JP2008060134A - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタに関し、特に、高電流動作時の電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆTを向上させたヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。 The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor, in particular, it relates to a heterojunction bipolar transistor with improved current amplification factor h FE and cut-off frequency f T at high current operation.
近年、シリコン基板を利用して形成されるバイポーラトランジスタは、微細加工技術・セルフアライン技術の進歩によって高速化・高性能化が図られている。特に、シリコン基板上にＳｉとＧｅの混晶であるＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させ、このＳｉＧｅ層をベース層として用いたシリコンゲルマニウムへテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、「ＳｉＧｅ−ＨＢＴ」という）は、従来のシリコンホモ接合バイポーラトランジスタ（以下、「Ｓｉ−ＢＪＴ」という）に比較して、より高速化・高性能化が可能なバイポーラトランジスタである。 In recent years, bipolar transistors formed using a silicon substrate have been improved in speed and performance due to advances in microfabrication technology and self-alignment technology. In particular, a silicon germanium heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as “SiGe-HBT”) in which a SiGe layer, which is a mixed crystal of Si and Ge, is epitaxially grown on a silicon substrate and this SiGe layer is used as a base layer, This is a bipolar transistor capable of higher speed and higher performance than a silicon homojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as “Si-BJT”).
また、ＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造では、ＳｉＧｅエピタキシャル層の成長以外は従来のＳｉ微細プロセスを使用できるため、ＧａＡｓなどの化合物半導体に対するＳｉプロセスのメリット（高集積化、低コスト）を維持しつつ高性能化が可能であり、特に携帯電話や無線ＬＡＮなどの高速・高周波の通信システム向けデバイスとして有用である。 In addition to SiGe epitaxial layer growth, conventional Si microprocesses can be used in the manufacture of SiGe-HBT, so high performance while maintaining the merits (high integration, low cost) of Si processes for compound semiconductors such as GaAs. And is particularly useful as a device for high-speed and high-frequency communication systems such as mobile phones and wireless LANs.
さらに、最近では、ＳｉＧｅの低コスト性に注目して、従来はＧａＡｓに代表される化合物半導体を用いていた携帯電話システムの出力用トランジスタとしても注目されている。 Further, recently, attention has been paid to the low cost of SiGe, and it has been attracting attention as an output transistor of a mobile phone system that conventionally uses a compound semiconductor typified by GaAs.
図１４及び図１５は、従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴの一般的な構造を示した図で、図１４はその断面図、図１５は、図１４のＡ−Ａに沿った断面におけるＧｅ組成比および不純物濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。 14 and 15 are diagrams showing a general structure of a conventional SiGe-HBT. FIG. 14 is a cross-sectional view thereof, and FIG. 15 is a Ge composition ratio and impurities in a cross-section along AA in FIG. It is the figure which showed the profile of the depth direction of a density | concentration.
図１４及び図１５に示すように、Ｓｉ基板１０１上に、ｎ型不純物が高濃度にドープされたｎ＋コレクタ埋め込み層１０２、及びｎ型不純物が低濃度にドープされたｎ−コレクタ層１０３が形成されている。
As shown in FIGS. 14 and 15, an n + collector buried
さらに、ｎ−コレクタ層１０３上には、ノンドープのＳｉＧｅスペーサ層１０４、及びｐ型不純物がドープされたｐ−ＳｉＧｅベース層１０５が形成されている。
Further, a non-doped
さらに、ｐ−ＳｉＧｅベース層１０５上には、ノンドープＳｉ−Ｃａｐ層１０６、開口部を有する絶縁膜１０７、及びｎ型不純物が高濃度にドープされた多結晶シリコン膜からなるエミッタ電極１０８が形成されている。
Further, on the p-
そして、Ｓｉ−Ｃａｐ層１０６の一部には、エミッタ電極１０８を形成した後に、熱処理を行うことによって、エミッタ電極１０８からｎ型不純物が拡散して形成されたエミッタ拡散層１０９が形成されている。
In addition, an
このように構成されたＳｉＧｅ−ＨＢＴは、Ｇｅのバンドギャップ（室温時で０．６６ｅＶ）が、Ｓｉのバンドギャップ（室温時で１．１２ｅＶ）より小さいため、ＳｉＧｅ混晶からなるベース層１０５のバンドギャップは、Ｓｉのバンドギャップより小さくなる。これにより、ベース層１０５からエミッタ拡散層１０９に注入される正孔に対するエネルギー障壁高さを、エミッタ拡散層１０９からベース層１０５に注入される電子に対するエネルギー障壁高さよりも大きくすることができる。その結果、エミッタ拡散層１０９およびベース層１０５の不純物濃度が同一の場合でも、Ｓｉ−ＢＪＴよりもベース電流が少なくなり、電流増幅率ｈＦＥを増加させることができる。
Since the SiGe-HBT thus configured has a Ge band gap (0.66 eV at room temperature) smaller than the Si band gap (1.12 eV at room temperature), the SiGe-HBT has a
さらに、図１５に示すように、ベース層１０５のＧｅ組成比をエミッタ拡散層１０９からコレクタ層１０３へ向かって徐々に増加させることによって、ベース層１０５のバンドギャップを、エミッタ拡散層１０９からコレクタ層１０３に向かって徐々に減少させることができる。これにより、ベース層１０５内にドリフト電界が発生し、エミッタ拡散層１０９からベース層１０５に注入された少数キャリア（電子）は、このドリフト電界により加速を受ける。その結果、拡散のみによって少数キャリア（電子）がベース領域を走行する従来のＳｉ−ＢＪＴに比べて、ベース走行時間の短縮が可能となり、優れた高周波特性を実現することができる。
Further, as shown in FIG. 15, by gradually increasing the Ge composition ratio of the
なお、ＳｉＧｅのナローバンドギャップの効果を得るためには、ベース層１０５内のＧｅ組成比は多い方が望ましく、ＳｉＧｅのエピタキシャル膜の膜質が劣化しない上限として、２０〜３０ａｔ％のＧｅ組成比が用いられることが多い。
In order to obtain the effect of the narrow band gap of SiGe, it is desirable that the Ge composition ratio in the
このように、ＳｉＧｅ−ＨＢＴは、ＳｉＧｅ混晶のナローバンドギャップ特性を利用してＳｉ−ＢＪＴよりも高性能なトランジスタを実現できる有望な技術であるが、高電流動作時において、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの急激な低下が生じるというＳｉＧｅ−ＨＢＴ固有の課題がある。以下、この課題について、図１６を参照しながら説明する。 Thus, SiGe-HBT is a promising technology that can realize a high-performance transistor than Si-BJT utilizing narrow band gap characteristics of the SiGe mixed crystal, during high current operation, the current amplification factor h FE there are SiGe-HBT unique challenge sudden drop in and cut-off frequency f T is generated. Hereinafter, this problem will be described with reference to FIG.
図１６は、従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴにおけるエネルギーバンドを示した図で、（ａ）は、コレクタ低電流動作時のエネルギーバンドを、（ｂ）はコレクタ高電流動作時のエネルギーバンドをそれぞれ示したものである。図１６（ａ）に示すように、低電流動作時のエネルギーバンドにおいて、ベース／コレクタ接合部に対応した位置に、ＳｉとＳｉＧｅのバンドギャップ差に起因したエネルギー障壁（図中の矢印Ａの部分）が存在する。 FIGS. 16A and 16B are diagrams showing energy bands in a conventional SiGe-HBT. FIG. 16A shows an energy band during collector low current operation, and FIG. 16B shows an energy band during collector high current operation. It is. As shown in FIG. 16A, in the energy band at the time of low current operation, an energy barrier (part indicated by an arrow A in the figure) caused by the band gap difference between Si and SiGe is located at a position corresponding to the base / collector junction. ) Exists.
しかしながら、通常、ＳｉＧｅベース層１０５のｐ型不純物がｎ−コレクタ層１０３内にはみ出さないようにＳｉＧｅスペーサ層１０４の厚みを設定しているため、このエネルギー障壁がベース層１０５（または１０４）内に存在することはない。それ故、このエネルギー障壁は、高電界が印加されているベース／コレクタ空乏層中に存在するため、トランジスタ特性に実質的な影響を与えることはない。
However, since the thickness of the
一方、高電流動作時では、エミッタ拡散層１０９からベース層１０５（または１０４）に注入される電子が増加し、ベース層中の電子濃度がｎ−コレクタ層１０３中のドナー濃度以上になると、実効的なベース領域がｎ−コレクタ層１０３に張り出す、いわゆるカーク効果（Ｋｉｒｋ効果）が生じ、その結果、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下等が引き起こされる。
On the other hand, in high current operation, when electrons injected from the
さらに、ＳｉＧｅ−ＨＢＴの場合、カーク効果が生じて、実効的なベース領域がｎ−コレクタ層１０３まで張り出してくると、低電流動作時は空乏層内に存在したエネルギー障壁が、ベース領域内（図１６（ｂ）の矢印Ａで示す位置）に形成されてしまうため、これが電子の障壁となる。その結果、急激にコレクタ電流が低下し、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下等のトランジスタ特性の劣化を招く。この現象は、ヘテロバリア効果（Heterojunction Barrier Effect：ＨＢＥ）と呼ばれており、ＳｉＧｅ−ＨＢＴ固有の課題の一つとなっている。
Further, in the case of SiGe-HBT, when the Kirk effect occurs and the effective base region extends to the n-
このように、ＳｉＧｅ−ＨＢＴでは、高電流動作時にカーク効果とヘテロバリア効果の両方が起こるため、通常のＳｉ−ＢＪＴよりトランジスタ特性の劣化が大きい。 As described above, in the SiGe-HBT, both the Kirk effect and the heterobarrier effect occur during a high current operation, and therefore, the transistor characteristics are deteriorated more than the normal Si-BJT.
特に、トランジスタを高耐圧化するためにｎ−コレクタ層の不純物濃度を低下させた場合、カーク効果が生じやすくなり、ヘテロバリア効果がより顕著に現れるため、トランジスタ特性の劣化は著しくなる。つまり、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいては、高耐圧化と高電流域での性能（電流増幅率ｈＦＥ、遮断周波数ｆＴ等）とはトレードオフの関係となる。 In particular, when the impurity concentration of the n-collector layer is lowered in order to increase the breakdown voltage of the transistor, the Kirk effect is likely to occur, and the heterobarrier effect appears more prominently, so that the transistor characteristics are significantly deteriorated. That is, in the SiGe-HBT, a tradeoff between performance at high breakdown voltage and high current region (a current amplification factor h FE, cutoff frequency f T, etc.).
また、このような高電流動作時の特性劣化は、携帯電話の出力用トランジスタ等の高出力で動作させる用途では重要な課題となる。 Also, such characteristic deterioration during high current operation is an important issue for applications that operate at high output, such as output transistors for mobile phones.
このような課題を解決する手段として、ＳｉＧｅスペーサ層１０４の膜厚を厚くする方法がある。ＳｉＧｅスペーサ層１０４の膜厚を厚くすることにより、エネルギー障壁のある位置をコレクタ側に遠ざけることができ、その結果、高電流動作時に実効的なベース領域がコレクタ側に広がっても、ベース領域中にエネルギー障壁を形成することがないため、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下等を防止することができる。
As a means for solving such a problem, there is a method of increasing the film thickness of the
しかしながら、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との間には格子定数の差（格子不整合）に起因する歪みが内在しているため、ＳｉＧｅスペーサ層１０４の膜厚を厚くした場合、ＳｉＧｅ膜中のトータルのＧｅ含有率が増加してしまう。その結果、ＳｉＧｅ層／Ｓｉ層界面やＳｉＧｅ層中に転位等が発生し信頼性の低下等を招くため、ＳｉＧｅスペーサ層１０４の膜厚の増加には限界があり、ヘテロバリア効果を十分に抑制することは難しい。
However, since the strain due to the difference in lattice constant (lattice mismatch) is inherent between the SiGe layer and the Si layer, when the thickness of the
これに対して、ＳｉＧｅスペーサ層１０４のＧｅ組成比をベース領域からコレクタ領域側に向かって連続的に減少させる方法が、特許文献１に記載されている。
On the other hand,
図１７は、特許文献１に記載されたベース領域１０４、１０５におけるＧｅ組成比を模式的に示した図である。ここで、１０３はコレクタ領域、１０６はエミッタ領域を示す。ベース領域内に、エミッタ／ベース接合部からコレクタ領域１０３に向かってＧｅ組成比が増加する領域（以下、「Ｇｅ傾斜層」という）１０５を設けることによって、ベース領域内でドリフト電界を形成するとともに、ベース／コレクタ接合部に向かってＧｅ組成比が減少する領域１０４をさらに設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けることができる。これにより、ベース領域中にエネルギー障壁が形成されることがないため、Ｇｅ傾斜層１０５で加速された電子の走行速度を維持することができる。また、ベース／コレクタ接合部での格子不整合に起因した結晶欠陥の発生も抑制できるため、結晶欠陥によるトランジスタ特性の信頼性低下も防止することができる。
確かに、Ｇｅ傾斜層１０５に対してコレクタ領域１０３側に、ベース／コレクタ接合部に向かってＧｅ組成比が減少する領域１０４を設けることによって、ベース領域中にエネルギー障壁が形成される要因をなくすことができるが、ベース領域内に形成されるエネルギーバンドの観点から、以下のような問題が生じる。
Certainly, by providing the
すなわち、ベース領域内のＧｅ組成比が、図１７に示したような分布を有する場合、ベース領域内に形成されるエネルギーバンドは、図１８に示すように、ベース／コレクタ接合部に向かってＧｅ組成比が減少する領域１０４において、バンドギャップが増加する領域（図中の矢印Ｂで示す部分）が生じる。このため、Ｇｅ傾斜層５内に形成されたドリフト電界によって加速された電子は、バンドギャップが増加する領域において減速されてしまう。この現象は、カーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域側に広がる高電流動作時に、特に顕著になる。
That is, when the Ge composition ratio in the base region has a distribution as shown in FIG. 17, the energy band formed in the base region is Ge toward the base / collector junction as shown in FIG. In the
また、図１７に示すようなＧｅ組成比の分布を持ったＳｉＧｅベース領域を形成する際、製造面の観点から、以下のような問題が生じる。 Moreover, when forming a SiGe base region having a Ge composition ratio distribution as shown in FIG. 17, the following problems arise from the viewpoint of manufacturing.
すなわち、ベース／コレクタ接合部においては、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数に差がなくなるため、ＳｉＧｅ層をＳｉ層上にエピタキシャル成長技術で形成した後、分光エリプソ等を用いて光学的にＳｉＧｅ層の膜厚を測定することができない。加えて、ＳｉＧｅ層のエピタキシャル膜の成長速度は、成長温度だけでなく、Ｇｅ組成比によっても大きく変動するため、Ｇｅ組成比が変化するＳｉＧｅ層の膜厚は、バラツキが大きくなる。このため、製造過程において、ＳｉＧｅ層の膜厚を精度良く制御及び管理することが難しく、安定した特性を有するトランジスタを製造することができない。 That is, since there is no difference in the optical constants at the interface between the SiGe layer and the Si layer at the base / collector junction, after the SiGe layer is formed on the Si layer by an epitaxial growth technique, optically using a spectroscopic ellipso etc. The film thickness of the SiGe layer cannot be measured. In addition, since the growth rate of the epitaxial film of the SiGe layer varies greatly depending not only on the growth temperature but also on the Ge composition ratio, the film thickness of the SiGe layer on which the Ge composition ratio changes varies greatly. For this reason, it is difficult to accurately control and manage the thickness of the SiGe layer in the manufacturing process, and it is impossible to manufacture a transistor having stable characteristics.
本願発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、ヘテロバリア効果による高電流動作時でのトランジスタ特性の劣化を抑制した、高性能なヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することにある。また、製造時のバラツキを抑え、安定した性能を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and a main object thereof is to provide a high-performance heterojunction bipolar transistor that suppresses deterioration of transistor characteristics during high-current operation due to a heterobarrier effect. Another object of the present invention is to provide a heterojunction bipolar transistor that suppresses variations during manufacturing and has stable performance.
上記目的を達成するために、本発明は、ベース領域に、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、バンドギャップの増加率が小さい第１の領域と、バンドギャップの増加率が大きい第２の領域とを設けた構成を採用する。これにより、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、コレクタ領域に向かってバンドギャップが増加する領域を縮小させることができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、電流増幅率ｈＦＥ、遮断周波数ｆＴの低下を防止することができるとともに、ベース領域における電子の走行速度の減少を抑制することができる。 To achieve the above object, according to the present invention, a base region includes a first region having a small bandgap increase rate and a second region having a large bandgap increase rate from the emitter region to the collector region. The provided configuration is adopted. As a result, it is possible to avoid a steep increase in the band gap at the base / collector junction, and to reduce the region where the band gap increases toward the collector region. As a result, even when the effective base width spreads to the collector region due to the Kirk effect during high current operation, it is possible to prevent the current amplification factor h FE and the cut-off frequency f T from being lowered and the traveling speed of electrons in the base region. Can be suppressed.
また、本発明は、ベース領域に、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、バンドギャップの減少する領域を設けるとともに、ベース／コレクタ接合部におけるベース領域のバンドギャップをコレクタ領域のバンドギャップよりも小さくした構成を採用する。これにより、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース領域とコレクタ領域との界面の光学定数に差をもたすことができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、トランジスタ特性の劣化を防止することができるとともに、ベース領域の膜厚を光学的に測定することが可能となるため、安定した特性を有するトランジスタを製造することができる。 Further, the present invention provides a structure in which a band gap is decreased in the base region from the emitter region to the collector region, and the band gap of the base region at the base / collector junction is made smaller than the band gap of the collector region. Is adopted. As a result, it is possible to avoid a steep increase in the band gap at the base / collector junction, and to make a difference in the optical constants at the interface between the base region and the collector region. As a result, even when the effective base width spreads to the collector region due to the Kirk effect during high current operation, it is possible to prevent deterioration of transistor characteristics and to optically measure the thickness of the base region. Therefore, a transistor having stable characteristics can be manufactured.
本発明に係わるヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１の半導体層からなるコレクタ領域と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、ベース領域は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、第２の半導体層のバンドギャップが増加する第１の領域及び第２の領域を有し、第１の領域におけるバンドギャップの増加率が、第２の領域におけるバンドギャップの増加率よりも小さいことを特徴とする。 A heterojunction bipolar transistor according to the present invention includes a collector region formed of a first semiconductor layer and a base formed of a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and having a band gap smaller than that of the first semiconductor layer. And an emitter region formed of a third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and having a band gap larger than that of the second semiconductor layer, the base region extending from the emitter region to the collector region, The first semiconductor region has a first region and a second region in which the band gap of the second semiconductor layer increases, and the increase rate of the band gap in the first region is smaller than the increase rate of the band gap in the second region. Features.
このような構成により、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、コレクタ領域に向かってバンドギャップが増加する領域を縮小させることができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、電流増幅率ｈＦＥ、遮断周波数ｆＴの低下を防止することができるとともに、ベース領域における電子の走行速度の減少を抑制することができる。 With such a configuration, it is possible to avoid a steep increase in the band gap at the base / collector junction, and to reduce a region where the band gap increases toward the collector region. As a result, even when the effective base width spreads to the collector region due to the Kirk effect during high current operation, it is possible to prevent the current amplification factor h FE and the cut-off frequency f T from being lowered and the traveling speed of electrons in the base region. Can be suppressed.
ここで、第２の領域は、コレクタ領域に接していてもよい。また、第１の領域及び第２の領域におけるバンドギャップは、連続的に増加していてもよい。 Here, the second region may be in contact with the collector region. In addition, the band gaps in the first region and the second region may increase continuously.
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、エミッタ領域に接する第３の領域をさらに有し、第３の領域は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、第２の半導体層のバンドギャップが減少している。これにより、第３の領域内に形成されたドリフト電界によって、ベース領域を走行するキャリアを加速することができる。ここで、第３の領域は、第１の領域に接していることが好ましい。 In a preferred embodiment, the base region further includes a third region in contact with the emitter region, and the third region is directed from the emitter region to the collector region, and the band gap of the second semiconductor layer is reduced. ing. Thereby, carriers traveling in the base region can be accelerated by the drift electric field formed in the third region. Here, the third region is preferably in contact with the first region.
ある好適な実施形態において、上記コレクタ領域に接する第２の領域端部におけるバンドギャップは、コレクタ領域における第１の半導体層のバンドギャップよりも小さい。これにより、ベース領域とコレクタ領域との界面の光学定数に差をもたすことができ、ベース領域の膜厚を光学的に測定することが可能となる。 In a preferred embodiment, the band gap at the end of the second region in contact with the collector region is smaller than the band gap of the first semiconductor layer in the collector region. As a result, a difference can be made in the optical constant of the interface between the base region and the collector region, and the film thickness of the base region can be optically measured.
ある好適な実施形態において、上記第２の半導体層はＳｉＧｅ層からなり、第２の半導体層のバンドギャップは、ＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成比で制御されている。これにより、第２の半導体層のバンドギャップを容易に制御することができる。 In a preferred embodiment, the second semiconductor layer is a SiGe layer, and the band gap of the second semiconductor layer is controlled by the Ge composition ratio in the SiGe layer. Thereby, the band gap of the second semiconductor layer can be easily controlled.
ここで、上記第１の領域及び前記第２の領域におけるＧｅ組成比は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい減少しており、第１の領域におけるＧｅ組成比の減少率が、第２の領域におけるＧｅ組成比の減少率よりも小さいことが好ましい。 Here, the Ge composition ratio in the first region and the second region decreases from the emitter region toward the collector region, and the reduction rate of the Ge composition ratio in the first region is lower in the second region. It is preferable that the rate of decrease of the Ge composition ratio is smaller.
また、コレクタ領域に接する第２の領域端部におけるＧｅ組成比は、２〜１０ａｔ％であることが好ましい。 Further, the Ge composition ratio at the end of the second region in contact with the collector region is preferably 2 to 10 at%.
ある好適な実施形態において、上記第２の半導体層はＳｉＧｅ層からなり、第１の領域及び第２の領域におけるＧｅ組成比は一定であり、第１の領域及び第２の領域におけるバンドギャップが、ＳｉＧｅ層に含まれる炭素濃度で制御されている。 In a preferred embodiment, the second semiconductor layer comprises a SiGe layer, the Ge composition ratio in the first region and the second region is constant, and the band gap in the first region and the second region is The concentration of carbon contained in the SiGe layer is controlled.
ここで、上記第１の領域及び第２の領域における炭素濃度は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい連続的に増加しており、第１の領域における炭素濃度の増加率が、第２の領域における炭素濃度の増加率よりも小さいことが好ましい。 Here, the carbon concentration in the first region and the second region is continuously increased from the emitter region toward the collector region, and the increase rate of the carbon concentration in the first region is increased in the second region. It is preferable that the rate of increase of the carbon concentration is smaller.
本発明に係わる他のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１の半導体層からなるコレクタ領域と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、ベース領域は、エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、第２の半導体層のバンドギャップが増加する第１の領域を少なくとも有し、コレクタ領域に接するベース領域端部におけるバンドギャップは、コレクタ領域における第１の半導体層のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする。 Another heterojunction bipolar transistor according to the present invention includes a collector region composed of a first semiconductor layer, and a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and having a band gap smaller than that of the first semiconductor layer. And a base region formed on the second semiconductor layer and made of a third semiconductor layer having a band gap larger than that of the second semiconductor layer. The base region extends from the emitter region to the collector region. Oppositely, it has at least a first region where the band gap of the second semiconductor layer increases, and the band gap at the end of the base region in contact with the collector region is smaller than the band gap of the first semiconductor layer in the collector region It is characterized by.
このような構成により、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース領域とコレクタ領域との界面の光学定数に差をもたすことができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、トランジスタ特性の劣化を防止することができるとともに、ベース領域の膜厚を光学的に測定することが可能となるため、安定した特性を有するトランジスタを製造することができる。 With such a configuration, it is possible to avoid a steep increase in the band gap at the base / collector junction and to provide a difference in the optical constants at the interface between the base region and the collector region. As a result, even when the effective base width spreads to the collector region due to the Kirk effect during high current operation, it is possible to prevent deterioration of transistor characteristics and to optically measure the thickness of the base region. Therefore, a transistor having stable characteristics can be manufactured.
ここで、上記第１の領域は、コレクタ領域に接しており、第１の領域におけるバンドギャップは、連続的に増加していることが好ましい。 Here, it is preferable that the first region is in contact with the collector region, and the band gap in the first region continuously increases.
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、コレクタ領域側に、第１の領域に接する第２の領域をさらに有し、該第２の領域は、コレクタ領域に接しており、かつ、第２の領域のバンドギャップが一定である。 In a preferred embodiment, the base region further has a second region in contact with the first region on the collector region side, the second region is in contact with the collector region, and the second region. The band gap in the region is constant.
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、コレクタ領域側に、第１の領域に接する第２の領域をさらに有し、該第２の領域は、コレクタ領域に接しており、かつ、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、第２の領域のバンドギャップが減少している。 In a preferred embodiment, the base region further includes a second region in contact with the first region on the collector region side, the second region is in contact with the collector region, and the emitter region. The band gap of the second region decreases from the collector region toward the collector region.
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、コレクタ領域側に、第１の領域から離れた第２の領域をさらに有し、該第２の領域は、コレクタ領域に接しており、かつ、第２の領域におけるバンドギャップは、コレクタ領域における第１の半導体層のバンドギャップよりも小さい。
In a preferred embodiment, the base region further includes a second region separated from the first region on the collector region side, the second region being in contact with the collector region, and the second region. The band gap in the
ある好適な実施形態において、上記第２の半導体層はＳｉＧｅ層からなり、第２の半導体層のバンドギャップは、ＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成比で制御されている。 In a preferred embodiment, the second semiconductor layer is a SiGe layer, and the band gap of the second semiconductor layer is controlled by the Ge composition ratio in the SiGe layer.
ここで、上記コレクタ領域に接するベース領域端部におけるＧｅ組成比は、２〜１０ａｔ％であることが好ましい。 Here, the Ge composition ratio at the end of the base region in contact with the collector region is preferably 2 to 10 at%.
また、上記第１の領域におけるＧｅ組成比は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい減少していることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the Ge composition ratio in the first region decreases from the emitter region toward the collector region.
また、第２の領域におけるＧｅ組成比は一定であってもよい。 Further, the Ge composition ratio in the second region may be constant.
また、第２の領域におけるＧｅ組成比は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、連続的に増加していてもよい。 The Ge composition ratio in the second region may continuously increase from the emitter region toward the collector region.
また、第２の領域の厚みが２〜２０ｎｍであってもよい。 Further, the thickness of the second region may be 2 to 20 nm.
本発明に係わる他のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１の半導体層からなるコレクタ領域と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、第２の半導体層はＳｉＧｅ層からなり、ベース領域は、少なくともＧｅ組成比が一定で、炭素を含有する第１の領域を有し、第１の領域における炭素濃度が、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい増加していることを特徴とする。 Another heterojunction bipolar transistor according to the present invention includes a collector region composed of a first semiconductor layer, and a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and having a band gap smaller than that of the first semiconductor layer. And a base region formed on the second semiconductor layer and an emitter region made of a third semiconductor layer having a band gap larger than that of the second semiconductor layer, the second semiconductor layer is made of a SiGe layer, The base region has at least a Ge composition ratio and has a first region containing carbon, and the carbon concentration in the first region increases from the emitter region to the collector region.
このような構成により、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース領域とコレクタ領域との界面の光学定数に差をもたすことができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、トランジスタ特性の劣化を防止することができるとともに、ベース領域の膜厚を光学的に測定することが可能となるため、安定した特性を有するトランジスタを製造することができる。 With such a configuration, it is possible to avoid a steep increase in the band gap at the base / collector junction and to provide a difference in the optical constants at the interface between the base region and the collector region. As a result, even when the effective base width spreads to the collector region due to the Kirk effect during high current operation, it is possible to prevent deterioration of transistor characteristics and to optically measure the thickness of the base region. Therefore, a transistor having stable characteristics can be manufactured.
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、エミッタ領域に接する第２の領域をさらに有し、第２の領域は、エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、Ｇｅ組成比が増加している。 In a preferred embodiment, the base region further includes a second region in contact with the emitter region, and the second region increases from the emitter region toward the collector region, and the Ge composition ratio increases.
本発明に係わる他のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、基板上に形成された第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層とを備え、第１の半導体層は、第１導電型の不純物を含むコレクタ領域をなし、第２の半導体層は、第２導電型の不純物を含むベース領域をなし、第３の半導体層は、第１導電型の不純物を含むエミッタ領域をなし、第１の半導体層に接する第２の半導体層の一部の領域に、第１導電型の不純物が含まれていることを特徴とする。 Another heterojunction bipolar transistor according to the present invention includes a first semiconductor layer formed on a substrate and a second semiconductor formed on the first semiconductor layer and having a band gap smaller than that of the first semiconductor layer. And a third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and having a band gap larger than that of the second semiconductor layer. The first semiconductor layer includes a collector region containing an impurity of the first conductivity type. The second semiconductor layer forms a base region containing a second conductivity type impurity, and the third semiconductor layer forms an emitter region containing a first conductivity type impurity and is in contact with the first semiconductor layer. A partial region of the second semiconductor layer contains an impurity of the first conductivity type.
このような構成により、ベース／コレクタ空乏層は、第２の半導体層内に形成され、第１の半導体層と第２の半導体層の界面におけるエネルギー障壁は、コレクタ領域内に形成されるため、ベース領域中にエネルギー障壁が形成されることはなく、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下等を防止することができる。 With such a configuration, the base / collector depletion layer is formed in the second semiconductor layer, and the energy barrier at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is formed in the collector region. not the energy barrier is formed in the base region, it is possible to prevent a reduction or the like of the current amplification factor h FE and the cutoff frequency f T.
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタによれば、耐圧を犠牲にすることなく、高電流動作時での電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下を抑制した、高性能なトランジスタを実現することができる。また、製造時のバラツキを抑え、安定した性能を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造することができる。 According to the heterojunction bipolar transistor according to the present invention, without sacrificing the breakdown voltage and suppressed the decrease in the current gain h FE or cut-off frequency f T at the time of high current operation, to realize a high-performance transistor Can do. Further, it is possible to manufacture a heterojunction bipolar transistor that suppresses variations in manufacturing and has stable performance.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a heterojunction bipolar transistor according to a first embodiment of the present invention.
図１に示すように、Ｓｉ基板１上に、リン（Ｐ）などのｎ型不純物が高濃度（例えば、１Ｅ２０ｃｍ−３程度）にドープされたｎ＋コレクタ埋め込み層２、及びＰなどのｎ型不純物が低濃度（例えば、１Ｅ１６ｃｍ−３程度）にドープされたｎ−コレクタ層３が形成されている。
As shown in FIG. 1, an n + collector buried
さらに、ｎ−コレクタ層３上には、ノンドープのＳｉＧｅスペーサ層４、及びボロン（Ｂ）などのｐ型不純物が、例えば５Ｅ１８〜５Ｅ１９ｃｍ−３程度にドープされたｐ−ＳｉＧｅベース層５が形成されている。
Further, on the n-
さらに、ｐ−ＳｉＧｅベース層５上には、ノンドープＳｉ−Ｃａｐ層６、開口部を有する絶縁膜７、及びＰなどのｎ型不純物が高濃度（例えば、１Ｅ２０ｃｍ−３以上）にドープされた多結晶シリコン膜からなるエミッタ電極８が形成されている。
Furthermore, on the p-
そして、Ｓｉ−Ｃａｐ層６の一部には、エミッタ電極８を形成した後に、９００℃〜１０００℃程度の温度で熱処理を行うことによって、エミッタ電極８からｎ型不純物が拡散して形成されたエミッタ拡散層９が形成されている。
Then, after forming the
なお、この熱処理によって、ＳｉＧｅベース層５からｐ型不純物がｎ−コレクタ層３にはみ出して拡散しないよう、ＳｉＧｅスペーサ層４の厚みが設定されている。それ故、ＳｉＧｅスペーサ層４もベース領域として機能するが、ＳｉＧｅスペーサ層４の一部に、ｐ型不純物が含まれない領域が存在する場合もある。また、この熱処理によって、Ｓｉ−Ｃａｐ層６側にもＳｉＧｅベース層５からｐ型不純物が拡散するので、Ｓｉ−Ｃａｐ層６の一部もベース領域として機能する。
Note that the thickness of the
すなわち、本発明に係わるヘテロ接合バイポーラトランジスタは、コレクタ領域が、Ｓｉ層（第１の半導体層）からなるｎ＋コレクタ埋め込み層２及びｎ−コレクタ層３で構成され、ベース領域が、ＳｉＧｅ層（第２の半導体層）からなるＳｉＧｅスペーサ層４、ＳｉＧｅベース層５、及びＳ−Ｃａｐ層６の一部で構成され、エミッタ領域が、エミッタ拡散層９で構成されたものである。
That is, in the heterojunction bipolar transistor according to the present invention, the collector region is composed of the n + collector buried
ここで、ｎ−コレクタ層３は０．１μｍ〜１．０μｍ、ＳｉＧｅスペーサ層４は５ｎｍ〜５０ｎｍ、ｐ−ＳｉＧｅベース層５は５ｎｍ〜５０ｎｍ、Ｓｉ−Ｃａｐ層６は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さに、それぞれエピタキシャル成長で形成される。
Here, the n-
図２は、図１のＡ−Ａに沿った断面におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルを示した図である。 FIG. 2 is a diagram showing a profile in the depth direction of the Ge composition ratio in a cross section taken along the line AA of FIG.
図２に示すように、ベース領域（ＳｉＧｅスペーサ層）４は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が連続的に減少する第１の領域４ａと第２の領域４ｂを有し、第１の領域４ａにおけるＧｅ組成比の減少率が、第２の領域４ｂにおけるＧｅ組成比の減少率よりも小さくなっている。また、エミッタ領域９に接するＳｉＧｅベース層（第３の領域）５は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が増加するＧｅ傾斜層を構成している。
As shown in FIG. 2, the base region (SiGe spacer layer) 4 has a
なお、第１の領域４ａ、第２の領域４ｂ、及び第３の領域５は、ベース領域を構成するＳｉＧｅ層内に形成されていればよく、必ずしも、ＳｉＧｅスペーサ層４またはＳｉＧｅベース層５に対応させて形成される必要はない。また、第２の領域４ｂは、必ずしもコレクタ領域３と接している必要はなく、また、第３の領域４ｃも、必ずしも第１の領域４ａまたはエミッタ領域９に接している必要はない。
The
上述したように、ＳｉＧｅ層のバンドギャップは、Ｇｅ組成比で制御することができる。これにより、図２に示したベース領域を構成するＳｉＧｅ層のＧｅ組成比の変化によって、ベース領域におけるバンドギャップは、以下のように制御される。 As described above, the band gap of the SiGe layer can be controlled by the Ge composition ratio. Accordingly, the band gap in the base region is controlled as follows by the change in the Ge composition ratio of the SiGe layer constituting the base region shown in FIG.
すなわち、ベース領域は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、ＳｉＧｅ層（第２の半導体層）のバンドギャップが増加する第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂを有し、第１の領域４ａにおけるバンドギャップの増加率が、第２の領域４ｂにおけるバンドギャップの増加率よりも小さくなっている。また、エミッタ領域に接する第３の領域５は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、バンドギャップが減少している。
That is, the base region has a
このように、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、バンドギャップが増加する領域を設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、バンドギャップが増加する領域を、増加率の小さな第１の領域４ａと増加率の大きな第２の領域４ｂとに分けることによって、コレクタ領域３に向かってバンドギャップが増加する領域を縮小させることができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域３に広がっても、電流増幅率ｈＦＥ、遮断周波数ｆＴの低下を防止することができるとともに、Ｇｅ傾斜層５内に形成されたドリフト電界によって加速された電子の減速を抑制することができる。
In this way, by providing a region in the base region where the band gap increases from the
なお、図２では、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂにおけるＧｅ組成比を連続的に減少（バンドギャップを連続的に増加）させたが、例えば、階段状に不連続に減少させてもよい。この場合、第１の領域４ａにおけるバンドギャップの平均的な増加率を、第２の領域４ｂにおけるバンドギャップの平均的な増加率よりも小さくする。
In FIG. 2, the Ge composition ratio in the
本発明において、ベース領域からエネルギー障壁のある位置をコレクタ領域３側に遠ざけるために、ＳｉＧｅスペーサ層４の膜厚を増加させても、トータルのＧｅ含有量を抑えることができるため、ＳｉＧｅ層内またはＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面での欠陥の発生が抑えられ、それ故、トランジスタの信頼性を低下させることはない。
In the present invention, the total Ge content can be suppressed even if the film thickness of the
また、ＳｉＧｅスペーサ層４中のＧｅ含有量を減少させることができた分だけ、Ｇｅ傾斜層５におけるＧｅ含有量を増加させることが可能となるため、Ｇｅ傾斜層５のＧｅ組成比のピーク値を大きくすることができる。これにより、Ｇｅ傾斜層５に形成されたドリフト電界による電子の加速を図ることができ、より高速なトランジスタを実現することができる。
Further, since the Ge content in the Ge graded
さらに、エミッタ領域に接する第３の領域５を、Ｇｅ組成比が増加するＧｅ傾斜層としたが、Ｇｅ組成比が一定であるＢＯＸ型であっても、本発明の効果を発揮することができる。
Furthermore, although the
（第１の実施形態の変形例１）
図３は、第１の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例１を示した図である。
(
FIG. 3 is a diagram showing a first modification of the profile in the depth direction of the Ge composition ratio in the first embodiment.
図３に示すように、コレクタ領域３に接する第２の領域４ｂの端部におけるＧｅ組成比が、所定の値Ｇｅ０を有している点が、図２に示したプロファイルと違っている。すなわち、コレクタ領域３に接する第２の領域４ｂ端部におけるバンドギャップは、コレクタ領域３におけるバンドギャップよりも小さくなっている。
As shown in FIG. 3, Ge composition ratio in the end portion of the
ここで、ベース／コレクタ接合部におけるＧｅ組成比Ｇｅ０は、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定される。このような値に設定することによって、ＳｉＧｅ層をＳｉ層上にエピタキシャル成長技術で形成した後、分光エリプソ等を用いて光学的にＳｉＧｅ層の膜厚を測定することが可能となり、ＳｉＧｅ層の膜厚を精度良く管理することができる。 Here, the Ge composition ratio Ge 0 at the base / collector junction is set to such a value that the difference in optical constants at the interface between the SiGe layer and the Si layer can be detected optically. By setting such a value, it becomes possible to optically measure the thickness of the SiGe layer using a spectroscopic ellipso after the SiGe layer is formed on the Si layer by an epitaxial growth technique. Thickness can be managed with high accuracy.
ここで、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面のＧｅ組成比はＧｅ０は、２ａｔ％以上であれば、分光エリプソ等の膜厚測定技術で十分に膜厚測定可能である。また、Ｇｅ０が１０ａｔ％以下であれば、カーク効果によりベース中にエネルギー障壁が形成された場合でも、ヘテロバリア効果によるトランジスタ特性の低下は実質的に問題となるレベルにはならない。 Here, if the Ge composition ratio of the interface between the SiGe layer and the Si layer is Ge 0 of 2 at% or more, the film thickness can be sufficiently measured by a film thickness measurement technique such as spectroscopic ellipso. Further, when Ge 0 is 10 at% or less, even when an energy barrier is formed in the base due to the Kirk effect, the deterioration of transistor characteristics due to the hetero barrier effect does not become a problem level.
（第１の実施形態の変形例２）
本発明の第１の実施形態においては、ベース領域を構成するＳｉＧｅ層のＧｅ組成比を変えることによって、ＳｉＧｅ層のバンドギャップを制御したが、図２に示したＧｅ組成比のプロファイルによって得られるバンドギャップと実質的に同一のバンドギャップを、ＳｉＧｅ層に含有する炭素濃度によっても制御することができる。
(
In the first embodiment of the present invention, the band gap of the SiGe layer is controlled by changing the Ge composition ratio of the SiGe layer constituting the base region. However, it is obtained by the Ge composition ratio profile shown in FIG. The band gap substantially the same as the band gap can be controlled by the carbon concentration contained in the SiGe layer.
図４は、第１の実施形態の変形例２における、Ｇｅ組成比と炭素濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a profile in the depth direction of the Ge composition ratio and the carbon concentration in
図４に示すように、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂにおけるＧｅ組成比が一定であるとともに、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂにおける炭素濃度が、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、連続的に増加しており、かつ、第１の領域４ａにおける炭素濃度の増加率が、第２の領域４ｂにおける炭素濃度の増加率よりも小さい点が、図２に示したプロファイルと異なっている。
As shown in FIG. 4, the Ge composition ratio in the
通常、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいて、ＳｉＧｅエピタキシャル層は、下地のＳｉ層から圧縮応力を受けているが、圧縮応力を受けているＳｉＧｅ層に炭素をドーピングした場合、ＳｉＧｅ層のバンドギャップが増加する。つまり、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいては、ＳｉＧｅ層における炭素濃度の増加は、Ｇｅ組成比の減少と同様の作用を発揮することができる。 Normally, in SiGe-HBT, the SiGe epitaxial layer is subjected to compressive stress from the underlying Si layer, but when the SiGe layer subjected to compressive stress is doped with carbon, the band gap of the SiGe layer increases. That is, in SiGe-HBT, an increase in carbon concentration in the SiGe layer can exhibit the same effect as a decrease in the Ge composition ratio.
本変形例２は、この作用を利用したものであり、Ｇｅ組成比が一定であっても、図４に示すように、第１の領域４ａと第２の領域４ｂにおける炭素濃度の増加率を変えることによって、図２に示したようなＧｅ組成比のプロファイルによって得られるバンドギャップと実質的に同一のバンドギャップを実現することができる。
This
なお、ＳｉＧｅ層の膜厚測定は、４００ｎｍ〜８００ｎｎ程度の波長域で分光エリプソを用いて測定が行われるが、この波長域では炭素は吸収を持たないため、ＳｉＧｅ層に炭素をドーピングしても、ＳｉＧｅ層の膜厚測定に影響を及ぼすことはない。 The film thickness of the SiGe layer is measured using a spectroscopic ellipso in the wavelength range of about 400 nm to 800 nn. However, carbon does not absorb in this wavelength range, so even if the SiGe layer is doped with carbon. The film thickness measurement of the SiGe layer is not affected.
また、炭素は格子歪みを緩和する効果もあるため、トータルＧｅ含有量を増加させることによりトランジスタ特性を向上させることができる。 In addition, since carbon also has an effect of relaxing lattice distortion, transistor characteristics can be improved by increasing the total Ge content.
さらに、炭素はＢ増速拡散抑制の効果もあるため、ＳｉＧｅベース層形成後の熱処理によるＢプロファイルの広がりに起因するトランジスタ特性の低下を抑制することができる。 Furthermore, since carbon also has the effect of suppressing B-accelerated diffusion, it is possible to suppress deterioration in transistor characteristics due to the spread of the B profile due to heat treatment after the formation of the SiGe base layer.
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態におけるＳｉＧｅ層のＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルを示した図である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a profile in the depth direction of the Ge composition ratio of the SiGe layer in the second embodiment of the present invention.
図５に示すように、ＳｉＧｅスペーサ層（第１の領域）４は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が連続的に減少し、コレクタ領域３に接する第１の領域４の端部におけるＧｅ組成比が、所定の値Ｇｅ０を有している。
As shown in FIG. 5, the SiGe spacer layer (first region) 4 has a Ge composition ratio continuously decreasing from the
ここで、ベース／コレクタ接合部におけるＧｅ組成比Ｇｅ０は、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定される。 Here, the Ge composition ratio Ge 0 at the base / collector junction is set to such a value that the difference in optical constants at the interface between the SiGe layer and the Si layer can be detected optically.
なお、Ｇｅ組成比が連続的に減少する領域４、及び連続的に増加する領域５は、ベース領域を構成するＳｉＧｅ層内に形成されていればよく、必ずしも、ＳｉＧｅスペーサ層またはＳｉＧｅベース層に対応させて形成される必要はない。
The
図５に示したベース領域を構成するＳｉＧｅ層４、５内におけるＧｅ組成比の変化によって、ベース領域におけるバンドギャップは、以下のように制御される。 The band gap in the base region is controlled as follows by the change of the Ge composition ratio in the SiGe layers 4 and 5 constituting the base region shown in FIG.
すなわち、ベース領域は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、ＳｉＧｅ層のバンドギャップが増加する第１の領域４を有し、コレクタ領域３に接するベース領域端部におけるバンドギャップは、コレクタ領域３におけるＳｉ層のバンドギャップよりも小さくなっている。
That is, the base region has a
このように、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、バンドギャップが増加する領域４を設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース／コレクタ接合部におけるＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定されているため、ＳｉＧｅ層の膜厚を光学的に測定することが可能となる。
Thus, by providing the
これにより、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がった場合でも、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下を抑制することができるとともに、Ｓｉ層上にエピタキシャル成長したＳｉＧｅ層の膜厚を精度良く管理することが可能となる。 Thus, even if the effective base width due Kirk effect during high current operation has spread to the collector region, it is possible to suppress the reduction of the current amplification factor h FE and the cutoff frequency f T, grown epitaxially on a Si layer It becomes possible to accurately manage the thickness of the SiGe layer.
ここで、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面のＧｅ組成比Ｇｅ０は、２ａｔ％以上であれば、分光エリプソ等の膜厚測定技術で十分に膜厚測定可能である。また、Ｇｅ０が１０ａｔ％以下であれば、カーク効果によりベース中にエネルギー障壁が形成された場合でも、ヘテロバリア効果によるトランジスタ特性の低下は実質的に問題となるレベルにはならない。 Here, if the Ge composition ratio Ge 0 at the interface between the SiGe layer and the Si layer is 2 at% or more, the film thickness can be sufficiently measured by a film thickness measurement technique such as spectroscopic ellipso. Further, when Ge 0 is 10 at% or less, even when an energy barrier is formed in the base due to the Kirk effect, the deterioration of transistor characteristics due to the hetero barrier effect does not become a problem level.
（第２の実施形態の変形例１）
図６は、第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例１を示した図である。
(
FIG. 6 is a diagram showing a first modification of the profile in the depth direction of the Ge composition ratio in the second embodiment.
図６に示すように、コレクタ領域３側に第１の領域（Ｇｅ組成比が減少する領域）４ａに接する第２の領域４ｂを備え、第２の領域４ｂのＧｅ組成比は一定で、かつ、コレクタ領域３に接する第２の領域４ｂの端部におけるＧｅ組成比が、所定の値Ｇｅ０（ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値）を有している点が、図５に示したプロファイルと異なっている。
As shown in FIG. 6, the
このように、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が減少する（バンドギャップが増加する）第１の領域４ａを設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース／コレクタ接合部におけるＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定されているため、ＳｉＧｅ層の膜厚を光学的に測定することが可能となる。
As described above, by providing the
（第２の実施形態の変形例２）
図７は、第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例２を示した図である。
(
FIG. 7 is a diagram showing Modification Example 2 of the profile in the depth direction of the Ge composition ratio in the second embodiment.
図７に示すように、コレクタ領域３側に第１の領域（Ｇｅ組成比が減少する領域）４ａに接する第２の領域４ｂを備え、第２の領域４ｂは、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が増大（エネルギーバンドが減少）している点が、図５に示したプロファイルと異なっている。
As shown in FIG. 7, the
Ｇｅ組成比がコレクタ領域３まで連続的に減少している場合、図１８に示したように、ベース／コレクタ接合部近傍で、バンドギャップが増加する領域が生じるため、Ｇｅ傾斜層５内に形成されたドリフト電界によって加速された電子は、バンドギャップが増加する領域において減速されてしまう。この現象は、カーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域側に広がる高電流動作時に、特に顕著になる。
When the Ge composition ratio continuously decreases to the
本変形例２では、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が減少する（バンドギャップが増加する）第１の領域４ａを設けることによって、ベース／コレクタ接合部近傍で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、コレクタ領域３側にＧｅ組成比が増加（バンドギャップが減少）する第２の領域４ｂをさらに設けることによって、一旦、走行速度が低下した電子を再加速させることができる。
In the second modification, the vicinity of the base / collector junction is provided in the base region by providing the
なお、コレクタ領域３に接する第２の領域４ｂの端部におけるＧｅ組成比Ｇｅ０は、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定されているため、ＳｉＧｅ層の膜厚を光学的に測定することが可能となる。
The Ge composition ratio Ge 0 at the end of the
（第２の実施形態の変形例３）
図８は、第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例３を示した図である。
(
FIG. 8 is a diagram showing a third modification of the profile in the depth direction of the Ge composition ratio in the second embodiment.
図８に示すように、コレクタ領域３側に、第１の領域（Ｇｅ組成比が減少する領域）４ａから離れた第２の領域（マーカー層）４ｂを備えている点が、図５に示したプロファイルと異なっている。
As shown in FIG. 8, the
このように、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が減少する（バンドギャップが増加する）第１の領域４ａを設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面に、光学定数の差が光学的に検出できるような第２の領域（マーカー層）４ｂが形成されているため、ＳｉＧｅ層の膜厚を光学的に測定することができる。
As described above, by providing the
また、Ｇｅ組成比が減少する第１の領域４ａと、マーカー層４ｂとの間に、Ｇｅ組成比がゼロの領域を設けられているので、ＳｉＧｅ層中のトータルのＧｅ含有量を低減することができ、これにより、トランジスタの高性能化と高信頼性を両立することができる。
In addition, since a region having a Ge composition ratio of zero is provided between the
ここで、Ｇｅ組成比のプロファイルが複雑になるため、各層の膜厚を個別に測定することは困難になるおそれがあるが、通常、ＳｉＧｅベース領域の形成は、ＳｉＧｅマーカー層４ｂからＳｉ−Ｃａｐ層６までを、エピタキシャル成長で連続的に形成するため、ＳｉＧｅマーカー層４ｂからＳｉ−Ｃａｐ層６までのトータル膜厚が高精度で測定できれば、製造工程の管理としては十分である。
Here, since the profile of the Ge composition ratio becomes complicated, it may be difficult to measure the film thickness of each layer individually. Usually, the formation of the SiGe base region is performed from the
なお、ＳｉＧｅマーカー層４ｂの膜厚は２ｎｍ以上、Ｇｅ組成は２ａｔ％以上であれば十分な精度でＳｉＧｅ層の膜厚を測定することが可能である。
If the thickness of the
また、Ｇｅ組成比が減少する領域４ａとマーカー層４ｄとの間の領域は、Ｇｅ組成比が必ずしもゼロである必要はなく、Ｇｅ組成比が２ａｔ％以下であってもよい。
Further, the region between the
（第３の実施形態）
上述したように、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいて、ＳｉＧｅエピタキシャル層は、下地のＳｉ層から圧縮応力を受けているが、圧縮応力を受けているＳｉＧｅ層に炭素をドーピングした場合、ＳｉＧｅ層のバンドギャップが増加する。つまり、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいては、ＳｉＧｅ層における炭素濃度の増加は、Ｇｅ組成比の減少と同様の作用を発揮することができる。
(Third embodiment)
As described above, in SiGe-HBT, the SiGe epitaxial layer is subjected to compressive stress from the underlying Si layer, but when carbon is added to the SiGe layer subjected to compressive stress, the band gap of the SiGe layer increases. To do. That is, in SiGe-HBT, an increase in carbon concentration in the SiGe layer can exhibit the same effect as a decrease in the Ge composition ratio.
本発明の第３の実施形態は、この作用を利用したものであり、図９は、本実施形態におけるＧｅ組成比及び炭素濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。 The third embodiment of the present invention utilizes this action, and FIG. 9 is a diagram showing the profile in the depth direction of the Ge composition ratio and carbon concentration in the present embodiment.
図９に示すように、ベース領域にＧｅ組成比が増加する領域（Ｇｅ傾斜層）５と、Ｇｅ組成比が一定の領域４を設けるとともに、Ｇｅ組成比が一定の領域４における炭素濃度が、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、連続的に増加している。
As shown in FIG. 9, a region (Ge gradient layer) 5 in which the Ge composition ratio increases and a
これにより、ベース領域は、図１７に示したＧｅ組成比のプロファイルによって得られるバンドギャップと実質的に同一のバンドギャップを実現することができる。しかも、ＳｉＧｅ層の膜厚測定は、４００ｎｍ〜８００ｎｎ程度の波長域で分光エリプソを用いて測定が行われるが、この波長域では炭素は吸収を持たないため、ＳｉＧｅ層に炭素をドーピングしても、ＳｉＧｅ層の膜厚測定に影響を及ぼすことはない。 As a result, the base region can realize a band gap substantially the same as the band gap obtained by the Ge composition ratio profile shown in FIG. Moreover, the film thickness of the SiGe layer is measured using a spectroscopic ellipso in the wavelength range of about 400 nm to 800 nn, but carbon does not absorb in this wavelength range, so even if the SiGe layer is doped with carbon. The film thickness measurement of the SiGe layer is not affected.
従って、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けることができるため、ベース領域内で加速された電子の走行速度を維持することができるとともに、ＳｉＧｅ層の膜厚を精度良く管理することができる。 Therefore, it is possible to avoid a sharp increase in the band gap at the base / collector junction, so that it is possible to maintain the traveling speed of the accelerated electrons in the base region and to manage the thickness of the SiGe layer with high accuracy. be able to.
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態におけるＧｅ組成比及び不純物濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a profile in the depth direction of the Ge composition ratio and the impurity concentration in the fourth embodiment of the present invention.
図１０に示すように、コレクタ領域３に接するベース領域（ＳｉＧｅスペーサ層）４の一部に、コレクタ領域３のｎ型不純物がドーピングされていることを特徴とする。これにより、ベース／コレクタ空乏層はＳｉＧｅスペーサ層４内に形成されるとともに、ＳｉＧｅ／Ｓｉ界面のエネルギー障壁はコレクタ領域３内に形成されるため、このエネルギー障壁はベース領域のキャリア移動に影響を与えることはない。また、カーク効果によって実効的なベース幅の広がりが生じるコレクタ電流も、高電流側へシフトするため、ヘテロバリア効果によるトランジスタ特性の低下が生じるコレクタ電流も高電流側へシフトし、より高電流域までトランジスタ特性の低下を抑えることができる。
As shown in FIG. 10, the base region (SiGe spacer layer) 4 in contact with the
また、トランジスタ特性向上とカーク効果およびヘテロバリア効果の抑制を効果的に行うためには、ｎ型不純物の濃度分布は、深さ方向に徐々に増加するプロファイルが望ましいが、このようなｎ型不純物プロファイルは、ＳｉＧｅベース領域を形成した後にイオン注入を行うこと、あるいは、ＳｉＧｅエピタキシャル成長中に、ＰＨ３などのドーパントガスを導入することにより容易に実現することができる。 In order to effectively improve the transistor characteristics and suppress the Kirk effect and the heterobarrier effect, the n-type impurity concentration distribution is preferably a profile that gradually increases in the depth direction. Can be easily realized by ion implantation after forming the SiGe base region, or by introducing a dopant gas such as PH3 during the SiGe epitaxial growth.
（第４の実施形態の変形例）
図１０に示したベース領域におけるＧｅ組成比のプロファイルは、図１５に示した従来のものと同じであるが、本発明の第１の実施形態〜第３の実施形態におけるＧｅ組成比のプロファイル、または炭素濃度のプロファイルを有するＳｉＧｅーＨＢＴに、第４の実施形態におけるｎ型不純物のプロファイルを適用することができる。
(Modification of the fourth embodiment)
The Ge composition ratio profile in the base region shown in FIG. 10 is the same as the conventional one shown in FIG. 15, but the Ge composition ratio profile in the first to third embodiments of the present invention, Alternatively, the n-type impurity profile in the fourth embodiment can be applied to SiGe-HBT having a carbon concentration profile.
図１１は、図２に示した第１の実施形態におけるＧｅ組成比のプロファイルに適用した例、図１２は、図５に示した第２の実施形態におけるＧｅ組成比のプロファイルに適用した例、図１３は、図９に示した第３の実施形態におけるＧｅ組成比及び炭素濃度のプロファイルに適用した例をそれぞれ示した図である。 11 is an example applied to the Ge composition ratio profile in the first embodiment shown in FIG. 2, and FIG. 12 is an example applied to the Ge composition ratio profile in the second embodiment shown in FIG. FIG. 13 is a diagram showing examples applied to the Ge composition ratio and carbon concentration profiles in the third embodiment shown in FIG. 9.
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記の実施形態では、ＳｉＧｅ−ＨＢＴについて説明したが、ＧａＡｓ等の化合物半導体を用いたＨＢＴに適用しても、同様の効果を得ることができる。また、ヘテロバリア効果は、高耐圧化を図るためにｎ−コレクタ層の不純物濃度を低減した場合に顕著になるため、本発明は、高耐圧トランジスタの特性向上に特に有効である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible. For example, although the SiGe-HBT has been described in the above embodiment, the same effect can be obtained even when applied to an HBT using a compound semiconductor such as GaAs. In addition, the heterobarrier effect becomes prominent when the impurity concentration of the n-collector layer is reduced in order to increase the breakdown voltage. Therefore, the present invention is particularly effective for improving the characteristics of the high breakdown voltage transistor.
本発明は、高電流動作時において高性能なトランジスタ特性を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタに有効ですある。 The present invention is effective for a heterojunction bipolar transistor having high-performance transistor characteristics during high-current operation.
１ Ｓｉ基板
２ ｎ＋コレクタ埋め込み層
３ ｎ−コレクタ層
４ ＳｉＧｅスペーサ層
４ａ 第１の領域
４ｂ 第２の領域、第３の領域、第４の領域（マーカー層）
５ ＳｉＧｅベース層（Ｇｅ傾斜層）
６ Ｓｉ−Ｃａｐ層
７ 絶縁膜
８ エミッタ電極
９ エミッタ拡散層
DESCRIPTION OF
5 SiGe base layer (Ge gradient layer)
6 Si-
Claims (25)
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、
前記ベース領域は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、前記第２の半導体層のバンドギャップが増加する第１の領域及び第２の領域を有し、
前記第１の領域におけるバンドギャップの増加率が、前記第２の領域におけるバンドギャップの増加率よりも小さいことを特徴とする、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 A collector region comprising a first semiconductor layer;
A base region formed of a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and having a smaller band gap than the first semiconductor layer;
An emitter region formed on the second semiconductor layer and made of a third semiconductor layer having a band gap larger than that of the second semiconductor layer;
The base region has a first region and a second region in which a band gap of the second semiconductor layer increases from the emitter region to the collector region,
A heterojunction bipolar transistor, wherein a bandgap increase rate in the first region is smaller than a bandgap increase rate in the second region.
前記第３の領域は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、前記第２の半導体層のバンドギャップが減少している、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The base region further includes a third region in contact with the emitter region,
2. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein a band gap of the second semiconductor layer is reduced in the third region from the emitter region to the collector region.
前記第２の半導体層のバンドギャップは、前記ＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成比で制御されている、請求項１〜６の何れかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The heterojunction bipolar transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein a band gap of the second semiconductor layer is controlled by a Ge composition ratio in the SiGe layer.
前記第１の領域及び前記第２の領域におけるＧｅ組成比は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい減少しており、
前記第１の領域におけるＧｅ組成比の減少率が、前記第２の領域におけるＧｅ組成比の減少率よりも小さい、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The Ge composition ratio in the first region and the second region decreases from the emitter region toward the collector region,
2. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein a decrease rate of a Ge composition ratio in the first region is smaller than a decrease rate of a Ge composition ratio in the second region.
前記コレクタ領域に接する前記第２の領域端部におけるＧｅ組成比は、２〜１０ａｔ％である、請求項６に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The heterojunction bipolar transistor according to claim 6, wherein a Ge composition ratio in an end portion of the second region in contact with the collector region is 2 to 10 at%.
前記第１の領域及び前記第２の領域におけるＧｅ組成比は一定であり、
前記第１の領域及び前記第２の領域におけるバンドギャップが、前記ＳｉＧｅ層に含まれる炭素濃度で制御されている、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The Ge composition ratio in the first region and the second region is constant,
The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein band gaps in the first region and the second region are controlled by a carbon concentration contained in the SiGe layer.
前記第１の領域における炭素濃度の増加率が、前記第２の領域における炭素濃度の増加率よりも小さい、請求項１０に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The carbon concentration in the first region and the second region increases continuously from the emitter region to the collector region,
The heterojunction bipolar transistor according to claim 10, wherein an increase rate of carbon concentration in the first region is smaller than an increase rate of carbon concentration in the second region.
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、
前記ベース領域は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、前記第２の半導体層のバンドギャップが増加する第１の領域を少なくとも有し、
前記コレクタ領域に接する前記ベース領域端部におけるバンドギャップは、前記コレクタ領域における前記第１の半導体層のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする、テロ接合バイポーラトランジスタ。 A collector region comprising a first semiconductor layer;
A base region formed of a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and having a smaller band gap than the first semiconductor layer;
An emitter region formed on the second semiconductor layer and made of a third semiconductor layer having a band gap larger than that of the second semiconductor layer;
The base region has at least a first region in which a band gap of the second semiconductor layer increases from the emitter region to the collector region,
The band gap at the end of the base region in contact with the collector region is smaller than the band gap of the first semiconductor layer in the collector region.
前記第１の領域におけるバンドギャップは、連続的に増加している、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The first region is in contact with the collector region;
The heterojunction bipolar transistor according to claim 12, wherein the band gap in the first region increases continuously.
前記第２の領域は、前記コレクタ領域に接しており、かつ、前記第２の領域のバンドギャップが一定である、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The base region further has a second region in contact with the first region on the collector region side,
The heterojunction bipolar transistor according to claim 12, wherein the second region is in contact with the collector region, and the band gap of the second region is constant.
前記第２の領域は、前記コレクタ領域に接しており、かつ、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、前記第２の領域のバンドギャップが減少している、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The base region further has a second region in contact with the first region on the collector region side,
The heterojunction bipolar according to claim 12, wherein the second region is in contact with the collector region, and the band gap of the second region is reduced from the emitter region toward the collector region. Transistor.
前記第２の領域は、前記コレクタ領域に接しており、かつ、前記第２の領域におけるバンドギャップは、前記コレクタ領域における前記第１の半導体層のバンドギャップよりも小さい、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The base region further has a second region separated from the first region on the collector region side,
The second region is in contact with the collector region, and a band gap in the second region is smaller than a band gap of the first semiconductor layer in the collector region. Heterojunction bipolar transistor.
前記第２の半導体層のバンドギャップは、前記ＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成比で制御されている、請求項１２〜１６の何れかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The heterojunction bipolar transistor according to any one of claims 12 to 16, wherein a band gap of the second semiconductor layer is controlled by a Ge composition ratio in the SiGe layer.
前記コレクタ領域に接する前記ベース領域端部におけるＧｅ組成比は、２〜１０ａｔ％である、請求項１２〜１６の何れかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The heterojunction bipolar transistor according to any one of claims 12 to 16, wherein a Ge composition ratio in an end portion of the base region in contact with the collector region is 2 to 10 at%.
前記第１の領域におけるＧｅ組成比は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい減少している、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The heterojunction bipolar transistor according to claim 12, wherein a Ge composition ratio in the first region decreases from the emitter region toward the collector region.
前記第２の領域におけるＧｅ組成比は、一定である、請求項１４に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The heterojunction bipolar transistor according to claim 14, wherein a Ge composition ratio in the second region is constant.
前記第２の領域におけるＧｅ組成比は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、連続的に増加している、請求項１５に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The heterojunction bipolar transistor according to claim 15, wherein the Ge composition ratio in the second region continuously increases from the emitter region toward the collector region.
前記第２の領域の厚みが、２〜２０ｎｍである、請求項１６に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The heterojunction bipolar transistor according to claim 16, wherein the thickness of the second region is 2 to 20 nm.
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記ベース領域は、少なくともＧｅ組成比が一定で、炭素を含有する第１の領域を有し、
前記第１の領域における炭素濃度が、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい増加していることを特徴とする、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 A collector region comprising a first semiconductor layer;
A base region formed of a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and having a smaller band gap than the first semiconductor layer;
An emitter region formed on the second semiconductor layer and made of a third semiconductor layer having a band gap larger than that of the second semiconductor layer;
The second semiconductor layer comprises a SiGe layer;
The base region has a first region containing at least a Ge composition ratio and containing carbon;
The heterojunction bipolar transistor, wherein a carbon concentration in the first region increases from the emitter region toward the collector region.
前記第２の領域は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、Ｇｅ組成比が増加している、請求項２３に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The base region further includes a second region in contact with the emitter region;
The heterojunction bipolar transistor according to claim 23, wherein the second region has a Ge composition ratio increasing from the emitter region to the collector region.
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層とを備え、
前記第１の半導体層は、第１導電型の不純物を含むコレクタ領域をなし、
前記第２の半導体層は、第２導電型の不純物を含むベース領域をなし、
前記第３の半導体層は、第１導電型の不純物を含むエミッタ領域をなし、
前記第１の半導体層に接する前記第２の半導体層の一部の領域に、第１導電型の不純物が含まれていることを特徴とする、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 A first semiconductor layer formed on a substrate;
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and having a smaller band gap than the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and having a larger band gap than the second semiconductor layer;
The first semiconductor layer forms a collector region containing a first conductivity type impurity;
The second semiconductor layer forms a base region containing an impurity of a second conductivity type,
The third semiconductor layer forms an emitter region containing an impurity of the first conductivity type,
A heterojunction bipolar transistor, wherein a region of the second semiconductor layer in contact with the first semiconductor layer contains an impurity of a first conductivity type.
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|---|---|---|---|---|
| CN101916770A (en) * | 2010-07-13 | 2010-12-15 | 清华大学 | Si-Ge-Si semiconductor structure with double graded junctions and forming method thereof |
| CN102412282A (en) * | 2011-01-13 | 2012-04-11 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Base region structure of SiGe HBT |
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