren entfernt, wie in Fig. 12(b)
dargestellt ist. Dann werden unter Verwendung eines
selektiven Epitaxiewachstumsverfahrens eine SiGe-Abstandsschicht
27 und eine P-Si-Basisschicht (intrinsische
Siliziumbasisschicht) 28 aufeinanderfolgend auf einem Basisbereich
ausgebildet, in dem die Oberfläche der Si-Kollektorschicht (N-Epitaxieschicht)
23 freiliegt. Die SiGe-Abstandsschicht 27
wird beispielsweise bei einer Temperatur von 500 bis 700°C
mit GeH&sub4;-Gas von 0,5 bis 1,0 sccm, Silangas von 0,5 bis 1
sccm und einer N-Störstoffkonzentration von 1 × 10¹&sup6; bis 6
× 10¹&sup6; cm-3 aufgewachsen. Falls eine Epitaxietechnik, die
eine Niederdruck-CVD-Technik mit Ultrahochvakuumauslaß
verwendet, eingesetzt wird, ist es möglich zu bewirken, daß
Germanium mit einem hohen Genauigkeitsgrad in einem
Siliziumfilm enthalten ist. Desweiteren wird eine P-Si-Basisschicht
(intrinsische Siliziumbasisschicht) 28
aufgewachsen, beispielsweise bei einer Temperatur von 500 bis 700°C,
einem Silangas von 0,5 bis 1 sccm und einer
Borkonzentration von 10¹&sup8; bis 10¹&sup9; cm-3.
Nachdem die SiGe-Abstandsschicht 27 und die P-Si-Basisschicht
(intrinsische Siliziumbasisschicht) 28 ausgebildet
wurde, werden aufeinanderfolgend eine polykristalline P-Siliziumschicht
29 von 100 bis 300 nm, die Bor enthält, und
ein Zwischenschichtisolierfilm, beispielsweise ein Oxidfilm
30, mit 100 bis 300 nm Dicke über die gesamte Fläche
ausgebildet, wie in Fig. 12(c) dargestellt ist. Anschließend
werden sie in eine Basisauslaßelektrode 29a mit
vorgegebenem Aussehen strukturiert, und ein
Seitenwandungsisolierfilm 31 mit beispielsweise 100 bis 300 nm Dicke aus einem
Nitridfilm wird durch eine bekannte Technik auf einer
Endfläche der Basisauslaßelektrode 29a ausgebildet.
Nachdem der Isolierfilm 31 ausgebildet wurde, wird eine
polykristalline Siliziumschicht 32, die einen N-Störstoff
enthält, z. B. Arsen, mit einer Dicke von 100 bis 200 nm
ausgebildet, die in Fig. 12(d) dargestellt ist, und dann
unter Einsatz eines Fotoätzverfahrens zur Ausbildung einer
Emitterelektrode 32a strukturiert. Anschließend wird eine
Wärmebehandlung bei 850 bis 950°C durchgeführt, um die
Emitterdiffusionsschicht 33 in der P-Si-Basisschicht
(intrinsische Siliziumbasisschicht) 28 auszubilden.
Anschließend wird auch eine externe Basisdiffusionsschicht 34
gleichzeitig ausgebildet.
Nachdem die Emitterdiffusionsschicht 33 und die externe
Basisdiffusionsschicht 34 ausgebildet sind, werden ein
Zwischenschichtisolierfilm 35 und Elektroden 36b, 36c und 36e
durch ein bekanntes Verfahren hergestellt, wie in der Fig.
12(e) dargestellt ist, wodurch ein Bipolartransistor
vervollständigt wird.
Die SiGe-Abstandsschicht 27 kann von einem undotierten Typ
sein, der keine Störstoff enthält, oder von einem dotierten
Typ, der einen N-Störstoff von 1 × 10¹&sup6; bis 1 × 10¹&sup7; cm-3
enthält. Wenn die keinen Störstoff enthaltende
SiGe-Abstandsschicht 27 verwendet wird, ist es möglich, daß sich
eine Verarmungsschicht in einem rückwärts vorgespannten
Basis-Kollektor-Übergang erstreckt, und folglich kann die
Durchbruchsspannungseigenschaft zwischen der Basis und dem
Kollektor oder zwischen dem Kollektor und dem Emitter
verbessert werden. Wenn andererseits eine SiGe-Abstandsschicht
27, die einen N-Störstoff enthält, verwendet wird, kann die
Abschneidefrequenz verbessert werden, da der Kirk-Effekt
(ein Effekt, bei dem die Abschneidefrequenz eine
Bipolartransistors sinkt, wenn der Kollektorstrom des
Bipolartransistors steigt) in einem Kollektorinjektionsstromzustand
unterdrückt werden kann. Oder die SiGe-Abstandsschicht 27
kann so ausgebildet sein, daß nachdem die undotierte SiGe-
Schicht, die keinen Störstoff enthält, aufgewachsen ist und
eine Emitteröffnung in der undotierten SiGe-Schicht
gebildet ist, wie in Fig. 13 dargestellt ist, Ionen eines N-Störstoffs,
wie beispielsweise Phosphor, in einen
Siliziumkollektorbereich direkt unterhalb eines Emitterbereichs
einschließlich der SiGe-Abstandsschicht 27 unter der
Bedingung implantiert werden, daß die Beschleunigungsenergie 200
bis 300 keV beträgt und die Implantationsdosis 1 × 10¹² bis
1 × 10¹³ cm-2 beträgt, zur Ausbildung eines
Sockelkollektors 37. Falls dieses Verfahren angewendet wird, wird, da
eine Verarmungsschicht zur Ausdehnung in einem rückwärts
vorgespannten Basiskollektorübergangsbereich auftreten
kann, die parasitäre Kapazität zwischen der Basis und dem
Kollektor reduziert werden, und desweiteren kann der
Kirkeffekt, der bei einer hohen Kollektorstromdichte auftritt,
unterdrückt werden.
Da bei der Halbleitervorrichtung des zweiten
Ausführungsbeispiels, das auf den Bipolartransistor gerichtet ist,
eine SiGe-Abstandsschicht, die aus einer Germanium
enthaltenden Einkristallsiliziumschicht gebildet ist, zwischen
einem Basisbereich und einem Kollektorbereich vorgesehen
ist und Diffusion eines Basisstörstoffs durch diese SiGe-Abstandsschicht
unterdrückt wird, können eine flache
Basisdiffusionsschicht und eine hohe Earlyspannung realisiert
werden. Durch Einstellen der Germaniumkonzentration in der
SiGe-Abstandsschicht derart, daß eine geneigte Verteilung
erzielt wird, wobei sie an der Basisbereichsseite geringer
und an der Kollektorseite höher ist, kann desweiteren die
Earlyspannung weiter verbessert werden. Die Earlyspannung
wird auf 40 bis 60 V durch Anwendung der vorliegenden
Erfindung verbessert, während sie bekannterweise bei 20 bis
30 V lag.
Da desweiteren im vorliegenden Ausführungsbeispiel die
SiGe-Abstandsschicht unter der Basisschicht vorhanden ist,
wird, selbst wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird,
nachdem die Basisschicht ausgebildet ist, die Diffusion des
Basisstörstoffs in das Siliziumsubstrat unterdrückt.
Dementsprechend kann eine schachtelförmige
Störstoffkonzentrationsverteilung, die keinen Fortsetzungsbereich der
Basisschicht aufweist, erhalten werden. Dementsprechend ist
die Earlyspannung deutlich verbessert.