DE69128364T2 - Lateraler Bipolartransistor - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen lateralen bipolaren Transistor.
• Es ist bereits ein lateraler bipolarer Transistor bekannt, bei dem der Strom horizontal, nämlich längs der Oberfläche eines Substrates fließt. Ein solcher lateraler bipolarer Transistor wird wegen des Vorteils ausgedehnt verwendet, daß er mit einem vertikalen bipolaren Transistor, in welchem der Strom vertikal, nämlich in die Richtung der Tiefe des Substrates fließt, auf einfache Weise kompatibel sein kann. Beispielsweise kann ein horizontaler bipolarer Transistor der pnp-Struktur mit einem vertikalen bipolaren Transistor der entgegengesetzten npn-Struktur auf dasselbe Substrat angebracht werden.
• Der herkömmliche horizontale bipolare Transistor war jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß der Stronverstärkungsfaktor hFE aus den folgenden Gründen nicht erhöht werden kann.
• Dies ist infolge der Tatsache der Fall, daß wegen einer nied rigen Emitter-Kollektor-Durchschlagsspannung, die von der symmetrischen Anordnung des Emitterbereichs und des Kollektorbereichs in einem solchen bipolaren horizontalen Transistor herrührt, die Basisbreite dazu neigt, durch die Kollektorspannung beeinflußt zu werden, was schließlich einen sogenannten Früheffekt (Early effect) (Verbreiterung der Sperrschicht) zur Folge hat, und daß wegen der weiten internen Verbreiterung des vom Emitter in die Basis fließenden Stromes der rekombinierte Strom im Basisbereich die Funktion bestimmt, wobei der erhöhte Basisstrom den Stromverstärkungsfaktor hFE deutlich verringert.
• In Anbetracht des vorhergehenden liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Stromverstärkungsfaktor eines lateralen bipolaren Transistors zu erhöhen.
• Dieses Problem ist ebenfalls von R.L. Thornton et alt in den IEEE Transactions on Electron Devices, Bd. 36, Nr. 10 (1989), Seiten 2156-2164 angesprochen. Gemeinsame Merkmale des darin offenbarten lateralen bipolaren Transistor sind in dem Oberbegriff des beigefügten Hauptanspruchs angeführt. Der offenbarte Transistor weist jedoch eine geschichtete Struktur mit Schichten aus AlGaAs und GaAs auf. Eine durch Verunreinigung induzierte Unordnung über eine Siliziumdiffusion wird zur selektiven Umwandlung einer vergrabenen p-Typ-GaAs-Schicht in als Emitter und Kollektor des Transistors dienende n-Typ- AlGaAs-Bereiche verwendet. Die aktive Basisschicht, die aus GaAs mit einer engeren Bandlücke besteht, ist vollständig unter der Oberfläche versunken und kann deshalb die Vorrichtungsleistungsfähigkeit aufgrund einer Oberflächenrekombination nicht verschlechtern. Die Emitter- und Kollektorkontakte bestehen aus Cr-Au. Der hohe Si-Dotierungspegel in den Sidiffundierten Bereichen soll einen ohmschen Kontakt zu dem Emitter und dem Kollektor herstellen.
• Der laterale bipolare Transistor gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch
• eine Dünnschichtfilm-Isolierschicht zum Durchlassen eines Tunnelstroms, wobei die Isolierschicht sich auf der Oberfläche des Emitterbereichs befindet, und
• eine polykristalline Emitterkontaktschicht auf der Isolierschicht, wobei
• an den Verbindungen der Kontaktschicht, der Isolierschicht und des Emitterbereichs die Energiebandlücke der polykristal-linen Emitterkontaktschicht breiter als die Energiebandlücke des Emitterbereichs ist.
• Da bei der Tunnelverbindung die Energiebandlücke der Kontaktschicht breiter als die Energiebandlücke des Emitterbereichs ist, wird die Tunnelung von Minoritätsträgern aus dem Emitterbereich zu der Emitterkontaktschicht verhindert. Der Verstärkungsfaktor wird daher verbessert.
• Es ist anerkannt, daß Tunnelverbindungsemitterkontakte bekannt sind. P. van Halen et al. haben in den IEEE Transactions on Electron Devices ED-32 Nr. 7 (1985), Seiten 1307 - 1313, bipolare Transistoren hoher Verstärkung mit Polysilizium-Tunnel-verbindungsemitterkontakten offenbart. Bei dem beschriebenen Transistor besteht der Emitter aus monokristallinem Silizium und der Emitterkontakt aus polykristallinem Silizium. Ein Emitterkontakt mit einer breiteren Bandlücke als der Emitterbereich ist nicht offenbart. Gemäß den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind Silizium- und Silizium-Germanium-Legierungsmaterialien verwendet. Es ist anerkannt, daß im allgemeinen die Verwendung derartiger Materialien bei dem Transistoraufbau bekannt ist, vergl. beispielsweise G.L. Patton et al.: 1989 Symposium on VLSI Technology, 22. Mai (1989), Seiten 95 - 96.
• Die Erfindung verkörpernde laterale bipolare Transistoren gemäß Patentanspruch 1 weisen einen Emitterbereich und einen Kollektorbereiche einer ersten Leitungsart und einen Basisbereich einer zweiten Leitungsart, eine in zumindest einem Teil des Basisbereichs ausgebildete Potentialsperre, die in Richtung der Tiefe zur Verhinderung wirkt, daß Minoritätsträger aus dem Emitterbereich in den Basisbereich injiziert werden, einen an dem Emitterbereich zum Durchlassen eines Tunnelstroms ausgebildeten Dünnfilm und eine an dem Dünnfilm ausgebildete polykristalline Schicht auf, die eine breitere Energiebandlücke als das Materials des dem Dünnflim benachbarten Emitters aufweist.
• Eine heterogene Verbindung kann in dem Basisbereich zur Bil dung der Potentialsperre ausgebildet werden, die eine Verhinderung einer Diffusion von aus dem Emitterbereich injizierte Minoritätsträger in das Innere des Substrats bewirkt und somit den Stromverstärkungsfaktor hFE des lateralen bipolaren Transistors erhöht.
• Die Potentialsperre kann selbst bei Raumtemperatur ausreichend wirksam gemacht werden, indem die Größe des Potentials der Grenze zumindest gleich der entsprechenden Wärmeenergie kT bei der gewünschten Temperatur T ausgewählt wird.
• Außerdem kann eine beispielsweise aus einer heterogenen Verbindung bestehende Potentialsperre an der Grenzfläche zwischen den Emitter- und Basisbereichen derart ausgebildet sein, daß sie wirksam gegen Minoritätsträger in dem Basisbereich ist, wodurch eine Diffusion des Emitterstroms in das Innere des Substrats verhindert wird und ein Stromanstieg aufgrund von Rekombinationen der Minoritätsträger mit Majoritätsträgern in dem Basisbereich vermieden wird. Die heterogene Verbindung ist ebenfalls an dem Emitterbereich zur Verringerung des von dem Basisbereich in den Emitterbereich injizierten Stromanteils vorgesehen, wodurch ein Anstieg des Stromverstärkungsfaktors des lateralen bipolaren Transistors verwirklicht werden kann.
• Vorausgesetzt, daß die Tiefe des Emitterbereichs zumindest kürzer als die Diffusionslänge der aus dem Basisbereich injizierten Minoritätsträger des Emitterbereichs ausgeführt ist, kann ein Anteil des Basistroms, nämlich die Diffusion der Minoritätsträger des Emnitterbereichs, wirksam verringert werden.
• Außerdem kann die Tiefe der die Grenze bildenden Grenzfläche flacher als die Dicke der Emitter- und Kollektorbereiche ausgeführt werden, um den Emitterstrom in der Nähe der Substratoberfläche zu konzentrieren. Eine derartige Stromkonzentration an der Substratoberfläche erlaubt eine dünnere Ausführung der Vorrichtung, wodurch Erfordernissen eines höheren Integrationsgrades und feinerer Geometrie entsprochen wird.
• Eine aus einer Mischkristallschicht wie Sil1-xGex und einer monokristallinen Schicht wie Si bestehende heterogene Verbindung kann an der Grenzfläche der Emitter- und Basisbereiche zur Bildung einer Potentialsperre ausgebildet sein, die zur Verhinderung der Diffusions eines Emitterstroms in das Innere des Substrats dient und ebenfalls einen Anstieg eines Rekombinationsstroms in dem Basisbereich verhindert.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht eines nachstehend als Hintergrundbeispiel beschriebenen lateralen bipolaren Transistors,
• Fig. 2A ist eine schematische Ansicht der Potentialverteilung längs einer Linie A-A' gemäß Fig. 1,
• Fig. 2B eine schematische Ansicht der Potentialverteilung längs einer Linie B-B' gemäß Fig. 1,
• Fig. 3 ein Diagramm, das die Beweglichkeit, die Lebensdauer und die Diffusionslänge von positiven Löchern als Funktion der Konzentration an n-Typ-Störstellen darstellt,
• Fig. 4 ein Diagramm, das die die Beweglichkeit, die Lebensdauer und die Diffusionslänge von positiven Löchern als Funktion der Konzentration an p-Typ-Störstellen darstellt,
• Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
• Fig. 7 ein Diagramm der Veränderung bei der Energiebandlücke als Funktion eines Mischkristallverhältnisses bei Si1-xGex.
• Fig. 1 zeigt einen lateralen bipolaren Transistor dar, der nachstehend als Hintergrund beschrieben ist. Dieser ist Gegenstand der verwandten Europäischen Patentanmeldung Ep-B-0 443 852 (Anmeldenr. 91 301 383.5).
• Ein Siliziumsubstrat 1 besteht aus einem p-Substrat, das mit einem p-Typ-Fremdstoff wie Bor (B) dotiert ist, der den Leitungstyp in den p-Typ steuern kann.
• Ein eingebetteter Bereich 2, der mit einem Fremdstoff dotiert ist, der den Leitungstyp steuern kann, ist mit einem n-Typ- Fremdstoff wie Phosphor (P) mit einer Störstellenkonzentration von 1016 - 1020 [cm³] dotiert.
• Ein n-Bereich 3, der einen Teil des Basisbereichs BR bildet, ist beispielsweise durch epitaxiales Wachsen mit einer niedrigen Störstellenkonzentration (beispielsweise 10¹&sup4; - 5x10¹&sup7; cm&supmin;³) ausgebildet.
• Ein n-Bereich 4 ist aus einem Nischkristall Si1-xGEx mit einem engeren verbotenen Band als in Si zusammengesetzt und bildet den Basisbereich BR.
• p&spplus;-Bereiche 5, 5' sind in diesem n-Bereich 4 ausgebildet und bilden einen Emitterbereich ER bzw. einen Kollektorbereich CR.
• Ein n&spplus;-Bereich 6 verbindet den eingebetteten Bereich 2 mit einer Metallbasiselektrode 201, um den Basiswiderstand des horizontalen bipolaren Transistors zu verringern.
• Ein n-Bereich 7 und ein p-Bereich 8 bilden Kanalsperren. Ein sehr dünner Tunneloxidfilm 920 (beispielsweise mit einer 20A (1Å = 0,1 nm) nicht überschreitender Dicke) dient zum Durchlassen von sowohl Elektronen als auch positiven Löchern mittels des Tunneleffekts.
• Polykristalline Halbleiterschichten 930 und 931 bestehen aus mit Bor (B) bei einer hohen Konzentration (beispielsweise 10¹&sup8; - 10²&sup0; cm&supmin;³) dotiertem polykristallinen Silizium.
• Weiterhin ist ein Elementtrennbereich 100, ein Elektrodentrenn-Isolierbereich 110, eine Metallbasiselektrode 201 und eine Metallkollektorelektrode 202 gezeigt.
• Fig. 2A und 2B zeigen schematisch die Potentialverteilung der in Fig. 1 gezeigten Halbleitervorrichtung längs der dort gezeigten Linien A-A' bzw. B-B'.
• Wie in Fig. 25 gezeigt, ist die Potentialverteilung längs der Linie B-B' ähnlich der bei einem gewöhnlichen bipolaren Transistor, wobei der Kollektorstrom IC leicht berechnet werden kann, da er durch die Konzentration NB des Basisbereichs BR und die Basisbreite WB bestimmt ist. Im herkömmlichen bipolaren Transistor stehen sich der Emitterbereich und der Kollektorbereich gegenseitig nur in einem sehr kleinen Bereich gegenüber, während sie sich sehr weit entlang der Oberfläche des Substrates erstrecken. Der Kollektorstrom fließt nur durch den einander gegenüberliegenden Bereich des Emitters und Kollektors. Folglich bestimmen ein durch aus dem Emitter bereiche ER in den Basisbereich BR entlang der Richtung der Dicke des Substrats injizierte positive Löcher erzeugter Strom und ein durch die aus dem Basisbereich zu dem Emitterbereich fließenden Elektronen erzeugter Strom vorwiegend die Funktion, wobei eine Beschränkung auf den Anstieg des Stromverstärkungsfaktors hFE auferlegt ist.
• Gemäß diesem Beispiel ist deshalb eine aus einer heterogenen Grenzfläche zwischen dem Emitterbereich und einer Halbleiterschicht bestehende Grenze ΔΦB bei einer Tiefe χB aus dem Emitterbereich gebildet, wobei über dem Emitterbereich ein dünner Tunnelfilm und eine polykristalline Sliziumschicht 930 einer breiteren Energiebandlücke als bei dem Emitterbereich ausgebildet sind, damit die Diffusion von in den Emitterbereich injizierten Elektronen verhindert wird.
• Nachstehend sind die Stromanteile bei dem lateralen bipolaren Transistor beschrieben.
(I) Kollektorstrom IC
• Der Kollektorstrom IC zwischen den einander gegenüberliegenden Emitter und Kollektor kann im wesentlichen durch die folgende Gleichung bestimmt werden.
• Die Größe des dem Kollektorbereich gegenüberliegenden Emitterbereichs in einem horizontalen bipolaren Transistor kann näherungsweise durch χE L angegeben werden, wobei χE und L die Tiefe bzw. die Länge des Emitters sind.
• wobei q die Elementarladung [C], Dp der Diffusionskoeffizient [cm²/s] der positiven Löcher, Lp die Diffusionslänge [cm] der positiven Löcher, ni die wahre Ladungsträgerdichte [cm&supmin;³], VBE die Emitter-Basis-Spannung, NB die Basis- Störstellenkonzentra-tion [cm&supmin;³], TE die Emittertiefe, L die Emitterlänge, k die Boltzmann-Konstante [J/K] und T die absolute Temperatur [ºK] bezeichnen.
(II) Basisstrom IB
• Der Basisstrom IB setzt sich hauptsächlich aus den in den folgenden Gleichungen (2) bis (4) gezeigten Anteilen zusammen.
• (a) Rekombinationsstrom IB1, der im Basisbereich BR durch horizontal vom Emitterbereich ER fließende positive Löcher erzeugt wird:
• (b) Rekombinationsstrom IB1, der durch die vertikal vom Emitterbereich ER fließenden positiven Löcher erzeugt wird:
• wobei XB der Abstand in Richtung der Tiefe vom Emitterbereich ER und WE die Emitterbreite sind.
• (c) Diffusionsstrom IB3, der durch die vom Basisbereich BR in den Emitterbereich ER fließenden Elektronen erzeugt wird:
• wobei NE die Störstellenkonzentration im Emitterbereich ER, Ln die Diffusionslänge der Elektronen und Dn der Diffusionskoeffizient der Elektronen sind.
• Gemäß diesem Beispiel wird der durch Gleichung (3) repräsentierten Basisstromanteil IB2, und dem durch (9) repräsentierten IBB besondere Aufmerksamkeit geschenkt.
• Bei dem herkömmlichen lateralen bipolaren Transistor fließen die meisten der vom Emitterbereich EB injizierten positiven Löcher vertikal und tragen zum Basisstrom durch Rekombination bei. Andererseits ist gemäß der Erfindung eine Potentialsperre ΔΦB in einem Abstand χB vom Emitterbereich EB ausgebildet, um die injizierten Ladungsträger zu stoppen.
• Die Wahrscheinlichkeit des Durchtritts durch die Sperre wird durch exp(-ΔΦB/kT) ausgedrückt.
• Die Wahrscheinlichkeit ist beispielsweise bei Raumtemperatur ΔΦB = 0,1 eV, was ungefähr 1/54 der bei dem herkömmlichen horizontalen bipolaren Transistor ist.
• Wenn in Gleichung (3) XE « Lp ist, wird, da tanh(χB/LP) χB/LP ist, IN2 bei dem lateralen bipolaren Transistor gemäß diesem Beispiel deutlich geringer als bei dem herkömmlichen.
• Im folgenden wird die Diffusionslänge Lp von positiven Löchern im n-Bereich erläutert.
• Folgende Gleichung steht für die Beweglichkeit µp der positiven Löcher über einen weiten Bereich der n- Störstellenkonzentration ND:
• Wie aus dieser Gleichung (5) hervorgeht, nähert sich die Beweglichkeit µp einem konstanten Wert von 500 cm2/Vs, wenn die Störstellenkonzentration ND kleiner wird, wird aber eine Funktion der Konzentration ND, wenn diese 10¹&sup7; cm³ übersteigt.
• Demgegenüber stellt die nachstehende Gleichung die Lebensdauer τp der Minoritätsladungsträger dar, wenn die Störstellenkonzentration 1o¹&sup7; cm³ übersteigt:
• Basierend auf der Beweglichkeit µp und der Lebensdauer τp wird die Diffusionslänge Lp der positiven Löcher im allgemeinen dargestellt durch:
• Fig. 3 veranschaulicht die Beweglichkeit µp (Kurve F&sub3;), die Lebensdauer µp (Kurve F&sub1;) und die Diffusionslänge Lp (Kurve F&sub2;) der die Minoritätsladungsträger bei n-Typ-Silizium bildenden positiven Löcher, wie anhand der vorstehenden Gleichungen (5), (6) und (7) in einem Bereich von ND von 10¹&sup7; - 10¹&sup9; cm&supmin;³ berechnet.
• Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Diffusionslänge der positiven Löcher extrem lang und beträgt 120 µm bei ND = 10¹&sup7; cm&supmin; 3. Selbst bei ND = 10¹&sup8; cm&supmin;³ beträgt sie noch ungefähr 30 µm.
• Bei einem lateralen bipolaren Transistor vom pnp-Typ, der zusammen mit einem gewöhnlichen vertikalen bipolaren Transistor vom npn-Typ auf demselben Substrat ausgebildet ist, wird die Störstellenkonzentration des Basisbereichs gleich der des Kollektorbereichs des vertikalen bipolaren Transistors vom npn-Typ und beträgt lediglich 10¹&sup4; - 5x1o¹&sup7; cm&supmin;³, so daß die Beziehung χB « Lp leicht erhalten werden kann. Jedoch ist eine Beziehung von ungefähr χB ≤ Lp/1O wünschenswert.
• Unter einer solchen Bedingung wird der Rekombinationsstrom IB2 drastisch reduziert, so daß der Basisstrom IB hauptsächlich durch IB1 und IB3 bestimmt wird und der Stronverstärkungsfaktor hFE nahe dem des vertikalen bipolaren Transistors gemacht werden kann.
• Mit der Verringerung des Rekombinationsstromes IB2 wird der Basisstrom IB überwiegend durchden Rekombinationsstrom IB1 und den Diffusionsstrom IB3 bestimmt, wohingegen er bei dem herkömmlichen horizontalen bipolaren Transistor überwiegend durch einen Strom, der durch die Rekombination der sich vom Emitter in Richtung der Tiefe ausbreitenden Minoritätsladungsträger erzeugt wird, und den Diffusionsstron IB3 bestimmt wird.
• Gemäß diesem Beispiel ist somit wie in Fig. 2A gezeigt über dem Emitterbereich eine halbleitende polykristalline Siliziumschicht 930 mit einem breiteren verbotenen Band als im Emitterbereich vorgesehen, um die Diffusion der Elektronen zu verhindern.
• Bei dem herkömmlichen lateralen bipolaren Transistor ist der Diffusionsstrom IB3 beachtlich groß, weil direkt oberhalb des Emitterbereichs 5 eine Metallelektrode ausgebildet ist.
• Wenn die Elektronen vom Basisbereich in den Emitterbereich unter einer Bedingung χB « Ln injiziert werden, ist, wie aus der Gleichung (4) hervorgeht, der Diffusionsstrom IB3 proportional zu WE/LN², ist aber bei dem herkömmlichen lateralen bipolaren Transistor proportional zu 1/WE. Somit ist IB3 bei dem lateralen bipolaren Transistor gemäß diesem Beispiel um ein Verhältnis WE²/Ln² kleiner als bei dem herkömmlichen lateralen bipolaren Transistor.
• Nachstehend ist die Diffusionslänge der Elektronen im p&spplus;- Bereich 5 beschrieben.
• Folgende Beziehung gilt für die Beweglichkeit µn vonElektronen über einen weiten Bereich der Konzentration Na der p- Störstellen:
• Folglich nähert sich die Beweglichkeit µn für eine niedrigere Störstellenkonzentration Na an 1412 cm2/Vs, und wird für eine unendliche Störstellenkonzentration gleich 232 cm2/Vs.
• Demgegenüber wird die Lebensdauer µn der Minoritätsladungsträger durch die folgende Gleichung für eine Störstellenkonzentration von gleich oder größer als 1017 cm&supmin;³ dargestellt:
• Auf der Grundlage der Beweglichkeit µn und der Lebensdauer τn wird die Diffusionslänge Ln im allgemeinen dargestellt durch:
• Fig. 4 zeigt die Beweglichkeit µn (Kurve M&sub3;), die Lebensdauer τn (Kurve M&sub1;) und die Diffusionslänge Ln (Kurve M&sub2;) der Elektronen, die durch die Gleichungen (10), (11) und (12) in einem Bereich der p-Störstellenkonzentration Na von 10¹&sup7; - 10²&sup0; cm&supmin;³ berechnet sind.
• Folgendes geht aus Fig. 4 hervor. Der p-Emitterbereich des horizontalen bipolaren Transistors ist gewöhnlich gemeinsam mit dem Basisbereich des vertikalen bipolaren Transistors und hat deshalb eine 10¹&sup8; cm&supmin;³ nicht überschreitende Störstellenkonzentration, wobei die Diffusionslänge in einem derartigen Zustand 15 - 70 [µm] groß wird. Folglich kann der Diffusionsstrom IB3 im Emitterbereich ausreichend verringert werden, wenn die Emitterbreite WE ungefähr Ln/r oder weniger beträgt.
• Den n-Bereich 4 bildendes Si1-xGex zeigt infolge des Legierungseffektes eine geringe Ladungsträgerbeweglichkeit, aber bei einer hohen Störstellenkonzentration von beispielsweise gleich oder größer als 10¹&sup8; cm&supmin;³ verhält es sich wie Si, weil der Ladungsträgereffekt durch die Störstellen vorherrschend wird.
• Bei dem Aufbau gemäß diesem Beispiel nähert sich, wie vorstehend beschrieben, des Basisstrom dem Wert des Rekombinationsstromes IB1, wobei der Stromverstärkungsfaktor hFE sich dem des vertikalen heterogenen bipolaren Transistors nähert.
• Wenn die Bedingung WB « Lp erfüllt ist, kann der theoretische Stromverstärkungsfaktor in einem derartigen Zustand ausgedrückt werden durch:
• Wie vorstehend beschrieben, ist das vorliegende Beispiel entworfen, um die positiven Löcher, die vom p&spplus;-Emitterbereich 5 injiziert werden, durch die heterogene Grenzfläche zwischen dem n-Bereich 4 und dem n-Bereich 3 aus Mischkristall abzublocken und somit die Diffusion der positiven Löcher in den tieferen Bereich des Substrates zu verhindern, und um die Diffusion der Elektronen, die in den Emitterbereich injiziert werden, durch die an der an der heterogenen Grenzfläche zwischen dem Si-Ge-Mischkristall und den monokristallinen Silizium ausgebildete Potentialsperre zu verhindern.
• Nachstehend ist ein Beispiel für den Herstellungsprozeß des in Fig. 1 gezeigten lateralen bipolaren Transistors beschrieben.
• (1) Auf einem p-Typ-Siliziumsubstrat 1 wurde ein eingebetteter n&spplus;-Bereich 2 mit einer Störstellenkonzentration von beispielsweise 1o¹&sup5; - 10¹&sup9; cm&supmin;³ durch Implantation (oder Diffusion) von zumindest einem aus den Elementen der Gruppe V ausgewählten Element wie As, Sb, P etc. ausgebildet.
• (2) Ein n-Bereich 3 mit einer Störstellenkonzentration von beispielsweise 10¹&sup4; - 10¹&sup7; cm&supmin;³ wurde beispielsweise durch epitaxiales Wachsen ausgebildet.
• (3) Ein n&spplus;-Bereich 6 (mit einer Störstellenkonzentration von beispielsweise 10¹&sup7; - 10²&sup0; cm&supmin;³) wurde zur Reduzierung des Basis-Widerstandes ausgebildet.
• (4) Ein Isolationsfilm 100 zur Elementrennung wurde durch selektive Oxidation oder CVD ausgebildet, wobei ein Kanalsperrenbereich 7 unter dem Isolationsfilm 100 ausgebildet wurde.
• (5) Ge-Ionen wurden selektiv beispielsweise mit einer Störstellenkonzentration von 1x10¹&sup6; - 1x10¹&sup7; cm&supmin;³ in das Si- Substrat 1 implantiert, wobei eine Wärmebehandlung durchgeführt wurde, um einen aus Si1-xGex bestehenden n-Bereich 4 zu bilden.
• (6) B+-Ionen wurden mit einer Konzentration von 1x10¹&sup5; cm&supmin;³ implantiert, wobei eine Wärmebehandlung wurde durchgeführt wurde, um den Emitter und den Kollektor bildende p&spplus;-Bereiche 5, 5' zu bilden.
• (7) Ein sehr dünner Oxidfilm 920 mit einer beispielsweise 20 Å nicht überschreitenden Dicke wurde durch eine Niedertemperaturoxidation beispielsweise bei 500 - 600 ºC ausgebildet.
• (8) Polykristallinem Siliziumschichten 930, 931 wurden beispielsweise mit einer Dicke von 400 nm (4000 Å) aufgebracht, dann einer Bor-Ionenimplantation mit einer Konzentration von 1x10¹&sup6; cm&supmin;³ unterworfen, weiterhin einer Wärmebehandlung bei 800 - 900ºC unterworfen und gestaltet. Im Fall von monokristallinern Silizium wurde ein epitaxiales Wachsen bei beispielsweise ungefähr 800ºC durchgeführt.
• (9) Ein Isolationsfilm 110 wurde aufgebracht und getempert, und Kontaktlöcher wurden geöffnet.
• (10) Al-Si (1%) zum Bilden der Elektroden 200, 201, 202 wurde durch Sputtern aufgebracht und wurde nachfolgend gestaltet.
• (11) Die Legierungsausbildung der Al-Si-Elektroden wurde beispielsweise 30 Minuten bei 450ºC durchgeführt, und es wurde ein Passivierungsfilm ausgebildet.
• Der in Fig. 1 gezeigte laterale bipolare Transistor wurde durch das vorstehend erläuterte Verfahren hergestellt.
[Ausführungsbeispiel 1]
• Fig. 5 veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der n-Bereich 4 aus Si1-xGex-Mischkristall nicht durch Ionenimplantierung sondern durch epitaxiales Wachsen ausgebildet, wobei den Emitter und den Kollektor bildende p&spplus;-Bereiche 5 und 5' darauffolgend darin ausgebildet werden. In diesem Fall wird der Kontakt des Basisbereichs ebenfalls aus dem Mischkristall ausgebildet.
• Obwohl die vorstehende Beschreibung auf einen lateralen bipolaren pnp-Typ-Transistor beschränkt ist, ist diese Erfindung selbstverständlich bei einem lateralen bipolaren npn-Typ- Transistor umsetzbar. Ebenfalls kann eine heterogene Verbindung aus Mischkristall anderer Materialen angewandt werden. Beispielsweise können Si und Si-Ge jeweils durch GaAs und GaAlAs oder InP und InGaPAs ersetzt werden.
• Andere Strukturen und Funktionen sind dieselben wie die gemäß dem Hintergrundbeispiel und sind daher nicht weiter beschrieben.
[Ausführungsbeispiel 2]
• Fig. 6 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel.
• Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der aus Si1-xGex bestehende n-Bereich 4 flacher als bei dem Hintergrundbeispiel ausgebildet. Somit ist die Emittertiefe χB ein negativer Wert, wobei der aus Si1-xGex bestehende Mischkristallbereich flacher als die Emitter- und Kollektorbereiche ist.
• Fig. 7 zeigt die Veränderung bei der Bandlücke des Si1-xGex Mischkristalls, wobei die Abszisse das Mischkristallverhältnis von Ge (x 100%) angibt, wohingegen die Ordinate die Verringerung -ΔE bei der Bandlücke im Vergleich mit dem Si- Einzel-kristall angibt. Eine Kurve HO gibt einen störungsfreiem Zustand an, wohingegen eine Kurve HU einen gestörten Zustand angibt, der bei einer Halbleitervorrichtung ausgewählt wird.
• Wie in Fig. 7 gezeigt, entspricht eine Bandlückenverringerung -ΔE 0,1 eV ungefähr einem Mischbetrag X = 0,12, wobei in diesem Zustand eine Sperre von 0,1 eV ausgebildet wird. X = 0,12 kann beispielsweise mit einer Ge-Konzentration von 6 x 10¹&sup6; cm&supmin;³ erreicht werden.
• Der p-n-Übergang zwischen dem n-Bereich 4 und dem p&spplus;-Bereich 5 ist in Si-Ge ausgebildet, während andere p-n-Übergänge in Si ausgebildet sind. Da wie in Fig. 7 gezeigt die Bandlücke in Si-Ge schmaler als in Si ist, ist der Strom aufgrund derselben angelegten Spannung in dem p-n-Übergang in Si-Ge um den Faktor exp (ΔE/kT) größer als der in Si, wobei diese Differenz bei Raumtemperatur, bei der ΔE = 0,1 eV gilt, etwa ein Faktor 55 ist.
• Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die wirksame Funktion eines lateralen bipolaren Transistors durch Konzentration des Emitterstroms in der Nähe der Substratoberfläche erreicht.
• Wie vorstehend ausführlich beschrieben kann erfindungsgemäß ein horizontaler bipolarer Transistor geschaffen werden, der eine hohe Emitter-Kollektor-Durchschlagsspannung aufweist, den sogenannten Früheffekt (Early effect) unterdrücken kann und einen niedrigen Basisstrom aufweist, wodurch der Stromverstärkungsfaktor hFE erhöht werden kann.
• Außerdem kann erfindungsgemäß ein lateraler bipolarer Transistor geschaffen werden, der hervorragend gegen Umgebungsbedingungen widerstandsfähig ist.
• Weiterhin kann der laterale bipolare Transistor gemäß der Erfindung kostengünstig erzeugt werden, da die Massenproduktionstechnologie herkömmlicher integrierter Schaltungen benutzt werden kann. Darüberhinaus hat der laterale bipolare Transistor gemäß der Erfindung ein breites Anwendungsgebiet, da an dere Elemente wie MOS-Transistoren damit integriert werden können.
• Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele waren auf einen lateralen bipolaren Transistor vom pnp-Typ beschränkt, jedoch ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich auf einen lateralen bipolaren Transistor vom npn-Typ anwendbar.
• Bei Betrieb bei Raumtemperatur ist der Wert x in Si1-xGex vorzugsweise zumindest gleich 0,03, da ΔE zumindest gleich kT sein muß. Bei Raumtemperatur ist kT - 25 meV, so daß ΔE als Schwelle dient, wenn x = 0,03 oder größer ist. Ferner ist x bei einem Betrieb bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff vorzugsweise mindestens gleich 0,08.

Claims (7)

1. Lateraler Bipolartransistor mit

einem Emitterbereich (5),

einem Kollektorbereich (5'), der seitlich von dem Emitterbereich (5) beabstandet ist und diesem zugewandt ist, und

einem Basisbereich (3, 4), der einen vergrabenen ersten Abschnitt (3) unmittelbar unter der Unterseite der Emitter- und Kollektorbereiche (5, 5') und einen zweiten Abschnitt (4) aufweist, der lediglich zwischen dem Emitterbereich (5) und dem Kollektorbereich (5') angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt (4) des Basisbereichs (3, 4) unmittelbar zu dem ersten vergrabenen Abschnitt (3) des Basisbereichs (3, 4) benachbart ist,

wobei die Energiebandlücke des zweiten Abschnitts (4) des Basisbereichs (3, 4) schmaler als die Energiebandlücke des vergrabenen ersten Abschnitts (3) des Basisbereichs (3, 4) ist,

gekennzeichnet durch

eine Dünnschichtfilm-Isolierschicht (920) zum Durchlassen eines Tunnelstrom, wobei die Isolierschicht (920) sich auf der Oberfläche des Emitterbereichs (5) befindet, und

eine polykristalline Emitterkontaktschicht (930) auf der Isolierschicht (920), wobei

an den Verbindungen der Kontaktschicht (930), der Isolierschicht (920) und des Emitterbereichs (5) die Energiebandlücke der polykristallinen Emitterkontaktschicht (930) breiter als die Energiebandlücke des Emitterbereichs (5) ist.

2. Lateraler Bipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterbereich (5), der Kollektorbereich (5') und der zweite Abschnitt (4) des Basisbereichs (3, 4) in einer gemeinsamen Schicht zusammengefaßt sind, deren Energiebandlücke schmaler als sowohl die Energiebandlücke des vergrabenen ersten Abschnitts (3) des Basisbereichs (3, 4) als auch die Energiebandlücke der polykristallinen Emitterkontaktschicht (930) ist.

3. Lateraler Bipolartransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Schicht aus einem Si1-xGex-Silizium-Germanium- Mischkristall besteht, der erste vergrabene Abschnitt (3) des Basisbereichs (3, 4) aus Silizium Si besteht und die Kontaktschicht aus polykristallinen Silizium besteht.

4. Lateraler Bipolartransistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Basisbereich (3, 4) einen Kontaktbereich (2, 6) mit einem isolierten Teil der gemeinsamen Schicht aus dem Si1-xGex-Silizium-Germanium-Mischkristall aufweist.

5. Lateraler Bipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfläche zwischen den ersten und zweiten Abschnitten (3, 4) des Basisbereichs (3, 4) näher an der Oberfläche des lateralen Bipolartransistors als an den jeweiligen Zwischenflächen zwischen den Emitter und Kollektorbereichen (5, 5') und dem vergrabenen ersten Abschnitt (3) des Basisbereichs (3, 4) liegt.

6. Lateraler Bipolartransistor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Emitter- und Kollektorbereiche geschichtet sind sowie jeweils einen Oberflächenabschnitt und einen vergrabenen Abschnitt aufweisen, wobei

der Oberflächenabschnitt des Emitterbereichs (5), der Oberflächenabschnitt des Kollektorbereichs (5') und der zweite Abschnitt (4) des Basisbereichs (3, 4) in einer gemeinsamen Schicht zusammengefaßt sind, deren Energiebandlücke schmaler als sowohl die Energiebandlücke des vergrabenen Abschnitts (3) des Basisbereichs (3, 4) als auch die Energiebandlücke der polykristallinen Emitterkontaktschicht (930) ist.

7. Lateraler Bipolartransistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Schicht aus dem Si1-xGex-Silizium-Germanium- Mischkristall besteht, der vergrabene Abschnitt des Emitterbereichs (5), der vergrabene Abschnitt des Kollektorbereichs (5') und der vergrabene erste Abschnitt (3) des Basisbereichs (3, 4) aus Silizium Si und die polykristalline Emitterkontaktschicht (930) aus polykristallinem Si bestehen.