JP2000294564A - Bipolar transistor, manufacture thereof, and electronic circuit device or optical communication system using the same - Google Patents

Bipolar transistor, manufacture thereof, and electronic circuit device or optical communication system using the same

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JP2000294564A
JP2000294564A JP11098281A JP9828199A JP2000294564A JP 2000294564 A JP2000294564 A JP 2000294564A JP 11098281 A JP11098281 A JP 11098281A JP 9828199 A JP9828199 A JP 9828199A JP 2000294564 A JP2000294564 A JP 2000294564A
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germanium
crystal silicon
bipolar transistor
single crystal
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Katsuya Oda
克矢 小田
Katsuyoshi Washio
勝由 鷲尾
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable high-speed operation for a bipolar transistor by lowering the external base resistance and lessen the dispersion of base resistance, and making the capacity between a collector and a base small. SOLUTION: A single crystalline Si-Ge intrinsic base 18 and a base layer 7 are connected with each other in a self alignment manner, by thickening a low-concentration collector layer 16 in the vicinity of an external base layer. Hereby, the distance between the intrinsic base 18 and the base lead layer 7 is reduced, and junction region is increased, whereby the base resistance of the splicing section can be reduced, and the dispersion of the base resistance can be reduced. Since the low-concentration collector becomes thick in the vicinity, the capacity between the collector and the base decreases. Accordingly, a high-speed bipolar transistor can be materialized, and by using this, an electronic circuit device or a system capable of high-speed operation can be materialized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラトラン
ジスタ技術に係り、特に単結晶シリコン・ゲルマニウム
を真性ベース層として用いたバイポーラトランジスタ
と、その製造方法、および該バイポーラトランジスタを
用いた電子回路装置,光通信システムに関する。
The present invention relates to a bipolar transistor technology, and more particularly to a bipolar transistor using single crystal silicon / germanium as an intrinsic base layer, a method of manufacturing the same, an electronic circuit device using the bipolar transistor, and an optical device. The present invention relates to a communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の単結晶シリコン・ゲルマニウムを
真性ベース層として用いたバイポーラトランジスタは、
例えば米国特許 No.5,508,537(US Patent No.5,508,53
7)に記載されている。図49は、この従来例のバイポ
ーラトランジスタの断面構造を示す図であり、図50お
よび図51は、この従来例のバイポーラトランジスタの
要部である活性領域の製造工程を説明するための図であ
る。
2. Description of the Related Art A conventional bipolar transistor using single crystal silicon / germanium as an intrinsic base layer,
For example, US Patent No. 5,508,537 (US Patent No. 5,508,53
7). FIG. 49 is a diagram showing a cross-sectional structure of the conventional bipolar transistor, and FIGS. 50 and 51 are diagrams for explaining a manufacturing process of an active region which is a main part of the conventional bipolar transistor. .

【0003】従来は、図49に示すように、シリコン基
板31上に高濃度n型埋込層32を設け、該高濃度n型
埋込層32上にバイポーラトランジスタを形成してい
る。高濃度n型埋込層32上へのバイポーラトランジス
タの形成の詳細な工程を図50および図51を参照して
説明する。
Conventionally, as shown in FIG. 49, a high concentration n-type buried layer 32 is provided on a silicon substrate 31, and a bipolar transistor is formed on the high concentration n-type buried layer 32. A detailed process of forming a bipolar transistor on the high-concentration n-type buried layer 32 will be described with reference to FIGS.

【0004】まず、図50に示すように、シリコン基板
上に形成された高濃度n型埋込層32上に、コレクタ層
となる低濃度n型シリコン層33のエピタキシャル成長
を行った後、コレクタ・ベース絶縁膜34を形成する。
バイポーラトランジスタの真性領域を3層の絶縁膜4
8,49,50の島で覆った後、多結晶シリコンからな
るベース引き出し層(多結晶シリコン)35とエミッタ
・ベース分離絶縁膜36を形成し、真性領域の開口部を
形成する。次に、ベース引き出し層(多結晶シリコン)
35とエミッタ・ベース分離絶縁膜36の側壁に絶縁膜
37を形成する(以上、図50(a)参照)。
First, as shown in FIG. 50, a low-concentration n-type silicon layer 33 serving as a collector layer is epitaxially grown on a high-concentration n-type buried layer 32 formed on a silicon substrate. A base insulating film 34 is formed.
The intrinsic region of the bipolar transistor is divided into three insulating films 4
After covering with the islands of 8, 49 and 50, a base extraction layer (polycrystalline silicon) 35 made of polycrystalline silicon and an emitter / base isolation insulating film 36 are formed, and an opening of an intrinsic region is formed. Next, the base extraction layer (polycrystalline silicon)
An insulating film 37 is formed on the side wall of the emitter / base isolation insulating film 36 (see FIG. 50A).

【0005】次に、真性領域を覆った絶縁膜48を選択
的にエッチング除去して低濃度n型シリコン層33を露
出させる(図50(b)参照)。絶縁膜48の選択的エ
ッチングにより、ベース引き出し電極35のひさしの下
部は2重の絶縁膜49および50で覆われており、絶縁
膜49をエッチング除去した後も絶縁膜50によりベー
ス引き出し層(多結晶シリコン)35は露出しないた
め、選択的に低濃度n型シリコン・ゲルマニウム層39
を形成することが可能になる。低濃度n型シリコン・ゲ
ルマニウム層39を選択的に形成した後、絶縁膜50を
エッチング除去することにより、ベース引き出し層35
の底面が露出させる(図50(c)参照)。
Next, the insulating film 48 covering the intrinsic region is selectively removed by etching to expose the low-concentration n-type silicon layer 33 (see FIG. 50B). Due to the selective etching of the insulating film 48, the lower part of the eaves of the base lead electrode 35 is covered with the double insulating films 49 and 50. Even after the insulating film 49 is removed by etching, the base lead layer (multiple) is formed by the insulating film 50. Since the (crystalline silicon) 35 is not exposed, the low-concentration n-type silicon / germanium layer 39 is selectively formed.
Can be formed. After selectively forming the low-concentration n-type silicon-germanium layer 39, the insulating film 50 is removed by etching, so that the base extraction layer 35 is formed.
Is exposed (see FIG. 50 (c)).

【0006】次に、図51に示すように、p型単結晶シ
リコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層40とp型
多結晶シリコン・ゲルマニウムからなる外部ベース層4
1をそれぞれ低濃度n型シリコン層33上およびベース
引き出し層35上に選択的に形成する(図51(a)参
照)。次に、側壁の絶縁膜37を絶縁膜42で覆った
後、リンが高濃度にドープされたn型多結晶シリコン層
43を開口部に堆積、アニールを行ってリンを真性ベー
ス層40へ拡散させることによりエミッタ層45を形成
する(図51(b)参照)。最後に、図49に示すよう
に、ベース引き出し層35上、n型多結晶シリコン層
(エミッタ引き出し層)43上などに必要な電極47を
設けてバイポーラトランジスタを完成する。従来の単結
晶シリコン・ゲルマニウムを真性ベース層として用いた
バイポーラトランジスタは以上のようにして製造され
る。
Next, as shown in FIG. 51, an intrinsic base layer 40 made of p-type single crystal silicon / germanium and an external base layer 4 made of p-type polycrystalline silicon / germanium
1 are selectively formed on the low-concentration n-type silicon layer 33 and the base extraction layer 35, respectively (see FIG. 51A). Next, after covering the insulating film 37 on the side wall with the insulating film 42, an n-type polycrystalline silicon layer 43 doped with phosphorus at a high concentration is deposited in the opening, and annealing is performed to diffuse phosphorus into the intrinsic base layer 40. This forms an emitter layer 45 (see FIG. 51B). Finally, as shown in FIG. 49, necessary electrodes 47 are provided on the base extraction layer 35, the n-type polycrystalline silicon layer (emitter extraction layer) 43, and the like to complete the bipolar transistor. A conventional bipolar transistor using single crystal silicon / germanium as an intrinsic base layer is manufactured as described above.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述した如き、単結晶
シリコン・ゲルマニウムを真性ベース層に用いた従来の
バイポーラトランジスタにおいては次のような問題点が
ある。まず第1に、ベース引き出し層35のせりだしの
下部に形成される多結晶シリコン・ゲルマニウム層(外
部ベース層)41の表面の凹凸により、単結晶シリコン
・ゲルマニウムの真性ベース層40と接触したときの界
面に隙間ができる。このような隙間が形成されると、そ
の隙間には反応ガスが供給されないために、その後エピ
タキシャル成長をいくら続けても隙間が埋まることはな
い。その結果真性ベース層40とベース引き出し層35
の接続が不完全になり、ベース抵抗が増加するという問
題がある。
As described above, the conventional bipolar transistor using single crystal silicon / germanium for the intrinsic base layer has the following problems. First, when the surface of the polycrystalline silicon-germanium layer (external base layer) 41 formed under the protrusion of the base extraction layer 35 contacts the intrinsic base layer 40 of single-crystal silicon-germanium. There is a gap at the interface. When such a gap is formed, no reactive gas is supplied to the gap, so that the gap is not filled even if epitaxial growth is continued thereafter. As a result, the intrinsic base layer 40 and the base extraction layer 35
Connection becomes incomplete and the base resistance increases.

【0008】第2に、多結晶シリコン・ゲルマニウム層
(外部ベース層)41の凹凸が一様でないために、トラ
ンジスタ間でのベース抵抗のばらつきが大きくなるとい
う問題がある。第3に、真性ベース層40の形成前に行
う島状絶縁膜のエッチングに伴うコレクタ・ベース分離
絶縁膜34のサイドエッチングにより真性ベース層40
と外部ベース層41の対向面積が大きくなり、コレクタ
・ベース間容量が増加するため、回路の高速動作が抑制
されるという問題がある。
Second, since the irregularities of the polycrystalline silicon-germanium layer (external base layer) 41 are not uniform, there is a problem that variation in base resistance among transistors becomes large. Third, the intrinsic base layer 40 is formed by the side etching of the collector / base isolation insulating film 34 accompanying the etching of the island-shaped insulating film before the formation of the intrinsic base layer 40.
Therefore, there is a problem that the high-speed operation of the circuit is suppressed because the facing area between the external base layer 41 and the external base layer 41 increases and the capacitance between the collector and the base increases.

【0009】第4に、p型不純物が高濃度にドープされ
た外部ベース層41と低濃度n型シリコン・ゲルマニウ
ム層39が直接接触することから、外部ベース層41内
のp型不純物が低濃度n型シリコン・ゲルマニウム層3
9に拡散し外部ベース層が形成され、コレクタ・ベース
接合面積および接合における不純物濃度が増大するた
め、コレクタ・ベース間容量が増大するという問題があ
る。第5に、外部ベース層41と低濃度n型シリコン・
ゲルマニウム層39が直接接触することから、絶縁膜3
4との境界で発生した結晶欠陥によりコレクタ・ベース
間耐圧が低下し、回路の特性を悪化させるという問題が
ある。
Fourth, since the low concentration n-type silicon / germanium layer 39 is in direct contact with the external base layer 41 in which the p-type impurity is heavily doped, the p-type impurity in the external base layer 41 has a low concentration. n-type silicon / germanium layer 3
9, an external base layer is formed, and the collector-base junction area and the impurity concentration at the junction increase, so that there is a problem that the collector-base capacitance increases. Fifth, the external base layer 41 and the low-concentration n-type silicon
Since the germanium layer 39 is in direct contact, the insulating film 3
There is a problem that the collector-base breakdown voltage is reduced due to crystal defects generated at the boundary with No. 4 and circuit characteristics are deteriorated.

【0010】そこで、本発明の目的は、単結晶シリコン
・ゲルマニウム層を真性ベース層として用いたバイポー
ラトランジスタにおいて、外部ベース抵抗が低く、ベー
ス抵抗のばらつきが少なく、かつコレクタ・ベース間の
容量が小さい高速動作が可能なバイポーラトランジス
タ,その製造方法,該バイポーラトランジスタを用いた
電子回路装置および光通信システムを提供することにあ
る。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a bipolar transistor using a single crystal silicon-germanium layer as an intrinsic base layer, which has a low external base resistance, a small variation in base resistance, and a small capacitance between the collector and the base. An object of the present invention is to provide a bipolar transistor capable of high-speed operation, a method for manufacturing the same, an electronic circuit device using the bipolar transistor, and an optical communication system.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係るバイポーラ
トランジスタは、第1導電型単結晶シリコン層(例えば
図1で言えば第1のコレクタ領域となる低濃度n型コレ
クタ層)3と、該第1導電型単結晶シリコン層表面上に
設けられた開口部を有する第1の絶縁膜すなわちコレク
タ・ベース分離絶縁膜4と第2の絶縁膜すなわち第2の
コレクタ・ベース分離絶縁膜5と前記第1導電型と反対
導電型の第2導電型多結晶層すなわちp型多結晶シリコ
ンからなるベース引き出し層7と第3の絶縁層すなわち
エミッタ・ベース分離絶縁膜9とからなる多層膜と、前
記開口部内に設けられた第1導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層すなわち単結晶シリコン・ゲルマニウムか
らなる低濃度n型コレクタ層16と、該第1導電型単結
晶シリコン・ゲルマニウム層上に設けられた第2導電型
単結晶シリコン・ゲルマニウム層すなわち単結晶シリコ
ン・ゲルマニウムからなるp型真性ベース層18と、該
第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と前記第2
の絶縁膜5と前記第2導電型多結晶層7とのいずれとも
接して設けられた第2導電型多結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層すなわち多結晶シリコン・ゲルマニウムからなる
p型外部ベース層17と、を少なくとも有し、前記第1
導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層16の膜厚が前
記開口部の中心よりも周辺部の方が大きいことを特徴と
するものである。
A bipolar transistor according to the present invention comprises a single-crystal silicon layer of a first conductivity type (for example, a low-concentration n-type collector layer serving as a first collector region in FIG. 1); A first insulating film having an opening provided on the surface of the first conductivity type single crystal silicon layer, that is, a collector / base separation insulating film 4 and a second insulating film, that is, a second collector / base separation insulating film 5; A second conductive type polycrystalline layer having a conductivity type opposite to the first conductive type, that is, a base film 7 made of p-type polycrystalline silicon and a third insulating layer, that is, a multilayer film made of an emitter-base isolation insulating film 9; A first-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer provided in the opening, that is, a low-concentration n-type collector layer 16 made of single-crystal silicon-germanium; A p-type intrinsic base layer 18 of a second conductivity type single crystal silicon-germanium layer or a single crystal silicon-germanium provided on iodonium layer, wherein the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer second
A second conductivity type polycrystalline silicon-germanium layer provided in contact with both the insulating film 5 and the second conductivity type polycrystalline layer 7, that is, a p-type external base layer 17 made of polycrystalline silicon-germanium. Have at least the first
The thickness of the conductive type single crystal silicon / germanium layer 16 is larger at the periphery than at the center of the opening.

【0012】前記バイポーラトランジスタにおいて、第
2導電型ベース引き出し層は、多結晶シリコン層または
多結晶シリコン・ゲルマニウム層とすればよい。また、
前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる
低濃度コレクタ層の最も厚い部分の厚さ、すなわち図1
で言えば、低濃度n型コレクタ層16の周辺の最も厚い
部分の膜厚を少なくとも5nm以上にすることを特徴と
している。
In the bipolar transistor, the second conductive type base extraction layer may be a polycrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon / germanium layer. Also,
The thickness of the thickest portion of the low concentration collector layer made of the first conductivity type single crystal silicon / germanium, ie, FIG.
In other words, the thickness of the thickest portion around the low-concentration n-type collector layer 16 is at least 5 nm or more.

【0013】前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層上に設けられ、かつ第2導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層よりも不純物濃度の低い第2の第2導電
型単結晶層を更に設ければ、すなわち図12に示すよう
に真性ベース層18とベース引き出し層7とが外部ベー
ス層17によって接合した構造に単結晶からなる低濃度
のキャップ層25を更に設けることを特徴としている。
この場合、前記第2の第2導電型単結晶層は、単結晶シ
リコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層とすれ
ばよい。
The second conductivity type single crystal silicon is provided on the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer.
If a second second conductivity type single crystal layer having an impurity concentration lower than that of the germanium layer is further provided, that is, a structure in which the intrinsic base layer 18 and the base extraction layer 7 are joined by the external base layer 17 as shown in FIG. Is further provided with a low-concentration cap layer 25 made of a single crystal.
In this case, the second second conductivity type single crystal layer may be a single crystal silicon layer or a single crystal silicon / germanium layer.

【0014】また、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層上に設けられた第2の第1導電型単結晶
層、すなわち図15に示すように、真性ベース層18上
にエピタキシャル成長を用いて形成されたエミッタ層と
なる単結晶層27を更に設けることを特徴としている。
この場合、前記第2の第1導電型単結晶層は、単結晶シ
リコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層とすれ
ばよい。
Further, a second first conductivity type single crystal layer provided on the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer, that is, as shown in FIG. 15, is formed on the intrinsic base layer 18 by epitaxial growth. It is characterized in that a single-crystal layer 27 serving as the formed emitter layer is further provided.
In this case, the second first conductivity type single crystal layer may be a single crystal silicon layer or a single crystal silicon / germanium layer.

【0015】前記いずれかのバイポーラトランジスタに
おいて、前記第2の絶縁膜、すなわち図1で言えば、第
2のコレクタ・ベース分離絶縁膜5がシリコン窒化膜で
あること、または、前記第3の絶縁膜、すなわち図1で
言えば、エミッタ・ベース分離絶縁膜9がシリコン酸化
膜であることを特徴としている。
In any one of the bipolar transistors, the second insulating film, that is, the second collector / base isolation insulating film 5 in FIG. 1 is a silicon nitride film, or the third insulating film The film, that is, the emitter-base isolation insulating film 9 in FIG. 1 is a silicon oxide film.

【0016】前記いずれかのバイポーラトランジスタに
おいて、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電型単結晶
シリコン層側から表面に向かうに従い減少するプロファ
イル、すなわち図16および図18に示すように、ベー
ス中のゲルマニウム組成比がコレクタ側からエミッタ側
に向かって減少するプロファイルを有することを特徴と
している。
In any of the above bipolar transistors, the profile in which the composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer decreases from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface, ie, As shown in FIG. 16 and FIG. 18, a characteristic is that the germanium composition ratio in the base has a profile that decreases from the collector side to the emitter side.

【0017】或いは、前記第1導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1
導電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い増加
し、表面側でゲルマニウム組成比が一定となるプロファ
イル、すなわち図20に示すように、低濃度コレクタ層
中のゲルマニウム組成比がコレクタ側からエミッタ側に
向かって増加し、低濃度コレクタ層中のベース側でゲル
マニウム組成比が一定となるプロファイルとしてもよ
い。
Alternatively, the first conductivity type single crystal silicon
The composition ratio of germanium in the germanium layer is the first ratio.
A profile in which the composition ratio increases from the conductivity type single crystal silicon layer side to the surface and the germanium composition ratio becomes constant on the surface side, that is, as shown in FIG. 20, the germanium composition ratio in the low concentration collector layer changes from the collector side to the emitter side. , And the profile may be such that the germanium composition ratio is constant on the base side in the low concentration collector layer.

【0018】或いは、前記第1導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1
導電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い増加
するプロファイル、すなわち図22に示すように、低濃
度コレクタ層中のゲルマニウム組成比がコレクタ側から
エミッタ側に向かって増加するプロファイルを有するこ
とを特徴としている。
Alternatively, the first conductivity type single crystal silicon
The composition ratio of germanium in the germanium layer is the first ratio.
It has a profile that increases from the conductivity type single crystal silicon layer side to the surface, that is, a profile in which the germanium composition ratio in the low concentration collector layer increases from the collector side to the emitter side as shown in FIG. And

【0019】また、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層および前記第1導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が前記第1導電
型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、
前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム中の傾き
よりも前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層
中の傾きがが小さい、すなわち図24に示すように真性
ベース中のゲルマニウム組成比プロファイルの傾きより
も低濃度n型コレクタ層中のゲルマニウム組成比プロフ
ァイルの傾きが小さくなるようにしてもよい。
Further, as the composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer increases from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface. Decreased,
The inclination in the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer is smaller than the inclination in the second conductivity type single crystal silicon-germanium, that is, the inclination of the germanium composition ratio profile in the intrinsic base as shown in FIG. The inclination of the germanium composition ratio profile in the low-concentration n-type collector layer may be made smaller.

【0020】或いは、前記第2導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層および前記第1導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が前記第1導
電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少
し、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム中の
ゲルマニウム組成比の傾きよりも前記第1導電型単結晶
シリコン・ゲルマニウム層中の傾きが小さく、さらに前
記第1導電型単結晶シリコン内で該第1導電型単結晶シ
リコン側から表面に向かうに従ってゲルマニウム組成比
が増加する領域を有するプロファイル、すなわち図26
に示すように、真性ベース中でのゲルマニウム組成比は
コレクタ側からエミッタ側に向かって減少し、低濃度n
型コレクタ層中でのゲルマニウム組成比がコレクタ側か
らエミッタ側にかけて初めは増加して途中から減少する
プロファイルとすることもできる。
Alternatively, the second conductivity type single crystal silicon
A germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon;
The composition ratio of germanium in the germanium layer decreases from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface, and the first conductivity type monocrystalline silicon / germanium has a first conductivity type lower than the inclination of the germanium composition ratio. Profile in which the inclination in the single-crystal silicon-germanium layer is small, and further, a region in which the germanium composition ratio increases from the first-conductivity-type single-crystal silicon side toward the surface in the first-conductivity-type single-crystal silicon, that is, FIG.
As shown in the figure, the germanium composition ratio in the intrinsic base decreases from the collector side to the emitter side, and the low concentration n
A profile in which the germanium composition ratio in the mold collector layer initially increases from the collector side to the emitter side and decreases in the middle.

【0021】本発明に係るバイポーラトランジスタの製
造方法は、第1導電型単結晶シリコン層表面上に第1の
絶縁膜と第2の絶縁膜と前記第1導電型と反対導電型の
第2導電型多結晶層と第3の絶縁層とからなる多層膜を
形成し、その多層膜に開口部を設けるステップと、前記
開口部に第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を
設けるステップと、該第1導電型単結晶シリコン・ゲル
マニウム層上に第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層を設けるステップと、第2導電型多結晶シリコン・
ゲルマニウム層を、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層と第2導電型多結晶層とのいずれとも接し
て設けるステップとを有するバイポーラトランジスタの
製造方法であって、前記第1導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層の膜厚を、前記開口部の中心よりも周辺部
の方を厚くするとともに、前記第2導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層を設けるステップが、エピタキシャ
ル成長によって形成する工程であって、前記エピタキシ
ャル成長を、成長時の温度が500℃〜800℃で、か
つ、成長時の圧力が100Pa(パスカル)を越えない
条件で行うことを特徴としている。
According to the method of manufacturing a bipolar transistor of the present invention, a first insulating film, a second insulating film, and a second conductive film having a conductivity type opposite to the first conductivity type are formed on a surface of a single conductivity type single crystal silicon layer. Forming a multilayer film comprising a polycrystalline layer and a third insulating layer, providing an opening in the multilayer film, and providing a first conductivity type single crystal silicon / germanium layer in the opening; Providing a second-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer on the first-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer;
Providing a germanium layer in contact with any of the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer and the second conductivity type polycrystalline layer, wherein the first conductivity type single crystal The step of increasing the thickness of the silicon-germanium layer in the peripheral portion than the center of the opening and providing the second conductivity type single-crystal silicon-germanium layer is a step of forming by epitaxial growth, The method is characterized in that the epitaxial growth is performed under the condition that the temperature during the growth is 500 ° C. to 800 ° C. and the pressure during the growth does not exceed 100 Pa (Pascal).

【0022】また、本発明の電子回路装置または光通信
装置は、上記のいすれかの構成を有するバイポーラトラ
ンジスタを用いたものであることを特徴としている。さ
らに、本発明に係る光通信システムは、光信号を受け電
気信号を出力する受光素子と、該受光素子からの電気信
号を受ける第1の増幅回路と、該第1の増幅回路の出力
を受ける第2の増幅回路と、所定のクロック信号に同期
して前記第2の増幅回路の出力をディジタル信号に変換
する識別器とを有する光受信システムであって、前記第
1の増幅回路は、前記受光素子にそのベースが接続され
た第1のバイポーラトランジスタと、該第1のバイポー
ラトランジスタのコレクタにベースが接続されるととも
にコレクタが前記第2の増幅回路の入力に接続された第
2のバイポーラトランジスタとを有し、前記第1または
第2のバイポーラトランジスタの少なくとも一つが前述
したいずれかに記載のバイポーラトランジスタにより構
成されたことを特徴としている。さらにその場合、第1
および第2のバイポーラトランジスタが単一の半導体チ
ップ上に形成されるとともに、該半導体チップと前記受
光素子とが単一の基板上に実装されることを特徴として
いる。
Further, an electronic circuit device or an optical communication device according to the present invention is characterized by using a bipolar transistor having any one of the above structures. Further, an optical communication system according to the present invention includes a light receiving element that receives an optical signal and outputs an electric signal, a first amplifier circuit that receives the electric signal from the light receiving element, and receives an output of the first amplifier circuit. An optical receiving system including a second amplifier circuit and a discriminator that converts an output of the second amplifier circuit into a digital signal in synchronization with a predetermined clock signal, wherein the first amplifier circuit includes: A first bipolar transistor having a base connected to a light receiving element, and a second bipolar transistor having a base connected to the collector of the first bipolar transistor and having a collector connected to an input of the second amplifier circuit And at least one of the first and second bipolar transistors is constituted by the bipolar transistor according to any of the above. It is a symptom. In that case, the first
And the second bipolar transistor is formed on a single semiconductor chip, and the semiconductor chip and the light receiving element are mounted on a single substrate.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明においてその基本となるバ
イポーラトランジスタの好適な実施の形態は、シリコン
基板上の第1のコレクタ領域に形成された第1の絶縁膜
の開口部内のみに、周辺部の膜厚が中心部の膜厚よりも
大きい低濃度の単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる
第2のコレクタ層が設けられていて、しかも多結晶シリ
コンからなるベース引き出し層と、前記第2のコレクタ
層上に設けられ、かつ、単結晶シリコン・ゲルマニウム
からなる真性ベース領域とが、多結晶シリコン・ゲルマ
ニウムからなる外部ベース層を介して接触する構造を有
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a preferred embodiment of the bipolar transistor according to the present invention, a peripheral portion is formed only in an opening of a first insulating film formed in a first collector region on a silicon substrate. A second collector layer made of low-concentration single-crystal silicon / germanium having a thickness larger than that of the central portion, and a base extraction layer made of polycrystalline silicon; and a second collector layer. It has a structure provided above and in contact with an intrinsic base region made of single crystal silicon / germanium via an external base layer made of polycrystalline silicon / germanium.

【0024】このように単結晶シリコン・ゲルマニウム
層からなる真性ベースと第1のコレクタ層の間に周辺部
のみ膜厚が大きい低濃度コレクタ層を設けたことによ
り、真性ベースとベース引き出し層の距離が近づくた
め、真性ベースの形成初期から真性ベースとベース引き
出し層がつながる構造となり、更に真性ベースと外部ベ
ースの接触面積が増加するため、つなぎ部分のベース抵
抗のばらつきを低減するとともに、ベース抵抗を低減す
ることができる。
By providing the low-concentration collector layer having a large thickness only in the peripheral portion between the intrinsic base made of a single-crystal silicon-germanium layer and the first collector layer, the distance between the intrinsic base and the base extraction layer is increased. As the intrinsic base approaches, the intrinsic base and the base extraction layer are connected from the initial stage of the formation of the intrinsic base, and the contact area between the intrinsic base and the external base is increased, so that the variation of the base resistance at the joint portion is reduced and the base resistance is reduced. Can be reduced.

【0025】しかも、低濃度コレクタ層の周辺部での膜
厚が増えることから、コレクタ・ベース間容量が低減で
きる。また、真性ベースと外部ベースの接触面積が増加
することから、ベース引き出し層のせりだしの長さを短
縮しても、真性ベースと外部ベースが接触抵抗を増加さ
せることなく接続できるため、コレクタ・ベース間容量
を低減することができる。しかもエミッタ・ベースを自
己整合的に形成するため、エミッタ・ベース間容量が低
減できる。従って、本発明に係るバイポーラトランジス
タは、高速動作が可能となる。
In addition, since the thickness at the periphery of the low concentration collector layer increases, the capacitance between the collector and the base can be reduced. In addition, since the contact area between the intrinsic base and the external base increases, the intrinsic base and the external base can be connected without increasing the contact resistance even if the length of the extension of the base extraction layer is shortened. The capacity between bases can be reduced. In addition, since the emitter and the base are formed in a self-aligned manner, the capacitance between the emitter and the base can be reduced. Therefore, the bipolar transistor according to the present invention can operate at high speed.

【0026】また、本発明に係るバイポーラトランジス
タの製造方法の好適な実施の形態は、上記バイポーラト
ランジスタを構成する真性ベース層および低濃度キャッ
プ層の単結晶シリコン・ゲルマニウムをエピタキシャル
成長によって形成するときの温度が500℃以上800
℃以下で、かつ、形成するときの圧力が100Paを越
えないことを特徴とする。
In a preferred embodiment of the method for manufacturing a bipolar transistor according to the present invention, the temperature at which single crystal silicon / germanium of the intrinsic base layer and the low-concentration cap layer constituting the bipolar transistor are formed by epitaxial growth. Is 500 ° C or more and 800
C. or lower and the pressure at the time of formation does not exceed 100 Pa.

【0027】このような条件でエピタキシャル成長を行
うことにより、単結晶シリコン上に単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムを成長した場合、ゲルマニウムの組成比と成
長膜厚によっては単結晶シリコンまたは単結晶シリコン
・ゲルマニウム上には単結晶シリコン・ゲルマニウム層
が堆積するが、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜上
には多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積しないように
することができる。このため、低濃度コレクタ層を形成
する際に、コレクタ・ベース分離酸化膜、およびエミッ
タ・ベース分離絶縁膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウ
ムは堆積せずに、第1のコレクタ層上のみに低濃度単結
晶シリコン・ゲルマニウムを形成することができ、真性
ベースの成長初期段階から、真性ベースとベース引き出
し層との距離が近づいた状態とすることができる。
When single crystal silicon / germanium is grown on single crystal silicon by performing epitaxial growth under such conditions, depending on the composition ratio of germanium and the grown film thickness, single crystal silicon or single crystal silicon / germanium may be formed. Deposits a single-crystal silicon-germanium layer, but prevents polycrystalline silicon-germanium from depositing on the silicon oxide film and the silicon nitride film. Therefore, when forming the low-concentration collector layer, polycrystalline silicon-germanium is not deposited on the collector-base isolation oxide film and the emitter-base isolation insulating film, but only on the first collector layer. Single crystal silicon / germanium can be formed, and the distance between the intrinsic base and the base extraction layer can be reduced from the initial stage of growth of the intrinsic base.

【0028】各種電子回路装置や光通信システムに使用
されているバイポーラトランジスタを上述した如きバイ
ポーラトランジスタに置き換えることにより、高速動作
が可能な電子回路装置や光通信システムが実現できる。
By replacing the bipolar transistors used in various electronic circuit devices and optical communication systems with the bipolar transistors as described above, electronic circuit devices and optical communication systems capable of high-speed operation can be realized.

【0029】また、本発明に係る光通信システムの好適
な実施の形態は、光信号を受け電気信号を出力する受光
素子と、受光素子からの電気信号を受ける第1の増幅回
路と、第1の増幅回路の出力を受ける第2の増幅回路
と、所定のクロック信号に同期して前記第2の増幅回路
の出力をディジタル信号に変換する識別器とを有する光
受信システムであって、第1の増幅回路は、受光素子に
そのベースが接続された第1のバイポーラトランジスタ
と、第1のバイポーラトランジスタのコレクタにベース
が接続されるとともにコレクタが第2の増幅回路の入力
に接続された第2のバイポーラトランジスタとを有し、
第1または第2のバイポーラトランジスタの少なくとも
一つが前述したいずれかに記載のバイポーラトランジス
タにより構成される。これにより、高速な光受信システ
ムを実現することができる。
In a preferred embodiment of the optical communication system according to the present invention, a light receiving element for receiving an optical signal and outputting an electric signal, a first amplifier circuit for receiving an electric signal from the light receiving element, An optical receiving system comprising: a second amplifier circuit receiving an output of the amplifier circuit of (1); and a discriminator for converting an output of the second amplifier circuit into a digital signal in synchronization with a predetermined clock signal. Is a first bipolar transistor whose base is connected to the light receiving element, and a second bipolar transistor whose base is connected to the collector of the first bipolar transistor and whose collector is connected to the input of the second amplifier circuit. And a bipolar transistor of
At least one of the first and second bipolar transistors is constituted by any of the bipolar transistors described above. Thereby, a high-speed optical receiving system can be realized.

【0030】<実施例1>次に、本発明に係るバイポー
ラトランジスタおよびその製造方法、ならびに該バイポ
ーラトランジスタを用いた回路装置・システムの例であ
る光通信システムの具体的な実施例を、添付図面を参照
しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係るバイポ
ーラトランジスタの第1の実施例の断面構造図である。
以下、図1に示す構造を有するバイポーラトランジスタ
の製造工程の概略を説明する。
<Embodiment 1> Next, a specific example of an optical communication system which is an example of a bipolar transistor according to the present invention, a method of manufacturing the same, and a circuit device / system using the bipolar transistor will be described with reference to the accompanying drawings. This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional structural view of a first embodiment of a bipolar transistor according to the present invention.
Hereinafter, an outline of a manufacturing process of the bipolar transistor having the structure shown in FIG. 1 will be described.

【0031】まず、エミッタおよびコレクタ領域に高濃
度n型埋め込み層2を形成したp型シリコン基板1の全
面に低濃度n型コレクタ層3をエピタキシャル成長す
る。次いで、シリコン酸化膜からなる第1のコレクタ・
ベース分離絶縁膜4、シリコン窒化膜からなる第2のコ
レクタ・ベース分離絶縁膜5を堆積し、コレクタ部分に
開口部を形成する。
First, a low-concentration n-type collector layer 3 is epitaxially grown on the entire surface of a p-type silicon substrate 1 having a high-concentration n-type buried layer 2 formed in the emitter and collector regions. Next, a first collector comprising a silicon oxide film is formed.
A base isolation insulating film 4 and a second collector / base isolation insulating film 5 made of a silicon nitride film are deposited, and an opening is formed in the collector portion.

【0032】次に、多結晶シリコンからなるコレクタ引
き出し層8、エミッタの開口部周辺に多結晶シリコンか
らなるベース引き出し層7、シリコン酸化膜からなるエ
ミッタ・ベース分離絶縁膜9を形成した後、コレクタ部
分を開口して、この開口部にn型のドーパントであるリ
ンをイオン打ち込みによって注入し、高濃度n型コレク
タ引き出し層6を形成する。
Next, a collector lead layer 8 made of polycrystalline silicon, a base lead layer 7 made of polycrystalline silicon around the opening of the emitter, and an emitter / base separation insulating film 9 made of a silicon oxide film are formed. A portion is opened, and phosphorus as an n-type dopant is implanted into the opening by ion implantation to form a high-concentration n-type collector lead layer 6.

【0033】次いで、第1のコレクタ・ベース分離絶縁
膜4、第2のコレクタ・ベース分離絶縁膜5、ベース引
き出し層7、エミッタ・ベース分離絶縁膜9の開口部を
形成する。このようにして形成した開口部に単結晶シリ
コン・ゲルマニウムからなる低濃度n型コレクタ層1
6、単結晶シリコン・ゲルマニウムからなるp型真性ベ
ース層18、多結晶シリコン・ゲルマニウムからなるp
型外部ベース層17を形成する。
Next, openings of the first collector / base isolation insulating film 4, the second collector / base isolation insulating film 5, the base lead layer 7, and the emitter / base isolation insulating film 9 are formed. The low-concentration n-type collector layer 1 made of single-crystal silicon / germanium is formed in the opening thus formed.
6. p-type intrinsic base layer 18 made of single-crystal silicon / germanium; p-type intrinsic base layer 18 made of polycrystalline silicon / germanium
The mold external base layer 17 is formed.

【0034】次に、エミッタ・ベース分離絶縁膜19、
20で外部ベース17を覆った後、高濃度n型多結晶シ
リコンからなるエミッタ引き出し層21を堆積し、アニ
ールを行うことによって不純物を単結晶シリコン・ゲル
マニウム層内に拡散しエミッタ領域22を形成する(バ
イポーラトランジスタの活性領域の詳細な製造工程は、
図4〜図6を用いて後述)。次に、その上に絶縁膜23
を堆積した後、絶縁膜のエミッタ、ベースおよびコレク
タ部分に開口部を形成し、最後にエミッタ、ベースおよ
びコレクタの各開口部に電極24を形成する。なお、上
記バイポーラトランジスタにおいて、ベース引き出し層
7に多結晶シリコン・ゲルマニウムを用いてもよい。以
下の実施例でも、これらの層に関しては同様である。
Next, the emitter / base isolation insulating film 19,
After covering the external base 17 with 20, an emitter extraction layer 21 made of high-concentration n-type polycrystalline silicon is deposited, and an impurity is diffused into the single-crystal silicon-germanium layer by annealing, thereby forming an emitter region 22. (Detailed manufacturing process of the active region of the bipolar transistor
This will be described later with reference to FIGS. Next, an insulating film 23 is formed thereon.
Then, openings are formed in the emitter, base, and collector portions of the insulating film, and finally, electrodes 24 are formed in the emitter, base, and collector openings. In the bipolar transistor, polycrystalline silicon / germanium may be used for the base extraction layer 7. The same applies to these layers in the following examples.

【0035】ここで、上記のように形成した本実施例の
バイポーラトランジスタのゲルマニウム組成比および不
純物プロファイルを図2に、エネルギーバンド構造を図
3にそれぞれ示す。図2(a)から分かるように、ゲル
マニウムはベース層だけでなくコレクタ領域にも含まれ
ている。その結果、図3に示すように、シリコンとシリ
コン・ゲルマニウムのバンドギャップの違いによるエネ
ルギー障壁はコレクタ・ベース間の空乏層中に含まれる
ことになり、エミッタから注入されたキャリアは、障壁
の影響を受けることなくコレクタへ達することができ
る。
FIG. 2 shows the germanium composition ratio and the impurity profile of the bipolar transistor of this embodiment formed as described above, and FIG. 3 shows the energy band structure. As can be seen from FIG. 2A, germanium is contained not only in the base layer but also in the collector region. As a result, as shown in FIG. 3, the energy barrier due to the difference in the band gap between silicon and silicon germanium is included in the depletion layer between the collector and the base, and the carriers injected from the emitter are affected by the barrier. You can reach the collector without receiving it.

【0036】尚、図2(b)において、エミッタ領域は
リン(P)の不純物濃度、ベース領域はボロン(B)の
不純物濃度、低濃度n型コレクタ領域にはリン(P)の
不純物濃度、高濃度n型埋込層には砒素(As)の不純
物濃度をそれぞれ示している。不純物プロファイルの図
については以下も同様である。
In FIG. 2B, the emitter region has an impurity concentration of phosphorus (P), the base region has an impurity concentration of boron (B), and the low-concentration n-type collector region has an impurity concentration of phosphorus (P). The high-concentration n-type buried layer shows the impurity concentration of arsenic (As). The same applies to the diagram of the impurity profile below.

【0037】図4,図5および図6は、本実施例のバイ
ポーラトランジスタの要部である活性領域の製造工程を
説明するための詳細図である。まず、図4(a)に示す
ように、高濃度n型埋め込み層2上に単結晶シリコンか
らなる低濃度n型コレクタ層3をエピタキシャル成長に
より形成する。次に、シリコン酸化膜からなる第1のコ
レクタ・ベース分離絶縁膜4と、シリコン窒化膜からな
る第2のコレクタ・ベース分離絶縁膜5と、多結晶シリ
コン(または、多結晶シリコン・ゲルマニウム)からな
るベース引き出し層7と、シリコン酸化膜からなる第1
のエミッタ・ベース分離絶縁膜9およびシリコン窒化膜
からなる第2のエミッタ・ベース分離絶縁膜10を形成
する。
FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 are detailed views for explaining a manufacturing process of an active region which is a main part of the bipolar transistor of this embodiment. First, as shown in FIG. 4A, a low-concentration n-type collector layer 3 made of single-crystal silicon is formed on the high-concentration n-type buried layer 2 by epitaxial growth. Next, a first collector / base isolation insulating film 4 made of a silicon oxide film, a second collector / base isolation insulating film 5 made of a silicon nitride film, and polycrystalline silicon (or polycrystalline silicon / germanium) are formed. Base extraction layer 7 and first silicon oxide film
Is formed, and a second emitter-base isolation insulating film 10 made of a silicon nitride film is formed.

【0038】次に、図4(b)に示すように、異方性エ
ッチングによりエミッタ・ベース分離絶縁膜9、10、
ベース引き出し層7およびコレクタ・ベース分離絶縁膜
5の開口部を形成し、この開口部の側壁にシリコン窒化
膜からなる絶縁膜11とシリコン酸化膜からなる絶縁膜
12を形成した後、リンをイオン打ち込みすることによ
り開口部の領域のみに第2の低濃度コレクタ領域13を
形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the emitter / base isolation insulating films 9, 10 and 10 are anisotropically etched.
Openings are formed in the base extraction layer 7 and the collector / base isolation insulating film 5, and an insulating film 11 made of a silicon nitride film and an insulating film 12 made of a silicon oxide film are formed on side walls of the opening. By implanting, the second low concentration collector region 13 is formed only in the region of the opening.

【0039】次に、図4(c)に示すように、開口部に
シリコン窒化膜を堆積し異方性エッチングすることによ
り、開口部の内部のみにシリコン窒化膜14を形成す
る。なお、ここで、シリコン窒化膜14の形成には、シ
リコン窒化膜の堆積と化学機械研磨法を用いてもよい。
以下の実施例でも、これらの部分に関しては同様であ
る。
Next, as shown in FIG. 4C, a silicon nitride film is deposited only in the opening by depositing a silicon nitride film in the opening and performing anisotropic etching. Here, the silicon nitride film 14 may be formed by using a silicon nitride film deposition and a chemical mechanical polishing method.
The same applies to these portions in the following embodiments.

【0040】次に、シリコン酸化膜12を表面より等方
性エッチングにより除去して、開口部15を形成し、さ
らに引き続いて、シリコン酸化膜からなるコレクタ・ベ
ース分離絶縁膜4を部分的にエッチング除去することに
より、図5(a)に示すように、開口部の周辺のみにお
いて低濃度n型コレクタ層3の表面を露出させる。
Next, the silicon oxide film 12 is removed from the surface by isotropic etching to form an opening 15, and subsequently, the collector / base isolation insulating film 4 made of a silicon oxide film is partially etched. By removing, as shown in FIG. 5A, the surface of the low-concentration n-type collector layer 3 is exposed only around the opening.

【0041】次に、図5(b)に示すように、シリコン
窒化膜14をエッチング除去した後、シリコン酸化膜か
らなる島4aをマスクにして、低濃度n型コレクタ層の
島16aをエピタキシャル成長によって形成する。この
とき単結晶シリコン上における単結晶シリコン・ゲルマ
ニウムの成長開始時間と絶縁膜上における多結晶シリコ
ン・ゲルマニウムの成長開始時間の差、およびシリコン
酸化膜上とシリコン窒化膜上でのシリコンの離脱反応の
有無を利用し、シリコン酸化膜の島4a上、第1のコレ
クタ・ベース分離絶縁膜4上、および第1のエミッタ・
ベース分離絶縁膜9上に多結晶シリコン・ゲルマニウム
が堆積せずに、多結晶シリコン(または、多結晶シリコ
ン・ゲルマニウム)からなるベース引き出し層7の側壁
とシリコン窒化膜からなる第2のコレクタベース分離絶
縁膜5の側壁のみに多結晶シリコン・ゲルマニウム層が
堆積する条件で成長を行う。
Next, as shown in FIG. 5B, after the silicon nitride film 14 is removed by etching, the island 4a of the low-concentration n-type collector layer is epitaxially grown by using the island 4a of the silicon oxide film as a mask. Form. At this time, the difference between the growth start time of single crystal silicon / germanium on single crystal silicon and the growth start time of polycrystalline silicon / germanium on insulating film, and the desorption reaction of silicon on silicon oxide film and silicon nitride film Utilizing the presence or absence, on the island 4a of the silicon oxide film, on the first collector / base isolation insulating film 4, and on the first
The second collector-base isolation made of the silicon nitride film and the side wall of the base extraction layer 7 made of polycrystalline silicon (or polycrystalline silicon germanium) without depositing the polycrystalline silicon germanium on the base isolation insulating film 9 The growth is performed under the condition that the polycrystalline silicon / germanium layer is deposited only on the side wall of the insulating film 5.

【0042】例えば、エピタキシャル成長温度が650
℃、かつ成長圧力が1Paの場合、シリコン酸化膜上お
よびシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウム
が堆積を始めるまでに単結晶シリコン上に成長する単結
晶シリコン・ゲルマニウムの膜厚すなわち選択成長の臨
界膜厚と、単結晶シリコン・ゲルマニウム中に含まれる
ゲルマニウムの組成比との関係を図7に示す。
For example, when the epitaxial growth temperature is 650
° C. and the growth pressure is 1 Pa, the thickness of the single crystal silicon / germanium which grows on the single crystal silicon before the polycrystalline silicon / germanium starts to be deposited on the silicon oxide film and the silicon nitride film, that is, the selective growth FIG. 7 shows the relationship between the critical film thickness and the composition ratio of germanium contained in single-crystal silicon-germanium.

【0043】同図において、(イ)はシリコン窒化膜上
に多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積を始めるまでに
単結晶シリコン上に成長する単結晶シリコン・ゲルマニ
ウムの膜厚(選択成長の臨界膜厚)を示し、(ロ)はシ
リコン酸化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積
を始めるまでに単結晶シリコン上に成長する単結晶シリ
コン・ゲルマニウムの膜厚(選択成長の臨界膜厚)を示
す。図7から分かるように、シリコンだけの場合(Ge
組成比=0%)でも、単結晶シリコン上に成長する単結
晶シリコンの厚さが100nm以下ではシリコン酸化膜
上およびシリコン窒化膜上には多結晶シリコンは堆積せ
ず、単結晶シリコンの厚さが100nmから150nm
の間では、シリコン酸化膜上には多結晶シリコンは堆積
せずに、シリコン窒化膜上にのみ多結晶シリコンが堆積
し始める。
In the figure, (a) is a film thickness of a single crystal silicon / germanium which grows on a single crystal silicon before polycrystalline silicon / germanium starts to be deposited on a silicon nitride film (critical film thickness for selective growth). (B) shows the film thickness (critical film thickness for selective growth) of single-crystal silicon-germanium which grows on single-crystal silicon before polycrystalline silicon-germanium starts to be deposited on the silicon oxide film. As can be seen from FIG. 7, the case of only silicon (Ge
Even if the composition ratio is 0%), if the thickness of the single crystal silicon grown on the single crystal silicon is 100 nm or less, no polycrystalline silicon is deposited on the silicon oxide film and the silicon nitride film, and the thickness of the single crystal silicon Is from 100 nm to 150 nm
During this period, no polycrystalline silicon is deposited on the silicon oxide film, and polycrystalline silicon starts to be deposited only on the silicon nitride film.

【0044】また、シリコン・ゲルマニウムの場合(G
e組成比≠0%)、ゲルマニウムの組成比を上げるに従
い上記臨界膜厚は大きくなり、Ge組成比が30%では
単結晶シリコン上に約200nmの単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムが成長してもシリコン酸化膜上およびシリコ
ン窒化膜上には多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積せ
ず、単結晶シリコン・ゲルマニウムの膜厚が200nm
から300nmの間では、シリコン酸化膜上には多結晶
シリコン・ゲルマニウムは堆積せず、シリコン窒化膜上
にのみ多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積する。
In the case of silicon germanium (G
The critical film thickness increases as the germanium composition ratio increases, and when the Ge composition ratio is 30%, even if single-crystal silicon / germanium of about 200 nm grows on single-crystal silicon, silicon oxide is not oxidized. No polycrystalline silicon / germanium is deposited on the film and the silicon nitride film, and the thickness of the single crystal silicon / germanium is 200 nm.
In the range from to 300 nm, no polycrystalline silicon / germanium is deposited on the silicon oxide film, but only on the silicon nitride film.

【0045】従って、図5(b)に示したように、シリ
コン酸化膜に対する臨界膜厚(ロ)以下の厚さの低濃度
コレクタ層を選択成長しても、低濃度多結晶シリコン・
ゲルマニウムは、単結晶シリコンからなる低濃度n型コ
レクタ層3上には堆積するが、シリコン酸化膜からなる
コレクタ・ベース分離絶縁膜4の側壁とエミッタ・ベー
ス分離絶縁膜9上には堆積しない。
Therefore, as shown in FIG. 5B, even if a low-concentration collector layer having a thickness equal to or less than the critical thickness (b) for the silicon oxide film is selectively grown, the low-concentration polycrystalline silicon.
Germanium is deposited on the low-concentration n-type collector layer 3 made of single-crystal silicon, but is not deposited on the side wall of the collector-base isolation insulating film 4 made of a silicon oxide film and on the emitter-base isolation insulating film 9.

【0046】なお、このような成長を行うにはガスソー
スMBE(Molecular Beam Epitaxy)法やCVD
(Chemical Vapor Deposition)法を用いることがで
きるが、選択性の制御が良好なことからCVD法がより
好適である。また、温度範囲は、シリコン酸化膜および
シリコン窒化膜と単結晶シリコンとの選択性が良好に得
られる500℃以上で、上限は結晶欠陥が生じ始める8
00℃以下の範囲である。この温度範囲で、成長圧力は
シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜上に多結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層が成長を開始する100Pa以下で
あればよい。
In order to perform such a growth, a gas source MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or a CVD method is used.
A (Chemical Vapor Deposition) method can be used, but the CVD method is more preferable because the selectivity is well controlled. The temperature range is 500 ° C. or higher, at which the selectivity between the silicon oxide film and the silicon nitride film and the single crystal silicon can be favorably obtained.
It is in the range of 00 ° C or less. In this temperature range, the growth pressure may be 100 Pa or less at which the polycrystalline silicon / germanium layer starts growing on the silicon oxide film or the silicon nitride film.

【0047】また、上記選択成長は、塩素ガス(Cl)
や塩酸ガス(HCl)を成長中に供給することによって
も実現可能である。例えば、エピタキシャル成長温度が
650℃、かつ成長圧力が10000Paの場合、シリ
コン酸化膜上およびシリコン窒化膜上に多結晶シリコン
・ゲルマニウムが堆積しないために必要なHCl流量の
全原料ガス流量に示す割合と単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム中に含まれるゲルマニウムの組成比の関係を図8に
示す。
In the selective growth, chlorine gas (Cl) is used.
Alternatively, it can be realized by supplying hydrochloric acid gas (HCl) during growth. For example, when the epitaxial growth temperature is 650 ° C. and the growth pressure is 10000 Pa, the ratio of the HCl flow required to prevent polycrystalline silicon / germanium from depositing on the silicon oxide film and the silicon nitride film as indicated by the total raw material gas flow is FIG. 8 shows the relationship between the composition ratios of germanium contained in crystalline silicon / germanium.

【0048】同図において、(イ)はシリコン酸化膜上
およびシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウ
ムが堆積するために必要なHCl流量の全原料ガス流量
に示す割合の領域を示し、(ロ)はシリコン窒化膜上に
のみ多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積し、シリコン
酸化膜上には多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積しな
いために必要なHCl流量の全原料ガス流量に示す割合
の領域を示し、(ハ)はシリコン酸化膜上およびシリコ
ン窒化膜上ともに多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積
しないために必要なHCl流量の全原料ガス流量に示す
割合の領域を示している。
In FIG. 5, (a) shows a region where the HCl flow rate required for depositing polycrystalline silicon germanium on the silicon oxide film and the silicon nitride film is shown by the total source gas flow rate. ) Indicates a region where the ratio of HCl flow required to prevent polycrystalline silicon-germanium from being deposited only on the silicon nitride film and from depositing polycrystalline silicon-germanium on the silicon oxide film is represented by the total source gas flow, (C) shows a region of the ratio of the HCl flow necessary for preventing the deposition of polycrystalline silicon / germanium on the silicon oxide film and the silicon nitride film to the total source gas flow.

【0049】図8から分かるように、シリコンだけの場
合(Ge組成比=0%)でも、HCl流量を全原料ガス
流量の50%以上とすることによりシリコン酸化膜上お
よびシリコン窒化膜上には多結晶シリコンは堆積せず、
30〜50%の範囲ではシリコン窒化膜上にのみ多結晶
シリコンが堆積し、シリコン酸化膜上には多結晶シリコ
ンは堆積せず、30%未満ではシリコン窒化膜上および
シリコン酸化膜上の両方に多結晶シリコンが堆積する。
As can be seen from FIG. 8, even in the case of silicon alone (Ge composition ratio = 0%), the HCl flow rate is set to 50% or more of the total source gas flow rate, so that the silicon oxide film and the silicon nitride film are not formed. No polycrystalline silicon is deposited,
In the range of 30 to 50%, polycrystalline silicon is deposited only on the silicon nitride film, and no polycrystalline silicon is deposited on the silicon oxide film, and when it is less than 30%, it is deposited on both the silicon nitride film and the silicon oxide film. Polycrystalline silicon is deposited.

【0050】また、シリコン・ゲルマニウムの場合(G
e組成比≠0%)、ゲルマニウムの組成比を上げるに従
いHCl流量は少なくてよく、組成比が30%ではHC
l流量を全原料ガス流量の20%以上とすることにより
シリコン酸化膜上およびシリコン窒化膜上には多結晶シ
リコン・ゲルマニウムは堆積せず、10〜20%の範囲
ではシリコン窒化膜上には多結晶シリコンが堆積し、シ
リコン酸化膜上には多結晶シリコンは堆積せず、10%
未満ではシリコン窒化膜上およびシリコン酸化膜上の両
方に多結晶シリコンが堆積する。
In the case of silicon germanium (G
e composition ratio ≠ 0%), the HCl flow rate may be smaller as the composition ratio of germanium is increased.
By setting the flow rate to 20% or more of the total source gas flow rate, no polycrystalline silicon / germanium is deposited on the silicon oxide film and the silicon nitride film. Crystalline silicon is deposited, no polycrystalline silicon is deposited on the silicon oxide film, 10%
If it is less than 1, polycrystalline silicon is deposited on both the silicon nitride film and the silicon oxide film.

【0051】なお、このような成長を行うにはガスソー
スMBE法やCVD法を用いることができるが、選択性
の制御が良好なことからCVD法がより好適である。ま
た、温度範囲は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜
と単結晶シリコンとの選択性が良好に得られる500℃
以上で、上限は結晶欠陥が生じ始める800℃以下の範
囲である。
In order to perform such growth, a gas source MBE method or a CVD method can be used, but the CVD method is more preferable because the selectivity is well controlled. Further, the temperature range is 500 ° C. at which the selectivity between the silicon oxide film and the silicon nitride film and the single crystal silicon can be favorably obtained.
As described above, the upper limit is in a range of 800 ° C. or less at which crystal defects begin to occur.

【0052】次いで、シリコン酸化膜の島4aをエッチ
ング除去することによって開口部中心の低濃度n型コレ
クタ層3の表面を露出した後、再び単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムを選択成長することによって、バイポーラト
ランジスタの真性部分となる開口部の中心に低濃度n型
コレクタ層16bを形成する。そして、高濃度に不純物
をドーピングした単結晶シリコン・ゲルマニウムからな
る真性ベース層18を形成するときには、単結晶シリコ
ン・ゲルマニウムの成長とともに外部ベース層17a上
に更に多結晶シリコン・ゲルマニウムからなる外部ベー
ス層17bが形成され、成長初期から真性ベース層18
とベース引き出し層7が外部ベース層17(17a,1
7b)を介して接続される。例えば、エピタキシャル成
長温度が600℃、かつ成長圧力が1Paの場合、シリ
コン酸化膜上およびシリコン窒化膜上での選択成長の臨
界膜厚と、単結晶シリコン・ゲルマニウム中に含まれる
ゲルマニウムの組成比との関係を図9に示す。
Next, the island 4a of the silicon oxide film is removed by etching to expose the surface of the low-concentration n-type collector layer 3 at the center of the opening, and then single-crystal silicon / germanium is selectively grown again to form a bipolar transistor. A low-concentration n-type collector layer 16b is formed at the center of the opening serving as the intrinsic portion of the substrate. When the intrinsic base layer 18 made of single-crystal silicon / germanium doped with impurities at a high concentration is formed, an external base layer made of polycrystalline silicon / germanium is further formed on the external base layer 17a with the growth of the single-crystal silicon / germanium. 17b are formed, and the intrinsic base layer 18 is formed from the initial growth.
And the base extraction layer 7 are connected to the external base layer 17 (17a, 1
7b). For example, when the epitaxial growth temperature is 600 ° C. and the growth pressure is 1 Pa, the critical thickness of the selective growth on the silicon oxide film and the silicon nitride film and the composition ratio of germanium contained in single crystal silicon / germanium are determined. FIG. 9 shows the relationship.

【0053】図9において、(イ)はシリコン窒化膜上
での選択成長の臨界膜厚を示し、(ロ)はシリコン酸化
膜上での選択成長の臨界膜厚を示す。図9から分かるよ
うに、シリコンだけの場合(Ge組成比=0%)でも、
単結晶シリコン上に成長する単結晶シリコンの厚さが5
0nm以下ではシリコン窒化膜上には多結晶シリコンが
堆積するが、シリコン酸化膜上には多結晶シリコンは堆
積しない。すなわち選択成長が可能である。
In FIG. 9, (a) shows a critical film thickness for selective growth on a silicon nitride film, and (b) shows a critical film thickness for selective growth on a silicon oxide film. As can be seen from FIG. 9, even in the case of only silicon (Ge composition ratio = 0%),
The thickness of the single crystal silicon grown on the single crystal silicon is 5
At 0 nm or less, polycrystalline silicon is deposited on the silicon nitride film, but no polycrystalline silicon is deposited on the silicon oxide film. That is, selective growth is possible.

【0054】また、シリコン・ゲルマニウムの場合(G
e組成比≠0%)、ゲルマニウムの組成比を上げるに従
いこの臨界膜厚は大きくなり、組成比が30%では単結
晶シリコン上に約20nmの単結晶シリコン・ゲルマニ
ウムが成長した場合でも、シリコン酸化膜上およびシリ
コン窒化膜上には多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積
しない。さらに成長を続け、単結晶シリコン上に20〜
150nmの単結晶シリコン・ゲルマニウムが成長した
場合、シリコン窒化膜上には多結晶シリコンが堆積する
が、シリコン酸化膜上には多結晶シリコン・ゲルマニウ
ムは堆積しない。従ってこの範囲の真性ベース層を選択
成長することにより、シリコン酸化膜からなるエミッタ
・ベース分離絶縁膜9上には多結晶シリコン・ゲルマニ
ウムが堆積しないようにすることができる(図5(c)
参照)。
In the case of silicon germanium (G
e, the critical film thickness increases as the composition ratio of germanium increases, and when the composition ratio is 30%, even if single-crystal silicon / germanium of about 20 nm grows on single-crystal silicon, the silicon oxide film is formed. No polycrystalline silicon / germanium is deposited on the film and the silicon nitride film. Continue to grow further on single crystal silicon
When single-crystal silicon-germanium of 150 nm is grown, polycrystalline silicon is deposited on the silicon nitride film, but no polycrystalline silicon-germanium is deposited on the silicon oxide film. Therefore, by selectively growing the intrinsic base layer in this range, polycrystalline silicon / germanium can be prevented from being deposited on the emitter / base isolation insulating film 9 made of a silicon oxide film (FIG. 5C).
reference).

【0055】なお、このような成長を行うにはガスソー
スMBE法やCVD法を用いることができるが、選択性
の制御が良好なことからCVD法がより好適である。ま
た、温度範囲は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜
と単結晶シリコンとの選択性が良好に得られる500℃
以上で、上限は結晶欠陥が生じ始める800℃以下の範
囲である。この温度範囲で、成長圧力はシリコン酸化膜
またはシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層が成長を開始する100Pa以下であればよい。
In order to perform such growth, a gas source MBE method or a CVD method can be used, but the CVD method is more preferable because the selectivity is well controlled. Further, the temperature range is 500 ° C. at which the selectivity between the silicon oxide film and the silicon nitride film and the single crystal silicon can be favorably obtained.
As described above, the upper limit is in a range of 800 ° C. or less at which crystal defects begin to occur. In this temperature range, the growth pressure may be 100 Pa or less at which the polycrystalline silicon / germanium layer starts growing on the silicon oxide film or the silicon nitride film.

【0056】次に、図6(a)に示すように、外部ベー
ス層17bを覆うように第2のエミッタ・ベース分離絶
縁膜19および第3のエミッタ・ベース分離絶縁膜20
を形成する。次に、図6(b)に示すように、第2のエ
ミッタ・ベース分離絶縁膜19の開口部を形成した後、
エミッタの拡散源およびエミッタ引き出し層21となる
高濃度n型多結晶シリコン21を堆積し、アニールを行
うことによってn型不純物を単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層(真性ベース層)18に拡散してエミッタ領域2
2を形成し、同時にベース引き出し層7からp型不純物
を外部ベース層の低濃度部分17aに拡散し、真性ベー
ス層18の電気的な接続を行う。その後、絶縁膜23を
堆積し、エミッタ、ベースおよびコレクタの各領域に開
口部を形成して電極24を形成する。以上により、図1
に示した断面構造のバイポーラトランジスタを得ること
ができる。
Next, as shown in FIG. 6A, the second emitter-base isolation insulating film 19 and the third emitter-base isolation insulating film 20 are formed so as to cover the external base layer 17b.
To form Next, as shown in FIG. 6B, after an opening of the second emitter / base isolation insulating film 19 is formed,
A high-concentration n-type polycrystalline silicon 21 serving as a diffusion source of an emitter and an emitter extraction layer 21 is deposited and annealed to diffuse an n-type impurity into a single-crystal silicon-germanium layer (intrinsic base layer) 18 to form an emitter region. 2
2 is formed, and at the same time, p-type impurities are diffused from the base extraction layer 7 to the low concentration portion 17a of the external base layer, and the intrinsic base layer 18 is electrically connected. Thereafter, an insulating film 23 is deposited, openings are formed in the respective regions of the emitter, the base and the collector, and the electrode 24 is formed. As described above, FIG.
Can be obtained.

【0057】本実施例のように、n型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層16の膜厚を開口部の中心よりも周辺部
の方を大きくすることにより、ベース抵抗やコレクタ・
ベース界面の容量を低減できるため、遮断周波数fTお
よび最大発振周波数fmaxがそれぞれ50GHz以上
といった高速のバイポーラトランジスタが可能となり、
さらに、ベース抵抗のばらつきが低減できるため、この
バイポーラトランジスタを用いた回路装置やシステムの
高速化・高性能化が可能になる。
As in this embodiment, n-type single crystal silicon
By increasing the thickness of the germanium layer 16 at the periphery of the opening than at the center of the opening, the base resistance and the collector / collector resistance are increased.
Since the capacitance at the base interface can be reduced, a high-speed bipolar transistor having a cutoff frequency fT and a maximum oscillation frequency fmax of 50 GHz or more can be realized.
Further, since the variation in the base resistance can be reduced, it is possible to increase the speed and performance of a circuit device and a system using the bipolar transistor.

【0058】<実施例2>図10は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第2の実施例の断面構造図であ
る。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造工
程は、以下の通りである。上述した実施例1と同様に、
シリコン基板1上に高濃度n型埋込層2、第1の低濃度
n型コレクタ層3、第1のコレクタ・ベース分離絶縁膜
4、第2のコレクタ・ベース分離絶縁膜5を形成し、コ
レクタ領域のみにコレクタ電極となる多結晶シリコン層
8を堆積し、イオン打ち込みによって高濃度n型コレク
タ引き出し層6を形成する。
<Embodiment 2> FIG. 10 is a sectional structural view of a bipolar transistor according to a second embodiment of the present invention. The manufacturing process of the bipolar transistor having the structure of this embodiment is as follows. As in the first embodiment described above,
Forming a high-concentration n-type buried layer 2, a first low-concentration n-type collector layer 3, a first collector / base isolation insulating film 4, and a second collector / base isolation insulating film 5 on a silicon substrate 1; A polycrystalline silicon layer 8 serving as a collector electrode is deposited only in the collector region, and a high-concentration n-type collector lead layer 6 is formed by ion implantation.

【0059】次に、ベース引き出し層7、第1のエミッ
タ・ベース分離絶縁膜9を堆積し、エミッタ領域のみに
開口部を形成する。次に、ベース引き出し層7の側壁に
絶縁膜を形成し、n型不純物をイオン打ち込みすること
により第2の低濃度コレクタ層13を形成する。次い
で、開口部内のみにシリコン窒化膜を形成し、等方性エ
ッチングにより側壁の除去を行い、開口部内のシリコン
窒化膜を除去することにより、低濃度n型コレクタ3上
にシリコン酸化膜の島を形成する。
Next, a base extraction layer 7 and a first emitter / base isolation insulating film 9 are deposited, and an opening is formed only in the emitter region. Next, an insulating film is formed on the side wall of the base extraction layer 7, and an n-type impurity is ion-implanted to form the second low-concentration collector layer 13. Next, a silicon nitride film is formed only in the opening, the side wall is removed by isotropic etching, and the silicon nitride film in the opening is removed, thereby forming a silicon oxide film island on the low-concentration n-type collector 3. Form.

【0060】図1に示した実施例1との相違点は、低濃
度n型コレクタ層を形成するときに、ベース引き出し層
7およびコレクタ・ベース分離絶縁膜5の側壁に多結晶
シリコン・ゲルマニウムを堆積させないことである。例
えば、エピタキシャル成長温度が575℃、かつ成長圧
力が1Paの場合、多結晶シリコン上に多結晶シリコン
・ゲルマニウムが堆積を始めるまでに単結晶シリコン上
に成長する単結晶シリコン・ゲルマニウムの膜厚すなわ
ち選択成長の臨界膜厚と、単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム中に含まれるゲルマニウムの組成比との関係を図11
に示す。
The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that when the low concentration n-type collector layer is formed, polycrystalline silicon germanium is formed on the side walls of the base extraction layer 7 and the collector / base isolation insulating film 5. That is, do not deposit. For example, when the epitaxial growth temperature is 575 ° C. and the growth pressure is 1 Pa, the thickness of single-crystal silicon-germanium that grows on single-crystal silicon before the start of deposition of polycrystalline silicon-germanium on polycrystal silicon, that is, selective growth FIG. 11 shows the relationship between the critical film thickness and the composition ratio of germanium contained in single crystal silicon / germanium.
Shown in

【0061】図11から分かるように、シリコンだけの
場合(Ge組成比=0%)でも、単結晶シリコン上に成
長する単結晶シリコンの厚さが5nm以下では多結晶シ
リコン上に多結晶シリコンは堆積しない。また、シリコ
ン・ゲルマニウムの場合(Ge組成比≠0%)、ゲルマ
ニウムの組成比を上げるに従いこの膜厚は大きくなり、
組成比が30%では、単結晶シリコン上に約40nmの
単結晶シリコン・ゲルマニウムが成長しても、多結晶シ
リコン上には多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積しな
い。従って、この臨界膜厚以下の低濃度コレクタ層を選
択成長しても、ベース引き出し層7の側壁には低濃度多
結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積しない。
As can be seen from FIG. 11, even when only silicon is used (Ge composition ratio = 0%), if the thickness of the single crystal silicon grown on the single crystal silicon is 5 nm or less, the polycrystal silicon is not Does not accumulate. In the case of silicon-germanium (Ge composition ratio ≠ 0%), the film thickness increases as the composition ratio of germanium increases,
At a composition ratio of 30%, even if single-crystal silicon-germanium of about 40 nm grows on single-crystal silicon, no polycrystalline silicon-germanium is deposited on polycrystalline silicon. Therefore, even if a low-concentration collector layer having a thickness equal to or less than the critical thickness is selectively grown, low-concentration polycrystalline silicon / germanium is not deposited on the side wall of the base extraction layer 7.

【0062】なお、このような成長を行うにはガスソー
スMBE法やCVD法を用いることができるが、選択性
の制御が良好なことからCVD法がより好適である。ま
た、温度範囲は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜
と単結晶シリコンとの選択性が良好に得られる500℃
以上で、上限は結晶欠陥が生じ始める800℃以下の範
囲である。この温度範囲で、成長圧力はベース引き出し
層7の側壁に多結晶シリコン・ゲルマニウム層が成長を
開始する100Pa以下であればよい。
In order to perform such a growth, a gas source MBE method or a CVD method can be used, but the CVD method is more preferable because the selectivity is well controlled. Further, the temperature range is 500 ° C. at which the selectivity between the silicon oxide film and the silicon nitride film and the single crystal silicon can be favorably obtained.
As described above, the upper limit is in a range of 800 ° C. or less at which crystal defects begin to occur. In this temperature range, the growth pressure may be 100 Pa or less at which the polycrystalline silicon / germanium layer starts growing on the side wall of the base extraction layer 7.

【0063】そして、高濃度に不純物をドーピングした
単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層1
8を形成する時には、低濃度コレクタ層16と真性ベー
ス層18の膜厚の合計を選択成長の臨界膜厚以上にし、
単結晶シリコン・ゲルマニウムの成長とともにベース引
き出し層7の側壁からドーピングされた多結晶シリコン
・ゲルマニウムが堆積することによって外部ベース層1
7が形成され、真性ベース層18とベース引き出し層7
が不純物をドーピングされた外部ベース層17のみを介
して接続される。
Then, an intrinsic base layer 1 made of single crystal silicon / germanium doped with impurities at a high concentration.
8 is formed, the total thickness of the low-concentration collector layer 16 and the intrinsic base layer 18 is made equal to or more than the critical thickness for selective growth,
As the single-crystal silicon-germanium grows, the doped polycrystalline silicon-germanium is deposited from the side wall of the base extraction layer 7 to form the outer base layer 1.
7 is formed, and the intrinsic base layer 18 and the base extraction layer 7 are formed.
Are connected via only the external base layer 17 doped with impurities.

【0064】その後、第3のエミッタ・ベース分離絶縁
膜19および20で外部ベース層17を覆った後、高濃
度n型多結晶シリコンからなるエミッタ引き出し層21
を堆積し、アニールを行うことによってエミッタ領域2
2を形成する。最後に実施例1と同様に絶縁膜23を堆
積し、エミッタ,ベースおよびコレクタ部分に開口部を
形成し、電極24を形成する。これにより、図10に示
した断面構造のバイポーラトランジスタを得ることがで
きる。
Then, after the outer base layer 17 is covered with the third emitter / base isolation insulating films 19 and 20, the emitter extraction layer 21 made of high-concentration n-type polycrystalline silicon is formed.
Is deposited, and annealing is performed to form an emitter region 2.
Form 2 Finally, an insulating film 23 is deposited in the same manner as in the first embodiment, openings are formed in the emitter, base and collector portions, and an electrode 24 is formed. Thereby, a bipolar transistor having the cross-sectional structure shown in FIG. 10 can be obtained.

【0065】本実施例によれば、前述の実施例1の効果
に加えて、ドーピングされた多結晶シリコン・ゲルマニ
ウムのみで真性ベース層18とベース引き出し層7が接
続されるため、ベース抵抗が低減でき、バイポーラトラ
ンジスタのさらなる高速動作が可能となり、このバイポ
ーラトランジスタを用いた回路の特性を向上させること
ができる。
According to this embodiment, in addition to the effect of the above-described first embodiment, the base resistance is reduced because the intrinsic base layer 18 and the base extraction layer 7 are connected only by the doped polycrystalline silicon / germanium. As a result, the bipolar transistor can operate at a higher speed, and the characteristics of a circuit using the bipolar transistor can be improved.

【0066】<実施例3>図12は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第3の実施例の断面構造図であ
る。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造方
法は、以下の通りである。
<Embodiment 3> FIG. 12 is a sectional structural view of a third embodiment of the bipolar transistor according to the present invention. The manufacturing method of the bipolar transistor having the structure of the present embodiment is as follows.

【0067】上述の実施例1と同様に、シリコン基板1
上に高濃度n型埋込層2、第1の低濃度n型コレクタ層
3、第1のコレクタ・ベース分離絶縁膜4、第2のコレ
クタ・ベース分離絶縁膜5を形成し、コレクタ領域のみ
にコレクタ電極となる多結晶シリコン層(コレクタ引き
出し層8)を堆積し、イオン打ち込みによって高濃度n
型コレクタ引き出し層6を形成する。次いで、ベース引
き出し層7、第1のエミッタ・ベース分離絶縁膜9を堆
積し、エミッタ領域のみに開口部を形成する。
As in the first embodiment, the silicon substrate 1
A high-concentration n-type buried layer 2, a first low-concentration n-type collector layer 3, a first collector / base separation insulating film 4, and a second collector / base separation insulating film 5 are formed thereon, and only the collector region is formed. A polycrystalline silicon layer (collector extraction layer 8) serving as a collector electrode is deposited on
A mold collector extraction layer 6 is formed. Next, a base extraction layer 7 and a first emitter / base isolation insulating film 9 are deposited, and an opening is formed only in the emitter region.

【0068】次いで、ベース引き出し層7の側壁に絶縁
膜を形成し、n型不純物をイオン打ち込みすることによ
り第2の低濃度コレクタ層11を形成する。次いで、開
口部内のみにシリコン窒化膜を形成し、等方性エッチン
グにより側壁の除去を行い、開口部内のシリコン窒化膜
を除去することにより、低濃度n型コレクタ3上にシリ
コン酸化膜の島を形成し、低濃度コレクタ層16、真性
ベース層18、外部ベース層17を形成する。
Next, an insulating film is formed on the side wall of the base extraction layer 7, and an n-type impurity is ion-implanted to form a second low concentration collector layer 11. Next, a silicon nitride film is formed only in the opening, the side wall is removed by isotropic etching, and the silicon nitride film in the opening is removed, thereby forming a silicon oxide film island on the low-concentration n-type collector 3. Then, a low concentration collector layer 16, an intrinsic base layer 18, and an external base layer 17 are formed.

【0069】図1に示した実施例1との相違は、高濃度
p型シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層18
の上に、低濃度p型シリコンからなるキャップ層25
を、またp型多結晶シリコン・ゲルマニウムからなる外
部ベース層17の上に、低濃度p型多結晶シリコン層2
6をそれぞれ選択成長していることである。その後、エ
ミッタ・ベース分離絶縁膜19および20で外部ベース
層17および26を覆った後、高濃度n型多結晶シリコ
ンからなるエミッタ引き出し層21を堆積し、アニール
を行うことによって低濃度キャップ層25内にエミッタ
領域22を形成する。最後に実施例1と同様に絶縁膜2
3を堆積し、エミッタ,ベースおよびコレクタ部分に開
口部を形成し、電極24を形成する。これにより、図1
2に示した断面構造のバイポーラトランジスタが得られ
る。なお、上記バイポーラトランジスタにおいて、低濃
度キャップ層に単結晶シリコン・ゲルマニウムを用いて
もよい。以下の実施例でも、この層に関しては同様であ
る。
The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the intrinsic base layer 18 made of high-concentration p-type silicon germanium is used.
A cap layer 25 made of low-concentration p-type silicon
And a low-concentration p-type polysilicon layer 2 on the external base layer 17 made of p-type polysilicon / germanium.
6 is selectively growing. Then, after the outer base layers 17 and 26 are covered with the emitter / base isolation insulating films 19 and 20, an emitter extraction layer 21 made of high-concentration n-type polycrystalline silicon is deposited and annealed to form a low-concentration cap layer 25. An emitter region 22 is formed therein. Finally, the insulating film 2 is formed in the same manner as in the first embodiment.
3 are formed, openings are formed in the emitter, base and collector portions, and the electrode 24 is formed. As a result, FIG.
A bipolar transistor having the cross-sectional structure shown in FIG. In the bipolar transistor, single crystal silicon / germanium may be used for the low concentration cap layer. The same applies to this layer in the following examples.

【0070】本実施例では、真性ベース層18の上に低
濃度キャップ層25を設けているため、エミッタ・ベー
ス接合における不純物濃度が実施例1よりも低くなって
いる(図13(a)(b)参照)。その結果、エミッタ
・ベース接合におけるトンネル電流を低減することがで
きる。また、エミッタ・ベース界面のベース側のバンド
ギャップがエミッタ側よりも小さくなるため、ベースか
らエミッタへ注入されるホールに対するエネルギー障壁
が、エミッタからベースへと注入される電子に対するエ
ネルギー障壁よりも大きくなる(図14参照)。このた
め、バイポーラトランジスタの電流増幅率が増加する。
In this embodiment, since the low-concentration cap layer 25 is provided on the intrinsic base layer 18, the impurity concentration at the emitter-base junction is lower than that in the first embodiment (FIG. 13A). b)). As a result, tunnel current at the emitter-base junction can be reduced. Further, since the band gap on the base side of the emitter-base interface is smaller than that on the emitter side, the energy barrier for holes injected from the base to the emitter is larger than the energy barrier for electrons injected from the emitter to the base. (See FIG. 14). Therefore, the current amplification factor of the bipolar transistor increases.

【0071】本実施例によれば、前述の実施例1の効果
に加えて、バイポーラトランジスタの電流増幅率が向上
できるため、バイポーラトランジスタのさらなる高速動
作が可能となる。また、エミッタ・ベース接合の不純物
濃度を低減できることから、エミッタ・ベース間の耐圧
を上げることができ、このバイポーラトランジスタを用
いた回路の特性を向上させることができる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the current amplification factor of the bipolar transistor can be improved, so that the bipolar transistor can operate at a higher speed. Further, since the impurity concentration at the emitter-base junction can be reduced, the breakdown voltage between the emitter and the base can be increased, and the characteristics of a circuit using this bipolar transistor can be improved.

【0072】<実施例4>図15は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第4の実施例の断面構造図であ
る。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造方
法は以下の通りである。
<Embodiment 4> FIG. 15 is a sectional structural view of a fourth embodiment of the bipolar transistor according to the present invention. The manufacturing method of the bipolar transistor having the structure of the present embodiment is as follows.

【0073】上述した実施例1と同様の方法により、エ
ミッタ開口部、低濃度n型コレクタ層16、p型真性ベ
ース層18およびp型外部ベース層17を形成する。p
型外部ベース層17を覆うようにエミッタ・ベース分離
絶縁膜19および20を形成した後、エピタキシャル成
長によってエミッタ層27を形成し、その後エミッタ引
き出し層21となる高濃度n型多結晶シリコンと絶縁膜
23を堆積し、絶縁膜のエミッタ,ベースおよびコレク
タ部分に開口部を形成して電極24を形成する。これに
より、図15に示した断面構造のバイポーラトランジス
タを得ることができる。
An emitter opening, a low-concentration n-type collector layer 16, a p-type intrinsic base layer 18, and a p-type external base layer 17 are formed in the same manner as in the first embodiment. p
After forming the emitter / base isolation insulating films 19 and 20 so as to cover the mold external base layer 17, an emitter layer 27 is formed by epitaxial growth, and then the high-concentration n-type polycrystalline silicon which becomes the emitter extraction layer 21 and the insulating film 23 are formed. Is deposited, and openings are formed in the emitter, base and collector portions of the insulating film to form the electrode 24. Thus, a bipolar transistor having the cross-sectional structure shown in FIG. 15 can be obtained.

【0074】本実施例では、エミッタ層中の不純物濃度
をエミッタ・ベース界面で小さくすることにより、ベー
ス領域でのリーク電流を低減することができ、前述の実
施例3と同様な効果が得られる。また、エミッタ層をエ
ピタキシャル成長を用いて形成しているため、エミッタ
層中の不純物濃度、膜厚の制御性がよくなり、トランジ
スタの性能ばらつきを低減することができる。さらに、
本実施例では、エミッタ・ベース界面の面積を低減する
ことができるため、エミッタ・ベース間容量を低減する
ことができ、このトランジスタを用いた回路の特性を向
上させることができる。
In this embodiment, the leakage current in the base region can be reduced by reducing the impurity concentration in the emitter layer at the emitter-base interface, and the same effect as in the third embodiment can be obtained. . Further, since the emitter layer is formed by epitaxial growth, the controllability of the impurity concentration and the film thickness in the emitter layer is improved, and the variation in transistor performance can be reduced. further,
In this embodiment, since the area of the interface between the emitter and the base can be reduced, the capacitance between the emitter and the base can be reduced, and the characteristics of a circuit using this transistor can be improved.

【0075】<実施例5>図16は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第5の実施例を示す図であり、同
図(a)はバイポーラトランジスタのゲルマニウム組成
比、同図(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示
す特性線図である。本実施例に用いられるバイポーラト
ランジスタの構造は、図1,図10,図12,および図
15に示したものが全て適用可能であり、本実施例では
具体的な断面構造の説明は省略するが、以下の説明にお
ける参照符号については、例えば、図1の断面構造図を
参照されたい。なお、このことは後述する実施例6〜1
0においても同様である。
<Embodiment 5> FIGS. 16A and 16B show a fifth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 16A shows a germanium composition ratio of the bipolar transistor, and FIG. It is a characteristic diagram which shows a density profile, respectively. As the structure of the bipolar transistor used in the present embodiment, those shown in FIG. 1, FIG. 10, FIG. 12, and FIG. 15 are all applicable. For reference numerals in the following description, for example, see the cross-sectional structure diagram of FIG. This is the same as in Examples 6 to 1 described later.
The same applies to 0.

【0076】本実施例のバイポーラトランジスタの真性
ベース層におけるゲルマニウム組成比は、図16(a)
に示すように、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従
って小さくなるようにしてあり、図16(b)に示す如
き不純物濃度プロファイルを有している。このときのエ
ネルギーバンド構造を図17に示す。図17から分かる
ように、ベース層において、ゲルマニウム組成比に対応
してエネルギーバンドに傾斜をつけることができる。
The germanium composition ratio in the intrinsic base layer of the bipolar transistor of this embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 16B, the impurity concentration becomes smaller from the collector side to the emitter side, and has an impurity concentration profile as shown in FIG. FIG. 17 shows the energy band structure at this time. As can be seen from FIG. 17, in the base layer, the energy band can be inclined in accordance with the germanium composition ratio.

【0077】これにより、エミッタから注入されたキャ
リアは傾斜型エネルギーバンドに起因する電界によって
ベース層中で加速されるため、バイポーラトランジスタ
のより一層の高速動作が可能となる。その結果、このト
ランジスタを用いることによって、前述した実施例1,
実施例2,実施例3および実施例4で述べた効果に加え
て、さらに回路の特性を向上させることができる。
Thus, the carriers injected from the emitter are accelerated in the base layer by the electric field caused by the inclined energy band, so that the bipolar transistor can operate at a higher speed. As a result, by using this transistor, the first and second embodiments described above can be used.
In addition to the effects described in the second, third, and fourth embodiments, the characteristics of the circuit can be further improved.

【0078】<実施例6>図18は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第6の実施例を示す図であり、同
図(a)はバイポーラトランジスタのゲルマニウム組成
比、同図(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示
す特性線図である。バイポーラトランジスタの構造は、
図1,図10,図12,および図15に示したものが全
て適用可能であり、実施例5と同様に断面構造図は省略
する。
<Embodiment 6> FIGS. 18A and 18B show a sixth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 18A shows a germanium composition ratio of the bipolar transistor, and FIG. It is a characteristic diagram which shows a density profile, respectively. The structure of a bipolar transistor is
1, 10, 12, and 15 are all applicable, and the cross-sectional structure diagram is omitted as in the fifth embodiment.

【0079】図18(a)に示すように、本実施例のバ
イポーラトランジスタの真性ベース層におけるゲルマニ
ウム組成比は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従
って小さくなるようにしてあるが、図16(a)と異な
りエミッタ側でゲルマニウム組成比を0%まで下げな
い。このときのエネルギーバンド構造を図19に示す。
As shown in FIG. 18A, the germanium composition ratio in the intrinsic base layer of the bipolar transistor according to the present embodiment is set to decrease from the collector side to the emitter side. Unlike this, the germanium composition ratio is not reduced to 0% on the emitter side. FIG. 19 shows the energy band structure at this time.

【0080】図19から分かるように、本実施例では、
ベース層のエネルギーバンドの傾斜に加え、エミッタ・
ベース接合のエネルギー障壁が小さくなっている。これ
により、エミッタから注入されたキャリアは傾斜型エネ
ルギーバンドに起因する電界によってベース層中で加速
されるとともに、エミッタからベースへのキャリアの注
入も増加するため、バイポーラトランジスタのより一層
の高速動作が可能となる。その結果、このバイポーラト
ランジスタを用いることによって、前述の実施例5の効
果に加えて、さらに回路の特性を向上させることができ
る。
As can be seen from FIG. 19, in this embodiment,
In addition to the slope of the energy band of the base layer,
The energy barrier at the base junction is smaller. As a result, the carriers injected from the emitter are accelerated in the base layer by the electric field caused by the inclined energy band, and the injection of carriers from the emitter to the base increases, so that the bipolar transistor can operate at a higher speed. It becomes possible. As a result, by using this bipolar transistor, the characteristics of the circuit can be further improved in addition to the effect of the fifth embodiment.

【0081】<実施例7>図20は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第7の実施例を示す図であり、同
図(a)はバイポーラトランジスタのゲルマニウム組成
比、同図(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示
す特性線図である。バイポーラトランジスタの構造は、
図1,図10,図12,および図15に示したものが全
て適用可能であり、実施例5と同様に断面構造図は省略
する。
<Embodiment 7> FIGS. 20A and 20B are views showing a seventh embodiment of a bipolar transistor according to the present invention, wherein FIG. 20A shows the germanium composition ratio of the bipolar transistor, and FIG. It is a characteristic diagram which shows a density profile, respectively. The structure of a bipolar transistor is
1, 10, 12, and 15 are all applicable, and the cross-sectional structure diagram is omitted as in the fifth embodiment.

【0082】図20(a)に示すように、本実施例のト
ランジスタの低濃度n型コレクタ層におけるゲルマニウ
ム組成比は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従っ
て大きくなる領域を設けてある。このときのエネルギー
バンド構造を図21に示す。図21から分かるように、
コレクタ・ベース間の空乏層内にエネルギー障壁は全く
生じない。これにより、エミッタから注入されたキャリ
アはエネルギー障壁の影響を全く受けずに空乏層で加速
され、コレクタ層へと到達するため、バイポーラトラン
ジスタのより一層の高速動作が可能となる。その結果、
このバイポーラトランジスタを用いることによって、前
述の実施例6の効果に加えて、さらに回路の特性を向上
させることができる。
As shown in FIG. 20A, a region where the germanium composition ratio in the low-concentration n-type collector layer of the transistor of this embodiment increases from the collector side toward the emitter side is provided. FIG. 21 shows the energy band structure at this time. As can be seen from FIG.
There is no energy barrier in the depletion layer between the collector and the base. Thereby, the carriers injected from the emitter are accelerated by the depletion layer without being affected by the energy barrier at all, and reach the collector layer, so that the bipolar transistor can operate at higher speed. as a result,
By using this bipolar transistor, the characteristics of the circuit can be further improved in addition to the effect of the sixth embodiment.

【0083】<実施例8>図22は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第8の実施例を示す図であり、同
図(a)はバイポーラトランジスタのゲルマニウム組成
比、同図(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示
す特性線図である。バイポーラトランジスタの構造は、
図1,図10,図12,および図15に示したものが全
て適用可能であり、実施例5と同様に断面構造図は省略
する。
<Embodiment 8> FIGS. 22A and 22B are views showing an eighth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 22A shows the germanium composition ratio of the bipolar transistor, and FIG. It is a characteristic diagram which shows a density profile, respectively. The structure of a bipolar transistor is
1, 10, 12, and 15 are all applicable, and the cross-sectional structure diagram is omitted as in the fifth embodiment.

【0084】図22(a)に示すように、本実施例のト
ランジスタの低濃度n型コレクタ層におけるゲルマニウ
ム組成比は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従っ
て大きくなるようにしてある。このときのエネルギーバ
ンド構造を図23に示す。図23から分かるように、上
記第7の実施例と同様に、コレクタ・ベース間の空乏層
内にエネルギー障壁は全く生じないため、エミッタから
注入されたキャリアはエネルギー障壁の影響を全く受け
ずに空乏層で加速され、コレクタ層へと到達することが
でき、バイポーラトランジスタのより一層の高速動作が
可能となる。
As shown in FIG. 22A, the composition ratio of germanium in the low-concentration n-type collector layer of the transistor of this embodiment increases from the collector side to the emitter side. FIG. 23 shows the energy band structure at this time. As can be seen from FIG. 23, similarly to the seventh embodiment, since no energy barrier is generated in the depletion layer between the collector and the base, the carriers injected from the emitter are not affected by the energy barrier at all. It is accelerated by the depletion layer and can reach the collector layer, so that the bipolar transistor can operate at higher speed.

【0085】前述の実施例7と異なる点は、コレクタ側
のゲルマニウム組成比を低濃度n型コレクタ層と真性ベ
ース層に歪みに起因する欠陥の入らない最大量以下とし
ており、結晶欠陥によるリーク電流を低減できることで
ある。その結果、このバイポーラトランジスタを用いる
ことによって、前述の実施例7の効果に加えて、さらに
回路の特性を向上させることができる。
The point of difference from the above-mentioned Example 7 is that the germanium composition ratio on the collector side is set to be equal to or less than the maximum amount in which defects caused by distortion do not enter the low-concentration n-type collector layer and the intrinsic base layer. Can be reduced. As a result, by using this bipolar transistor, the characteristics of the circuit can be further improved in addition to the effect of the seventh embodiment.

【0086】<実施例9>図24は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第9の実施例を示す図であり、同
図(a)はバイポーラトランジスタのゲルマニウム組成
比、同図(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示
す特性線図である。バイポーラトランジスタの構造は、
図1,図10,図12,および図15に示したものが全
て適用可能であり、実施例5と同様に断面構造図は省略
する。
<Embodiment 9> FIGS. 24A and 24B show a ninth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 24A shows a germanium composition ratio of the bipolar transistor, and FIG. It is a characteristic diagram which shows a density profile, respectively. The structure of a bipolar transistor is
1, 10, 12, and 15 are all applicable, and the cross-sectional structure diagram is omitted as in the fifth embodiment.

【0087】図24(a)に示すように、本実施例のバ
イポーラトランジスタの真性ベース層および低濃度n型
コレクタ層におけるゲルマニウム組成比は、コレクタ側
からエミッタ側に向かうに従って小さくなるようにして
ある。このときのエネルギーバンド構造を図25に示
す。図25から分かるように、ベース層中のエネルギー
バンドの傾斜に加え、コレクタ・ベース間の空乏層にお
いてもエネルギーバンドに傾斜をつけることができる
上、結晶欠陥によるリーク電流を低減できる。その結
果、このバイポーラトランジスタを用いることによっ
て、前述の実施例6の効果に加えて、さらに回路の特性
を向上させることができる。
As shown in FIG. 24A, the germanium composition ratio in the intrinsic base layer and the low-concentration n-type collector layer of the bipolar transistor of this embodiment is set to decrease from the collector side toward the emitter side. . FIG. 25 shows the energy band structure at this time. As can be seen from FIG. 25, the energy band can be inclined in the depletion layer between the collector and the base in addition to the inclination of the energy band in the base layer, and the leak current due to crystal defects can be reduced. As a result, by using this bipolar transistor, the characteristics of the circuit can be further improved in addition to the effects of the sixth embodiment.

【0088】<実施例10>図26は、本発明に係るバ
イポーラトランジスタの第10の実施例を示す図であ
り、同図(a)はバイポーラトランジスタのゲルマニウ
ム組成比、同図(b)は不純物濃度プロファイルをそれ
ぞれ示す特性線図である。バイポーラトランジスタの構
造は、図1,図10,図12,および図15に示したも
のが全て適用可能であり、実施例5と同様に断面構造図
は省略する。
<Embodiment 10> FIGS. 26A and 26B show a tenth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 26A shows a germanium composition ratio of the bipolar transistor, and FIG. It is a characteristic diagram which shows a density profile, respectively. As the structure of the bipolar transistor, all of those shown in FIGS. 1, 10, 12, and 15 can be applied, and a cross-sectional structure diagram is omitted as in the fifth embodiment.

【0089】図26(a)に示すように、本実施例のバ
イポーラトランジスタの真性ベース層および低濃度n型
コレクタ層におけるゲルマニウム組成比は、コレクタ側
からエミッタ側に向かうに従って増加し、途中から減少
した後に、真性ベース中でも減少するプロファイルであ
る。このときのエネルギーバンド構造を図27に示す。
As shown in FIG. 26A, the germanium composition ratio in the intrinsic base layer and the low-concentration n-type collector layer of the bipolar transistor of this embodiment increases from the collector side to the emitter side and decreases in the middle. After that, the profile decreases even in the intrinsic base. FIG. 27 shows the energy band structure at this time.

【0090】図27から分かるように、エミッタから注
入されたキャリアは、真性ベース中で加速されるととも
に、コレクタ・ベース間空乏層内でもバンドギャップの
変化分だけ余計に加速され、さらにエネルギー障壁も存
在しない。その結果、このバイポーラトランジスタを用
いることによって、前述の実施例9の効果に加えて、さ
らに回路の特性を向上させることができる。
As can be seen from FIG. 27, the carriers injected from the emitter are accelerated in the intrinsic base, and are further accelerated in the depletion layer between the collector and the base by the change in the band gap, and the energy barrier is also increased. not exist. As a result, by using this bipolar transistor, the characteristics of the circuit can be further improved in addition to the effects of the ninth embodiment.

【0091】<実施例11>次に、以上述べたような本
発明に係るバイポーラトランジスタを用いた光通信シス
テムの実施例を説明する。図28は本発明に係るバイポ
ーラトランジスタを用いた実施例を示す図であり、光通
信システムに用いられる前置増幅回路に適用した一例で
ある。周知のとおり、光通信システムは数十Gbpsの
高速通信が必要であり、その前置増幅回路は特に高速動
作が要求される。従って、この前置増幅回路を構成する
トランジスタとして本発明に係るバイポーラトランジス
タを採用することにより、前置増幅回路全体での性能を
著しく向上することができる。
<Embodiment 11> Next, an embodiment of an optical communication system using the bipolar transistor according to the present invention as described above will be described. FIG. 28 is a diagram showing an embodiment using the bipolar transistor according to the present invention, and is an example applied to a preamplifier circuit used in an optical communication system. As is well known, an optical communication system requires high-speed communication of several tens of Gbps, and its preamplifier circuit particularly requires high-speed operation. Therefore, by employing the bipolar transistor according to the present invention as a transistor constituting the preamplifier circuit, the performance of the entire preamplifier circuit can be significantly improved.

【0092】図28において、参照符号300は単一の
半導体基板上に形成された前置増幅回路を構成する半導
体集積回路を示し、この半導体集積回路300の入力端
子INにはフォトダイオードPDが外付けされ、電源端
子301と接地端子302間にはデカップリング容量3
03が外付けされている。フォトダイオードPDは光伝
送ケーブルを通して送信されてくる光信号を受ける受光
素子であり、デカップリング容量303は電源ラインと
接地ラインとの間の交流成分をショートするための容量
である。
In FIG. 28, reference numeral 300 denotes a semiconductor integrated circuit that constitutes a preamplifier circuit formed on a single semiconductor substrate, and a photodiode PD is connected to an input terminal IN of the semiconductor integrated circuit 300. A decoupling capacitor 3 is provided between the power supply terminal 301 and the ground terminal 302.
03 is externally attached. The photodiode PD is a light receiving element that receives an optical signal transmitted through an optical transmission cable, and the decoupling capacitor 303 is a capacitor for short-circuiting an AC component between a power supply line and a ground line.

【0093】バイポーラトランジスタQ1およびQ2
は、増幅回路を構成するバイポーラトランジスタであ
り、上記実施例1〜10で説明した構造を有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのいずれでも好適に用い
ることができる。ダイオードD1はレベルシフト用ダイ
オードであり、本発明に係るバイポーラトランジスタの
コレクタ・ベース間を短絡して形成してもよく、また、
必要に応じて複数個のダイオードを直接接続して適用す
ることも可能である。また、必要に応じて出力端子OU
TとトランジスタQ2のエミッタとの間に出力用バッフ
ァ回路が挿入される。
Bipolar transistors Q1 and Q2
Is a bipolar transistor constituting an amplifier circuit, and any of the bipolar transistors according to the present invention having the structure described in the first to tenth embodiments can be suitably used. The diode D1 is a diode for level shift, and may be formed by short-circuiting between the collector and base of the bipolar transistor according to the present invention.
If necessary, a plurality of diodes can be directly connected and applied. Also, if necessary, the output terminal OU
An output buffer circuit is inserted between T and the emitter of the transistor Q2.

【0094】本実施例の光通信システム用の前置増幅回
路を構成する半導体集積回路300は、光伝送ケーブル
を介して伝送されてきた光信号がフォトダイオードPD
により変換された電気信号を入力端子INの入力とし
て、この入力された電気信号を増幅用トランジスタQ1
およびQ2により増幅して出力端子OUTから出力する
ように動作する。上記実施例1〜10で説明した本発明
に係るいずれかのバイポーラトランジスタを用いること
により、本実施例の前置増幅回路は40GHz以上の帯
域特性を実現することが可能になる。
The semiconductor integrated circuit 300 constituting the preamplifier circuit for the optical communication system of the present embodiment uses an optical signal transmitted through an optical transmission cable to transmit a photodiode PD.
Is input to the input terminal IN, and the input electric signal is input to the amplifying transistor Q1.
And Q2 to amplify and output from the output terminal OUT. By using any of the bipolar transistors according to the present invention described in the first to tenth embodiments, the preamplifier circuit of the present embodiment can realize a band characteristic of 40 GHz or more.

【0095】ここで、フォトダイオードPDおよび前置
増幅回路300が実装基板に集積された光通信システム
のフロントエンドモジュールの断面図を図29に示す。
図29において、参照符号401は光ファイバー、40
2はレンズ、403はフォトダイオード、404は図2
8で説明した前置増幅回路300が形成された半導体集
積回路(以下、前置増幅回路IC)を示し、フォトダイ
オード403および前置増幅回路IC404が基板40
7に実装され、フォトダイオード403および前置増幅
回路IC404はこれらを接続する配線405を介して
出力端子406に接続されている。また、基板407は
金属ケースなどの気密封止パッケージ408内に収納さ
れている。図示していないが、基板407上には図28
に示すコンデンサ303も実装されている。
FIG. 29 is a sectional view of a front end module of an optical communication system in which the photodiode PD and the preamplifier circuit 300 are integrated on a mounting substrate.
In FIG. 29, reference numeral 401 denotes an optical fiber, 40
2 is a lens, 403 is a photodiode, 404 is FIG.
8 shows a semiconductor integrated circuit (hereinafter, referred to as a preamplifier circuit IC) in which the preamplifier circuit 300 described in FIG. 8 is formed.
7, the photodiode 403 and the preamplifier circuit IC 404 are connected to an output terminal 406 via a wiring 405 connecting these. The substrate 407 is housed in a hermetically sealed package 408 such as a metal case. Although not shown, FIG.
Are also mounted.

【0096】このように、フロントエンドを構成するフ
ォトダイオード403および前置増幅回路IC404を
同一のモジュール内に構成することにより、信号経路を
短くすることができ、ノイズが乗りにくく寄生のL成分
(インダクタ成分)やC成分(容量成分)も小さく抑え
ることができる。
As described above, by configuring the photodiode 403 and the preamplifier circuit IC 404 constituting the front end in the same module, the signal path can be shortened, noise is less likely to occur, and the parasitic L component ( Inductor components) and C components (capacitance components) can also be kept small.

【0097】図29に示したフロントエンドモジュール
において、光ファイバー401から入力した光信号はレ
ンズ402により集光され、フォトダイオ−ド403で
電気信号に変換される。この電気信号は、基板407上
の配線405を通して前置増幅回路IC404で増幅さ
れ出力端子406から出力される。
In the front end module shown in FIG. 29, an optical signal input from an optical fiber 401 is collected by a lens 402 and converted into an electric signal by a photodiode 403. This electric signal is amplified by the preamplifier circuit IC 404 through the wiring 405 on the substrate 407 and output from the output terminal 406.

【0098】図30は、光通信システムの送信モジュー
ル500を示している。伝送すべき電気信号501は多
重回路(MUX)5001に入力され、例えば4:1な
どに多重化され、その出力信号がドライバ5002に伝
達される。半導体レーザーLD5003は常時一定の強
度の光を出力しており、ドライバ5002により駆動さ
れる外部変調器5004がドライバ5002の出力に応
じて光を吸収あるいは非吸収して光ファイバー502に
伝送するよう構成されている。図30に示した送信モジ
ュールは、いわゆる外部変調型とよばれるものである。
これに変えて、半導体レーザーLDの発光を直接制御す
る直接変調型を採用することも可能であるが、一般的に
外部変調型での送信のほうがチャープによるスペクトル
発振の広がりがなく、高速、長距離の伝送に適する。
FIG. 30 shows a transmission module 500 of the optical communication system. An electric signal 501 to be transmitted is input to a multiplexing circuit (MUX) 5001 and multiplexed, for example, at a ratio of 4: 1, and the output signal is transmitted to a driver 5002. The semiconductor laser LD5003 always outputs light of a constant intensity, and an external modulator 5004 driven by the driver 5002 absorbs or non-absorbs light according to the output of the driver 5002 and transmits the light to the optical fiber 502. ing. The transmission module shown in FIG. 30 is a so-called external modulation type.
Alternatively, it is possible to employ a direct modulation type that directly controls the light emission of the semiconductor laser LD. However, in general, transmission using the external modulation type does not spread the spectrum oscillation due to chirp, and has a high speed and a long period. Suitable for distance transmission.

【0099】図31は、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタが適用される多重回路(MUX)のブロック図の
一例である。送信器に入力された電気信号は、多重回路
(MUX)により伝送速度の高い信号へと変換された後
に、レーザードライバへと出力される。多重回路自体
は、周知の構成であるため詳細は省略する。この多重回
路(MUX)を構成するトランジスタとして本発明によ
るトランジスタを採用することにより、多重回路全体で
の性能を著しく向上することができる。
FIG. 31 is an example of a block diagram of a multiplexing circuit (MUX) to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. The electric signal input to the transmitter is converted into a signal with a high transmission speed by a multiplexing circuit (MUX), and then output to a laser driver. The multiplexing circuit itself has a well-known configuration, and thus details are omitted. By employing the transistor according to the present invention as a transistor constituting the multiplex circuit (MUX), the performance of the entire multiplex circuit can be significantly improved.

【0100】図32は、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタが適用されるドライバの回路図の一例である。ド
ライバは、多重回路で伝送速度の高い信号へと変換され
た信号を、光変調器を駆動するのに十分な振幅へと増幅
し、光変調器に信号を出力する。ドライバ自体は周知の
構成であるため、詳細は省略する。このドライバを構成
するトランジスタとして本発明によるトランジスタを採
用することにより、ドライバ回路全体での性能を著しく
向上することができる。
FIG. 32 is an example of a circuit diagram of a driver to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. The driver amplifies the signal converted into a signal with a high transmission rate by the multiplexing circuit to an amplitude sufficient to drive the optical modulator, and outputs the signal to the optical modulator. Since the driver itself has a well-known configuration, the details are omitted. By employing the transistor according to the present invention as a transistor constituting the driver, the performance of the entire driver circuit can be significantly improved.

【0101】図33は、図28および図29に示した前
置増幅回路300およびフロントエンドモジュールを利
用した光通信システムの光受信型モジュール510を示
している。同図において、参照符号520はフロントエ
ンドモジュール部を示し、このフロントエンドモジュー
ル部520は、光ファイバー544を介して伝送されて
来る光信号を受光して電気信号に変換出力する受光器5
21と、受光器出力を増幅するプリアンプ522とから
構成される。プリアンプ522により増幅された電気信
号は、メインアンプ部530に入力され増幅される。
FIG. 33 shows an optical receiving type module 510 of the optical communication system using the preamplifier circuit 300 and the front end module shown in FIGS. 28 and 29. In the figure, reference numeral 520 indicates a front-end module unit.
21 and a preamplifier 522 for amplifying the output of the light receiver. The electric signal amplified by the preamplifier 522 is input to the main amplifier 530 and amplified.

【0102】メインアンプ部530は、光伝送の距離や
製造偏差によるバラツキを避け、出力を一定に保つた
め、メインアンプ532の出力が帰還される自動利得調
整器(Automatic Gain Control:以下、AGCとい
う)531に入力されるよう構成されている。なお、メ
インアンプ部530は利得を調整する構成の他、出力振
幅を制限するリミットアンプを採用することもできる。
識別器540は所定のクロックに同期して1ビットのア
ナログ−ディジタル変換を行うよう構成され、メインア
ンプ部530の出力をディジタル化し、分離回路(DM
UX)570により、例えば1:4に分離されて後段の
ディジタル信号処理回路560に入力され、所定の処理
が行われる。
The main amplifier section 530 is an automatic gain controller (hereinafter referred to as AGC) to which the output of the main amplifier 532 is fed back in order to keep the output constant while avoiding variations due to the optical transmission distance and manufacturing deviation. ) 531. The main amplifier section 530 may employ a limit amplifier for limiting the output amplitude, in addition to the configuration for adjusting the gain.
The discriminator 540 is configured to perform 1-bit analog-to-digital conversion in synchronization with a predetermined clock, digitizes the output of the main amplifier unit 530, and converts the output of the main amplifier unit 530 into a separation circuit (DM).
UX) 570, for example, the signal is separated into 1: 4 and input to the digital signal processing circuit 560 in the subsequent stage, where predetermined processing is performed.

【0103】クロック抽出部550は、識別器540お
よび分離回路(DMUX)570の動作タイミングを制
御するためのクロックを、前記変換した電気信号から形
成するためのものであり、メインアンプ部530の出力
を全波整流器551により整流し、帯域の狭いフィルタ
552によりフィルタリングしてクロック信号となる信
号を抽出する。フィルタ552で抽出された信号は、位
相器553に入力される。この位相器553は、フィル
タ出力とアナログ信号の位相をあわせるための位相器で
あり、予め定められた遅延量に基づきフィルタ出力を遅
延させるものである。位相器553の出力は、リミット
アンプ554を介して識別器540と分離回路DMUX
570へクロック信号として入力される。
The clock extracting section 550 is for forming a clock for controlling the operation timing of the discriminator 540 and the separating circuit (DMUX) 570 from the converted electric signal. Is rectified by a full-wave rectifier 551 and filtered by a filter 552 having a narrow band to extract a signal serving as a clock signal. The signal extracted by the filter 552 is input to the phase shifter 553. This phase shifter 553 is a phase shifter for adjusting the phase of the filter output and the analog signal, and delays the filter output based on a predetermined delay amount. The output of the phase shifter 553 is supplied to the discriminator 540 via the limit amplifier 554 and the separation circuit DMUX.
570 is input as a clock signal.

【0104】図34は、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタが適用されるAGC531の回路図の一例であ
る。前置増幅器によって電圧信号に変換された信号を受
け、この信号を一定の振幅に調整し、クロック抽出系と
識別器に信号を出力する。AGC自体は周知の構成であ
るため、詳細は省略する。このAGCを構成するトラン
ジスタとして本発明によるトランジスタを採用すること
により、AGC全体での性能を著しく向上することがで
きる。
FIG. 34 is an example of a circuit diagram of an AGC 531 to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. The signal converted into a voltage signal by the preamplifier is received, the signal is adjusted to a constant amplitude, and the signal is output to the clock extraction system and the discriminator. Since the AGC itself has a well-known configuration, details are omitted. By employing the transistor according to the present invention as a transistor constituting the AGC, the performance of the entire AGC can be significantly improved.

【0105】図35は、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタが適用される全波整流器551の回路図の一例で
ある。入力信号をその中心値から折り返す機能により、
2倍高調波を出力する。全波整流器自体は周知であるた
め、詳細は省略する。この全波整流器を構成するトラン
ジスタとして本発明によるトランジスタを採用すること
により、全波整流器全体での性能を著しく向上すること
ができる。
FIG. 35 is an example of a circuit diagram of a full-wave rectifier 551 to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. With the function to wrap the input signal from its center value,
Outputs the 2nd harmonic. Since the full-wave rectifier itself is well known, details are omitted. By employing the transistor according to the present invention as a transistor constituting the full-wave rectifier, the performance of the entire full-wave rectifier can be significantly improved.

【0106】図36は、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタが適用されるリミットアンプ554の回路図の一
例である。AGCよりクロック抽出系に送られた信号
は、全波整流器、フィルタを通してリミットアンプへ入
力される。リミットアンプはこの信号をクロックの波形
整形と振幅制限を行なった後に、クロック信号を識別器
に出力する。リミットアンプ自体は周知であるため、詳
細は省略する。このリミットアンプを構成するトランジ
スタとして本発明によるトランジスタを採用することに
より、リミットアンプ全体での性能を著しく向上するこ
とができる。
FIG. 36 is an example of a circuit diagram of a limit amplifier 554 to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. The signal sent from the AGC to the clock extraction system is input to a limit amplifier through a full-wave rectifier and a filter. The limit amplifier outputs the clock signal to the discriminator after shaping the waveform of the signal and limiting the amplitude of the signal. Since the limit amplifier itself is well known, the details are omitted. By employing the transistor according to the present invention as a transistor constituting the limit amplifier, the performance of the entire limit amplifier can be significantly improved.

【0107】図37は、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタが適用される識別器(540)のブロック図の一
例である。識別器540は、リミットアンプ554より
供給されるクロックに同期して、AGC531の出力を
デジタル信号化し、分離回路(DMUX)570へ信号
を出力する機能を有するもので、例えば、図37のよう
な構成を有している。同図において、「Cas.Di
f.ckt」はカスコード形差動増幅回路、「MS−F
F」はマスタ・スレーブ形フリップ・フロップ回路、
「Selector」はセレクタ、「Wide Ban
d Amp.」は広帯域増幅回路、「EF2」および
「EF3」はレベルシフタを表している。
FIG. 37 is an example of a block diagram of a discriminator (540) to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. The discriminator 540 has a function of converting the output of the AGC 531 into a digital signal and outputting a signal to the separation circuit (DMUX) 570 in synchronization with the clock supplied from the limit amplifier 554. It has a configuration. In FIG.
f. “ckt” is a cascode type differential amplifier circuit, “MS-F
"F" is a master-slave type flip-flop circuit,
“Selector” is a selector, “Wide Ban
d Amp. "" Indicates a broadband amplifier circuit, and "EF2" and "EF3" indicate level shifters.

【0108】図38は、図37に示す識別器に用いられ
るセレクタの回路図の一例、図39は、図37に示す識
別器に用いられる広帯域増幅回路の回路図の一例、図4
0は、図37に示す識別器に用いられるカスコード形差
動増幅回路の回路図の一例、図41は、、図37に示す
識別器に用いられるマスタ・スレーブ形フリップ・フロ
ップ回路の回路図の一例を示しており、それぞれ周知の
回路構成であるので詳細は省略する。このような識別器
を構成するトランジスタとして本発明によるトランジス
タを採用することにより、識別器全体での性能を著しく
向上することができる。
FIG. 38 is an example of a circuit diagram of a selector used in the discriminator shown in FIG. 37. FIG. 39 is an example of a circuit diagram of a wideband amplifier circuit used in the discriminator shown in FIG.
0 is an example of a circuit diagram of a cascode type differential amplifier circuit used in the discriminator shown in FIG. 37, and FIG. 41 is a circuit diagram of a master-slave type flip-flop circuit used in the discriminator shown in FIG. One example is shown, and the details are omitted because each has a well-known circuit configuration. By employing the transistor according to the present invention as a transistor constituting such a discriminator, the performance of the discriminator as a whole can be significantly improved.

【0109】図42は、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタが適用される分離回路(DMUX)570のブロ
ック図である。分離回路(DMUX)は、識別器出力の
デジタル信号を、伝送速度の低い複数の並列データチャ
ネルへ分配する機能を有する。この分離回路(DMU
X)を構成するトランジスタとして本発明によるトラン
ジスタを採用することにより、分離回路(DMUX)全
体での性能を著しく向上することができる。
FIG. 42 is a block diagram of an isolation circuit (DMUX) 570 to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. The separation circuit (DMUX) has a function of distributing the digital signal output from the discriminator to a plurality of parallel data channels having a low transmission speed. This separation circuit (DMU
By employing the transistor according to the present invention as the transistor constituting X), the performance of the entire separation circuit (DMUX) can be significantly improved.

【0110】以上詳細に述べたように、光通信システム
において、プリアンプ522,メインアンプ532,リ
ミットアンプ554をはじめとする各回路に、先の実施
例1〜10に述べた構成を有する本発明に係るバイポー
ラトランジスタを用いることができ、特に各アンプには
図28に示す構成の回路を用いることも可能である。前
記実施例に従って製造した本発明に係るバイポーラトラ
ンジスタは、遮断周波数fT、および最大遮断周波数f
maxが100GHzと高速動作が可能なため、1秒当
たり40Gビットと大容量の信号を高速で送受信するこ
とができる。本発明に係る高速なバイポーラトランジス
タを用いることにより、システム全体の性能を大幅に向
上させることができる。
As described in detail above, in the optical communication system, each circuit including the preamplifier 522, the main amplifier 532, and the limit amplifier 554 is provided with the present invention having the configuration described in the first to tenth embodiments. Such a bipolar transistor can be used. In particular, a circuit having a configuration shown in FIG. 28 can be used for each amplifier. The bipolar transistor according to the present invention manufactured according to the above embodiment has a cutoff frequency fT and a maximum cutoff frequency fT.
Since the high-speed operation is possible at a maximum of 100 GHz, a large-capacity signal of 40 Gbits per second can be transmitted and received at a high speed. By using the high-speed bipolar transistor according to the present invention, the performance of the entire system can be greatly improved.

【0111】また、従来このような高速動作が必要な回
路については、シリコンバイポーラトランジスタに比べ
動作速度が速い高価なGaAsトランジスタを用いる必
要があった。しかし、本発明ではこのような高速動作を
必要とする回路に対して安価なシリコンバイポーラトラ
ンジスタを用いることができるため、光通信システム全
体のコストを低減することが可能となる。
Conventionally, for a circuit requiring such a high-speed operation, it is necessary to use an expensive GaAs transistor whose operation speed is faster than that of a silicon bipolar transistor. However, in the present invention, an inexpensive silicon bipolar transistor can be used for a circuit requiring such a high-speed operation, so that the cost of the entire optical communication system can be reduced.

【0112】<実施例12>次に、本発明に係るバイポ
ーラトランジスタを他の回路に適用する実施例を説明す
る。図43は、本発明に係るバイポーラトランジスタが
適用される分周器のブロック図である。動作基準となる
クロックを分周し、低速動作の回路へクロックとして与
える機能を有する。
Embodiment 12 Next, an embodiment in which the bipolar transistor according to the present invention is applied to another circuit will be described. FIG. 43 is a block diagram of a frequency divider to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. It has a function of dividing a clock serving as an operation reference and providing it as a clock to a low-speed operation circuit.

【0113】図44は、図43に示す分周器に用いられ
るクロック入力回路の回路図の一例、図45は、図43
に示す分周器に用いられる段間バッファ回路の回路図の
一例、図46は、図43に示す分周器に用いられる出力
バッファ回路の回路図の一例を示しており、それぞれ周
知の回路構成であるので詳細は省略する。このような分
周器を構成するトランジスタとして本発明によるトラン
ジスタを採用することにより、分周器全体での性能を著
しく向上することができる。
FIG. 44 is an example of a circuit diagram of a clock input circuit used in the frequency divider shown in FIG. 43, and FIG.
43 shows an example of a circuit diagram of an inter-stage buffer circuit used in the frequency divider shown in FIG. 46. FIG. 46 shows an example of a circuit diagram of an output buffer circuit used in the frequency divider shown in FIG. Therefore, the details are omitted. By employing the transistor according to the present invention as a transistor constituting such a frequency divider, the performance of the entire frequency divider can be significantly improved.

【0114】<実施例13>図47は、本発明に係るバ
イポーラトランジスタの第13の実施例を示す図であ
り、本発明に係るバイポーラトランジスタを適用した移
動体無線携帯機のブロック構成図である。本実施例は、
前記実施例1〜10で説明した本発明に係るバイポーラ
トランジスタを、低雑音増幅器603、シンセサイザー
606、PLL(Phase Locked Loop:フェーズ・ロ
ックド・ループ)611などの移動体無線携帯機の各ブ
ロックを構成する回路に適用した例である。
<Thirteenth Embodiment> FIG. 47 is a diagram showing a thirteenth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention, and is a block diagram of a mobile wireless portable device to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. . In this embodiment,
The bipolar transistor according to the present invention described in the first to tenth embodiments constitutes each block of a mobile wireless portable device such as a low-noise amplifier 603, a synthesizer 606, and a PLL (Phase Locked Loop) 611. This is an example in which the present invention is applied to a circuit that performs the following.

【0115】次に,図47に示した本実施例の移動体無
線携帯機の動作を説明する。まず、アンテナ601から
の入力を低雑音増幅器603で増幅し、シンセサイザ6
06から発した周波数を発振器605から発振させ、低
雑音増幅器603からの信号を発振器605から発振し
た信号を用いて、ダウンミキサ604でより低い周波数
へダウンコンバージョンする。さらに、PLL611か
ら発した周波数を発振器610から発振させ、ダウンミ
キサ604からの信号を発振器610から発振した信号
を用いて、復調器609で復調し、より低周波を扱うベ
ースバンドユニット613で信号処理を行なう。
Next, the operation of the mobile radio portable device of this embodiment shown in FIG. 47 will be described. First, the input from the antenna 601 is amplified by the low noise amplifier 603, and the
06 is oscillated from the oscillator 605, and the signal from the low noise amplifier 603 is down-converted to a lower frequency by the down mixer 604 using the signal oscillated from the oscillator 605. Further, the frequency emitted from the PLL 611 is oscillated from the oscillator 610, and the signal from the down mixer 604 is demodulated by the demodulator 609 using the signal oscillated from the oscillator 610, and the signal is processed by the baseband unit 613 that handles a lower frequency. Perform

【0116】また、ベースバンドユニット613から発
せられた信号は、変調器612でPLL611からの信
号を用いて変調され、さらに、アップミキサ608にお
いてシンセサイザ606からの信号を基に高周波へアッ
プコンバートされた後、電力増幅器607により増幅さ
れてアンテナ601より送信される。ここで、スイッチ
602は信号の送信と受信を切り換えるスイッチであ
り、ベースバンドユニット613から図示しない制御信
号を受けて、その送信と受信が制御される。さらに、ベ
ースバンドユニット613には図示しないスピーカ、マ
イクなどが接続され音声信号の入出力が可能とされてい
る。
The signal emitted from baseband unit 613 is modulated by modulator 612 using the signal from PLL 611, and further up-converted by up-mixer 608 to a high frequency based on the signal from synthesizer 606. Thereafter, the signal is amplified by the power amplifier 607 and transmitted from the antenna 601. Here, the switch 602 is a switch for switching between transmission and reception of a signal, and receives and transmits a control signal (not shown) from the baseband unit 613 to control its transmission and reception. Further, a speaker, a microphone, and the like (not shown) are connected to the baseband unit 613, and input and output of an audio signal are enabled.

【0117】本実施例の移動体無線携帯機を構成する図
47に示した各ブロック、特に低雑音増幅器603,シ
ンセサイザー606,およびPLL611のブロック
に、前記実施例1〜10で説明した本発明に係るいずれ
かのバイポーラトランジスタを適用して、それぞれの回
路を構成することができる。本発明によるトランジスタ
は、ベース抵抗およびコレクタ・ベース間容量の低減が
可能であるため、低雑音増幅器603,シンセサイザ6
06,およびPLL611において、低雑音化と低消費
電力化が図れる。これにより、システム全体として低雑
音かつ長時間使用可能な移動体無線携帯機を実現するこ
とができる。
The respective blocks shown in FIG. 47 constituting the mobile radio portable device of this embodiment, in particular, the blocks of the low noise amplifier 603, the synthesizer 606 and the PLL 611 are the same as those of the first to tenth embodiments. Each of the circuits can be configured by applying any of such bipolar transistors. Since the transistor according to the present invention can reduce the base resistance and the collector-base capacitance, the low noise amplifier 603 and the synthesizer 6
06 and the PLL 611 can achieve low noise and low power consumption. This makes it possible to realize a mobile wireless portable device that can be used for a long time with low noise as a whole system.

【0118】<実施例14>図48は本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第14の実施例を示す図であり、
本発明に係るバイポーラトランジスタの適用する移動体
無線携帯機のPLLのプリスケーラ用Dフリップフロッ
プ回路図である。本実施例は、前述の実施例1〜10で
説明した本発明に係るバイポーラトランジスタを、図4
8に示した回路(PLLのプリスケーラ用Dフリップフ
ロップ回路)上のトランジスタ701〜トランジスタ7
12に用いた例である。
<Embodiment 14> FIG. 48 shows a bipolar transistor according to a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a D flip-flop circuit diagram for a prescaler of a PLL of a mobile wireless portable device to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. In the present embodiment, the bipolar transistor according to the present invention described in the above-described first to tenth embodiments will be described with reference to FIG.
Transistors 701 to 7 on the circuit shown in FIG. 8 (D flip-flop circuit for PLL prescaler)
12 is an example used.

【0119】このDフリップフロップ回路の入力信号と
クロック信号および出力信号は、高電位と低電位の2状
態のみを有する。入力信号と反転入力信号をそれぞれ端
子719と端子720に、また、クロック信号と反転ク
ロック信号をそれぞれ端子721と端子722に入力
し、端子723と端子724より出力信号と反転出力信
号を得る。
The input signal, clock signal and output signal of this D flip-flop circuit have only two states of a high potential and a low potential. An input signal and an inverted input signal are input to terminals 719 and 720, respectively, and a clock signal and an inverted clock signal are input to terminals 721 and 722, respectively, and an output signal and an inverted output signal are obtained from terminals 723 and 724.

【0120】電流源717と718を流れる電流経路
は、クロック信号によりそれぞれトランジスタ709か
710、711か712のいずれかに切り替わる。さら
に、トランジスタ701〜トランジスタ704のオンオ
フは入力信号(719/720)とクロック信号(72
1/722)および抵抗713と714を流れる電流に
よって生じる抵抗下端の電位により決定される。本回路
においては出力信号(723/724)は、クロック信
号721が低電位から高電位に変化した場合に入力値を
出力し、それ以外の場合、前入力値を保持する。
The current paths flowing through the current sources 717 and 718 are switched to one of the transistors 709 or 710 and 711 or 712, respectively, by the clock signal. Further, the on / off of the transistors 701 to 704 is determined by the input signal (719/720) and the clock signal (72).
1/722) and the potential at the lower end of the resistor caused by the current flowing through the resistors 713 and 714. In this circuit, the output signal (723/724) outputs an input value when the clock signal 721 changes from a low potential to a high potential, and otherwise retains the previous input value.

【0121】前記実施例1〜10で説明した本発明に係
るいずれかのバイポーラトランジスタを適用して、それ
ぞれの回路を構成することができる。本発明によるトラ
ンジスタは、ベース抵抗およびコレクタ・ベース間容量
の低減が可能であるため、移動体無線携帯機のPLLの
低消費電力化が図れる。
Each of the circuits can be formed by applying any of the bipolar transistors according to the present invention described in the first to tenth embodiments. Since the transistor according to the present invention can reduce the base resistance and the collector-base capacitance, the power consumption of the PLL of the mobile wireless portable device can be reduced.

【0122】以上、本発明の好適な実施例として、光通
信システム、分周器、移動体無線携帯機などについて説
明したが、本発明は上記実施例に限定されることなく、
本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変
更をなし得ることはもちろんである。例えば、本発明に
係るバイポーラトランジスタは、バイポーラトランジス
タを含む全ての回路装置やシステムに適用でき、そのバ
イポーラトランジスタを本発明に係るバイポーラトラン
ジスタに置き換えることによりその回路装置やシステム
の動作を高速化することができる。
As described above, the optical communication system, the frequency divider, the mobile radio portable device, and the like have been described as the preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the above embodiments.
It goes without saying that various design changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the bipolar transistor according to the present invention can be applied to all circuit devices and systems including the bipolar transistor, and the operation of the circuit device and system can be accelerated by replacing the bipolar transistor with the bipolar transistor according to the present invention. Can be.

【0123】以上説明したように、本実施例によれば、
真性ベース層と外部ベース層が外部ベース層の表面の凹
凸に関係なく接続されることから、ベース抵抗が低減で
き、低濃度コレクタ層の周辺部膜厚が大きいことからコ
レクタ・ベース間容量が低減できるため、バイポーラト
ランジスタを用いた電子回路装置やシステムの高速動作
が可能となる。また、ベース抵抗のばらつきが低減でき
るため、回路動作の高性能化が可能となる。更に、エミ
ッタ・コレクタ・ベースを自己整合的に形成するため、
エミッタ・ベースおよびコレクタ・ベース間容量が低減
でき、バイポーラトランジスタを用いた回路装置の高速
動作が可能となる。
As described above, according to the present embodiment,
Since the intrinsic base layer and the external base layer are connected regardless of the irregularities on the surface of the external base layer, the base resistance can be reduced and the collector-base capacitance can be reduced due to the large peripheral thickness of the low concentration collector layer As a result, high-speed operation of an electronic circuit device or a system using a bipolar transistor becomes possible. Further, since the variation in the base resistance can be reduced, the performance of the circuit operation can be improved. Furthermore, to form the emitter, collector and base in a self-aligned manner,
The capacitance between the emitter-base and the collector-base can be reduced, and high-speed operation of the circuit device using the bipolar transistor becomes possible.

【0124】すなわち、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタおよびその製造方法によれば、エミッタ・ベース
間容量の低減、コレクタ・ベース間容量の低減、ベース
抵抗の低減、さらにはベース抵抗のばらつきの低減が可
能となり、高速かつ高周波で動作可能なバイポーラトラ
ンジスタを構成することが可能となる。従って、特に光
通信システムなどのような高速動作が必要とされる電子
回路装置やシステムに本発明によるバイポーラトランジ
スタを用いることで、電子回路装置およびシステム全体
での性能の向上を図ることができる。
That is, according to the bipolar transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention, it is possible to reduce the emitter-base capacitance, the collector-base capacitance, the base resistance, and the variation of the base resistance. Thus, a bipolar transistor operable at high speed and high frequency can be configured. Therefore, by using the bipolar transistor according to the present invention in an electronic circuit device or system that requires high-speed operation, such as an optical communication system, the performance of the electronic circuit device and the entire system can be improved.

【0125】[0125]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、外部ベース抵抗が低く、ベース抵抗のばらつき
が少なく、かつコレクタ・ベース間の容量が小さい高速
動作が可能なバイポーラトランジスタ,その製造方法,
該バイポーラトランジスタを用いた電子回路装置および
光通信システムを実現することができる。
As described above in detail, according to the present invention, a bipolar transistor capable of high-speed operation with a low external base resistance, a small variation in the base resistance, and a small collector-base capacitance is provided. Its manufacturing method,
An electronic circuit device and an optical communication system using the bipolar transistor can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1の
実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a bipolar transistor according to the present invention.

【図2】図1に示したバイポーラトランジスタのゲルマ
ニウム組成比および不純物濃度プロファイルを示す特性
線図である。
2 is a characteristic diagram showing a germanium composition ratio and an impurity concentration profile of the bipolar transistor shown in FIG.

【図3】図2に示したプロファイルを有するバイポーラ
トランジスタのエネルギーバンド構造を模式的に示した
図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an energy band structure of a bipolar transistor having the profile shown in FIG.

【図4】図1に示した本発明に係るバイポーラトランジ
スタの活性領域の製造方法を工程順に示す部分拡大断面
図である。
4 is a partially enlarged cross-sectional view showing a method of manufacturing the active region of the bipolar transistor shown in FIG. 1 according to the present invention in the order of steps.

【図5】図4の次の工程以降を順に示す部分拡大断面図
である。
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view sequentially showing the steps subsequent to FIG. 4;

【図6】図5の次の工程以降を順に示す部分拡大断面図
である。
FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view sequentially showing the steps subsequent to FIG. 5;

【図7】成長温度650℃の時の、シリコン酸化膜上お
よびシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウム
を堆積せずに選択的に成長できる単結晶シリコン・ゲル
マニウムの最大膜厚とゲルマニウム組成比との関係を示
す特性線図である。
FIG. 7 shows the maximum thickness and germanium composition ratio of single crystal silicon / germanium that can be selectively grown on a silicon oxide film and a silicon nitride film without depositing polycrystalline silicon / germanium at a growth temperature of 650 ° C. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between

【図8】成長温度650℃の時の、シリコン酸化膜上お
よびシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウム
を堆積せずに選択的に単結晶シリコン・ゲルマニウムを
成長できるHCl流量の全原料ガス流量に対する割合と
ゲルマニウム組成比との関係を示す特性線図である。
FIG. 8 shows a total HCl gas flow rate at which a single-crystal silicon-germanium can be selectively grown without depositing polycrystalline silicon-germanium on a silicon oxide film and a silicon nitride film at a growth temperature of 650 ° C. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a ratio to germanium and a germanium composition ratio.

【図9】成長温度600℃の時の、シリコン酸化膜上お
よびシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウム
を堆積せずに選択的に成長できる単結晶シリコン・ゲル
マニウムの最大膜厚とゲルマニウム組成比との関係を示
す特性線図である。
FIG. 9 shows a maximum thickness and a germanium composition ratio of single crystal silicon / germanium which can be selectively grown on a silicon oxide film and a silicon nitride film without depositing polycrystalline silicon / germanium at a growth temperature of 600 ° C. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between

【図10】本発明に係るバイポーラトランジスタの第2
の実施例を示す断面図である。
FIG. 10 shows a second example of the bipolar transistor according to the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of (a).

【図11】成長温度575℃の時の、多結晶シリコン上
に多結晶シリコン・ゲルマニウムを堆積せずに選択的に
成長できる単結晶シリコン・ゲルマニウムの最大膜厚と
ゲルマニウム組成比との関係を示す特性線図である。
FIG. 11 shows the relationship between the maximum thickness of single-crystal silicon-germanium that can be selectively grown without depositing polycrystalline silicon-germanium on polycrystalline silicon and the germanium composition ratio at a growth temperature of 575 ° C. FIG. 6 is a characteristic diagram.

【図12】本発明に係るバイポーラトランジスタの第3
の実施例を示す断面図である。
FIG. 12 shows a third example of the bipolar transistor according to the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of (a).

【図13】図12に示したバイポーラトランジスタのゲ
ルマニウム組成比および不純物濃度プロファイルを示す
特性線図である。
13 is a characteristic diagram showing a germanium composition ratio and an impurity concentration profile of the bipolar transistor shown in FIG.

【図14】図13に示したプロファイルを有するバイポ
ーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的に示
した図である。
14 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor having the profile shown in FIG.

【図15】本発明に係るバイポーラトランジスタの第4
の実施例を示す断面図である。
FIG. 15 shows a fourth example of the bipolar transistor according to the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of (a).

【図16】本発明に係るバイポーラトランジスタの第5
の実施例を示すゲルマニウム組成比および不純物濃度プ
ロファイルを示す特性線図である
FIG. 16 shows a fifth example of the bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing Examples of the present invention.

【図17】図16に示したプロファイルを有するバイポ
ーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的に示
した図である。
FIG. 17 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor having the profile shown in FIG.

【図18】本発明に係るバイポーラトランジスタの第6
の実施例を示すゲルマニウム組成比および不純物濃度プ
ロファイルを示す特性線図である
FIG. 18 shows a sixth embodiment of the bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing Examples of the present invention.

【図19】図18に示したプロファイルを有するバイポ
ーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的に示
した図である。
19 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor having the profile shown in FIG.

【図20】本発明に係るバイポーラトランジスタの第7
の実施例を示すゲルマニウム組成比および不純物濃度プ
ロファイルを示す特性線図である
FIG. 20 shows a seventh embodiment of the bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing Examples of the present invention.

【図21】図20に示したプロファイルを有するバイポ
ーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的に示
した図である。
21 is a diagram schematically showing an energy band structure of a bipolar transistor having the profile shown in FIG.

【図22】本発明に係るバイポーラトランジスタの第8
の実施例を示すゲルマニウム組成比および不純物濃度プ
ロファイルを示す特性線図である
FIG. 22 shows an eighth embodiment of the bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing Examples of the present invention.

【図23】図22に示したプロファイルを有するバイポ
ーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的に示
した図である。
FIG. 23 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor having the profile shown in FIG.

【図24】本発明に係るバイポーラトランジスタの第9
の実施例を示すゲルマニウム組成比および不純物濃度プ
ロファイルを示す特性線図である
FIG. 24 is a ninth embodiment of the bipolar transistor according to the present invention;
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing Examples of the present invention.

【図25】図24に示したプロファイルを有するバイポ
ーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的に示
した図である。
25 is a diagram schematically showing the energy band structure of the bipolar transistor having the profile shown in FIG.

【図26】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1
0の実施例を示すゲルマニウム組成比および不純物濃度
プロファイルを示す特性線図である
FIG. 26 shows a first example of a bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a germanium composition ratio and an impurity concentration profile showing Example 0.

【図27】図26に示したプロファイルを有するバイポ
ーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的に示
した図である。
FIG. 27 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor having the profile shown in FIG. 26;

【図28】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1
1の実施例を示す図であり、光通信システムに用いられ
る前置増幅回路の回路図である。
FIG. 28 shows a first example of a bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a first embodiment, and is a circuit diagram of a preamplifier circuit used in an optical communication system.

【図29】図28に示した前置増幅回路を実装基板に集
積した光通信システムのフロントエンドモジュールの断
面図である。
29 is a sectional view of a front-end module of an optical communication system in which the preamplifier circuit shown in FIG. 28 is integrated on a mounting board.

【図30】図28および図29に示した回路およびモジ
ュールを利用した光通信システムの送信側モジュールの
ブロック図である。
FIG. 30 is a block diagram of a transmitting-side module of an optical communication system using the circuits and modules shown in FIGS. 28 and 29.

【図31】本発明に係るバイポーラトランジスタが適用
される多重回路(MUX)のブロック図である。
FIG. 31 is a block diagram of a multiplexing circuit (MUX) to which the bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図32】本発明に係るバイポーラトランジスタが適用
されるドライバの回路図である。
FIG. 32 is a circuit diagram of a driver to which the bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図33】光通信システムの受信側モジュールのブロッ
ク図である。
FIG. 33 is a block diagram of a receiving module of the optical communication system.

【図34】本発明に係るバイポーラトランジスタが適用
されるAGC531の回路図である。
FIG. 34 is a circuit diagram of an AGC 531 to which the bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図35】本発明に係るバイポーラトランジスタが適用
される全波整流器551の回路図である。
FIG. 35 is a circuit diagram of a full-wave rectifier 551 to which the bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図36】本発明に係るバイポーラトランジスタが適用
されるリミットアンプ554の回路図である。
FIG. 36 is a circuit diagram of a limit amplifier 554 to which the bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図37】本発明に係るバイポーラトランジスタが適用
される識別器(540)のブロック図である。
FIG. 37 is a block diagram of a discriminator (540) to which the bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図38】図37に示す識別器に用いられるセレクタの
回路図である。
FIG. 38 is a circuit diagram of a selector used in the discriminator shown in FIG. 37;

【図39】図37に示す識別器に用いられる広帯域増幅
回路の回路図である。
FIG. 39 is a circuit diagram of a broadband amplifier circuit used in the discriminator shown in FIG. 37.

【図40】図37に示す識別器に用いられるカスコード
形差動増幅回路の回路図である。
40 is a circuit diagram of a cascode type differential amplifier circuit used in the discriminator shown in FIG. 37.

【図41】図37に示す識別器に用いられるマスタ・ス
レーブ形フリップ・フロップ回路の回路図である。
FIG. 41 is a circuit diagram of a master-slave type flip-flop circuit used in the discriminator shown in FIG. 37;

【図42】本発明に係るバイポーラトランジスタが適用
される分離回路(DMUX)570のブロック図であ
る。
FIG. 42 is a block diagram of a separation circuit (DMUX) 570 to which the bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図43】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1
2の実施例を示す図であり、該バイポーラトランジスタ
が適用される分周器のブロック図である。
FIG. 43 shows a first example of a bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment, and is a block diagram of a frequency divider to which the bipolar transistor is applied.

【図44】図43に示す分周器に用いられるクロック入
力回路の回路図である。
FIG. 44 is a circuit diagram of a clock input circuit used in the frequency divider shown in FIG.

【図45】図43に示す分周器に用いられる段間バッフ
ァ回路の回路図である。
FIG. 45 is a circuit diagram of an interstage buffer circuit used in the frequency divider shown in FIG. 43;

【図46】図43に示す分周器に用いられる出力バッフ
ァ回路の回路図である。
FIG. 46 is a circuit diagram of an output buffer circuit used in the frequency divider shown in FIG. 43.

【図47】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1
3の実施例を示す図であり、本発明に係るバイポーラト
ランジスタを適用する移動体無線携帯機のブロック構成
図である。
FIG. 47 shows a first example of a bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a third embodiment, and is a block diagram of a mobile wireless portable device to which a bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図48】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1
4の実施例を示す図であり、本発明に係るバイポーラト
ランジスタを適用する移動体無線携帯機のPLLのプリ
スケーラ用Dフリップフロップの回路図である。
FIG. 48 shows a first example of a bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing Example 4 of the present invention, and is a circuit diagram of a D pre-scaler D flip-flop of a PLL of a mobile wireless portable device to which a bipolar transistor according to the present invention is applied.

【図49】真性ベースに単結晶シリコン・ゲルマニウム
を用いた従来のバイポーラトランジスタを示す断面図で
ある。
FIG. 49 is a cross-sectional view showing a conventional bipolar transistor using single crystal silicon / germanium for an intrinsic base.

【図50】図49に示す従来例のバイポーラトランジス
タの要部である活性領域の製造工程を説明するための図
である(その1)。
50 is a view illustrating a step of manufacturing an active region which is a main part of the bipolar transistor of the conventional example shown in FIG. 49 (part 1);

【図51】図49に示す従来例のバイポーラトランジス
タの要部である活性領域の製造工程を説明するための図
である(その2)。
FIG. 51 is a view illustrating a step of manufacturing an active region which is a main part of the bipolar transistor of the conventional example shown in FIG. 49 (part 2);

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31…シリコン基板、2,32…高濃度n型埋込
層、3,33…低濃度n型コレクタ層(単結晶シリコ
ン)、4,5,34…コレクタ・ベース分離絶縁膜、
6,38…コレクタ引き出し層(高濃度n型単結晶シリ
コン)、7,35…ベース引き出し層(p型多結晶シリ
コンもしくは多結晶シリコン・ゲルマニウム)、8,4
4…コレクタ引き出し層(高濃度n型多結晶シリコ
ン)、9,19,20,36,37,42…エミッタ・
ベース分離絶縁膜、10,11,12,14…絶縁膜、
13…n型コレクタ層(選択イオン打ち込み層)、15
…絶縁膜の開口部、16a,16,39…低濃度n型コ
レクタ層(単結晶シリコン・ゲルマニウム)、17a,
17b,17,41…p型外部ベース層(多結晶シリコ
ン・ゲルマニウム)、18,40…真性ベース層(p型
単結晶シリコン・ゲルマニウム)、21,43…エミッ
タ引き出し層(高濃度n型多結晶シリコン)、22,4
5…エミッタ領域、23,46…絶縁膜、24,47…
電極、25…低濃度p型キャップ層(単結晶シリコンも
しくは単結晶シリコン・ゲルマニウム)、26…低濃度
p型多結晶層(多結晶シリコンもしくは多結晶シリコン
・ゲルマニウム)、27…エミッタ層(単結晶シリコン
もしくは単結晶シリコン・ゲルマニウム)300…半導
体集積回路(前置増幅回路)、301…電源端子、30
2…接地端子、303…デカップリング容量、401…
光ファイバー、402…レンズ、403…フォトダイオ
ード、404…半導体集積回路(前置増幅回路IC)、
405…配線、406…出力端子、407…基板、50
0…送信モジュール、5001…多重回路(MUX)、
5002…ドライバ、5003…半導体レーザ、500
4…外部変調器、501…電気信号、502…光ファイ
バー、510…光受信型モジュール、520…フロント
エンドモジュール、521…受光器、522…プリアン
プ、530…メインアンプ部、531…AGC、532
…メインアンプ、540…識別器、544…光ファイバ
ー、550…クロック抽出部、551…全波整流器、5
52…フィルタ、553…位相器、554…リミットア
ンプ、560…デジタル信号処理装置」、570…分離
回路(DMUX)、580…DC/DC変換器、601
…アンテナ、602…スイッチ、603…低雑音増幅
器、604…ダウンミキサ、605…発振器、606…
シンセサイザ、607…電力増幅器、608…アップミ
キサ、609…復調器、610…発振器、611…PL
L、612…変調器、613…ベースバンドユニット、
701〜712…バイポーラトランジスタ、713〜7
16…抵抗、717,718…電流源、719〜724
…端子。
1, 31: silicon substrate, 2, 32: high-concentration n-type buried layer, 3, 33: low-concentration n-type collector layer (single-crystal silicon), 4, 5, 34: collector / base isolation insulating film,
6, 38: Collector extraction layer (high-concentration n-type single crystal silicon), 7, 35: Base extraction layer (p-type polycrystalline silicon or polycrystalline silicon / germanium)
4: Collector extraction layer (high-concentration n-type polycrystalline silicon), 9, 19, 20, 36, 37, 42 ... Emitter /
Base isolation insulating film, 10, 11, 12, 14 ... insulating film,
13... N-type collector layer (selective ion implantation layer), 15
... openings in the insulating film, 16a, 16, 39 ... low-concentration n-type collector layer (single-crystal silicon / germanium), 17a,
17b, 17, 41: p-type external base layer (polycrystalline silicon / germanium), 18, 40: intrinsic base layer (p-type single crystal silicon / germanium), 21, 43 ... emitter extraction layer (high-concentration n-type polycrystalline) Silicon), 22, 4
5 ... emitter region, 23, 46 ... insulating film, 24, 47 ...
Electrodes, 25: low-concentration p-type cap layer (single-crystal silicon or single-crystal silicon / germanium), 26: low-concentration p-type polycrystalline layer (polycrystalline silicon or polycrystalline silicon-germanium), 27: emitter layer (single-crystal) Silicon or single crystal silicon / germanium) 300: semiconductor integrated circuit (preamplifier circuit), 301: power supply terminal, 30
2 ... ground terminal, 303 ... decoupling capacitance, 401 ...
Optical fiber, 402: lens, 403: photodiode, 404: semiconductor integrated circuit (preamplifier circuit IC),
405 wiring, 406 output terminal, 407 substrate, 50
0: transmission module, 5001: multiplex circuit (MUX),
5002 ... Driver, 5003 ... Semiconductor laser, 500
4 External modulator, 501 Electric signal, 502 Optical fiber, 510 Optical receiving module, 520 Front end module, 521 Optical receiver, 522 Preamplifier, 530 Main amplifier section, 531 AGC, 532
... Main amplifier, 540 ... Identifier, 544 ... Optical fiber, 550 ... Clock extraction unit, 551 ... Full-wave rectifier, 5
52: Filter, 553: Phase shifter, 554: Limit amplifier, 560: Digital signal processing device ", 570: Separation circuit (DMUX), 580: DC / DC converter, 601
... antenna, 602 ... switch, 603 ... low noise amplifier, 604 ... down mixer, 605 ... oscillator, 606 ...
Synthesizer, 607 power amplifier, 608 up mixer, 609 demodulator, 610 oscillator, 611 PL
L, 612: modulator, 613: baseband unit,
701-712: Bipolar transistors, 713-7
16: resistor, 717, 718: current source, 719 to 724
... terminals.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F003 AP00 AP05 BA11 BB01 BB04 BB07 BB08 BC01 BC04 BC07 BC08 BE01 BE07 BE08 BF03 BF06 BG03 BJ99 BM01 BP08 BP11 BP23 BP31 BP33 BP34 BP41 BP93 BS04 BS06 5F049 MA01 NA03 NB01 TA08 TA12 TA14 UA20 5F082 AA06 AA25 BA22 BA26 BA31 BC01 CA01 EA23 EA24 EA25 FA20 GA01 GA02 GA04 GA05 HA13 HA25 HA42 HA43 HA52 HA57 HB06 HB14 HB22 HB37 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F082 AA06 AA25 BA22 BA26 BA31 BC01 CA01 EA23 EA24 EA25 FA20 GA01 GA02 GA04 GA05 HA13 HA25 HA42 HA43 HA52 HA57 HB06 HB14 HB22 HB37

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型単結晶シリコン層からなるコ
レクタ領域と、該第1導電型単結晶シリコン層表面上に
設けられた開口部を有する第1の絶縁膜と第2の絶縁膜
と前記第1導電型と反対導電型の第2導電型多結晶層と
第3の絶縁層とからなる多層膜と、前記開口部に設けら
れた第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層からな
る低濃度コレクタ領域と、該第1導電型単結晶シリコン
・ゲルマニウム層上に設けられた第2導電型単結晶シリ
コン・ゲルマニウム層からなるベース領域と、該第2導
電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設けられたエ
ミッタ領域と、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層と前記第2導電型多結晶層とのいずれとも接し
て設けられた第2導電型多結晶シリコン・ゲルマニウム
層と、を少なくとも有し、前記第1導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層の膜厚が前記開口部の中心よりも周
辺部の方が大きいことを特徴とするバイポーラトランジ
スタ。
A first conductive type single-crystal silicon layer, a first insulating film having an opening provided on a surface of the first conductive type single-crystal silicon layer, and a second insulating film. A multilayer film comprising a second conductivity type polycrystalline layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type and a third insulating layer; and a low-conductivity film comprising a first conductivity type single crystal silicon / germanium layer provided in the opening. A concentration collector region, a base region comprising a second conductivity type single crystal silicon / germanium layer provided on the first conductivity type single crystal silicon / germanium layer, and a base region comprising the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer. At least an emitter region provided, and a second conductivity type polycrystalline silicon / germanium layer provided in contact with any of the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer and the second conductivity type polycrystalline layer. A bipolar transistor, wherein the thickness of the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer is larger at the periphery than at the center of the opening.
【請求項2】 前記第2導電型多結晶層は、多結晶シリ
コン層または多結晶シリコン・ゲルマニウム層である請
求項1記載のバイポーラトランジスタ。
2. The bipolar transistor according to claim 1, wherein said second conductivity type polycrystalline layer is a polycrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon / germanium layer.
【請求項3】 前記開口部周辺における前記第1導電型
単結晶シリコン・ゲルマニウム層の膜厚は少なくとも5
nm以上であることを特徴とする請求項2に記載のバイ
ポーラトランジスタ。
3. The film thickness of the first conductivity type single crystal silicon / germanium layer around the opening is at least 5
3. The bipolar transistor according to claim 2, wherein the thickness is not less than nm.
【請求項4】 前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層上に設けられ、かつ第2導電型単結晶シリコン
・ゲルマニウム層よりも不純物濃度の低い第2の第2導
電型単結晶層を更に設けてなる請求項1〜3のいずれか
1項に記載のバイポーラトランジスタ。
4. A second second conductivity type single crystal layer provided on the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer and having a lower impurity concentration than the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the bipolar transistor is provided.
【請求項5】 前記第2の第2導電型単結晶層は、単結
晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層で
ある請求項4記載のバイポーラトランジスタ。
5. The bipolar transistor according to claim 4, wherein said second second conductivity type single crystal layer is a single crystal silicon layer or a single crystal silicon / germanium layer.
【請求項6】 前記エミッタ領域は、エピタキシャル成
長で形成された第2の第1導電型単結晶層で構成される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の
バイポーラトランジスタ。
6. The bipolar transistor according to claim 1, wherein said emitter region comprises a second first conductivity type single crystal layer formed by epitaxial growth.
【請求項7】 前記第2の第1導電型単結晶層は、単結
晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層で
ある請求項6記載のバイポーラトランジスタ。
7. The bipolar transistor according to claim 6, wherein the second first conductivity type single crystal layer is a single crystal silicon layer or a single crystal silicon / germanium layer.
【請求項8】 前記第2の絶縁膜はシリコン窒化膜であ
る請求項1〜7のいずれか1項に記載のバイポーラトラ
ンジスタ。
8. The bipolar transistor according to claim 1, wherein said second insulating film is a silicon nitride film.
【請求項9】 前記第3の絶縁膜はシリコン酸化膜であ
る請求項1〜8のいずれか1項に記載のバイポーラトラ
ンジスタ。
9. The bipolar transistor according to claim 1, wherein said third insulating film is a silicon oxide film.
【請求項10】 前記第2導電型単結晶シリコン・ゲル
マニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電
型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少して
なる請求項1〜9のいずれか1項に記載のバイポーラト
ランジスタ。
10. The method according to claim 1, wherein the composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer decreases from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface. 2. The bipolar transistor according to claim 1.
【請求項11】 前記第1導電型単結晶シリコン・ゲル
マニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電
型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い増加し、
表面側でゲルマニウム組成比が一定となる領域を有する
請求項1〜10のいずれか1項に記載のバイポーラトラ
ンジスタ。
11. The composition ratio of germanium in the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer increases from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface,
The bipolar transistor according to claim 1, wherein the bipolar transistor has a region in which a germanium composition ratio is constant on a surface side.
【請求項12】 前記第1導電型単結晶シリコン・ゲル
マニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電
型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い増加して
なる請求項1〜10のいずれか1項に記載のバイポーラ
トランジスタ。
12. The method according to claim 1, wherein the composition ratio of germanium in said first conductivity type single crystal silicon-germanium layer increases from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface. 2. The bipolar transistor according to claim 1.
【請求項13】 前記第2導電型単結晶シリコン・ゲル
マニウム層および前記第1導電型単結晶シリコン・ゲル
マニウム層中のゲルマニウムの組成比が前記第1導電型
単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、前
記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム中のゲルマ
ニウム組成比の傾きよりも前記第1導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層中の傾きが小さい請求項1〜9のい
ずれか1項に記載のバイポーラトランジスタ。
13. The composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon / germanium layer increases from the first conductivity type single crystal silicon layer to the surface. The slope in the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer is smaller than the slope of the germanium composition ratio in the second conductivity type single crystal silicon-germanium, according to any one of claims 1 to 9, Bipolar transistor.
【請求項14】 前記第2導電型単結晶シリコン・ゲル
マニウム層および前記第1導電型単結晶シリコン・ゲル
マニウム層中のゲルマニウムの組成比が前記第1導電型
単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、前
記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム中のゲルマ
ニウム組成比の傾きよりも前記第1導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層中の傾きが小さく、さらに前記第1
導電型単結晶シリコン内で該第1導電型単結晶シリコン
側から表面に向かうに従ってゲルマニウム組成比が増加
する領域を有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の
バイポーラトランジスタ。
14. A composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon / germanium layer from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface. The slope in the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer is smaller than the slope of the germanium composition ratio in the second conductivity type single crystal silicon-germanium;
The bipolar transistor according to any one of claims 1 to 9, wherein the bipolar transistor has a region in which the germanium composition ratio increases from the first conductivity type single crystal silicon side toward the surface in the conductivity type single crystal silicon.
【請求項15】 第1導電型単結晶シリコン層表面上に
第1の絶縁膜と第2の絶縁膜と前記第1導電型と反対導
電型の第2導電型多結晶層と第3の絶縁層とからなる多
層膜を形成し、その多層膜に開口部を設けるステップ
と、前記開口部に第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層を設けるステップと、該第1導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層上に第2導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層を設けるステップと、第2導電型多結晶シ
リコン・ゲルマニウム層を、前記第2導電型単結晶シリ
コン・ゲルマニウム層と第2導電型多結晶層とのいずれ
とも接して設けるステップとを有するバイポーラトラン
ジスタの製造方法であって、 前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層の膜厚
を、前記開口部の中心よりも周辺部の方を厚くするとと
もに、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層
を設けるステップが、エピタキシャル成長によって形成
する工程であって、前記エピタキシャル成長を、成長時
の温度が500℃〜800℃で、かつ、成長時の圧力が
100Pa(パスカル)を越えない条件で行うことを特
徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
15. A first insulation film, a second insulation film, a second conductivity type polycrystalline layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type, and a third insulation film on a surface of the first conductivity type single crystal silicon layer. Forming a multi-layered film including a plurality of layers, providing an opening in the multi-layered film, providing a first-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer in the opening; Providing a second-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer on the layer; and combining the second-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer with the second-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer. Wherein the first conductive type single crystal silicon-germanium layer is thicker in a peripheral portion than in a center of the opening. And providing the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer by epitaxial growth, wherein the epitaxial growth is performed at a temperature of 500 ° C. to 800 ° C. and a pressure during the growth. Is carried out under conditions not exceeding 100 Pa (Pascal).
【請求項16】 請求項1〜14のいずれか1項に記載
のバイポーラトランジスタを用いたことを特徴とする電
子回路装置。
16. An electronic circuit device using the bipolar transistor according to claim 1. Description:
【請求項17】 請求項1〜14のいずれか1項に記載
のバイポーラトランジスタを用いたことを特徴とする光
通信システム。
17. An optical communication system using the bipolar transistor according to claim 1. Description:
【請求項18】 光信号を受け電気信号を出力する受光
素子と、該受光素子からの電気信号を受ける第1の増幅
回路と、該第1の増幅回路の出力を受ける第2の増幅回
路と、所定のクロック信号に同期して前記第2の増幅回
路の出力をディジタル信号に変換する識別器とを有する
光通信システムであって、 前記第1の増幅回路は、前記受光素子にそのベースが接
続された第1のバイポーラトランジスタと、該第1のバ
イポーラトランジスタのコレクタにベースが接続される
とともにコレクタが前記第2の増幅回路の入力に接続さ
れた第2のバイポーラトランジスタを有し、前記第1ま
たは第2のバイポーラトランジスタの少なくとも一つが
請求項1〜14のいずれか1項に記載のバイポーラトラ
ンジスタにより構成されたことを特徴とする光通信シス
テム。
18. A light receiving element that receives an optical signal and outputs an electric signal, a first amplifier circuit that receives an electric signal from the light receiving element, a second amplifier circuit that receives an output of the first amplifier circuit, A discriminator for converting an output of the second amplifier circuit into a digital signal in synchronization with a predetermined clock signal, wherein the first amplifier circuit has a base on the light receiving element. A first bipolar transistor connected thereto, and a second bipolar transistor having a base connected to the collector of the first bipolar transistor and having a collector connected to an input of the second amplifier circuit. 15. A light, wherein at least one of the first and second bipolar transistors is constituted by the bipolar transistor according to any one of claims 1 to 14. Shin system.
【請求項19】 前記第1および第2のバイポーラトラ
ンジスタが単一の半導体チップ上に形成されるととも
に、該半導体チップと前記受光素子とが単一の基板上に
実装されてなる請求項18記載の光通信システム。
19. The semiconductor device according to claim 18, wherein said first and second bipolar transistors are formed on a single semiconductor chip, and said semiconductor chip and said light receiving element are mounted on a single substrate. Optical communication system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6674102B2 (en) * 2001-01-25 2004-01-06 International Business Machines Corporation Sti pull-down to control SiGe facet growth
CN1297013C (en) * 2002-09-20 2007-01-24 富士通株式会社 Semiconductor device and its producing method
JP2009206325A (en) * 2008-02-28 2009-09-10 Hitachi Ltd Semiconductor device, and manufacturing method thereof
CN103855196A (en) * 2012-11-30 2014-06-11 国际商业机器公司 Heterojunction bipolar transistor device and method of making same

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