JP2001068479A - Hetero-bipolar transistor and its manufacture - Google Patents

Hetero-bipolar transistor and its manufacture

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable low voltage operation and rapid operation while keeping reliability of a hetero-bipolar transistor high, by specifying average lattice strain of an Si, Ge and C-base second semiconductor layer whose band gap is smaller than that of an Si-base first semiconductor layer. SOLUTION: A second semiconductor layer 4 which comprises an SiGeC layer, has a band gap which is smaller than that of a first semiconductor layer 20 and has average lattice strain of 1.0% or less, is formed on a first conductivity first semiconductor layer 20 whose element is Si and which functions as a collector layer. A third semiconductor layer 5 which comprises Si and has a band gap which is larger than that of the second semiconductor layer 4 is further formed thereon, a conductor layer containing first conductivity impurities which comes into contact with a part of the semiconductor layer 5 is formed, a base layer 8a is formed by introducing second conductivity impurities to a part of the second semiconductor layer 4, first conductivity impurities in a conductive layer are diffused to the third semiconductor layer 5 by heat treatment, and an emitter diffusion layer 9a is formed.

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、格子歪みが小さい
範囲内でSiGeC層を含むベース層を備えたヘテロバ
イポーラトランジスタに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hetero bipolar transistor having a base layer including a SiGeC layer within a range where lattice distortion is small.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、エミッタ−ベース−コレクタ
間のいずれかの接合部において、バンドギャップが互い
に異なる2つの半導体材料のエネルギーバンドの境界に
形成されるヘテロ障壁を設け、このヘテロ障壁を利用し
てキャリアの蓄積や電流増幅率の改良などを図ろうとす
るヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)は、優れた
高周波特性を生かして、マイクロ波・ミリ波帯域での能
動デバイスとして用いられつつある。例えばGaAsな
どのIII-V 族化合物半導体を用いたHBTが最も精力的
に研究開発がなされているが、近年、シリコン基板上に
作製可能なIV−IV族化合物であるSiGe系の材料を用
いたHBT(SiGe−HBT)が注目を集めている。
また、SiGe−HBTは、Si−BJTに比べて、S
iGe層からなるベース層のバンドギャップが小さいこ
とにより、低電圧で動作可能となることについても注目
を集めている。
2. Description of the Related Art Conventionally, at any one of junctions between an emitter, a base and a collector, a hetero barrier formed at a boundary between energy bands of two semiconductor materials having different band gaps is provided, and this hetero barrier is used. Hetero bipolar transistors (HBTs) that attempt to improve carrier accumulation and current amplification factor are taking advantage of their excellent high-frequency characteristics and are being used as active devices in the microwave / millimeter wave band. For example, HBTs using III-V group compound semiconductors such as GaAs have been most intensively researched and developed. In recent years, SiBT-based materials, which are IV-IV group compounds that can be formed on silicon substrates, have been used. HBT (SiGe-HBT) has attracted attention.
In addition, SiGe-HBT has a higher S than Si-BJT.
Attention has also been paid to the fact that a small band gap of a base layer made of an iGe layer enables operation at a low voltage.

【0003】従来、提案されている高速化を図るための
SiGe−HBTとしては、SiGeベース層における
Ge含有率をエミッタ層側からコレクタ層側に向かう方
向に徐々に増加させた傾斜組成ベース層を備えたものと
(参考文献1)(L. Harameet al., "Optimization of
SiGe HBT Technology for High Speed Analog andMixe
d-Signal Applications," IEDM Tech. Dig. 1993, p.7
1.)、ベース層のGe含有率及びベース層の不純物のド
ーピング濃度を高くし、ベース層の厚みを非常に薄くし
た構造のもの(参考文献2)(A. Schuppen et al.,"En
hanced SiGe Heterojunction Bipolar Transistors wit
h 160 GHz-fmax," IEDM Tech. Dig. 1995, p.743. )の
2つのタイプが代表的である。
Conventionally, as a SiGe-HBT for achieving a high speed, a graded composition base layer in which the Ge content of a SiGe base layer is gradually increased in a direction from an emitter layer side to a collector layer side has been proposed. (L. Harameet al., "Optimization of
SiGe HBT Technology for High Speed Analog and Mixe
d-Signal Applications, "IEDM Tech. Dig. 1993, p.7
1.), with a structure in which the Ge content of the base layer and the doping concentration of impurities in the base layer are increased, and the thickness of the base layer is made extremely thin (Reference Document 2) (A. Schuppen et al., "En.
hanced SiGe Heterojunction Bipolar Transistors wit
h 160 GHz-fmax, "IEDM Tech. Dig. 1995, p. 743.).

【0004】前者の傾斜組成ベース層を備えたトランジ
スタにおいては、ベース層に注入されたキャリアが、傾
斜組成によって生じる電界によって加速されてベース層
をドリフト走行する。ドリフト電界によるキャリアの走
行は、キャリアの拡散による走行に比べて高速であるた
め、傾斜組成ベース構造を有するトランジスタにより、
ベース層を走行するのに要する時間(ベース走行時間)
の短縮が図られ、良好な高周波特性が得られている。
[0004] In the former transistor having a gradient composition base layer, carriers injected into the base layer are accelerated by an electric field generated by the gradient composition, and drift travel through the base layer. Since the traveling of the carrier by the drift electric field is faster than the traveling by the diffusion of the carrier, by the transistor having the gradient composition base structure,
Time required to travel through the base layer (base travel time)
, And good high-frequency characteristics are obtained.

【0005】一方、後者のヘテロバイポーラトランジス
タは、Ge含有率が高い均一組成のSiGeによって構
成されたナローバンドギャップを有するベース層を備え
ている。そして、ベース層に高濃度のキャリア用不純物
をドーピングすることにより、エミッタ・コレクタ間の
パンチスルーを抑制しつつベース層の薄層化を図り、ベ
ース走行時間の短縮を図っている。この場合は、ベース
層のバンドギャップがエミッタ層のバンドギャップより
も小さいことから、エミッタ・ベース間のPN接合のビ
ルトインポテンシャルが小さくなるため、低電圧で大き
なコレクタ電流や十分な高周波特性を得ることができ
る。
On the other hand, the latter hetero-bipolar transistor includes a base layer having a narrow band gap and made of SiGe having a high Ge content and a uniform composition. By doping the base layer with a high-concentration carrier impurity, the base layer is made thinner while suppressing punch-through between the emitter and the collector, thereby shortening the base traveling time. In this case, since the band gap of the base layer is smaller than the band gap of the emitter layer, the built-in potential of the PN junction between the emitter and the base is reduced, so that a large collector current and sufficient high-frequency characteristics can be obtained at a low voltage. Can be.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の各ヘテロバイポーラトランジスタにおいては、それ
ぞれ以下のような不具合があった。
However, each of the above-mentioned conventional heterobipolar transistors has the following disadvantages.

【0007】まず、上記傾斜組成ベース構造を有するヘ
テロバイポーラトランジスタにおいては、傾斜組成によ
るドリフト電界を大きくするために、組成の傾斜を大き
くする必要がある。すなわち、ベース層内のエミッタ層
に接する領域におけるGe含有率を小さく、コレクタ層
に接する領域におけるGe含有率を大きくする必要があ
る。このため、通常、ベース層内のエミッタ層に接する
領域においてはGeを含まずSiのみの組成としている
ことが多い。この時、ベース・エミッタ間のPN接合は
シリコンとシリコンのホモ接合となっているので、低電
圧動作は期待できない。また、ベース走行時間をさらに
短縮し、高周波特性を改善するためには、ベース層内の
コレクタ層に接する領域におけるGe含有率をさらに高
くする必要がある。しかしながら、Si基板上に形成さ
れたSiGe層においては、SiとGeの格子定数の相
違(格子不整合)により、Ge含有率を大きくしすぎる
とベース層内に転位が発生して信頼性の悪化等を招くた
め、Ge含有率の増大には限界がある。参考文献3
(S.R.Stiffler et.al.,"The thermal stability ofS
iGe films deposited by ultrahigh-vacuum chemical v
apor deposition," J.Appl.Phys.,70(3), pp.1416-142
0,1991. )によると、ヘテロバイポーラトランジスタの
ベース層に用いられる実用的なGe含有率の上限は10
%程度である。したがって、ベース層における組成の傾
斜を強めてさらなる高周波化や低電圧化は現状では困難
である。
First, in the hetero bipolar transistor having the above-described gradient composition base structure, it is necessary to increase the composition gradient in order to increase the drift electric field due to the gradient composition. That is, it is necessary to reduce the Ge content in the region in contact with the emitter layer in the base layer and increase the Ge content in the region in contact with the collector layer. For this reason, the region in contact with the emitter layer in the base layer is usually made of only Si without Ge. At this time, since the PN junction between the base and the emitter is a homo junction of silicon and silicon, low voltage operation cannot be expected. Further, in order to further shorten the base transit time and improve the high-frequency characteristics, it is necessary to further increase the Ge content in a region of the base layer in contact with the collector layer. However, in the SiGe layer formed on the Si substrate, if the Ge content is too large, dislocations occur in the base layer due to the difference in lattice constant between Si and Ge (lattice mismatch), thereby deteriorating reliability. Therefore, there is a limit to the increase in the Ge content. Reference 3
(SR Stiffler et.al., "The thermal stability of S
iGe films deposited by ultrahigh-vacuum chemical v
apor deposition, "J. Appl. Phys., 70 (3), pp. 1416-142
0,1991.), The upper limit of the practical Ge content used for the base layer of a hetero-bipolar transistor is 10%.
%. Therefore, it is currently difficult to further increase the frequency and lower the voltage by increasing the composition gradient in the base layer.

【0008】一方、上記従来のヘテロバイポーラのうち
後者の均一組成ベースを用いた構造においても、上述の
ように、格子定数差による転位が発生する臨界膜厚が問
題となる。実際、参考文献2に記載されているSiGe
HBTでは、高いGe含有率を用いているため、高温で
の処理を必要とするプロセスを用いずに作製し、転位の
発生を抑制している。したがって、高温のプロセスを必
要とするシリコンプロセスには適用できず、BiCMO
Sデバイスなどの混載デバイスや集積回路を実現するこ
とは不可能である。したがって、ビルトインポテンシャ
ルのさらなる低減によるさらなる低電圧動作化には限界
がある。
On the other hand, in the conventional heterobipolar structure using the latter uniform composition base, as described above, the critical film thickness at which dislocations occur due to the difference in lattice constant becomes a problem. In fact, SiGe described in Reference 2
Since the HBT has a high Ge content, the HBT is manufactured without using a process requiring a high-temperature treatment, and the generation of dislocations is suppressed. Therefore, it cannot be applied to a silicon process that requires a high-temperature process.
It is impossible to realize an embedded device such as an S device or an integrated circuit. Therefore, there is a limit to further low-voltage operation by further reducing the built-in potential.

【0009】本発明の目的は、コレクタ層のバンドギャ
ップやエミッタ層の平均的なバンドギャップと、ベース
層のバンドギャップとの差を大きくしてもベース層にお
ける格子歪み量を小さくしうる手段を講ずることによ
り、信頼性を高く維持しつつ、より低電圧動作、高速動
作が可能なヘテロバイポーラトランジスタを提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a means for reducing the amount of lattice distortion in the base layer even if the difference between the band gap of the collector layer or the average band gap of the emitter layer and the band gap of the base layer is increased. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a hetero bipolar transistor which can operate at a lower voltage and operate at a higher speed while maintaining high reliability.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のヘテロバイポー
ラトランジスタは、基板上に、Siを成分として有する
半導体材料により構成される第1の半導体層と、Si,
Ge及びCを成分として有し上記第1の半導体層よりも
バンドギャップの小さい半導体材料により構成される上
層,中央層及び下層からなる第2の半導体層と、Siを
成分として有し上記第2の半導体層よりもバンドギャッ
プが大きい半導体材料により構成される第3の半導体層
とを順次積層して構成され、上記第1の半導体層と上記
第2の半導体層との間にヘテロ障壁が形成されていると
ともに、上記第1の半導体層に形成され、第1導電型不
純物を含むコレクタ層と、上記第2の半導体層に形成さ
れ、第2導電型不純物を含むベース層と、上記第3の半
導体層に形成され、第1導電型不純物を含むエミッタ層
とを備え、上記第2の半導体層の平均格子歪みが1.0
%以下であるものである。
According to the present invention, there is provided a heterobipolar transistor comprising: a first semiconductor layer made of a semiconductor material having Si as a component;
A second semiconductor layer composed of an upper layer, a center layer, and a lower layer composed of a semiconductor material having Ge and C as components and having a smaller band gap than that of the first semiconductor layer; A third semiconductor layer made of a semiconductor material having a band gap larger than that of the first semiconductor layer, and a hetero barrier is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. And a collector layer formed on the first semiconductor layer and containing a first conductivity type impurity; a base layer formed on the second semiconductor layer and containing a second conductivity type impurity; And an emitter layer containing a first conductivity type impurity, wherein the second semiconductor layer has an average lattice strain of 1.0
% Or less.

【0011】これにより、例えばSi1-x-y Gexy
(Geの含有率をx、Cの含有率をy)として表される
第2の半導体層のGe及びCの含有率の調整によって、
エミッタ・ベース間のPN接合のビルトインポテンシャ
ルの低減による低電圧動作化や、傾斜組成ベース構造に
よる動作速度の向上などを実現できる。その際、Si層
上にエピタキシャル成長されたSiGe層のように、格
子不整合による格子欠陥の発生防止のためにGe含有率
の厳しい上限を招くことがない。すなわち、Si,Ge
及びCを成分として有する第2の半導体層の場合には、
Siなどからなる第1,第3の半導体層との格子不整合
に起因する平均格子歪みを1.0%以下に抑制しつつ、
第1,第3の半導体層とのバンドギャップ差を拡大する
ことが可能である。したがって、信頼性の高いかつ機能
の優れたヘテロバイポーラトランジスタを得ることがで
きる。
Thus, for example, Si 1-xy Ge x C y
By adjusting the Ge and C contents of the second semiconductor layer represented by (the Ge content is x and the C content is y),
Low voltage operation can be realized by reducing the built-in potential of the PN junction between the emitter and the base, and operation speed can be improved by the gradient composition base structure. At this time, unlike the SiGe layer epitaxially grown on the Si layer, a strict upper limit of the Ge content is not caused for preventing generation of lattice defects due to lattice mismatch. That is, Si, Ge
And the second semiconductor layer having C as a component,
While suppressing the average lattice distortion caused by lattice mismatch with the first and third semiconductor layers made of Si or the like to 1.0% or less,
It is possible to increase the band gap difference between the first and third semiconductor layers. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable heterobipolar transistor having excellent functions.

【0012】上記ヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、上記第2の半導体層が圧縮歪みを受けている場合に
は、C含有率を低減しつつSiGeCからなる第2の半
導体層のバンドギャップと第1の半導体層のバンドギャ
ップとの差を十分大きくとることができ、信頼性の確保
と機能の向上とを併せて発揮することができる。
In the heterobipolar transistor, when the second semiconductor layer is subjected to compressive strain, the band gap of the second semiconductor layer made of SiGeC and the first semiconductor layer are reduced while reducing the C content. The difference from the band gap can be made sufficiently large, and the reliability can be improved and the function can be improved.

【0013】上記ヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、上記第2の半導体層のバンドギャップが1.04e
V以下である場合にも、バンドギャップが1.12eV
であるSiとのバンドギャップ差を十分大きく確保し
て、上述の機能を発揮することができる。
In the hetero bipolar transistor, the band gap of the second semiconductor layer is 1.04e
V or less, the band gap is 1.12 eV
, The band gap difference from Si is sufficiently large, and the above-described function can be exhibited.

【0014】上記ヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、上記第1の半導体層は、Si単結晶によって構成さ
れており、上記第2の半導体層は、上記第2の半導体層
の組成をSi1-x-y Gexy (Geの含有率をx、C
の含有率をy)により表したときに、横軸をGeの含有
率とし縦軸をCの含有率とする二次元の直交座標上で、 直線:y=0.122x−0.032 直線:y=0.1245x+0.028 直線:y=0.2332x−0.0233(Cの含有
率が22%以下) 直線:y=0.0622x+0.0127(Cの含有
率が22%以下) の4つの直線によって囲まれる領域の組成を有すること
により、格子歪みを1.0%以下に抑制することができ
る。
In the above hetero-bipolar transistor, the first semiconductor layer is made of Si single crystal, and the second semiconductor layer has a composition of the second semiconductor layer of Si 1-xy Ge x C y (The content of Ge is x, C
Is represented by y), on a two-dimensional orthogonal coordinate system where the horizontal axis is the Ge content and the vertical axis is the C content, a straight line: y = 0.122x-0.032 A straight line: y = 0.1245x + 0.028 Straight line: y = 0.332x−0.0233 (C content is 22% or less) Straight line: y = 0.0622x + 0.0127 (C content is 22% or less) By having the composition of the region surrounded by the straight line, the lattice distortion can be suppressed to 1.0% or less.

【0015】上記ヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、上記第2の半導体層の中央層が均一な組成を有する
ことにより、第1,第3の半導体層とのバンドギャップ
差を大きく確保することが可能である。
In the above hetero-bipolar transistor, since the central layer of the second semiconductor layer has a uniform composition, a large band gap difference between the first and third semiconductor layers can be ensured.

【0016】上記中央層が均一組成を有するヘテロバイ
ポーラトランジスタにおいて、上記第2の半導体層の上
層において、Cの含有率が第3の半導体層から上記中央
層に向かう方向に徐々に増大している場合には、エミッ
タ・ベース接合部においてノッチなどのバンドオフセッ
トのほとんどないなめらかに変化するバンド構造が得ら
れ、高周波特性などの良好なヘテロバイポーラトランジ
スタを得ることができる。
In the hetero-bipolar transistor in which the central layer has a uniform composition, the C content in the upper layer of the second semiconductor layer gradually increases in the direction from the third semiconductor layer toward the central layer. In this case, a smoothly changing band structure with almost no band offset such as a notch at the emitter-base junction can be obtained, and a hetero-bipolar transistor having good high-frequency characteristics can be obtained.

【0017】上記中央層が均一な組成を有するヘテロバ
イポーラトランジスタにおいて、上記第2の半導体層の
うち上記中央層と上記第3の半導体層との間に介在する
上層において、C及びGeの含有率が上記第3の半導体
層から上記中央層に向かう方向に増大している場合に
は、エミッタ・ベース接合部において、さらになめらか
に変化するバンド構造が得られる。
In the hetero-bipolar transistor in which the center layer has a uniform composition, in the upper layer of the second semiconductor layer interposed between the center layer and the third semiconductor layer, the content of C and Ge Is increased in the direction from the third semiconductor layer to the central layer, a more smoothly changing band structure is obtained at the emitter-base junction.

【0018】上記中央層が均一な組成を有するヘテロバ
イポーラトランジスタにおいて、上記第2の半導体層の
下層において、Cの含有率が上記中央層から第1の半導
体層に向かう方向に減小している場合には、ベース・コ
レクタ接合部において、ノッチなどのバンドオフセット
のほとんどないなめらかに変化するバンド構造が得られ
る。
In the hetero-bipolar transistor in which the central layer has a uniform composition, the C content in the lower layer of the second semiconductor layer decreases in the direction from the central layer to the first semiconductor layer. In this case, a smoothly changing band structure with almost no band offset such as a notch can be obtained at the base-collector junction.

【0019】上記中央層が均一な組成を有するヘテロバ
イポーラトランジスタにおいて、上記第2の半導体層の
下層において、C及びGeの含有率が上記中央層から第
1の半導体層に向かう方向に減小している場合には、ベ
ース・コレクタ接合部においてさらになめらかに変化す
るバンド構造が得られる。
In the hetero bipolar transistor in which the central layer has a uniform composition, the C and Ge contents in the lower layer of the second semiconductor layer decrease in the direction from the central layer to the first semiconductor layer. In this case, a band structure that changes more smoothly at the base-collector junction is obtained.

【0020】上記ヘテロバイポーラトランジスタの基本
構造において、上記第2の半導体層の中央層において、
第3の半導体層から第1の半導体層に向かう方向にバン
ドギャップが減小している場合には、ベース層において
キャリアを電界によって加速する機能が得られるので、
ベース走行時間が短縮され、高速動作するヘテロバイポ
ーラトランジスタを得ることができる。
In the above-mentioned basic structure of the hetero bipolar transistor, in the central layer of the second semiconductor layer,
When the band gap decreases in the direction from the third semiconductor layer toward the first semiconductor layer, a function of accelerating carriers by an electric field in the base layer is obtained.
It is possible to obtain a hetero bipolar transistor in which the base transit time is reduced and which operates at high speed.

【0021】この第2の半導体層において第3の半導体
層から第1の半導体層に向かう方向にバンドギャップを
減小させるための構造としては、以下の構造がある。
The following structure is used as a structure for reducing the band gap in the direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer in the second semiconductor layer.

【0022】上記第3の半導体層は、Siのみによって
構成され、上記第2の半導体層の上層の組成は上記中央
層と連続的に変化して、その第3の半導体層に接する部
分はSiのみによって構成され、上記第2の半導体層の
上記中央層及び上層が、Ge及びCのうち少なくとも一
方の含有率が上記第3の半導体層から上記第1の半導体
層に向かう方向に増大するように傾斜する組成を有する
ようにすればよい。
The third semiconductor layer is composed only of Si, and the composition of the upper layer of the second semiconductor layer changes continuously with the central layer, and the portion in contact with the third semiconductor layer is Si. The central layer and the upper layer of the second semiconductor layer such that the content of at least one of Ge and C increases in the direction from the third semiconductor layer toward the first semiconductor layer. What is necessary is just to make it have the composition which inclines.

【0023】その場合、上記第2の半導体層の上記中央
層及び上層において、GeとCとの含有率比を一定に保
ちながら両者の含有率を増大させることにより、電界に
よるキャリアの加速機能をより強化することができる。
In this case, in the central layer and the upper layer of the second semiconductor layer, by increasing the content ratio of Ge and C while keeping the content ratio of both constant, the function of accelerating carriers by an electric field is improved. Can be strengthened more.

【0024】また、第2の半導体層が傾斜組成を有する
ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、上記第2の半
導体層の下層において、Cの含有率,あるいはC及びG
eの含有率が上記中央層から上記第1の半導体層に向か
う方向に減小している場合には、上述のように、ベース
・コレクタ接合部においてノッチなどのバンドオフセッ
トのないなめらかに変化するバンド構造を得ることがで
きる。
In the hetero bipolar transistor in which the second semiconductor layer has a graded composition, the C content, or C and G, may be formed below the second semiconductor layer.
When the content of e decreases in the direction from the central layer toward the first semiconductor layer, as described above, it smoothly changes without a band offset such as a notch at the base-collector junction. A band structure can be obtained.

【0025】上記第2の半導体層が傾斜組成を有するヘ
テロバイポーラトランジスタにおいて、上記第2の半導
体層の上層がGe及びCのうち少なくともいずれか一方
を含むSiにより構成されている場合には、Ge又はC
の含有率を上記第3の半導体層から上記第1の半導体層
に向かう方向に変化させればよい。
In the hetero bipolar transistor in which the second semiconductor layer has a graded composition, when the upper layer of the second semiconductor layer is made of Si containing at least one of Ge and C, Or C
May be changed in the direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer.

【0026】このような傾斜組成を有する構造の例とし
て、以下のものがある。
The following is an example of a structure having such a gradient composition.

【0027】上記第2の半導体層の中央層が圧縮歪みを
受ける組成を持たせる場合には、Cの含有率が一定でG
eの含有率が第3の半導体層から第1の半導体層に向か
う方向に増大する傾斜組成を有しているもの、Geの含
有率が一定でCの含有率が第3の半導体層から第1の半
導体層に向かう方向に減小する傾斜組成を有しているも
の、第3の半導体層から第1の半導体層に向かう方向
に、Geの含有率が増大しCの含有率が減小する傾斜組
成を有しているもの、第3の半導体層から第1の半導体
層に向かう方向にGe及びCの含有率が増大する傾斜組
成を有しているもの、などがある。
When the center layer of the second semiconductor layer has a composition that undergoes compressive strain, the C content is constant and G
e has a gradient composition in which the e content increases in the direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer, but the Ge content is constant and the C content is from the third semiconductor layer to the third semiconductor layer. Although it has a gradient composition that decreases in the direction toward the first semiconductor layer, the Ge content increases and the C content decreases in the direction from the third semiconductor layer toward the first semiconductor layer. And a graded composition in which the contents of Ge and C increase in the direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer.

【0028】また、上記第2の半導体層の中央層が引っ
張り歪みを受ける組成を持たせる場合には、Cの含有率
が一定でGeの含有率が第3の半導体層から第1の半導
体層に向かう方向に減小する傾斜組成を有しているも
の、Geの含有率が一定でCの含有率が第3の半導体層
から第1の半導体層に向かう方向に増大する傾斜組成を
有しているもの、第3の半導体層から第1の半導体層に
向かう方向にGeの含有率が減小しCの含有率が増大す
る傾斜組成を有しているもの、第3の半導体層から第1
の半導体層に向かう方向にGeの含有率が増大しCの含
有率が増大する傾斜組成を有しているもの、などがあ
る。
In the case where the center layer of the second semiconductor layer has a composition which undergoes tensile strain, the C content is constant and the Ge content is changed from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer. Has a gradient composition that decreases in the direction toward the substrate, and has a gradient composition in which the Ge content is constant and the C content increases in the direction from the third semiconductor layer toward the first semiconductor layer. Those having a gradient composition in which the content of Ge decreases and the content of C increases in the direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer; 1
And the like having a gradient composition in which the Ge content increases and the C content increases in the direction toward the semiconductor layer.

【0029】このように、圧縮歪み又は引っ張り歪みの
いずれか一方のみを有する領域内で第2の半導体層の中
央層に傾斜組成を持たせることにより、SiGeCによ
って構成される中央層が格子整合するような領域を通ら
ずにSiGeC含有率が変化するので、第2の半導体層
の中央層において逆のバンドギャップ勾配が発生するな
どの不具合を回避することができる。
As described above, by giving the center layer of the second semiconductor layer a gradient composition in a region having only one of the compressive strain and the tensile strain, the center layer made of SiGeC is lattice-matched. Since the SiGeC content changes without passing through such a region, it is possible to avoid problems such as occurrence of an opposite band gap gradient in the central layer of the second semiconductor layer.

【0030】なお、第2の半導体層の中央層が傾斜組成
を有しているヘテロバイポーラトランジスタにおいて
も、上記第2の半導体層の上層において、Cの含有率,
あるいはC及びGeの含有率が第3の半導体層から上記
中央層に向かう方向に増大していることが好ましい。
It should be noted that even in a hetero-bipolar transistor in which the center layer of the second semiconductor layer has a graded composition, the C content,
Alternatively, it is preferable that the contents of C and Ge increase in the direction from the third semiconductor layer toward the central layer.

【0031】また、上記第2の半導体層の下層におい
て、Cの含有率,あるいはC及びGeの含有率が上記中
央層から第1の半導体層に向かう方向に減小しているこ
とが好ましい。
In the lower layer of the second semiconductor layer, it is preferable that the content of C, or the content of C and Ge, decreases in the direction from the central layer toward the first semiconductor layer.

【0032】本発明のヘテロバイポーラトランジスタの
製造方法は、Siを成分として有しコレクタ層として機
能する第1導電型の第1の半導体層の上に、SiGeC
層を含み上記第1の半導体層よりもバンドギャップが小
さく平均格子歪みが1.0%以下である第2の半導体層
を形成する工程(a)と、上記第2の半導体層の上に、
少なくともSiを含み上記第2の半導体層よりもバンド
ギャップが大きい第3の半導体層を形成する工程(b)
と、上記第3の半導体層の一部にコンタクトする第1導
電型不純物を含む導体層を形成する工程(c)と、上記
第2の半導体層の少なくとも一部に第2導電型不純物を
導入してベース層を形成する工程(d)と、熱処理によ
り、上記導体層中の第1導電型不純物を上記第3の半導
体層に拡散させて、エミッタ拡散層を形成する工程
(e)とを含んでいる。
According to the method of manufacturing a hetero bipolar transistor of the present invention, a SiGeC is formed on a first conductive type first semiconductor layer having Si as a component and functioning as a collector layer.
(A) forming a second semiconductor layer including a layer and having a band gap smaller than that of the first semiconductor layer and having an average lattice distortion of 1.0% or less;
Forming a third semiconductor layer containing at least Si and having a larger band gap than the second semiconductor layer (b).
Forming a conductor layer containing a first conductivity type impurity in contact with a part of the third semiconductor layer; and introducing a second conductivity type impurity into at least a part of the second semiconductor layer. (D) forming an emitter diffusion layer by diffusing a first conductivity type impurity in the conductor layer into the third semiconductor layer by heat treatment to form an emitter diffusion layer. Contains.

【0033】この方法により、上述のヘテロバイポーラ
トランジスタを形成する際に、Si,Ge及びCを含む
第2の半導体層の結晶性が、その平均格子歪みが1.0
%以下である場合には、工程(e)における熱処理が行
なわれた後も良好な結晶性を保持していることが確認さ
れた。すなわち、導体層からの第1導電型不純物の拡散
によって、第3の半導体層の局部的な部分のみにエミッ
タ拡散層を設けることが可能となり、高周波特性などの
電気的特性の優れたヘテロバイポーラトランジスタを形
成することができる。
According to this method, when the above-mentioned hetero bipolar transistor is formed, the crystallinity of the second semiconductor layer containing Si, Ge and C has an average lattice distortion of 1.0.
%, It was confirmed that good crystallinity was maintained even after the heat treatment in step (e) was performed. That is, the diffusion of the first conductivity type impurity from the conductor layer makes it possible to provide the emitter diffusion layer only in a local portion of the third semiconductor layer, and the hetero bipolar transistor having excellent electrical characteristics such as high frequency characteristics. Can be formed.

【0034】上記第1の半導体層としてSi層を用い、
上記工程(a)では、上記第2の半導体層としてSi
1-x-y Gexy (Geの含有率をx、Cの含有率を
y)層を形成し、上記工程(b)では、上記第3の半導
体層としてSi層を形成することが好ましい。
An Si layer is used as the first semiconductor layer,
In the step (a), Si is used as the second semiconductor layer.
1-xy Ge x C y ( Ge x the content of the content of C y) layer is formed, in the step (b), it is preferable to form a Si layer as the third semiconductor layer.

【0035】上記工程(a)では、上記第2の半導体層
を、横軸をGeの含有率とし縦軸をCの含有率とする二
次元の直交座標上で、 直線:y=0.122x−0.032 直線:y=0.1245x+0.028 直線:y=0.2332x−0.0233(Cの含有
率が22%以下) 直線:y=0.0622x+0.0127(Cの含有
率が22%以下) の4つの直線によって囲まれる領域の組成を有するよう
に形成すること我好ましい。
In the step (a), the second semiconductor layer is formed on a two-dimensional orthogonal coordinate system in which the abscissa represents the Ge content and the ordinate represents the C content. -0.032 Straight line: y = 0.1245x + 0.028 Straight line: y = 0.332x-0.0233 (C content is 22% or less) Straight line: y = 0.0622x + 0.0127 (C content is 22 % Or less) is preferable.

【0036】上記工程(b)では、エピタキシャル成長
と同時に第1導電型不純物を上記第3の半導体層内にド
ープしておくことにおり、多の領域の不純物濃度による
影響を回避しながら、工程(e)における不純物の導入
と併せて第3の半導体層における不純物の濃度をより高
めることができる。
In the step (b), the first conductivity type impurity is doped into the third semiconductor layer at the same time as the epitaxial growth, and the step (b) is performed while avoiding the influence of the impurity concentration in many regions. Together with the introduction of the impurity in e), the impurity concentration in the third semiconductor layer can be further increased.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】−ベース層をSiGeC層によっ
て構成することの利点− 各実施形態について説明する前に、Si,Ge及びCを
含む三元混晶半導体であるSiGeC層によってヘテロ
バイポーラトランジスタのベース層を構成することの利
点について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS-Advantages of Forming Base Layer by SiGeC Layer-Before describing each embodiment, a hetero-bipolar transistor is formed by a SiGeC layer which is a ternary mixed crystal semiconductor containing Si, Ge and C. Advantages of forming the base layer will be described.

【0038】図18は、従来のSiGe−HBTなどに
おけるSi層の上に形成されたSiGe膜のGe含有率
と格子歪み,臨界膜厚との関係を示す特性図である。H
BTとして実用的な最小ベース層の膜厚は25nm程度
であることを考慮すると、SiGe膜においては、格子
歪みが0.5%以内となる組成を選ぶ必要があることが
わかる。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the Ge content of the SiGe film formed on the Si layer in a conventional SiGe-HBT or the like, lattice strain, and critical film thickness. H
Considering that the minimum base layer thickness practical for BT is about 25 nm, it is understood that it is necessary to select a composition in which the lattice distortion is within 0.5% in the SiGe film.

【0039】一方、SiGeC三元混晶半導体のバンド
ギャップについては、参考文献4(K.Brunner et.a
l.,"SiGeC :Band gaps, band offsets, optical proper
ties, and potential applications," J.Vac.Sci.Techn
ol.B 13(3), pp.1701-1706,1998)に一部が記載されて
いる。それによると、SiGeC三元混晶半導体はSi
単結晶よりもバンドギャップが小さく、かつ、Si単結
晶の上にSiGeC層を形成することにより格子歪みが
小さい半導体層を形成できることがわかる。
On the other hand, regarding the band gap of the SiGeC ternary mixed crystal semiconductor, see Reference 4 (K. Brunner et.
l., "SiGeC: Band gaps, band offsets, optical proper
ties, and potential applications, "J.Vac.Sci.Techn
ol. B 13 (3), pp. 1701-1706, 1998). According to the report, the SiGeC ternary mixed crystal semiconductor is made of Si
It can be seen that a semiconductor layer having a smaller band gap than a single crystal and having a small lattice distortion can be formed by forming a SiGeC layer on a Si single crystal.

【0040】ここで、図19は、本発明者達の実験によ
って得られたデータであって、一般式Si1-x-y Gex
y で表されるSiGeC結晶層について、950℃下
で15sec間の熱処理(RTA)を行なったときの結
晶性の変化を示すデータである。同図において、横軸は
Ge含有率を表し、縦軸はC含有率を表し、かつ、歪み
量(圧縮歪み及び引っ張り歪みを含む),バンドギャッ
プがそれぞれ一定となる組成条件を直線によって示して
いる。同図の○印は、結晶性が良好に保持されたGe,
C含有率の値を示し、同図の×印は結晶性が劣化したG
e,C含有率の値を示している。同図からわかるよう
に、Si1-x-y Gexy 結晶層の場合には、ひずみが
0.5%を越えても、1.0%以内であれば結晶性が崩
れずに良好に保たれていることがわかる。図19には、
圧縮ひずみを生じる場合のデータしか示されていない
が、原理的に、引っ張りひずみについても同様のひずみ
量が臨界値と考えられる。
Here, FIG. 19 shows data obtained by the experiments of the present inventors, and has the general formula Si 1-xy Ge x
For SiGeC crystal layer is represented by C y, it is data indicating the crystallinity of the change when subjected heat treatment between 15sec and (RTA) under 950 ° C.. In the figure, the horizontal axis represents the Ge content, the vertical axis represents the C content, and the straight line represents the composition conditions under which the strain amount (including the compressive strain and the tensile strain) and the band gap are constant. I have. The circles in the figure indicate Ge, whose crystallinity was well maintained.
The C content indicates the value of the C content, and the X mark in the same figure indicates that the crystallinity of G is deteriorated.
The values of e and C contents are shown. As it can be seen from the figure, when the Si 1-xy Ge x C y crystal layer, even beyond strain 0.5%, better retention without crystallinity is lost if it is within 1.0% You can see that it is dripping. In FIG.
Although only data for a case where a compressive strain is generated are shown, in principle, a similar strain amount is considered to be a critical value for a tensile strain.

【0041】図20(a)〜(d)は、Si1-x Gex
結晶層及びSi1-x-y Gexy 結晶層の各組成におけ
る熱処理によるX線回折スペクトルの変化を示す図であ
る。そのうち、図20(a),(d)は、それぞれGe
含有率が13.2%,30.5のSi1-x Gex 結晶層
のX線回折スペクトルのみを示し、図20(b),
(c)は、Ge含有率が21.5%,26.8%におけ
るSi1-x-y Gexy 結晶層とSi1-x Gex 結晶層
とにおける熱処理によるX線回折スペクトルの変化を示
す図である。図20(b),(c)に示すSi1-x-y
xy 結晶層の組成は、図19中の測定点に含まれて
いる。
FIGS. 20A to 20D show Si 1-x Ge x
Is a graph showing changes in X-ray diffraction spectrum by heat treatment in the composition of the crystal layer and Si 1-xy Ge x C y crystal layer. Among them, FIGS. 20A and 20D respectively show Ge
FIG. 20 (b) shows only the X-ray diffraction spectrum of the Si 1-x Ge x crystal layer having a content of 13.2% and 30.5.
(C) shows the change in the X-ray diffraction spectrum of the Si 1-xy Ge x Cy crystal layer and the Si 1-x Ge x crystal layer at a Ge content of 21.5% and 26.8% by heat treatment. FIG. Si 1-xy G shown in FIGS. 20 (b) and 20 (c)
The composition of the e x C y crystal layer are included in the measurement point in FIG. 19.

【0042】例えば、図20(a)を参照すると、0次
の回折ピークの両側における二次,三次,…の回折ピー
クは、熱処理を行なった後もそれほど変化していない
(崩れていない)ことから、Si1-x Gex 結晶層の結
晶性は比較的良好に保たれていると考えられる。この組
成は、図18に示すひずみが0.5%付近であるSi1-
x Gex 結晶層の組成に相当する。また、図20(d)
に示すように、Ge含有率が30.5%になると、熱処
理を行なった後では、0次の回折ピークの両側における
二次,三次,…の回折ピークパターンがほとんどわから
なくなっていることから、Si1-x Gex 結晶層の結晶
性は悪化していると考えられる。この組成は、図18に
示すひずみが1.0%以上の範囲にあるSi1-x Gex
結晶層の組成に相当する。
For example, referring to FIG. 20A, the secondary, tertiary,... Diffraction peaks on both sides of the zero-order diffraction peak do not change much (do not collapse) even after the heat treatment. Therefore, it is considered that the crystallinity of the Si 1-x Ge x crystal layer is kept relatively good. This composition has a Si 1- as shown in FIG.
It corresponds to the composition of the x Ge x crystal layer. FIG. 20 (d)
As shown in Fig. 5, when the Ge content becomes 30.5%, after the heat treatment, the secondary, tertiary, ... diffraction peak patterns on both sides of the zero-order diffraction peak are almost unknown. It is considered that the crystallinity of the Si 1-x Ge x crystal layer has deteriorated. This composition has a Si 1-x Ge x having a strain of 1.0% or more shown in FIG.
It corresponds to the composition of the crystal layer.

【0043】一方、図20(b)を参照すると、Cの含
有率が0.33%であるSi1-x-yGexy 結晶層に
おいては、0次の回折ピークの両側における二次,三
次,…の回折ピークは、熱処理を行なった後もそれほど
変化していない(崩れていない)ことから、Si1-x-y
Gexy 結晶層の結晶性は比較的良好に保たれてい
る。ところが、Cの含有率が0つまりSi1-x Gex
晶層の場合、熱処理を行なった後では、0次の回折ピー
クの両側における二次,三次,…の回折ピークパターン
が不明瞭になっていることから、Si1-x Gex 結晶層
の結晶性が悪化していることがわかる。図20(c)に
ついても同様である。
On the other hand, referring to FIG. 20 (b), the in Si 1-xy Ge x C y crystal layer the C content is 0.33%, the secondary on both sides of the 0 order diffraction peak, tertiary Since the diffraction peaks of,... Do not change much (have not collapsed) even after the heat treatment, Si 1-xy
The crystallinity of the Ge x C y crystal layer is kept relatively good. However, if the content of C is 0, i.e. Si 1-x Ge x crystal layer, after heat treatment was carried out, the secondary on both sides of the 0 order diffraction peak, tertiary, ... is unclear diffraction peak pattern of This indicates that the crystallinity of the Si 1-x Ge x crystal layer has deteriorated. The same applies to FIG.

【0044】図1は、SiGeC三元混晶半導体におけ
るGe及びCの含有率とバンドギャップ,格子歪みの関
係を示す状態図である。同図において、横軸はGe含有
率を表し縦軸はC含有率を表し、かつ、歪み量(圧縮歪
み及び引っ張り歪みを含む),バンドギャップがそれぞ
れ一定となる組成条件を直線によって示している。図1
9,図20(a)〜(d)に示すデータから裏付けられ
るように、図1中、ドットハッチングを施した領域は、
Si層上のSiGeC層における格子歪み量が1.0%
以内で、かつバンドギャップが従来の実用的なSiGe
(Ge含有率が約10%)のバンドギャップよりも小さ
くできる領域である。この領域は、Si 1-x-y Gex
y とあらわされるSiGeCにおいて、Geの含有率を
x、Cの含有率をyとした場合、次の4つの直線 直線 :y=0.122x−0.032 直線 :y=0.1245x+0.028 直線 :y=0.2332x−0.0233(Ge含
有率が22%以下) 直線 :y=0.0622x+0.0127(Ge含
有率が22%以下) によって囲まれる領域である。なお、図中、格子歪みが
0%と記された直線上の組成を有するSiGeC層は、
下地のSi層と格子整合している。
FIG. 1 shows a ternary mixed crystal semiconductor of SiGeC.
Between the Ge and C contents and the band gap and lattice strain
It is a state diagram which shows an engagement. In the same figure, the horizontal axis contains Ge
The vertical axis represents the C content, and the amount of distortion (compression strain)
And tensile strain) and band gap
The constant composition conditions are indicated by straight lines. FIG.
9, supported by the data shown in FIGS.
As shown in FIG. 1, in FIG.
Lattice strain in the SiGeC layer on the Si layer is 1.0%
Within the conventional practical SiGe
(Ge content about 10%) smaller than the band gap
It is an area that can be removed. This region is 1-xy Gex C
y In the SiGeC represented by
When the contents of x and C are y, the following four straight lines: y = 0.122x-0.032 straight line: y = 0.1245x + 0.028 straight line: y = 0.332x-0.0233 (Ge Including
Straight line: y = 0.0622x + 0.0127 (including Ge)
(The percentage is 22% or less). In the figure, the lattice distortion
A SiGeC layer with a linear composition marked 0%
It is lattice-matched with the underlying Si layer.

【0045】したがって、エミッタ層、ベース層、コレ
クタ層からなるヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、ベース層を図1のドットハッチングで示された領域
の組成からなるSiGeCによって構成することで、従
来のSiGeでは、格子歪みにより実用上問題であった
ナローバンドギャップベースを実現することができる。
Therefore, in the hetero bipolar transistor including the emitter layer, the base layer, and the collector layer, the base layer is formed of SiGeC having the composition of the region indicated by the dot hatching in FIG. A narrow band gap base, which was a practical problem due to distortion, can be realized.

【0046】したがって、本発明によれば、ベース層に
バンドギャップが小さく、かつ格子歪み量が小さくなる
材料としてSiGeC三元混晶半導体材料を選択するこ
とにより、信頼性が高く、低電圧動作、高速動作が可能
なヘテロバイポーラトランジスタを実現することができ
る。
Therefore, according to the present invention, by selecting a SiGeC ternary mixed crystal semiconductor material as a material having a small band gap and a small lattice distortion in the base layer, high reliability, low voltage operation, A hetero bipolar transistor capable of high-speed operation can be realized.

【0047】なお、図1は、SiGeC層の下地層がS
i単一組成を有する場合の状態図であるが、下地層がS
iにGeやCを多少含む場合であっても、SiGeC層
の格子歪みが1.0%以下で、かつ、下地層とSiGe
C層とバンドギャップの差を大きく確保できる限り、同
様の効果を発揮することができる。
FIG. 1 shows that the underlayer of the SiGeC layer is S
FIG. 3 is a phase diagram in the case of having an i-single composition.
Even if i contains some Ge or C, the lattice distortion of the SiGeC layer is 1.0% or less, and the SiGeC layer
As long as a large difference between the C layer and the band gap can be ensured, the same effect can be exerted.

【0048】−ヘテロバイポーラトランジスタの全体構
造及び製造工程の例− 図2は、本発明を適用しうる1つの例である,Si結晶
からなるコレクタ層と、SiGeC結晶からなるベース
層とを有するヘテロバイポーラトランジスタの断面図で
ある。
-Example of Overall Structure and Manufacturing Process of Hetero-Bipolar Transistor-FIG. 2 shows one example to which the present invention can be applied, a hetero-type having a collector layer made of Si crystal and a base layer made of SiGeC crystal. FIG. 3 is a sectional view of a bipolar transistor.

【0049】図2に示すように、Si基板1の上には、
LOCOS膜2によって囲まれる第1の活性領域Re1と
第2の活性領域Re2とが設けられている。Si基板1内
には、n型不純物を含むサブコレクタ層3aが形成され
ており、このサブコレクタ層3aはSi基板1内におい
て第1の活性領域Re1と第2の活性領域Re2との間に亘
っている。また、Si基板1においてサブコレクタ層3
aの上にはエピタキシャル成長によって形成された第1
の半導体層であるSiエピタキシャル層20が設けられ
ており、このSiエピタキシャル層20のうち第1の活
性領域Re1にはコレクタ層3bが、第2の活性領域Re2
にはコレクタウォール層3cがそれぞれ設けられてい
る。さらに、Siエピタキシャル層20の第1の活性領
域Re1の上には、エピタキシャル成長によって順次形成
された第2の半導体層であるSiGeC層4と、第3の
半導体層であるSi層5とが形成されている。ただし、
SiGeC層4及びSi層5は、基板のSiエピタキシ
ャル層20が露出している部分の上では単結晶膜となる
が、LOCOS膜2の上では多結晶膜となっている。S
iGeC層4におけるコレクタ層3bの上方に位置する
領域はp型不純物を含む真性ベース層8aとなってお
り、真性ベース層8aの側方の領域には、SiGeC層
4,Si層5及びSi基板1内の各部分8x,8y及び
8zに亘る外部ベース層8bが形成されている。さら
に、Si層5における真性ベース層8aの上方に位置す
る領域には、n型不純物を含むエミッタ層9が形成され
ている。
As shown in FIG. 2, on the Si substrate 1,
A first active region Re1 and a second active region Re2 surrounded by the LOCOS film 2 are provided. A sub-collector layer 3a containing an n-type impurity is formed in the Si substrate 1, and the sub-collector layer 3a is formed between the first active region Re1 and the second active region Re2 in the Si substrate 1. Spans. Further, in the Si substrate 1, the sub-collector layer 3
a on top of the first layer formed by epitaxial growth.
Of the Si epitaxial layer 20, a collector layer 3b is provided in a first active region Re1 and a second active region Re2 is provided in the first active region Re1.
Is provided with a collector wall layer 3c. Further, on the first active region Re1 of the Si epitaxial layer 20, a SiGeC layer 4 as a second semiconductor layer and a Si layer 5 as a third semiconductor layer formed sequentially by epitaxial growth are formed. ing. However,
The SiGeC layer 4 and the Si layer 5 are single-crystal films on portions of the substrate where the Si epitaxial layer 20 is exposed, but are polycrystalline films on the LOCOS film 2. S
The region located above the collector layer 3b in the iGeC layer 4 is an intrinsic base layer 8a containing a p-type impurity, and the regions beside the intrinsic base layer 8a are the SiGeC layers 4, 4, the Si layer 5, and the Si substrate. An external base layer 8b is formed over each of the portions 8x, 8y, and 8z in 1. Further, an emitter layer 9 containing an n-type impurity is formed in a region of the Si layer 5 located above the intrinsic base layer 8a.

【0050】ここで、真性ベース層8aとコレクタ層3
bとの境界は、図2においては単一の線によって示され
ているが、実際には不純物が導入された状態に応じてベ
ース・コレクタ間の境界となるPN接合部が変化する。
したがって、真性ベース8a−コレクタ層3b間の境界
と、Siエピタキシャル層20−SiGeC層4間の境
界とは、ほとんど一致することがない。真性ベース層8
a−エミッタ層9間の境界と、SiGeC層4−Si層
5間の境界との位置関係についても同様である。Siエ
ピタキシャル層20,SiGeC層4及びSi層5同士
の境界と、コレクタ層3b,真性ベース層8a及びエミ
ッタ層9同士の境界との位置関係については、後に詳し
く説明する。
Here, the intrinsic base layer 8a and the collector layer 3
Although the boundary with b is shown by a single line in FIG. 2, the PN junction serving as the boundary between the base and the collector actually changes according to the state in which the impurity is introduced.
Therefore, the boundary between the intrinsic base 8a and the collector layer 3b hardly coincides with the boundary between the Si epitaxial layer 20 and the SiGeC layer 4. Intrinsic base layer 8
The same applies to the positional relationship between the boundary between the a-emitter layer 9 and the boundary between the SiGeC layer 4 and the Si layer 5. The positional relationship between the boundary between the Si epitaxial layer 20, the SiGeC layer 4, and the Si layer 5 and the boundary between the collector layer 3b, the intrinsic base layer 8a, and the emitter layer 9 will be described later in detail.

【0051】さらに、Si層5の上には高濃度のp型不
純物を含むBSG(Boron SilicateGlass)膜6が設け
られていて、上述の外部ベース層8bには、このBSG
膜6から拡散したp型不純物であるボロンがドープされ
ている。そして、BSG膜6の開口の側面には絶縁体サ
イドウォール10が形成されており、開口内には高濃度
のn型不純物(例えばリン)を含むポリシリコンからな
るエミッタ電極11が形成されている。そして、このエ
ミッタ電極11からエミッタ層9内にn型不純物(例え
ばリン)を拡散させてなる高濃度エミッタ層9aが形成
されている。なお、エミッタ層9内には、あらかじめn
型不純物(リン又は砒素)がエピタキシャル成長時にin
-situ ドープによって導入されていてもよい。
Further, a BSG (Boron Silicate Glass) film 6 containing a high concentration of p-type impurities is provided on the Si layer 5, and the BSG film is provided on the external base layer 8b.
Boron, which is a p-type impurity diffused from the film 6, is doped. An insulator sidewall 10 is formed on a side surface of the opening of the BSG film 6, and an emitter electrode 11 made of polysilicon containing a high-concentration n-type impurity (for example, phosphorus) is formed in the opening. . Then, a high-concentration emitter layer 9a formed by diffusing an n-type impurity (for example, phosphorus) from the emitter electrode 11 into the emitter layer 9 is formed. The emitter layer 9 has n
Type impurities (phosphorus or arsenic)
It may be introduced by -situ doping.

【0052】また、Si基板1内の第2の活性領域Re2
の上には、n型不純物(例えばリン)を含むコレクタ電
極12が形成されている。そして、コレクタウォール層
3cの上には、コレクタ電極12から拡散されたn型不
純物を含むコレクタコンタクト層14が形成されてい
る。
The second active region Re2 in the Si substrate 1
A collector electrode 12 containing an n-type impurity (for example, phosphorus) is formed on the substrate. On the collector wall layer 3c, a collector contact layer 14 containing an n-type impurity diffused from the collector electrode 12 is formed.

【0053】さらに、基板の主面上には、酸化シリコン
からなる層間絶縁膜13が形成されていて、この層間絶
縁膜13に形成されたコンタクトホールを介して上述の
エミッタ電極11,Si層5,コレクタ電極12にそれ
ぞれ接続されるAl配線21,22,23が設けられて
いる。ここで、上述のSi層5及びSiGeC層4の多
結晶膜となっている部分は、結晶膜となっている部分に
形成された外部ベース層8bにつながるものであり、い
わばベース電極として機能している。
Further, an interlayer insulating film 13 made of silicon oxide is formed on the main surface of the substrate, and the above-described emitter electrode 11 and Si layer 5 are formed through contact holes formed in this interlayer insulating film 13. , Collector wires 12 connected to Al wirings 21, 22, 23, respectively. Here, the polycrystalline film portion of the Si layer 5 and the SiGeC layer 4 is connected to the external base layer 8b formed in the crystal film portion, and functions as a base electrode. ing.

【0054】この例におけるヘテロバイポーラトランジ
スタは、エピタキシャル成長されたSiGeC層4及び
Si層5の上に、開口を有する不純物ドープ用のBSG
膜6を形成し、このBSG膜6からp型不純物であるボ
ロンを拡散させて外部ベース層8bを形成する一方、B
SG膜6の開口に形成されたエミッタ電極11からエミ
ッタ層9内にn型不純物を拡散させて高濃度エミッタ層
9aを形成したものである。つまり、外部ベース層8b
と高濃度エミッタ層9aとはいずれもBSG膜6の開口
に自己整合的に形成されている。ただし、必ずしも外部
ベース層8bと高濃度エミッタ層9aとをいずれもBS
G膜6の開口に自己整合的に形成する必要はない。
The hetero-bipolar transistor in this example has an impurity-doped BSG having an opening on SiGeC layer 4 and Si layer 5 grown epitaxially.
A film 6 is formed, and boron as a p-type impurity is diffused from the BSG film 6 to form an external base layer 8b.
An n-type impurity is diffused into the emitter layer 9 from the emitter electrode 11 formed in the opening of the SG film 6 to form a high-concentration emitter layer 9a. That is, the external base layer 8b
And the high-concentration emitter layer 9a are formed in the opening of the BSG film 6 in a self-aligned manner. However, the external base layer 8b and the high-concentration emitter layer 9a are not necessarily both BS
It is not necessary to form the opening in the G film 6 in a self-aligned manner.

【0055】次に、図3(a)〜(k)を参照しなが
ら、本実施形態に係るヘテロバイポーラトランジスタの
製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the hetero bipolar transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0056】まず、図3(a)に示す工程で、Si基板
1内に高濃度のn型不純物が注入されたサブコレクタ層
3aを形成した後、LP−CVD法により、低濃度のn
型不純物を含むSiエピタキシャル層20をエピタキシ
ャル成長させて、このSiエピタキシャル層20の上に
第1,第2活性領域Re1,Re2を囲むLOCOS膜2を
形成する。エピタキシャル成長されたSiエピタキシャ
ル層20は、第1の活性領域Re1ではコレクタ層3bと
なり、第2の活性領域Re2ではコレクタウォール層3c
となっている。
First, in the step shown in FIG. 3A, a sub-collector layer 3a in which a high concentration n-type impurity is implanted is formed in a Si substrate 1, and then a low concentration n-type impurity is formed by LP-CVD.
The LOCOS film 2 surrounding the first and second active regions Re1 and Re2 is formed on the Si epitaxial layer 20 containing the type impurity by epitaxial growth. The epitaxially grown Si epitaxial layer 20 becomes the collector layer 3b in the first active region Re1, and the collector wall layer 3c in the second active region Re2.
It has become.

【0057】次に、図3(b)に示す工程で、基板の全
面上に、UHV−CVD法により、上端部及び下端部を
除く部分にボロンをドープした厚み約50nmのp型S
iGeC層4と、ノンドープの厚み約20nmのSi層
5とを順次エピタキシャル成長により形成する。この
時、SiGeC層4及びSi層5は、シリコン表面が露
出した部分の上では単結晶膜であり、LOCOS膜2の
上には多結晶膜である。このとき、SiGeC層4を成
長させる際には、UHV−CVD装置内で、ジシラン
(Si26 )の流量を7.5ml/min.、ゲルマ
ン(GeH4 )の流量を20ml/min.、メチルシ
ラン(10%SiH3 CH3 /H2 )の流量を10ml
/min.とし、成長温度を500℃とし、成長圧力を
約0.53Pa(4×10-3Torr)とする。また、
Si層5を成長させる際には、UHV−CVD装置内
で、ジシラン(Si26 )の流量を7.5ml/mi
n.とし、成長温度を550℃とし、成長圧力を約0.
27(2×10-3Torr)とする。そして、SiGe
C層4をエピタキシャル成長させる際のボロンを導入す
るタイミングを制御することで、後述するように、コレ
クタ・ベース接合部とSi層5−SiGeC層4間の境
界との位置関係を適宜調整することができる。
Next, in a step shown in FIG. 3B, a p-type S layer having a thickness of about 50 nm doped with boron in portions other than the upper and lower ends by UHV-CVD is formed on the entire surface of the substrate.
An iGeC layer 4 and a non-doped Si layer 5 having a thickness of about 20 nm are sequentially formed by epitaxial growth. At this time, the SiGeC layer 4 and the Si layer 5 are single-crystal films on portions where the silicon surface is exposed, and are polycrystalline films on the LOCOS film 2. At this time, when growing the SiGeC layer 4, the flow rate of disilane (Si 2 H 6 ) was set to 7.5 ml / min. In the UHV-CVD apparatus. And the flow rate of germane (GeH 4 ) was 20 ml / min. , The flow rate of methylsilane (10% SiH 3 CH 3 / H 2 ) was 10 ml
/ Min. The growth temperature is 500 ° C., and the growth pressure is about 0.53 Pa (4 × 10 −3 Torr). Also,
When growing the Si layer 5 is in a UHV-CVD apparatus, a flow rate of 7.5 ml / mi of disilane (Si 2 H 6)
n. At a growth temperature of 550 ° C. and a growth pressure of about 0.
27 (2 × 10 −3 Torr). And SiGe
By controlling the timing of introducing boron when the C layer 4 is epitaxially grown, the positional relationship between the collector / base junction and the boundary between the Si layer 5 and the SiGeC layer 4 can be appropriately adjusted as described later. it can.

【0058】また、Si層5(Si単結晶膜及びSi多
結晶膜)をエピタキシャル成長させるときに、比較的高
濃度のn型不純物(リン又は砒素)をin-situ ドープに
より導入しておいてもよい。
When the Si layer 5 (Si single crystal film and Si polycrystal film) is epitaxially grown, a relatively high concentration of n-type impurity (phosphor or arsenic) may be introduced by in-situ doping. Good.

【0059】次に、図3(c)に示す工程で、SiGe
C層4及びSi層5のうち活性ベース層と引き出しベー
ス電極として機能する部分を残して、他の部分はドライ
エッチングによって除去する。
Next, in the step shown in FIG.
The remaining portions of the C layer 4 and the Si layer 5 are removed by dry etching except for the portion functioning as the active base layer and the extraction base electrode.

【0060】次に、図3(d)に示す工程で、基板の全
面上に8%程度のボロンを含む厚み約200nmのBS
G(Boron Silicate Glass)膜6を常圧CVD法により
堆積した後、フォトリソグラフィー工程及びドライエッ
チング工程により、BSG膜6をパターニングして、B
SG膜6のうち第2の活性領域Re2の部分は全面的に除
去する一方、BSG膜6のうち第1の活性領域Re1の上
にエミッタ電極形成用の開口6aを形成する。
Next, in a step shown in FIG. 3D, an approximately 200 nm thick BS containing about 8% boron is formed on the entire surface of the substrate.
After depositing a G (Boron Silicate Glass) film 6 by a normal pressure CVD method, the BSG film 6 is patterned by a photolithography process and a dry etching process,
The second active region Re2 of the SG film 6 is entirely removed, while an opening 6a for forming an emitter electrode is formed on the first active region Re1 of the BSG film 6.

【0061】次に、図3(e)に示す工程で、CVD法
により、基板の全面上に厚み約100nmの保護窒化膜
7を堆積する。この保護窒化膜7は次工程でのBSG膜
6からのボロン拡散の際に、BSG膜6から気相中にボ
ロンが抜け出し、シリコン表面が露出した部分に付着し
て、基板内に拡散することを防止する働きをする。
Next, in the step shown in FIG. 3E, a protective nitride film 7 having a thickness of about 100 nm is deposited on the entire surface of the substrate by the CVD method. When boron is diffused from the BSG film 6 in the next step, boron escapes from the BSG film 6 into the gas phase, adheres to the exposed silicon surface, and diffuses into the substrate. It works to prevent

【0062】次に、図3(f)に示す工程で、RTA
(Rapid Thermal Anneal)法により、950℃で10秒
間の熱処理を行い、BSG膜6中のボロンを、Si層5
のうちBSG膜6の下方に位置する部分(つまり開口6
aの周囲に位置する部分),SiGeC層4のうちBS
G膜6の下方に位置する部分,及びコレクタ層3bのう
ちBSG膜6の下方に位置する部分に拡散させる。この
工程により、Si層5及びコレクタ層3bのうちBSG
膜6の下方に位置する部分8x,8z(つまり開口6a
の周囲に位置する部分)はp型になり、SiGeC層4
のうちBSG膜6の下方に位置する部分8yはp型不純
物濃度がさらに濃くなって低抵抗化する。その結果、開
口6aの周囲に位置する部分においては、Si層5,S
iGeC層4及びコレクタ層3b内の各部分8x,8
y,8zに亘る外部ベース層8bが形成される。このと
き、上述の図19,図20(a)〜(d)に示すよう
に、本発明のSiGeC層の結晶性は悪化することな
く、良好に保たれる。
Next, in the step shown in FIG.
(Rapid Thermal Anneal) method, heat treatment is performed at 950 ° C. for 10 seconds to remove boron in the BSG film 6 from the Si layer 5.
Out of the BSG film 6 (that is, the opening 6
a), the BS of the SiGeC layer 4
It is diffused to a portion located below the G film 6 and a portion of the collector layer 3b located below the BSG film 6. By this step, BSG of the Si layer 5 and the collector layer 3b is
The portions 8x and 8z located below the film 6 (that is, the openings 6a
) Becomes p-type, and the SiGeC layer 4
Among them, the portion 8y located below the BSG film 6 has a higher p-type impurity concentration and lower resistance. As a result, in the portion located around the opening 6a, the Si layer 5, S
Each part 8x, 8 in iGeC layer 4 and collector layer 3b
An external base layer 8b covering y and 8z is formed. At this time, as shown in FIGS. 19 and 20 (a) to (d) described above, the crystallinity of the SiGeC layer of the present invention is maintained well without deterioration.

【0063】次に、図3(g)に示す工程で、異方性ド
ライエッチングにより、保護窒化膜7をエッチバックし
て、BSG膜6の側面にサイドウォール10を形成す
る。このサイドウォール10は、後に形成される高濃度
エミッタ層と外部ベース層との耐圧を十分に確保するた
めのものである。
Next, in the step shown in FIG. 3G, the protective nitride film 7 is etched back by anisotropic dry etching to form sidewalls 10 on the side surfaces of the BSG film 6. The sidewall 10 is for ensuring a sufficient withstand voltage between the high-concentration emitter layer formed later and the external base layer.

【0064】次に、図3(h)に示す工程で、エミッタ
電極およびコレクタ電極となる高濃度にリンがドープさ
れたポリシリコン膜をLPCVD法により堆積した後、
ドライエッチングにより、このポリシリコン膜をパター
ニングして、第1の活性領域Re1上にはエミッタ電極1
1を、第2の活性領域Re2上にはコレクタ電極12をそ
れぞれ形成する。
Next, in the step shown in FIG. 3H, after a polysilicon film doped with a high concentration of phosphorus to be an emitter electrode and a collector electrode is deposited by LPCVD,
This polysilicon film is patterned by dry etching to form an emitter electrode 1 on the first active region Re1.
1 and a collector electrode 12 is formed on the second active region Re2.

【0065】次に、図3(i)に示す工程で、CVD法
により、酸化シリコンからなる層間絶縁膜13を堆積す
る。
Next, in a step shown in FIG. 3I, an interlayer insulating film 13 made of silicon oxide is deposited by a CVD method.

【0066】次に、図3(j)に示す工程で、950
℃,15secの熱処理(RTA)により、エミッタ電
極11からエミッタ層9及びSiGeC層4の上端部に
リンを拡散させて高濃度エミッタ層9aを形成するとと
もに、コレクタ電極12からコレクタウォール層3c内
にリンを拡散させてコレクタコンタクト層14を形成す
る。このときにも、上述の図19,図20(a)〜
(d)に示すように、本発明のSiGeC層の結晶性は
悪化することなく、良好に保たれる。
Next, in the step shown in FIG.
By performing a heat treatment (RTA) at 15 ° C. for 15 seconds, phosphorus is diffused from the emitter electrode 11 to the upper end portions of the emitter layer 9 and the SiGeC layer 4 to form a high-concentration emitter layer 9a, and from the collector electrode 12 to the inside of the collector wall layer 3c. The collector contact layer 14 is formed by diffusing phosphorus. Also at this time, the above-mentioned FIGS.
As shown in (d), the crystallinity of the SiGeC layer of the present invention is maintained well without deterioration.

【0067】次に、図3(k)に示す工程で、ドライエ
ッチングにより、層間絶縁膜13にエミッタ電極11,
Si層5及びコレクタ電極12にそれぞれ到達するコン
タクトホールを形成した後、各コンタクトホール内及び
層間絶縁膜13の上に亘って、Al配線21,22,2
3を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 3 (k), the emitter electrode 11 is formed on the interlayer insulating film 13 by dry etching.
After forming contact holes reaching the Si layer 5 and the collector electrode 12, the Al wirings 21, 22, and 2 are formed in each contact hole and over the interlayer insulating film 13.
Form 3

【0068】以下の各実施形態においては、図1に示す
組成,引っ張り歪み,バンドギャップ等の特性を参照し
ながら、図2に示す構造を有し図3(a)〜(k)に示
す工程で形成されるヘテロバイポーラトランジスタを例
として、エミッタ,ベース及びコレクタの構造について
説明する。ただし、本発明のヘテロバイポーラトランジ
スタの構造や製造工程は、図2に示す構造や図3(a)
〜(k)に示す製造工程に限定されるものではない。
In each of the following embodiments, the structure shown in FIG. 2 and the process shown in FIGS. 3A to 3K will be described with reference to the characteristics such as the composition, tensile strain, and band gap shown in FIG. The structure of the emitter, the base and the collector will be described by taking a hetero bipolar transistor formed by the above as an example. However, the structure and manufacturing process of the hetero bipolar transistor of the present invention are the same as those shown in FIG. 2 and FIG.
The present invention is not limited to the manufacturing steps shown in FIGS.

【0069】(第1の実施形態)まず、真性ベース層8
aが均一組成のSiGeC層4により構成されたSiG
eC−HBTに関する第1の実施形態について説明す
る。
(First Embodiment) First, the intrinsic base layer 8
a is a SiG layer composed of a SiGeC layer 4 having a uniform composition.
A first embodiment regarding eC-HBT will be described.

【0070】図4(a)〜(c)は、それぞれ順に、従
来のNPN型Si−BJTのエネルギーバンド構造、従
来の均一組成ベース層を有するNPN型SiGe−HB
Tのエネルギーバンド構造、本発明による均一組成Si
GeCベース層を有するNPN型SiGeC−HBTの
エネルギーバンド構造をそれぞれ示すバンド図である。
FIGS. 4A to 4C respectively show an energy band structure of a conventional NPN-type Si-BJT and a conventional NPN-type SiGe-HB having a uniform composition base layer.
Energy band structure of T, homogeneous composition Si according to the present invention
It is a band figure which shows the energy band structure of NPN type SiGeC-HBT which has a GeC base layer, respectively.

【0071】図4(a)に示すように、従来のNPN型
Si−BJTにおいては、エミッタ−ベース間における
伝導帯同士のポテンシャル差A1と価電子帯同士のポテ
ンシャル差B1とは互いに等しい。また、ベース−コレ
クタ間における伝導帯同士のポテンシャル差A2と価電
子帯同士のポテンシャル差B2とは互いに等しい。
As shown in FIG. 4A, in the conventional NPN type Si-BJT, the potential difference A1 between the conduction bands between the emitter and the base and the potential difference B1 between the valence bands are equal to each other. The potential difference A2 between the conduction bands between the base and the collector and the potential difference B2 between the valence bands are equal to each other.

【0072】それに対し、図4(b)に示すように、従
来のNPN型SiGe−HBTにおいては、価電子帯同
士のポテンシャル差B1がエミッタ−ベース間における
伝導帯同士のポテンシャル差A1よりも大きい。言い換
えると、ビルトインポテンシャルを低減することができ
る。したがって、エミッタからベースに流れるキャリア
(ここでは電子)の流量を一定に確保するために必要な
電圧を低くでき、低電圧動作化を実現することができ
る。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the conventional NPN-type SiGe-HBT, the potential difference B1 between the valence bands is larger than the potential difference A1 between the conduction bands between the emitter and the base. . In other words, the built-in potential can be reduced. Therefore, the voltage required to secure a constant flow rate of carriers (here, electrons) flowing from the emitter to the base can be reduced, and low-voltage operation can be realized.

【0073】ただし、上述のように、SiGeベース層
のGe含有率は、格子不整合に起因する転位の発生を抑
制するために、一般的には10%以下である。したがっ
て、SiGe層とSi層とのバンドギャップ差をそれほ
ど大きくすることができず、価電子帯同士のポテンシャ
ル差B1,B2と伝導帯同士のポテンシャル差A1,A
2との差(B1−A1)や(B2−A2)もそれほど大
きくすることはできない。したがって、低電圧動作化に
も限界がある。
However, as described above, the Ge content of the SiGe base layer is generally 10% or less in order to suppress the occurrence of dislocation due to lattice mismatch. Therefore, the band gap difference between the SiGe layer and the Si layer cannot be so large, and the potential differences B1, B2 between the valence bands and the potential differences A1, A between the conduction bands.
Also, the differences (B1-A1) and (B2-A2) from 2 cannot be so large. Therefore, there is a limit to low-voltage operation.

【0074】一方、図4(c)に示すように、本発明の
NPN型SiGeC−HBTにおいては、エミッタ層9
−真性ベース層8a間における価電子帯同士のポテンシ
ャル差B1と伝導帯同士のポテンシャル差A1との差
(B1−A1)や、真性ベース層8a−コレクタ層3b
間における価電子帯同士のポテンシャル差B2と伝導帯
同士のポテンシャル差A2との差(B2−A2)を、従
来のNPN型SiGe−HBTよりも大きくすることが
できる。すなわち、本実施形態においては、真性ベース
層8aが包含されるSiGeC層4の組成を、図1中の
ドットハッチングを施した領域内の組成とすることによ
り、真性ベース層8a内の格子歪みを1.0%以内に抑
制し、かつ、真性ベース層8aのバンドギャップが従来
の実用的なSiGe層(Geの含有率が約10%)より
小さくすることができる。したがって、上述の低電圧動
作化をより顕著に進めることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 4C, in the NPN type SiGeC-HBT of the present invention, the emitter layer 9
The difference (B1-A1) between the potential difference B1 between the valence bands and the potential difference A1 between the conduction bands between the intrinsic base layer 8a and the intrinsic base layer 8a-collector layer 3b
The difference (B2-A2) between the potential difference B2 between the valence bands and the potential difference A2 between the conduction bands between them can be made larger than that of the conventional NPN-type SiGe-HBT. That is, in the present embodiment, the composition of the SiGeC layer 4 including the intrinsic base layer 8a is set to the composition in the dot-hatched region in FIG. 1 to reduce the lattice distortion in the intrinsic base layer 8a. It can be suppressed to 1.0% or less, and the band gap of the intrinsic base layer 8a can be made smaller than that of a conventional practical SiGe layer (Ge content is about 10%). Therefore, the above-described low-voltage operation can be more remarkably advanced.

【0075】ここで、従来のSi−BJT,従来のSi
Ge−HBT及び本発明のSiGeC−HBTにおける
ベース層を構成するSi,SiGe及びSiGeCのバ
ンドギャップの相違について説明する。
Here, the conventional Si-BJT and the conventional Si-BJT
The difference in band gap between Si, SiGe, and SiGeC constituting the base layer in the Ge-HBT and the SiGeC-HBT of the present invention will be described.

【0076】例えば、本実施形態では、ベース層を構成
するSiGeCの組成をGe含有率が30%でC含有率
が2.1%としている。図1に示すように、この組成に
おいては、格子歪みが1.0%以下であり、Si,実用
的なSiGe,本実施形態におけるSiGeCのバンド
ギャップを比較すると、 Si :1.12eV SiGe(Ge含有率10%) :1.04eV SiGeC(Ge含有率30%,C含有率2.1%):0.95eV となる。したがって、このような組成を有するSiGe
C層によって構成される真性ベース層を有するヘテロバ
イポーラトランジスタは、SiはもとよりSiGeによ
って構成されるベース層を有するバイポーラトランジス
タに比べて、バンドギャップが小さいベース層を実現す
ることができる。そして、このことにより、図4(c)
に示すように、エミッタ層9−真性ベース層8a間にお
ける価電子帯同士のポテンシャル差B1と伝導帯同士の
ポテンシャル差A1との差(B1−A1)や、真性ベー
ス層8a−コレクタ層3b間における価電子帯同士のポ
テンシャル差B2と伝導帯同士のポテンシャル差A2と
の差(B2−A2)が極めて大きい,低電圧動作化され
たヘテロバイポーラトランジスタを得ることができるの
である。
For example, in the present embodiment, the composition of SiGeC constituting the base layer is such that the Ge content is 30% and the C content is 2.1%. As shown in FIG. 1, in this composition, the lattice strain is 1.0% or less. Comparing the band gaps of Si, practical SiGe, and SiGeC in the present embodiment, Si: 1.12 eV SiGe (Ge Content: 10%): 1.04 eV SiGeC (Ge content: 30%, C content: 2.1%): 0.95 eV. Therefore, SiGe having such a composition
A hetero bipolar transistor having an intrinsic base layer constituted by a C layer can realize a base layer having a smaller band gap as compared with a bipolar transistor having a base layer constituted by not only Si but also SiGe. As a result, FIG.
As shown in FIG. 5, the difference (B1-A1) between the potential difference B1 between the valence bands between the emitter layer 9 and the intrinsic base layer 8a and the potential difference A1 between the conduction bands and the difference between the intrinsic base layer 8a and the collector layer 3b. In this case, a difference (B2-A2) between the potential difference B2 between the valence bands and the potential difference A2 between the conduction bands is extremely large, and a low-voltage-operated heterobipolar transistor can be obtained.

【0077】図5は、本実施形態に係るヘテロバイポー
ラトランジスタのベース・コレクタ電流のベース電圧依
存特性(ガンメルプロット)を従来のSi−BJT,S
iGe−HBTと比較して示す図である。本実施形態の
ごとく、バンドギャップが小さいSiGeCにより構成
されるベース層をヘテロバイポーラトランジスタに設け
ることにより、エミッタ・ベース間のPN接合における
ビルトインポテンシャルが小さくなり、従来の均一組成
SiGeHBTと比べて、低電圧で大きなコレクタ電流
が得られる。つまり、本実施形態のSiGeC−HBT
においては、従来にない低電圧動作が実現されている。
FIG. 5 is a graph showing the dependence of the base-collector current on the base voltage (Gummel plot) of the hetero-bipolar transistor according to this embodiment according to the conventional Si-BJT, S
It is a figure shown in comparison with iGe-HBT. By providing a base layer made of SiGeC having a small band gap in the hetero-bipolar transistor as in the present embodiment, the built-in potential at the PN junction between the emitter and the base is reduced, which is lower than that of the conventional uniform composition SiGeHBT. A large collector current can be obtained with a voltage. That is, the SiGeC-HBT of the present embodiment
, An unprecedented low-voltage operation is realized.

【0078】また、図21,図22は、Ge含有率が2
1.5%,26.8%のときのSi 1-x Gex 結晶層及
びSi1-x-y Gexy 結晶層をベース層として有する
バイポーラトランジスタのエミッタ接地におけるVCE
−IC 特性(コレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流
との関係)を示す図である。図21,22からわかるよ
うに、Si1-x Gex 結晶層を用いたバイポーラトラン
ジスタにおいては、コレクタ電流IC がほぼフラット
になる領域がほとんど存在せず、コレクタ電流のVCE
存性が非常に大きい。すなわち、このバイポーラトラン
ジスタは正常な増幅作用を行なうことが困難であること
がわかる。すなわち、Si1-x Gex 結晶層を用いたバ
イポーラトランジスタにおいては、Ge含有率が10%
までが実用的な限界であることが裏付けられている。
FIGS. 21 and 22 show that the Ge content was 2%.
Si at 1.5% and 26.8% 1-x Gex Crystal layer
And Si1-xy Gex Cy Having a crystal layer as a base layer
V at common emitter of bipolar transistorCE 
-IC Characteristics (collector-emitter voltage and collector current
FIG. You can see from Figures 21 and 22
Yeah, Si1-x Gex Bipolar transformer using crystal layer
In a transistor, the collector current IC is almost flat
Is almost nonexistent, and the collector current VCEDepend
Very viable. That is, this bipolar transistor
Difficulty performing normal amplification
I understand. That is, Si1-x Gex Ba using crystal layer
In the bipolar transistor, the Ge content is 10%.
Is a practical limit.

【0079】それに対して、Si1-x-y Gexy 結晶
層を用いたバイポーラトランジスタにおいては、コレク
タ電流IC がほぼフラットになる領域が存在し、コレク
タ電流のVCE依存性はそれほど大きくない。したがっ
て、本実施形態のSi1-x-y Gexy 結晶層をベース
層として用いたバイポーラトランジスタは、Ge含有率
が21.5%,26.8%という極めて高い値であって
も、安定したバイポーラ動作を行なうことができること
が示されている。
[0079] In contrast, in the bipolar transistor using the Si 1-xy Ge x C y crystal layer, there is a region comprising a collector current I C is almost flat, V CE dependence of the collector current is not so large . Therefore, the bipolar transistor using the Si 1-xy G x C y crystal layer of the present embodiment as the base layer is stable even if the Ge content is an extremely high value of 21.5% or 26.8%. It is shown that a bipolar operation can be performed.

【0080】−Si層・SiGeC層の境界付近の構造
− ここでは、本実施形態におけるNPNヘテロバイポーラ
トランジスタのリンを含むエミッタ層9,ボロン(B)
を含む真性ベース層8a及びリンを含むコレクタ層3b
の形成位置と、Siエピタキシャル層20,SiGeC
層4及びSi層5の形成位置との関係について、図6
(a),(b)〜図9(a),(b)を参照しながら説
明する。図6(a),(b)〜図9(a),(b)にお
いては、Siエピタキシャル層20,SiGeC層4及
びSi層5の形成位置をGe及びCの有無によって区別
し、エミッタ層9,真性ベース層8a及びコレクタ層3
bの形成位置をボロンの有無によって区別している。つ
まり、Siエピタキシャル層20及びSi層5にはG
e,Cはいずれも導入されていないことから、Ge含有
率とC含有率とが記載されているSiGeC層4層と、
Siエピタキシャル層20及びSi層5との境界が明示
されている。また、エミッタ層9及びコレクタ層3bに
はボロンが導入されていないことから、ボロンの濃度プ
ロファイルが記載されている真性ベース層8aと、エミ
ッタ層9及びコレクタ層3bとの境界が明示されてい
る。なお、図6(a),図7(a),図8(a)及び図
9(a)において、エミッタ層9及びコレクタ層3bに
導入されたリンの濃度は記載されていない。
-Structure near the boundary between the Si layer and the SiGeC layer-Here, the emitter layer 9 containing phosphorus and boron (B) of the NPN heterobipolar transistor according to the present embodiment.
Base layer 8a containing phosphorus and collector layer 3b containing phosphorus
Formation position, Si epitaxial layer 20, SiGeC
FIG. 6 shows the relationship between the formation positions of the layer 4 and the Si layer 5.
This will be described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b) to 9 (a) and 9 (b). 6 (a) and 6 (b) to 9 (a) and 9 (b), the formation positions of the Si epitaxial layer 20, the SiGeC layer 4 and the Si layer 5 are distinguished by the presence or absence of Ge and C, and the emitter layer 9 is formed. , Intrinsic base layer 8a and collector layer 3
The formation position of b is distinguished by the presence or absence of boron. That is, G is applied to the Si epitaxial layer 20 and the Si layer 5.
Since neither e nor C is introduced, four SiGeC layers in which the Ge content and the C content are described;
The boundary between the Si epitaxial layer 20 and the Si layer 5 is clearly shown. Further, since boron is not introduced into the emitter layer 9 and the collector layer 3b, the boundary between the intrinsic base layer 8a in which the boron concentration profile is described and the emitter layer 9 and the collector layer 3b is clearly shown. . 6 (a), 7 (a), 8 (a) and 9 (a), the concentration of phosphorus introduced into the emitter layer 9 and the collector layer 3b is not described.

【0081】また、図6(b),図7(b),図8
(b)及び図9(b)においては、エミッタ層,真性ベ
ース層及びコレクタ層に亘る伝導帯端と価電子帯端との
形状のみを表している。
FIGS. 6 (b), 7 (b), 8
9B and FIG. 9B show only the shapes of the conduction band edge and the valence band edge over the emitter layer, the intrinsic base layer, and the collector layer.

【0082】図6(a)は、全体的に均一組成のSiG
eC層4を備え、ベース層8aを構成するためのボロン
がSiGeC層4よりも広い範囲,つまりSiエピタキ
シャル層20及びSi層5内にドープされたヘテロバイ
ポーラトランジスタのSiエピタキシャル層20及びS
i層5の位置と、真性ベース層8a,エミッタ層9及び
コレクタ層3bの位置との関係を示す図である。図6
(b)は、図6(a)に示す不純物プロファイルを有す
るトランジスタのエネルギーバンド図である。図6
(b)に示すように、SiGeC層4の外側にエミッタ
・ベース接合、ベース・コレクタ接合があり、Si−S
iGeC間のヘテロ接合界面が階段状に急峻な界面で形
成された場合は、各々の接合部に図6(a)に示すよう
な寄生バリアが生じ、キャリアの走行を阻害し、高周波
特性を劣化させる。また、エミッタからキャリアの注入
に要する電圧が高くなり、低電圧化の妨げとなる。これ
は、バンドギャップの大きなシリコンエミッタ層、シリ
コンコレクタ層がp型となっているためである。したが
って、真性ベース層8aやSiGeC層4からはみ出し
た広い範囲にまで形成するのは適切ではない。
FIG. 6A shows a SiG having a uniform composition as a whole.
The Si epitaxial layers 20 and S of the hetero bipolar transistor in which the eC layer 4 is provided and boron for forming the base layer 8a is wider than the SiGeC layer 4, that is, doped in the Si epitaxial layers 20 and 5.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the position of an i-layer 5 and the positions of an intrinsic base layer 8a, an emitter layer 9, and a collector layer 3b. FIG.
FIG. 6B is an energy band diagram of the transistor having the impurity profile shown in FIG. FIG.
As shown in (b), there are an emitter-base junction and a base-collector junction outside the SiGeC layer 4 and the Si-S
When the heterojunction interface between iGeCs is formed as a steep interface in a stepwise manner, a parasitic barrier as shown in FIG. 6A occurs at each junction, hindering the traveling of carriers and deteriorating high-frequency characteristics. Let it. In addition, the voltage required for injecting carriers from the emitter increases, which hinders lowering the voltage. This is because the silicon emitter layer and the silicon collector layer having a large band gap are p-type. Therefore, it is not appropriate to form the intrinsic base layer 8a or the SiGeC layer 4 over a wide range.

【0083】図7(a)は、全体的に均一組成のSiG
eC層4を備え、ベース層8aを構成するためのボロン
がSiGeC層4内のみにドープされたヘテロバイポー
ラトランジスタのSiエピタキシャル層20及びSi層
5の位置と、真性ベース層8a,エミッタ層9及びコレ
クタ層3bの位置との関係を示す図である。図7(b)
は、図7(a)に示す不純物プロファイルを有するトラ
ンジスタのエネルギーバンド図である。図7(b)に示
すように、この場合には図7(a)に示すようなヘテロ
障壁に寄生バリアは形成されないが、各接合の空乏層領
域にノッチが生じる。このノッチも、また、キャリア
(ここでは電子)の走行を阻害する要因となる。これ
は、従来のSiGe−HBTでは見られないものであ
る。従来のSi/SiGeヘテロ接合の場合、バンドギ
ャップ差は、主に価電子帯におけるバンドオフセットΔ
Ev として現れ、伝導帯にはほとんどポテンシャルの段
差が生じないのに対して、Si/SiGeCヘテロ接合
の場合には、伝導帯にもバンドオフセットΔEcが生じ
ることに起因している。また、このSi/SiGeCヘ
テロ接合に生じる伝導帯バンドオフセットはC含有率が
大きくなるほど大きくなる。したがって、キャリア(こ
こでは電子)がエミッタ層9から真性ベース層8aを経
てコレクタ層3bに流れること自体はそれほど阻害され
ないが、寄生ノッチにキャリアが蓄積される分だけキャ
リアの流れが遅くなる。つまり、図7(a)に示す構造
は、ボロンをSiGeC層4内のみに導入している点で
は好ましいが、SiGeC層4のC含有率及びGe含有
率を一定としてSiGeC層4を全体的に均一な組成に
していることは適切ではない。
FIG. 7A shows a SiG having a uniform composition as a whole.
The position of the Si epitaxial layer 20 and the Si layer 5 of the hetero bipolar transistor in which the eC layer 4 is provided and boron for forming the base layer 8a is doped only in the SiGeC layer 4, the intrinsic base layer 8a, the emitter layer 9 and FIG. 9 is a diagram showing a relationship with a position of a collector layer 3b. FIG. 7 (b)
FIG. 8 is an energy band diagram of a transistor having the impurity profile shown in FIG. As shown in FIG. 7B, in this case, no parasitic barrier is formed in the hetero barrier as shown in FIG. 7A, but a notch is generated in the depletion layer region of each junction. This notch also becomes a factor that hinders the traveling of carriers (here, electrons). This is not seen in the conventional SiGe-HBT. For a conventional Si / SiGe heterojunction, the band gap difference is mainly due to the band offset Δ in the valence band.
It appears as Ev, and there is almost no potential step in the conduction band. On the other hand, in the case of the Si / SiGeC heterojunction, a band offset ΔEc also occurs in the conduction band. In addition, the conduction band offset generated in the Si / SiGeC heterojunction increases as the C content increases. Therefore, the flow of carriers (electrons in this case) from the emitter layer 9 to the collector layer 3b via the intrinsic base layer 8a is not so much inhibited, but the flow of carriers is slowed down by the amount of carriers accumulated in the parasitic notch. That is, the structure shown in FIG. 7A is preferable in that boron is introduced only into the SiGeC layer 4, but the C content and the Ge content of the SiGeC layer 4 are kept constant and the SiGeC layer 4 is entirely formed. It is not appropriate to have a uniform composition.

【0084】なお、ボロンなどのp型不純物がSiGe
C層4から外にはみ出ていても、n型不純物が導入され
ている領域とp型不純物が導入されている領域とがオー
バーラップしていることにより、p型領域がSiGeC
層4内に包含されていればよい。
Note that a p-type impurity such as boron is
Even if the p-type region extends outside the C layer 4, the p-type region is SiGeC because the region into which the n-type impurity is introduced and the region into which the p-type impurity is introduced overlap.
What is necessary is just to be included in the layer 4.

【0085】図8(a)は、中央層4aが均一組成で、
両側の端部領域である下層4b及び上層4cが傾斜組成
のSiGeC層4を備え、ベース層8aを構成するため
のボロンがSiGeC層4内のみにドープされたヘテロ
バイポーラトランジスタのSiエピタキシャル層20及
びSi層5の位置と、真性ベース層8a,エミッタ層9
及びコレクタ層3bの位置との関係を示す図である。S
iGeC層4の下層4bにおいて、Ge含有率及びC含
有率が中央層4aからSiエピタキシャル層20に向か
う方向に徐々に減小している。また、SiGeC層4の
上層4cにおいて、Ge含有率及びC含有率がSi層5
から中央層に向かう方向に徐々に増大している。そし
て、Bが導入された領域である真性ベース層8aは、G
e含有率及びC含有率が一定の均一組成を有する中央層
4a内に包含されている。
FIG. 8A shows that the central layer 4a has a uniform composition,
The lower layer 4b and the upper layer 4c, which are both end regions, are provided with the SiGeC layer 4 having a gradient composition, and boron for forming the base layer 8a is doped only in the SiGeC layer 4 into the Si epitaxial layer 20 of the hetero bipolar transistor. The position of the Si layer 5, the intrinsic base layer 8a and the emitter layer 9
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the position of a collector layer 3b. S
In the lower layer 4b of the iGeC layer 4, the Ge content and the C content gradually decrease in the direction from the central layer 4a toward the Si epitaxial layer 20. In the upper layer 4c of the SiGeC layer 4, the Ge content and the C content
From the central layer toward the central layer. The intrinsic base layer 8a, which is the region where B is introduced,
The e content and the C content are contained in the central layer 4a having a uniform composition.

【0086】ただし、このGe含有率やC含有率の変化
は、連続的な変化でなくステップ状の変化であってもよ
い。後述の各実施形態においても同様である。
However, the change of the Ge content or the C content may be a step-like change instead of a continuous change. The same applies to each embodiment described later.

【0087】図8(b)は、図8(a)に示す不純物プ
ロファイルを有するトランジスタのエネルギーバンド図
である。図8(b)に示すように、この場合にはヘテロ
障壁に寄生バリアも寄生ノッチも現れない。つまり、G
e含有率及びC含有率が徐々に変化することにより、伝
導帯端には明瞭なポテンシャル段差が発生せず、伝導帯
端がスムーズに変化するエネルギーバンド構造を示して
いる。これは、SiGeC層4の下層4b,上層4cに
おいて、伝導帯端にバンドオフセットを生じさせる原因
となるCが徐々に変化しているためである。その結果、
キャリア(ここでは電子)がエミッタから真性ベースを
経てコレクタに流れる作用自体が阻害されることはな
く、キャリアの流れが遅くなることもない。すなわち、
真性ベース層8aをSiGeC層4の中央層4aに包含
させるとともに、SiGeC層4のうちSiエピタキシ
ャル層20に隣接する下層4bにおいて、Ge含有率及
びC含有率を中央層4aからSiエピタキシャル層20
に向かう方向に徐々に減小させることにより、ヘテロバ
イポーラトランジスタの伝導帯におけるSiGeC層4
からSiエピタキシャル層20につながる部分で寄生バ
リアやノッチが発生するのを有効に防止することができ
る。同様に、真性ベース層8aをSiGeC層4の中央
層4aに包含させるとともに、SiGeC層4のうちS
i層5に隣接する上層4cにおいて、Ge含有率及びC
含有率をSi層5から中央層4aに向かう方向に徐々に
増大させることにより、ヘテロバイポーラトランジスタ
の伝導帯におけるSiGeC層4からSi層5につなが
る部分で寄生バリアやノッチが発生するのを有効に防止
することができる。
FIG. 8B is an energy band diagram of a transistor having the impurity profile shown in FIG. As shown in FIG. 8B, in this case, neither a parasitic barrier nor a parasitic notch appears in the hetero barrier. That is, G
As the e content and the C content gradually change, no clear potential step occurs at the conduction band edge, and the energy band structure shows a smooth transition of the conduction band edge. This is because in the lower layer 4b and the upper layer 4c of the SiGeC layer 4, C which causes a band offset at the conduction band edge is gradually changing. as a result,
The action of carriers (here, electrons) flowing from the emitter to the collector via the intrinsic base is not hindered, and the flow of carriers is not slowed down. That is,
The intrinsic base layer 8a is included in the central layer 4a of the SiGeC layer 4, and in the lower layer 4b of the SiGeC layer 4 adjacent to the Si epitaxial layer 20, the Ge content and the C content are changed from the central layer 4a to the Si epitaxial layer 20.
Is gradually reduced in the direction toward the SiGeC layer 4 in the conduction band of the hetero bipolar transistor.
Therefore, it is possible to effectively prevent the occurrence of a parasitic barrier or a notch in a portion connected to the Si epitaxial layer 20 from the above. Similarly, the intrinsic base layer 8a is included in the central layer 4a of the SiGeC layer 4, and the S
In the upper layer 4c adjacent to the i-layer 5, the Ge content and C
By gradually increasing the content in the direction from the Si layer 5 toward the central layer 4a, it is possible to effectively prevent the occurrence of a parasitic barrier or a notch in a portion from the SiGeC layer 4 to the Si layer 5 in the conduction band of the hetero bipolar transistor. Can be prevented.

【0088】なお、Bが導入された領域である真性ベー
ス層8aがSiGeC層4の両端部4b,4cに跨って
いても、真性ベース層8aがSiGeC層4からはみ出
ていない限り、寄生バリアは発生することがなく、ノッ
チの発生も抑制することができる。
Even if the intrinsic base layer 8a, which is a region where B is introduced, straddles both ends 4b and 4c of the SiGeC layer 4, as long as the intrinsic base layer 8a does not protrude from the SiGeC layer 4, the parasitic barrier remains. It does not occur, and the occurrence of notches can be suppressed.

【0089】また、SiGeC層4の下層4b,上層4
cにおいて、Ge含有率及びC含有率は図8(a)に示
すように必ずしも直線的に増大している必要はなく、多
少の曲がりなどがあってもよい。特に、真性ベース層8
aがSiGeC層4のうち中央層4aに包含されている
場合には、SiGeC層4の端部領域4b,4cにおけ
るGe含有率やC含有率の変化する形状において階段状
の部分があってもよい。
The lower layer 4b and the upper layer 4 of the SiGeC layer 4
In c, the Ge content and the C content do not necessarily have to increase linearly as shown in FIG. 8A, and may have some bending or the like. In particular, the intrinsic base layer 8
When “a” is included in the central layer 4 a of the SiGeC layer 4, even if there is a step-like portion in the shape in which the Ge content and the C content change in the end regions 4 b and 4 c of the SiGeC layer 4. Good.

【0090】図9(a)は、中央層4aが均一組成で下
層4b,上層4cが傾斜組成(Cのみ)のSiGeC層
4を備え、ベース層8aを構成するためのボロンがSi
GeC層4内のみにドープされたヘテロバイポーラトラ
ンジスタのSiエピタキシャル層20及びSi層5の位
置と、真性ベース層8a,エミッタ層9及びコレクタ層
3bの位置とを示す図である。SiGeC層4の下層4
bにおいて、Ge含有率は一定でC含有率がSiエピタ
キシャル層20から中央層4aに向かう方向に徐々に減
小している。また、SiGeC層4の上層4cにおい
て、Ge含有率が一定でC含有率がSi層5から中央層
4aに向かう方向に徐々に増大している。そして、Bが
導入された領域である真性ベース層8aは、Ge含有率
及びC含有率が一定の均一組成を有する中央層4a内に
包含されている。
FIG. 9A shows that the central layer 4a has a uniform composition and the lower layer 4b and the upper layer 4c have the graded composition (only C) of the SiGeC layer 4, and the boron for forming the base layer 8a is Si.
FIG. 3 is a diagram showing the positions of the Si epitaxial layer 20 and the Si layer 5 and the positions of the intrinsic base layer 8a, the emitter layer 9, and the collector layer 3b of the hetero bipolar transistor doped only in the GeC layer 4. Lower layer 4 of SiGeC layer 4
In b, the Ge content is constant, and the C content gradually decreases in the direction from the Si epitaxial layer 20 toward the central layer 4a. In the upper layer 4c of the SiGeC layer 4, the Ge content is constant and the C content gradually increases in the direction from the Si layer 5 toward the central layer 4a. The intrinsic base layer 8a in which B is introduced is included in the central layer 4a having a uniform composition in which the Ge content and the C content are constant.

【0091】図9(b)は、図9(a)に示す不純物プ
ロファイルを有するトランジスタのエネルギーバンド図
である。図9(b)に示すように、この場合にはヘテロ
障壁に寄生バリアも寄生ノッチも現れない。つまり、C
含有率が徐々に変化することにより、伝導帯端には明瞭
なポテンシャル段差が発生せず、伝導帯端がスムーズに
変化するエネルギーバンド構造を示している。これは、
SiGeC層4の下層4b,上層4cにおいて、伝導帯
端にバンドオフセットを生じさせる原因となるCが徐々
に変化しているためである。その結果、キャリアがエミ
ッタから真性ベースを経てコレクタに流れる作用自体が
阻害されることはなく、キャリアの流れが遅くなること
もない。すなわち、真性ベース層8aをSiGeC層4
の中央層4aに包含させるとともに、SiGeC層4の
うちSiエピタキシャル層20に隣接する下層4bにお
いて、Ge含有率は一定であってもC含有率を中央層4
aからSiエピタキシャル層20に向かう方向に徐々に
減小させることにより、ヘテロバイポーラトランジスタ
の伝導帯におけるSiGeC層4からSiエピタキシャ
ル層20につながる部分で寄生バリアやノッチが発生す
るのを有効に防止することができる。同様に、真性ベー
ス層8aをSiGeC層4の中央層4aに包含させると
ともに、SiGeC層4のうちSi層5に隣接する上層
4cにおいて、Ge含有率は一定であってもC含有率を
Si層5からSiGeC層4の中央層4aに向かう方向
に徐々に増大させることにより、ヘテロバイポーラトラ
ンジスタの伝導帯におけるSiGeC層4からSi層5
につながる部分で寄生バリアやノッチが発生するのを有
効に防止することができる。
FIG. 9B is an energy band diagram of a transistor having the impurity profile shown in FIG. 9A. As shown in FIG. 9B, in this case, neither a parasitic barrier nor a parasitic notch appears in the hetero barrier. That is, C
When the content gradually changes, no clear potential step occurs at the conduction band edge, and the energy band structure shows a smooth transition of the conduction band edge. this is,
This is because in the lower layer 4b and the upper layer 4c of the SiGeC layer 4, C causing a band offset at the conduction band edge is gradually changing. As a result, the action of carriers flowing from the emitter to the collector via the intrinsic base is not hindered, and the flow of carriers is not slowed down. That is, the intrinsic base layer 8a is replaced with the SiGeC layer 4
In the lower layer 4b of the SiGeC layer 4 adjacent to the Si epitaxial layer 20, the C content is constant even if the Ge content is constant.
By gradually decreasing in the direction from a to the Si epitaxial layer 20, it is possible to effectively prevent the occurrence of a parasitic barrier or a notch in a portion connecting the SiGeC layer 4 to the Si epitaxial layer 20 in the conduction band of the hetero bipolar transistor. be able to. Similarly, the intrinsic base layer 8a is included in the central layer 4a of the SiGeC layer 4, and in the upper layer 4c of the SiGeC layer 4 adjacent to the Si layer 5, the C content is reduced even if the Ge content is constant. 5 from the SiGeC layer 4 to the Si layer 5 in the conduction band of the hetero-bipolar transistor.
, The occurrence of a parasitic barrier or a notch in the portion leading to the above can be effectively prevented.

【0092】なお、Bが導入された領域である真性ベー
ス層8aがSiGeC層4の下層4b,上層4cに跨っ
ていても、SiGeC層4からはみ出ていない限り、寄
生バリアは発生することがなく、ノッチの発生も抑制す
ることができる。
Even if the intrinsic base layer 8a, in which B is introduced, straddles the lower layer 4b and the upper layer 4c of the SiGeC layer 4, a parasitic barrier does not occur as long as it does not protrude from the SiGeC layer 4. And notches can also be suppressed.

【0093】以上のように、SiGeC層4とSi層5
又はSi端結晶膜20との間のヘテロ接合界面でC含有
率やGe含有率が徐々に変化する傾斜組成とすることに
より、キャリア(電子)の走行を阻害することなく、ま
た、動作電圧の上昇を招くことなく、高周波特性に優
れ、低電圧で動作する実用的なヘテロバイポーラトラン
ジスタを形成することができる。
As described above, the SiGeC layer 4 and the Si layer 5
Alternatively, a gradient composition in which the C content and the Ge content gradually change at the heterojunction interface with the Si end crystal film 20 does not hinder the movement of carriers (electrons), It is possible to form a practical heterobipolar transistor having excellent high-frequency characteristics and operating at a low voltage without causing an increase.

【0094】また、SiGeC層4の下層4b,上層4
cにおいて、C含有率は必ずしも直線的に増大している
必要はなく、多少の曲がりなどがあってもよい。特に、
真性ベース層8aがSiGeC層4のうち中央層4aに
包含されている場合には、SiGeC層4の下層4b,
上層4cにおける含有率が変化するプロファイル中に階
段状の部分があってもよい。
The lower layer 4b and the upper layer 4b of the SiGeC layer 4
In c, the C content does not necessarily need to increase linearly, and may have some bending. In particular,
When the intrinsic base layer 8a is included in the central layer 4a of the SiGeC layer 4, the lower layer 4b,
There may be a step-like portion in the profile in which the content in the upper layer 4c changes.

【0095】また、本実施形態では、真性ベース層8a
をGe含有率が30%、C含有率が2.1%で残部がS
iからなるSiGeC(Si0.679 Ge0.300.021
により構成している。この組成を有するSiGeC層を
Si層上にエピタキシャル成長させた場合、SiGeC
層は約1.0%の圧縮歪みを受けた状態となっている。
このような、圧縮歪みを受けた状態の組成を選択した理
由は、格子整合系と比較して、圧縮歪みを受けている系
では、低いGe含有率及び低いC含有率を有していて
も、高いGe含有率又はC含有率を有し格子整合したS
iGeC層のバンドギャップと同程度のバンドギャップ
が得られるからである。具体的には、本実施形態におけ
る圧縮歪みを受けたSi0.679 Ge0.300.021層のバ
ンドギャップは0.95eVであるが、これと同等の小
さいバンドギャップを格子整合系で実現する場合には、
Ge含有率を42%、C含有率を5.1%にする必要が
ある。つまり、Ge含有率もC含有率も大きくする必要
があり、C含有率の増大に伴う結晶性の悪化が生じる可
能性もある。また、上述のノッチもC含有率が大きくな
ると発生しやすい。
In this embodiment, the intrinsic base layer 8a
Has a Ge content of 30%, a C content of 2.1% and a balance of S
SiGeC made of i (Si 0.679 Ge 0.30 C 0.021 )
It consists of. When a SiGeC layer having this composition is epitaxially grown on a Si layer, SiGeC
The layer is under a compressive strain of about 1.0%.
The reason for selecting such a composition in a state subjected to the compressive strain is that the system subjected to the compressive strain has a low Ge content and a low C content as compared with the lattice matching system. Lattice matched S with high Ge or C content
This is because a band gap similar to the band gap of the iGeC layer can be obtained. Specifically, the band gap of the Si 0.679 Ge 0.30 C 0.021 layer subjected to the compressive strain in this embodiment is 0.95 eV, but when a band gap as small as this is realized by the lattice matching system,
It is necessary to make the Ge content 42% and the C content 5.1%. That is, it is necessary to increase both the Ge content and the C content, and there is a possibility that the crystallinity is deteriorated with the increase in the C content. In addition, the above-mentioned notch is likely to occur when the C content increases.

【0096】図10は、すでに説明した図1を簡略化し
て、1.0%以下の圧縮歪みを受ける領域を示す状態図
である。そして、図10中のドットハッチングを施した
領域Raは、格子整合条件を含まずに、格子歪みが1.
0%以下の圧縮歪みを受ける領域である。上述のよう
に、C含有率の増大を抑制しつつ、有効な効果を発揮し
得るほどに小さなバンドギャップを真性ベース層に持た
せるためには、図10中のドットハッチングを施して示
す領域Raの組成を有するSiGeC層を用いてベース
層を構成することが望ましい。
FIG. 10 is a simplified state diagram of FIG. 1 described above, and is a state diagram showing a region that receives a compressive strain of 1.0% or less. Then, in the region Ra with dot hatching in FIG. 10, the lattice distortion does not include the lattice matching condition.
This is a region that receives a compression strain of 0% or less. As described above, in order to provide the intrinsic base layer with a band gap small enough to exhibit an effective effect while suppressing an increase in the C content, the region Ra shown by dot hatching in FIG. It is desirable to form the base layer using a SiGeC layer having the following composition.

【0097】このように、Siエピタキシャル層20の
上にエピタキシャル成長により形成されたSiGeC層
4を有するヘテロバイポーラトランジスタにおいて、S
iGeC層4によって包含される真性ベース層8aを設
け、かつ、SiGeC層4を格子歪みが1.0%以内で
バンドギャップが小さくなるような条件でGe,Cを含
む均一組成のSiGeCで構成することにより、低電圧
で動作しうる動作速度の高いヘテロバイポーラトランジ
スタを実現することができる。また、このようなSi/
SiGeC系のヘテロバイポーラトランジスタは、現在
汎用されているシリコンプロセスを用いて容易に形成す
ることができるので、シリコン基板の上に集積化するこ
とも容易である。
As described above, in the hetero bipolar transistor having the SiGeC layer 4 formed by epitaxial growth on the Si epitaxial layer 20,
The SiGeC layer 4 is made of SiGeC having a uniform composition including Ge and C under the condition that the band gap becomes small within 1.0% of lattice strain, provided with the intrinsic base layer 8a included in the iGeC layer 4. Thus, a hetero-bipolar transistor which can operate at a low voltage and has a high operation speed can be realized. In addition, such Si /
Since a SiGeC-based heterobipolar transistor can be easily formed by using a silicon process that is currently widely used, it can be easily integrated on a silicon substrate.

【0098】なお、本実施形態においては、コレクタ層
3b及びエミッタ層9をSi単一組成を有する結晶によ
り構成したが、本発明はかかる実施形態に限定されるも
のではない。たとえば、Siエピタキシャル層20や、
Si層5にGeやCを含ませても、SiGeC層4の格
子歪みが1.0%以下である限り、本実施形態と同様の
効果を発揮することは可能である。
In this embodiment, the collector layer 3b and the emitter layer 9 are made of a crystal having a single Si composition, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, the Si epitaxial layer 20,
Even if Ge or C is included in the Si layer 5, as long as the lattice distortion of the SiGeC layer 4 is 1.0% or less, the same effect as in the present embodiment can be exerted.

【0099】(第2の実施形態)次に、真性ベース層8
aが傾斜組成SiGeCにより構成されたSiGeC−
HBTに関する第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment) Next, the intrinsic base layer 8
a is a SiGeC- composed of a gradient composition SiGeC-
A second embodiment relating to the HBT will be described.

【0100】図11(a)〜(c)は、それぞれ従来の
傾斜組成のベース層を有するSiGe−HBTのエネル
ギーバンド図、本実施形態に係る傾斜組成のベース層を
有するSiGeC−HBTのエネルギーバンド図、及び
本実施形態のSiGeC−HBTのGe含有率,C含有
率及びB(ボロン)濃度を示す図である。
FIGS. 11A to 11C are energy band diagrams of a conventional SiGe-HBT having a base layer having a gradient composition, and energy bands of a SiGeC-HBT having a base layer having a gradient composition according to the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the Ge content, the C content, and the B (boron) concentration of the SiGeC-HBT of the present embodiment.

【0101】図11(a)に示すように、従来のSiG
eヘテロバイポーラトランジスタにおいては、例えばベ
ース層のうちエミッタ層に接する端部におけるGe含有
率が最小(例えば0%)で、ベース層のうちコレクタ層
に接する端部におけるGe含有率が最大(例えば10
%)となるような傾斜組成SiGe層によってベース層
を構成することにより、SiGeベース層におけるエミ
ッタ層に接する部分のバンドギャップが最大値C1で、
SiGeベース層におけるコレクタ層に接する部分のバ
ンドギャップが最小値C2となるように構成できる。そ
して、このような傾斜組成を有するSiGeにより構成
されるベース層においては、伝導帯端の傾斜によってキ
ャリアをコレクタ層に向かう方向に加速する電界が生じ
る。このようなドリフト走行の場合には、キャリアの拡
散による走行よりも走行速度が高いので、ヘテロバイポ
ーラトランジスタの動作速度をさらに向上させることが
可能になる。しかし、従来の傾斜ベース構造を有するS
iGe−HBTでは、平均格子歪みが0.5%であるこ
とという制限から、ベース層におけるコレクタに接する
部分のGe含有率を20%程度までしか大きくすること
ができなかったので、バンドギャップの最小値C2を
0.97eV以下にすることは困難であった。そのた
め、ベース層における伝導帯端の傾斜の程度も、(1.
12−0.97)(eV)/t=0.15eV/t(t
はベース層の厚み)以上に大きくすることができない。
As shown in FIG. 11A, a conventional SiG
In an e-hetero bipolar transistor, for example, the Ge content at the end of the base layer contacting the emitter layer is the smallest (eg, 0%), and the Ge content at the end of the base layer contacting the collector layer is the largest (eg, 10%).
%), The band gap of the portion in contact with the emitter layer in the SiGe base layer is a maximum value C1,
The band gap of the portion in contact with the collector layer in the SiGe base layer can be configured to have the minimum value C2. In the base layer made of SiGe having such a gradient composition, an electric field is generated which accelerates carriers in the direction toward the collector layer due to the inclination of the conduction band edge. In the case of such drift traveling, the traveling speed is higher than the traveling due to carrier diffusion, so that the operation speed of the hetero bipolar transistor can be further improved. However, S with a conventional tilted base structure
In the iGe-HBT, the Ge content of the portion in contact with the collector in the base layer could be increased only up to about 20% due to the restriction that the average lattice strain was 0.5%. It was difficult to reduce the value C2 to 0.97 eV or less. Therefore, the degree of inclination of the conduction band edge in the base layer is also (1.
12−0.97) (eV) /t=0.15 eV / t (t
Cannot be larger than the thickness of the base layer).

【0102】一方、図11(b),(c)に示すよう
に、本実施形態の真性ベース層8aを包含するSiGe
C層4の中央層4aは、Si層5(エミッタ層)に接す
る部分においてはGe含有率及びC含有率を0(つまり
Si単独の組成)とし、Si結晶膜20(コレクタ層)
に接する部分においてはGe含有率を40%,C含有率
を1%としている。そして、SiGeC層4において、
Si層5からSiエピタキシャル層20に向かう方向に
Ge含有率およびC含有率が直線的に大きく増大する構
造となっている。ただし、SiGeC層4におけるGe
含有率とC含有率との比は一定(40:1)に保たれて
いる。また、SiGeC層4の下層4bにおいては、G
e含有率及びC含有率が中央層4aからSiエピタキシ
ャル層20に向かう方向に徐々に減小している。ただ
し、本実施形態においては、SiGeC層4のうちSi
層5に接する部分がSi単一組成であるので、中央層4
aと上層4cとが連続した組成を有し、一体化されてい
る。
On the other hand, as shown in FIGS. 11B and 11C, SiGe including the intrinsic base layer 8a of this embodiment is used.
The central layer 4a of the C layer 4 has a Ge content and a C content of 0 (that is, a composition of Si alone) in a portion in contact with the Si layer 5 (emitter layer), and the Si crystal film 20 (collector layer).
In the portion in contact with, the Ge content is 40% and the C content is 1%. Then, in the SiGeC layer 4,
The structure is such that the Ge content and the C content increase linearly and greatly in the direction from the Si layer 5 to the Si epitaxial layer 20. However, the Ge in the SiGeC layer 4
The ratio between the content and the C content is kept constant (40: 1). In the lower layer 4b of the SiGeC layer 4, G
The e content and the C content gradually decrease in the direction from the central layer 4a toward the Si epitaxial layer 20. However, in the present embodiment, the SiGeC layer 4 includes Si
Since the portion in contact with the layer 5 has a single Si composition, the central layer 4
a and the upper layer 4c have a continuous composition and are integrated.

【0103】この場合、Ge含有率が40%,C含有率
が1.0%のSiGeC層のバンドギャップは0.83
eVである。したがって、(1.12−0.83)(e
V)/t=0.29eV(290meV)/t(tはベ
ース層の厚み)の伝導帯端の傾斜を実現することができ
る。そして、SiGeC層4における伝導帯端の傾斜
は、Ge含有率,C含有率を変化させることによってさ
らに大きくすることも可能である。したがって、本発明
のSiGeC層によって構成される真性ベース層におい
ては、転位の発生を招かない平均格子歪み(1.0%)
(最大格子歪み2.0%)の範囲内でバンドギャップの
傾斜をさらに大きくすることが可能である。
In this case, the band gap of the SiGeC layer having a Ge content of 40% and a C content of 1.0% is 0.83.
eV. Therefore, (1.12-0.83) (e
V) /t=0.29 eV (290 meV) / t (t is the thickness of the base layer), and the slope of the conduction band edge can be realized. The inclination of the conduction band edge in the SiGeC layer 4 can be further increased by changing the Ge content and the C content. Therefore, in the intrinsic base layer composed of the SiGeC layer of the present invention, the average lattice distortion (1.0%) that does not cause the generation of dislocations.
The inclination of the band gap can be further increased within the range of (maximum lattice distortion 2.0%).

【0104】すなわち、本実施形態のヘテロバイポーラ
トランジスタによると、Ge含有率及びC含有率の調整
により、真性ベース層8aにおける格子歪みを抑制しつ
つ真性ベース層8aにおけるコレクタ層に接する部分の
バンドギャップを極めて小さくすることができることか
ら、バンドギャップがエミッタ側からコレクタ側に向か
う方向に減小する傾斜の度合いの大きい,電界によるキ
ャリアの加速機能の高いHBTを実現することができ
る。
That is, according to the hetero bipolar transistor of the present embodiment, by adjusting the Ge content and the C content, the band gap of the portion of the intrinsic base layer 8a in contact with the collector layer while suppressing the lattice distortion in the intrinsic base layer 8a. Can be made extremely small, it is possible to realize an HBT having a high degree of inclination in which the band gap decreases in a direction from the emitter side to the collector side and having a high function of accelerating carriers by an electric field.

【0105】特に、本実施形態のように、SiGeC層
4を、Si層5(エミッタ側)からSiエピタキシャル
層20(コレクタ側)に向かう方向にGe含有率及びC
含有率が直線的に増大していく傾斜組成構造とすること
により、バンドギャップがエミッタ側からコレクタ側に
向かう方向に直線的に減小している傾斜電界加速機能の
高いHBTを実現することができる。具体的には、上述
のようなSiGeC層4の組成によって、SiGeC層
4のうちSi層5に接する部分の格子歪みが1.2%と
なる。この値は、上述の転位の発生を招かないための平
均格子歪み1.0%よりも大きい値である。しかし、真
性ベース層8aを構成するSiGeC層4が傾斜組成構
造の場合は、SiGeC層4全域にわたる平均的な格子
歪みが重要な値となる。本実施形態のSiGeC層4に
おいては、SiGeC層4の平均的な格子歪みは0.6
%であり、この値は1.0%以下の値であるので、真性
ベース層8aにおける転位の発生を招くことはなく、問
題はない。そして、真性ベース層8aを構成するSiG
eC層4をこのような傾斜組成構造とすることにより、
SiGeC層4のエミッタ側端部からコレクタ側端部に
亘って290meVものバンドギャップの変化が得られ
るので、キャリア(ここでは電子)に対するより強い電
界加速機能を発揮することができ、超高速動作が可能な
SiGeC−HBTを得ることができる。
In particular, as in the present embodiment, the SiGeC layer 4 is formed so that the Ge content and the C content in the direction from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side).
By using a gradient composition structure in which the content increases linearly, it is possible to realize an HBT having a high gradient electric field acceleration function in which the band gap decreases linearly in the direction from the emitter side to the collector side. it can. Specifically, due to the composition of the SiGeC layer 4 as described above, the lattice distortion of the portion of the SiGeC layer 4 that is in contact with the Si layer 5 is 1.2%. This value is a value larger than the average lattice distortion of 1.0% so as not to cause the above-described dislocation. However, when the SiGeC layer 4 constituting the intrinsic base layer 8a has a graded composition structure, the average lattice strain over the entire SiGeC layer 4 is an important value. In the SiGeC layer 4 of the present embodiment, the average lattice strain of the SiGeC layer 4 is 0.6.
%, Which is 1.0% or less, so that dislocations do not occur in the intrinsic base layer 8a, and there is no problem. Then, SiG forming the intrinsic base layer 8a
By making the eC layer 4 have such a gradient composition structure,
Since a band gap change of as much as 290 meV can be obtained from the emitter side end to the collector side end of the SiGeC layer 4, a stronger electric field accelerating function for carriers (here, electrons) can be exhibited, and ultra-high speed operation can be achieved. A possible SiGeC-HBT can be obtained.

【0106】なお、SiGeC層4内においてエネルギ
ーギャップがSi層5からSiエピタキシャル層20に
向かう方向に増大する形状が必ずしも直線的である必要
はないが、直線的に増大する場合には、SiGeC層4
内において常に一定の加速度をキャリアに与えることが
でき、キャリアを加速する機能が特に大きい。
The shape in which the energy gap increases in the direction from the Si layer 5 toward the Si epitaxial layer 20 in the SiGeC layer 4 is not necessarily linear. 4
A constant acceleration can always be given to the carrier within the inside, and the function of accelerating the carrier is particularly large.

【0107】ここで、SiGeC層4の全域にわたる平
均的な格子歪みが1.0%以下となる状態とは、以下の
ような場合をいう。例えば、図11(c)に示すごとく
真性ベース層8aを構成するSiGeC層4のうちSi
層5に接する部分(エミッタ側端部)の組成をSi単一
組成とし、SiGeC層4内においてSi層5に接する
部分からSi結晶膜20に接する部分(コレクタ側端
部)に向かう方向にGe含有率およびC含有率が直線的
に増加していく三角形のプロファイルをもつ場合には、
Ge含有率およびC含有率がピークとなる中央層4aの
コレクタ側端部における組成の格子歪み量が2%以下と
なるような場合である。
Here, the state where the average lattice strain over the entire area of the SiGeC layer 4 is 1.0% or less refers to the following cases. For example, as shown in FIG. 11C, the SiGeC layer 4 constituting the intrinsic base layer 8a has
The portion in contact with the layer 5 (the end on the emitter side) has a single composition of Si, and Ge in the SiGeC layer 4 is directed from the portion in contact with the Si layer 5 to the portion in contact with the Si crystal film 20 (the end on the collector side). When the content and C content have a triangular profile that increases linearly,
This is the case where the amount of lattice distortion of the composition at the collector-side end of the central layer 4a where the Ge content and the C content peak, is 2% or less.

【0108】本実施形態では、SiGeC層4が圧縮歪
みを受けている領域Ra(図10参照)における組成を
有するSiGeC層4が傾斜組成を有する場合について
説明したが、その際、以下の事項に留意する必要があ
る。
In the present embodiment, the case where the SiGeC layer 4 having the composition in the region Ra (see FIG. 10) where the SiGeC layer 4 is subjected to compressive strain has the graded composition has been described. It is necessary to keep in mind.

【0109】図12は、図1と同じSiGeC三元混晶
半導体におけるGe及びCの含有率とバンドギャップ,
格子歪みの関係を示す図であって、Ge含有率及びC含
有率を両者の比を一定としながら直線的に変化させる場
合の組成の変化方向を矢印によって示している。図12
からわかるように、SiGeC層4を格子整合させた状
態で(図12における格子歪みが0%の直線上の部分)
バンドギャップを傾斜させる場合には、SiGeC層4
の組成制御を十分に行わないと、その組成が仕様から若
干ずれた場合には、バンドギャップの等高線に対して垂
直に近い方向に変化するので、バンドギャップの変動が
大きく再現性に問題がある。したがって、格子整合した
状態でバンドギャップを傾斜させる構造は回避して、S
iGeC層4の圧縮歪みを受けた領域又は引っ張り歪み
を受けた領域のいずれかのみにおいて傾斜組成を持たせ
るほうが望ましい。また、結晶成長の観点からも、圧縮
歪みをうけた領域での傾斜組成としたほうが、GeやC
の含有率をできるだけ少なくしつつ、より小さなバンド
ギャップを実現することができる点で望ましい。
FIG. 12 shows the contents of Ge and C, the band gap, and the Ge content in the same SiGeC ternary mixed crystal semiconductor as in FIG.
It is a figure which shows the relationship of a lattice distortion, and shows the change direction of a composition when changing Ge content rate and C content rate linearly, making the ratio of both constant. FIG.
As can be seen from FIG. 12, in a state where the SiGeC layer 4 is lattice-matched (a portion on a straight line where the lattice distortion is 0% in FIG. 12).
When the band gap is inclined, the SiGeC layer 4
If the composition is not sufficiently controlled, if the composition slightly deviates from the specification, the band gap changes in a direction almost perpendicular to the contour line, so that the band gap fluctuates greatly and there is a problem in reproducibility. . Therefore, a structure in which the band gap is tilted in a lattice-matched state is avoided, and S
It is desirable that only the region of the iGeC layer 4 subjected to the compressive strain or the region subjected to the tensile strain has a gradient composition. Also, from the viewpoint of crystal growth, it is preferable to use a gradient composition in a region subjected to compressive strain to obtain Ge or C.
Is desirable in that a smaller band gap can be realized while reducing the content of as small as possible.

【0110】以上のことから、本実施形態の真性ベース
層8aを構成するSiGeC層4においては、格子整合
条件に適合する部分(図12における格子歪みが0%の
直線上の部分)を含まずに、SiGeC層4の全域に亘
る平均的な格子歪みが1.0%以下の圧縮歪みを受ける
領域内において、Ge含有率およびC含有率を変化させ
ておくことが望ましい。
As described above, the SiGeC layer 4 constituting the intrinsic base layer 8a of the present embodiment does not include a portion that satisfies the lattice matching conditions (a portion on a straight line having a lattice distortion of 0% in FIG. 12). In addition, it is desirable to change the Ge content and the C content in a region where the average lattice strain over the entire region of the SiGeC layer 4 receives a compressive strain of 1.0% or less.

【0111】また、本実施形態においては、図11
(c)に示すように、SiGeC層4の下層4bにおけ
るGe含有率及びC含有率を中央部4aからSiエピタ
キシャル層20に向かう方向に徐々に減小させているの
で、第1の実施形態と同様に、ベース・コレクタ接合界
面(SiGeC層4−Siエピタキシャル層20間のヘ
テロ障壁)において、寄生バリア(図6(a)参照)や
ノッチ(図7(a)参照)の発生を抑制し、伝導帯にお
ける明瞭なポテンシャル段差の発生を抑制して、スムー
ズなバンド構造を得ることができる。
In this embodiment, FIG.
As shown in (c), the Ge content and the C content in the lower layer 4b of the SiGeC layer 4 are gradually reduced in the direction from the central portion 4a toward the Si epitaxial layer 20, so that the first embodiment differs from the first embodiment. Similarly, at the base-collector junction interface (heterobarrier between the SiGeC layer 4 and the Si epitaxial layer 20), generation of a parasitic barrier (see FIG. 6A) and a notch (see FIG. 7A) is suppressed. A smooth band structure can be obtained by suppressing the generation of a clear potential step in the conduction band.

【0112】ただし、下層4bにおけるC含有率のみを
中央層からSiエピタキシャル層20に向かう方向に徐
々に減小させてもよい。また、ノッチなどのバンドオフ
セットが深刻な不具合を招くことがない種類のバイポー
ラトランジスタにおいては、下層4bに傾斜組成を持た
せる必要は必ずしもない。
However, only the C content in the lower layer 4b may be gradually reduced in the direction from the central layer to the Si epitaxial layer 20. Further, in a bipolar transistor of a type in which a band offset such as a notch does not cause a serious problem, the lower layer 4b does not necessarily have to have a gradient composition.

【0113】このように、本実施形態の傾斜組成を有す
るSiGeC層4によって構成される真性ベース層8a
を備えたSiGeC−HBTにおいて、さらに、Si/
SiGeCヘテロ接合界面でC含有率やGe含有率が変
化する傾斜組成とすることにより、キャリアの走行を阻
害することなく、高周波特性に優れた実用的なヘテロバ
イポーラトランジスタを形成することができる。
As described above, the intrinsic base layer 8a composed of the SiGeC layer 4 having the graded composition according to the present embodiment.
In the SiGeC-HBT provided with
By using a gradient composition in which the C content and the Ge content change at the SiGeC heterojunction interface, a practical heterobipolar transistor having excellent high-frequency characteristics can be formed without hindering the traveling of carriers.

【0114】(第3の実施形態)次に、真性ベース層8
aが傾斜組成SiGeCにより構成され、かつエミッタ
−ベース間のビルトインポテンシャルが低減されたSi
GeC−HBTに関する第3の実施形態について説明す
る。
(Third Embodiment) Next, the intrinsic base layer 8
a is composed of a graded composition SiGeC, and the built-in potential between the emitter and the base is reduced.
A third embodiment related to GeC-HBT will be described.

【0115】図13(a),(b)は、それぞれ、本実
施形態における傾斜組成SiGeC−HBTのエネルギ
ーバンド図、及びGe含有率,C含有率及びB(ボロ
ン)濃度を示す図である。本実施形態においては、真性
ベース層8aを構成するSiGeC層4の中央層4aの
うち,エミッタを構成するSi層5に接する部分をSi
単一組成ではなく、Siよりもバンドギャップの小さい
SiGe又はSiGeCにより構成している。また、真
性ベース層8aを構成するSiGeC層4の中央層4a
のうち,コレクタを構成するSiエピタキシャル層20
に接する部分をSiよりもバンドギャップの小さいSi
GeCにより構成している。そして、SiGeC層4の
下層4bにおいては、Ge含有率及びC含有率が中央層
4aからSiエピタキシャル層20に向かう方向に徐々
に減小している。さらに、SiGeC層4の上層4cに
おいても、Ge含有率及びC含有率がSi層5から中央
層4aに向かう方向に徐々に増大している。
FIGS. 13A and 13B are an energy band diagram, a Ge content, a C content, and a B (boron) concentration of the gradient composition SiGeC-HBT in this embodiment, respectively. In the present embodiment, a portion of the central layer 4a of the SiGeC layer 4 constituting the intrinsic base layer 8a, which is in contact with the Si layer 5 constituting the emitter, is formed of Si.
Instead of a single composition, it is made of SiGe or SiGeC having a smaller band gap than Si. The central layer 4a of the SiGeC layer 4 constituting the intrinsic base layer 8a
Of which, the Si epitaxial layer 20 constituting the collector
Is in contact with Si, the band gap of which is smaller than that of Si.
It is composed of GeC. In the lower layer 4b of the SiGeC layer 4, the Ge content and the C content gradually decrease in the direction from the central layer 4a toward the Si epitaxial layer 20. Further, also in the upper layer 4c of the SiGeC layer 4, the Ge content and the C content gradually increase in the direction from the Si layer 5 toward the central layer 4a.

【0116】そして、SiGeC層4とSi層9との伝
導帯同士のポテンシャル差A1は、SiGeC層4とS
i層9との価電子帯同士のポテンシャル差B1よりも小
さくしている。すなわち、エミッタ・ベース間のPN接
合のビルトインポテンシャルを小さくし、低電圧動作を
可能としている。なお、第2の実施形態と同様に、Si
GeC層4とSiエピタキシャル層20との伝導帯同士
のポテンシャル差A2は、SiGeC層4とSiエピタ
キシャル層20との価電子帯同士のポテンシャル差B2
よりも小さい。
The potential difference A1 between the conduction bands of the SiGeC layer 4 and the Si layer 9 is equal to the potential difference A1 between the SiGeC layer 4 and the Si layer.
The potential difference between the valence bands with the i-layer 9 is smaller than B1. That is, the built-in potential of the PN junction between the emitter and the base is reduced, and low-voltage operation is enabled. Note that, as in the second embodiment, Si
The potential difference A2 between the conduction bands between the GeC layer 4 and the Si epitaxial layer 20 is the potential difference B2 between the valence bands between the SiGeC layer 4 and the Si epitaxial layer 20.
Less than.

【0117】また、SiGeC層4内において、Si層
5と接する部分のバンドギャップC1はSiエピタキシ
ャル層20に接する部分のバンドギャップC2よりも大
きい。つまり、真性ベース層8aを構成するSiGeC
層4のバンドギャップはSi層5(エミッタ側)からS
iエピタキシャル層20(コレクタ側)に向かう方向に
直線的に減小している。つまり、SiGeC層4は傾斜
組成を有しており、これにより、真性ベース層8aでの
傾斜電界が生じ、真性ベース層8aを走行するキャリア
に加速度を与えて高速動作を可能としている。なお、S
iGeC層全域にわたる平均的な歪み量は1.0%以下
となる組成を選んでいる。以上のような構成にすること
により、低電圧動作が可能でかつ高周波特性に優れたヘ
テロバイポーラトランジスタを実現できる。
In the SiGeC layer 4, the band gap C1 at a portion in contact with the Si layer 5 is larger than the band gap C2 at a portion in contact with the Si epitaxial layer 20. That is, the SiGeC forming the intrinsic base layer 8a
The band gap of the layer 4 is equal to S band from the Si layer 5 (emitter side).
It decreases linearly in the direction toward the i-epitaxial layer 20 (collector side). In other words, the SiGeC layer 4 has a graded composition, which generates a graded electric field in the intrinsic base layer 8a, and gives acceleration to the carriers traveling in the intrinsic base layer 8a to enable high-speed operation. Note that S
The composition is selected such that the average strain over the entire iGeC layer is 1.0% or less. With such a configuration, a hetero-bipolar transistor which can operate at a low voltage and has excellent high-frequency characteristics can be realized.

【0118】次に、本実施形態において採用したSiG
eC層4の具体的な組成について説明する。例えば、S
iGeC層4のうちSi層5に接する部分(エミッタ
側)のGe含有率を30%、C含有率を3.3%とし、
Siエピタキシャル層20(コレクタ側)に接する部分
のGe含有率を40%、C含有率を3.3%とする。つ
まり、SiGeC層4の両端部におけるC含有率は互い
に等しい。そして、SiGeC層4内において、Ge含
有率がSi層5(エミッタ側)からSiエピタキシャル
層20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に増大して
いる。
Next, the SiG used in this embodiment is
A specific composition of the eC layer 4 will be described. For example, S
The Ge content of the portion (emitter side) of the iGeC layer 4 in contact with the Si layer 5 (emitter side) is 30%, the C content is 3.3%,
The Ge content of the portion in contact with the Si epitaxial layer 20 (collector side) is 40%, and the C content is 3.3%. That is, the C contents at both ends of the SiGeC layer 4 are equal to each other. In the SiGeC layer 4, the Ge content linearly increases in the direction from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side).

【0119】なお、本実施形態においても、SiGeC
層4内においてエネルギーギャップがSi層5からSi
エピタキシャル層20に向かう方向に増大する形状が必
ずしも直線的である必要はないが、直線的に増大する場
合には、SiGeC層4内において常に一定の加速度を
キャリアに与えることができ、キャリアを加速する機能
が特に大きい。
Note that, also in the present embodiment, SiGeC
In the layer 4, the energy gap is changed from the Si layer 5 to Si.
The shape that increases in the direction toward the epitaxial layer 20 does not necessarily need to be linear, but if it increases linearly, a constant acceleration can always be applied to the carrier in the SiGeC layer 4 to accelerate the carrier. The ability to do is particularly large.

【0120】この時、SiGeC層4のうちSi層5に
接する部分(Ge30%、C3.3%)において、バン
ドギャップが0.99eVで、格子歪みが0.1%であ
る。SiGeC層4のうちSiエピタキシャル層20に
接する部分(Ge40%、C3.3%)において、バン
ドギャップが0.91eVで、格子歪みが0.5%であ
る。このような構造により、SiGeC層4の全域にわ
たる平均的な格子歪みは0.3%程度となり、実用上も
問題がない。このような組成のSiGeC層4により真
性ベース層8aを構成することによって、従来のSiG
e−HBTよりエミッタ側バンドギャップが小さく、低
電圧で動作しかつ高速動作が可能なSiGeC−HBT
を得ることができる。
At this time, in the portion (Ge 30%, C3.3%) of the SiGeC layer 4 which is in contact with the Si layer 5, the band gap is 0.99 eV and the lattice distortion is 0.1%. In a portion (Ge 40%, C 3.3%) of the SiGeC layer 4 which is in contact with the Si epitaxial layer 20, the band gap is 0.91 eV and the lattice strain is 0.5%. With such a structure, the average lattice distortion over the entire area of the SiGeC layer 4 is about 0.3%, and there is no problem in practical use. By forming the intrinsic base layer 8a with the SiGeC layer 4 having such a composition, the conventional SiG
SiGeC-HBT which has a smaller bandgap on the emitter side than e-HBT, can operate at low voltage, and can operate at high speed
Can be obtained.

【0121】また、結晶成長の観点からも歪みがないよ
りは圧縮歪みを受けた領域での傾斜組成としたほうが、
Cの含有率が少ない状態でより小さなバンドギャップを
実現できるため、本実施形態においても、圧縮歪みを受
けたSiGeCを用いて真性ベース層8aを構成してい
る。すでに説明したが、図12からわかるように、Si
GeC層4内において格子整合した状態でバンドギャッ
プを傾斜させようとすると、組成制御を十分に行わない
と、組成が若干ずれた場合のバンドギャップの変動が大
きく再現性に問題がある。そこで、格子整合した状態で
の傾斜バンドギャップ構造は回避して、圧縮歪みを受け
た領域Ra、または、引っ張り歪みを受けた領域Rbの
いずれかにおいて、SiGeC層4の組成がSi層5
(エミッタ側)からSiエピタキシャル層20(コレク
タ側)に向かう方向に変化しているような傾斜組成にす
るほうが望ましい。ただし、圧縮歪みを受けた領域Ra
でバンドギャップを傾斜させる場合と、引っ張り歪みを
受けた領域Rbでバンドギャップを傾斜させる場合とで
は、GeおよびC含有率の傾斜の方向が異なるので注意
が必要である。以下、バンドギャップを傾斜させるため
の組成傾斜方法について、圧縮歪みを受けた領域Raと
引っ張り歪みを受けた領域Rbとに分けて説明する。
From the viewpoint of crystal growth, it is better to use a gradient composition in a region subjected to compressive strain than to have no strain, from the viewpoint of crystal growth.
Since a smaller band gap can be realized in a state where the content of C is small, the intrinsic base layer 8a is also formed of compressive strained SiGeC in this embodiment. As described above, as can be seen from FIG.
If the band gap is inclined in the GeC layer 4 in a lattice-matched state, if the composition is not sufficiently controlled, the band gap fluctuates greatly when the composition is slightly shifted, and there is a problem in reproducibility. Therefore, the composition of the SiGeC layer 4 is changed to the Si layer 5 in either the compression-strained region Ra or the tensile-strained region Rb while avoiding the inclined band gap structure in a lattice-matched state.
It is desirable to have a graded composition that changes from the (emitter side) toward the Si epitaxial layer 20 (collector side). However, the compression-strained region Ra
It should be noted that the directions of inclination of the Ge and C contents are different between the case where the band gap is inclined and the case where the band gap is inclined in the region Rb subjected to tensile strain. Hereinafter, the composition gradient method for tilting the band gap will be described separately for a region Ra subjected to compressive strain and a region Rb subjected to tensile strain.

【0122】−圧縮歪みを受けた領域における組成傾斜
方法の例− 図14は、SiGeC層4の状態図における圧縮歪みを
受けた領域Raにおいてバンドギャップを傾斜させるた
めに好ましい組成傾斜方法の例を説明するための図であ
る。バンドギャップを減小させるためには、直線Co1〜
Co4に示すようないく通りかの方法がある。
-Example of Composition Gradient Method in Compressively Strained Region-FIG. 14 shows an example of a preferable composition gradient method for inclining the band gap in the compressively strained region Ra in the phase diagram of the SiGeC layer 4. It is a figure for explaining. In order to reduce the band gap, the straight line Co1 ~
There are several ways as shown in Co4.

【0123】図15(a)〜(d)は、図14の直線C
o1〜Co4にそれぞれ対応する組成傾斜方法を示す図であ
る。
FIGS. 15A to 15D show straight lines C in FIG.
It is a figure which shows the composition gradient method respectively corresponding to o1-Co4.

【0124】図15(a)は、図14に示す直線Co1に
沿って、SiGeC層4におけるC含有率を一定とし、
Ge含有率をSi層5(エミッタ側)からSiエピタキ
シャル層20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に増
大させた場合のGe含有率及びC含有率を示す図であ
る。
FIG. 15A shows that the C content in the SiGeC layer 4 is constant along the straight line Co1 shown in FIG.
It is a figure which shows the Ge content and the C content when the Ge content is linearly increased in the direction from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side).

【0125】図15(b)は、図14に示す直線Co2に
沿って、SiGeC層4におけるGe含有率を一定と
し、C含有率をSi層5(エミッタ側)からSiエピタ
キシャル層20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に
減小させた場合のGe含有率及びC含有率を示す図であ
る。
FIG. 15B shows that the Ge content in the SiGeC layer 4 is constant along the straight line Co2 shown in FIG. 14, and the C content is changed from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side). FIG. 7 is a diagram showing the Ge content and the C content when linearly decreasing in the direction toward ().

【0126】図15(c)は、図14に示す直線Co3に
沿って、SiGeC層4におけるGe含有率をSi層5
(エミッタ側)からSiエピタキシャル層20(コレク
タ側)に向かう方向に直線的に増大させ、かつ、C含有
率をSi層5(エミッタ側)からSiエピタキシャル層
20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に減小させた
場合のGe含有率及びC含有率を示す図である。
FIG. 15C shows that the Ge content in the SiGeC layer 4 is changed along the straight line Co3 shown in FIG.
(Emitter side) linearly increases in the direction from the Si epitaxial layer 20 (collector side), and the C content increases linearly from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side). It is a figure which shows Ge content rate and C content rate at the time of reducing to a certain extent.

【0127】図15(d)は、図14に示す直線Co4に
沿って、SiGeC層4におけるGe含有率をSi層5
(エミッタ側)からSiエピタキシャル層20(コレク
タ側)に向かう方向に直線的に増大させ、かつ、C含有
率をSi層5(エミッタ側)からSiエピタキシャル層
20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に増大させた
場合のGe含有率及びC含有率を示す図である。
FIG. 15D shows that the Ge content in the SiGeC layer 4 is changed along the straight line Co4 shown in FIG.
From the (emitter side) to the direction toward the Si epitaxial layer 20 (collector side), the C content is linearly increased from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side). It is a figure which shows the Ge content rate and C content rate in the case of having increased tentatively.

【0128】−引っ張り歪みを受けた領域における組成
傾斜方法の例− 図16は、SiGeC層4の状態図における引っ張り歪
みを受けた領域Rbにおいてバンドギャップを傾斜させ
るために好ましい組成傾斜方法の例を説明するための図
である。バンドギャップを減小させるためには、直線T
e1〜Te4に示すようないく通りかの方法がある。
-Example of Composition Gradient Method in Tensile Strained Region-FIG. 16 shows an example of a preferred composition gradient method for inclining the band gap in the tensile strained region Rb in the state diagram of the SiGeC layer 4. It is a figure for explaining. To reduce the band gap, the straight line T
There are several methods as shown in e1 to Te4.

【0129】図17(a)〜(d)は、図16の直線T
e1〜Te4にそれぞれ対応する組成傾斜方法を示す図であ
る。
FIGS. 17A to 17D show straight lines T in FIG.
It is a figure which shows the composition gradient method respectively corresponding to e1-Te4.

【0130】図17(a)は、図16に示す直線Te1に
沿って、SiGeC層4におけるC含有率を一定とし、
Ge含有率をSi層5(エミッタ側)からSiエピタキ
シャル層20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に減
小させた場合のGe含有率及びC含有率を示す図であ
る。
FIG. 17A shows that the C content in the SiGeC layer 4 is constant along the straight line Te1 shown in FIG.
It is a figure which shows the Ge content and the C content when the Ge content is linearly reduced in the direction from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side).

【0131】図17(b)は、図16に示す直線Te2に
沿って、SiGeC層4におけるGe含有率を一定と
し、C含有率をSi層5(エミッタ側)からSiエピタ
キシャル層20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に
増大させた場合のGe含有率及びC含有率を示す図であ
る。
FIG. 17B shows that the Ge content in the SiGeC layer 4 is constant along the straight line Te2 shown in FIG. 16 and the C content is changed from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side). FIG. 7 is a diagram showing the Ge content and the C content when linearly increasing in the direction toward ()).

【0132】図17(c)は、図16に示す直線Te3に
沿って、SiGeC層4におけるGe含有率をSi層5
(エミッタ側)からSiエピタキシャル層20(コレク
タ側)に向かう方向に直線的に減小させ、かつ、C含有
率をSi層5(エミッタ側)からSiエピタキシャル層
20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に増大させた
場合のGe含有率及びC含有率を示す図である。
FIG. 17C shows that the Ge content in the SiGeC layer 4 is changed along the straight line Te3 shown in FIG.
(Emitter side) linearly decreases in the direction from the Si epitaxial layer 20 (collector side), and the C content is reduced in the direction from the Si layer 5 (emitter side) toward the Si epitaxial layer 20 (collector side). It is a figure which shows Ge content and C content when it increases linearly.

【0133】図17(d)は、図16に示す直線Te4に
沿って、SiGeC層4におけるGe含有率をSi層5
(エミッタ側)からSiエピタキシャル層20(コレク
タ側)に向かう方向に直線的に増大させ、かつ、C含有
率をSi層5(エミッタ側)からSiエピタキシャル層
20(コレクタ側)に向かう方向に直線的に増大させた
場合のGe含有率及びC含有率を示す図である。
FIG. 17D shows that the Ge content in the SiGeC layer 4 is changed along the straight line Te4 shown in FIG.
From the (emitter side) to the direction toward the Si epitaxial layer 20 (collector side), the C content is linearly increased from the Si layer 5 (emitter side) to the Si epitaxial layer 20 (collector side). It is a figure which shows the Ge content rate and C content rate in the case of having increased tentatively.

【0134】上述のように、SiGeC層4のSi層5
(エミッタ側)に接する部分の組成を格子整合条件に一
致するように(歪みが0%の直線上)にした場合には、
SiGeCの組成の制御を正確に行わないと、SiGe
Cの組成の傾斜方向によっては、逆のバンドギャップ勾
配(コレクタ側からエミッタ側にバンドギャップが減小
する勾配)をもつことがあるので、SiGeC層4のS
i層5に接する部分の組成を格子整合条件からずらし、
圧縮歪みを受ける領域Ra内もしくは引っ張り歪みを受
ける領域Rb内のいずれか一方のみでSiGeC層4の
組成を傾斜させることが望ましい。
As described above, the Si layer 5 of the SiGeC layer 4
When the composition of the portion in contact with the (emitter side) is set to match the lattice matching condition (on a straight line with a strain of 0%),
If the composition of SiGeC is not accurately controlled, SiGe
Depending on the inclination direction of the composition of C, the bandgap may have an opposite gradient (a gradient in which the bandgap decreases from the collector side to the emitter side).
The composition of the portion in contact with the i-layer 5 is shifted from the lattice matching condition,
It is desirable that the composition of the SiGeC layer 4 be inclined only in one of the region Ra subjected to the compressive strain and the region Rb subjected to the tensile strain.

【0135】本実施形態によると、SiGeC−HBT
の真性ベース層8aを構成するSiGeC層4のうち,
エミッタ層9を構成するSi層5に接する部分の組成を
Si単独組成ではなくGe及びCのうち少なくともいず
れか一方を含む組成とし、SiGeC層4のSi層5と
接する部分のバンドギャップをSi層5よりも小さくす
るようにしたので、上記第2の実施形態と同様の効果に
加えて、エミッタ・ベース間のPN接合のビルトインポ
テンシャルを低減することにより、SiGeC−HBT
の低電圧動作化を図ることができる。
According to the present embodiment, the SiGeC-HBT
Of the SiGeC layer 4 constituting the intrinsic base layer 8a of FIG.
The composition of the portion of the emitter layer 9 that is in contact with the Si layer 5 is not a composition of Si alone but a composition containing at least one of Ge and C. 5, the SiGeC-HBT is reduced by reducing the built-in potential of the PN junction between the emitter and the base, in addition to the same effect as in the second embodiment.
Can be operated at a low voltage.

【0136】なお、本実施形態においても、SiGeC
層4の全域に亘る平均的な歪み量が1.0%以下となる
ようなSiGeCの組成を選択している。このように構
成することにより、低電圧動作が可能でかつ高周波特性
に優れたヘテロバイポーラトランジスタを実現できる。
Note that, also in this embodiment, SiGeC
The composition of SiGeC is selected such that the average strain over the entire area of the layer 4 is 1.0% or less. With this configuration, it is possible to realize a hetero-bipolar transistor that can operate at a low voltage and has excellent high-frequency characteristics.

【0137】なお、本実施形態においては、SiGeC
層4のうちSi層5に接する部分の組成がSi,Ge及
びCを含む組成としているが、図14,図16からわか
るように、圧縮歪みを受けた領域Ra内で傾斜組成制御
を行なう場合には、Cを含まずSi及びGeを含む組成
としてもよいし、引っ張り歪みを受けた領域Rb内で傾
斜組成制御を行なう場合にはGeを含まずSi及びCを
含む組成としてもよい。
In this embodiment, SiGeC
Although the composition of the portion of the layer 4 in contact with the Si layer 5 is a composition containing Si, Ge and C, as can be seen from FIGS. May be a composition containing Si and Ge without containing C, or a composition containing Si and C without containing Ge when performing the gradient composition control in the tensile strained region Rb.

【0138】また、本実施形態においては、図13
(b)に示すように、SiGeC層4の下層4bにおけ
るGe含有率及びC含有率を中央部4aからSiエピタ
キシャル層20に向かう方向に徐々に減小させ、かつ、
SiGeC層4の上層4cにおけるGe含有率及びC含
有率をSi層5から中央部4aに向かう方向に徐々に増
大させているので、第1の実施形態と同様に、ベース・
コレクタ接合界面(SiGeC層4−Siエピタキシャ
ル層20間のヘテロ障壁)及びエミッタ・ベース接合界
面において、寄生バリア(図6(a)参照)やノッチ
(図7(a)参照)の発生を抑制し、伝導帯における明
瞭なポテンシャル段差の発生を抑制して、スムーズなバ
ンド構造を得ることができる。
Further, in the present embodiment, FIG.
As shown in (b), the Ge content and the C content in the lower layer 4b of the SiGeC layer 4 are gradually reduced in the direction from the central portion 4a toward the Si epitaxial layer 20, and
Since the Ge content and the C content in the upper layer 4c of the SiGeC layer 4 are gradually increased in the direction from the Si layer 5 toward the central portion 4a, the base layer and the base layer are similar to the first embodiment.
At the collector junction interface (heterobarrier between the SiGeC layer 4 and the Si epitaxial layer 20) and the emitter-base junction interface, generation of a parasitic barrier (see FIG. 6A) and a notch (see FIG. 7A) is suppressed. In addition, the generation of a clear potential step in the conduction band can be suppressed, and a smooth band structure can be obtained.

【0139】ただし、下層4b,上層4cにおけるC含
有率のみを中央層からSiエピタキシャル層20又はS
i層5に向かう方向に徐々に減小させてもよい。また、
ノッチなどのバンドオフセットが深刻な不具合を招くこ
とがない種類のバイポーラトランジスタにおいては、下
層4b,上層4cに傾斜組成を持たせる必要は必ずしも
ない。
However, only the C content in the lower layer 4b and the upper layer 4c is determined from the central layer to the Si epitaxial layer 20 or S layer.
It may be gradually reduced in the direction toward the i-layer 5. Also,
In a type of bipolar transistor in which a band offset such as a notch does not cause a serious problem, it is not always necessary to provide the lower layer 4b and the upper layer 4c with a gradient composition.

【0140】このように、本実施形態の傾斜組成を有す
るSiGeC層4によって構成される真性ベース層8a
を備えたSiGeC−HBTにおいて、さらに、Si/
SiGeCヘテロ接合界面でC含有率やGe含有率が徐
々に変化する傾斜組成とすることにより、キャリアの走
行を阻害することなく、高周波特性に優れた実用的なヘ
テロバイポーラトランジスタを形成することができる。
As described above, the intrinsic base layer 8a composed of the SiGeC layer 4 having the graded composition of the present embodiment.
In the SiGeC-HBT provided with
By using a gradient composition in which the C content and the Ge content gradually change at the SiGeC heterojunction interface, a practical heterobipolar transistor having excellent high-frequency characteristics can be formed without hindering the traveling of carriers. .

【0141】なお、上記各実施形態では、図2に示すヘ
テロバイポーラトランジスタ単体の構造を前提としてそ
の特性の向上対策について説明したが、当然のことなが
ら、バイポーラトランジスタとCMOSを集積化したB
iCMOSデバイスのバイポーラトランジスタを本発明
によるSiGeC−HBTによって構成してもかまわな
い。
In each of the above embodiments, measures for improving the characteristics have been described on the premise of the structure of the single hetero bipolar transistor shown in FIG. 2. However, it is needless to say that the B and the CMOS in which the bipolar transistor and the CMOS are integrated are integrated.
The bipolar transistor of the iCMOS device may be constituted by the SiGeC-HBT according to the present invention.

【0142】また、本発明の実施形態では、NPN型S
iGeC−HBTを例にとって説明したが、本発明をP
NP型SiGeC−HBTにも適用しうることはいうま
でもない。
In the embodiment of the present invention, the NPN type S
Although the description has been made by taking the iGeC-HBT as an example, the present invention is applied to a P
Needless to say, the present invention can be applied to an NP-type SiGeC-HBT.

【0143】[0143]

【発明の効果】本発明のヘテロバイポーラトランジスタ
によると、基板上に、第1の半導体層を含むエミッタ層
と、第1の半導体層よりもバンドギャップの小さいSi
GeC結晶からなる第2の半導体層内に形成されたベー
ス層と、第2の半導体層よりもバンドギャップの大きい
第3の半導体層を含むコレクタ層とを備え、上記第2の
半導体層の平均格子歪みを1.0%以下としたので、格
子不整合を招くことなく第2の半導体層と第1,第3の
半導体層とのバンドギャップ差を拡大することにより、
ビルトイン電圧の低減による電流増幅率の増大や傾斜組
成ベース構造による動作速度の向上などを実現でき、よ
って、信頼性の高いかつ機能の優れたヘテロバイポーラ
トランジスタの提供を図ることができる。
According to the hetero bipolar transistor of the present invention, the emitter layer including the first semiconductor layer and the Si layer having a smaller band gap than the first semiconductor layer are formed on the substrate.
A base layer formed in the second semiconductor layer made of GeC crystal; and a collector layer including a third semiconductor layer having a band gap larger than that of the second semiconductor layer. Since the lattice distortion is set to 1.0% or less, the band gap difference between the second semiconductor layer and the first and third semiconductor layers is increased without causing lattice mismatch.
It is possible to realize an increase in current amplification factor due to a reduction in the built-in voltage, an improvement in operation speed due to the gradient composition base structure, and the like, thereby providing a highly reliable heterobipolar transistor having excellent functions.

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

【図1】SiGeC三元混晶半導体におけるGeおよび
Cの含有率とバンドギャップ,格子歪みの関係を示す状
態図である。
FIG. 1 is a state diagram showing the relationship between the contents of Ge and C, a band gap, and lattice distortion in a ternary mixed crystal semiconductor of SiGeC.

【図2】本発明の実施形態におけるヘテロバイポーラト
ランジスタの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the hetero bipolar transistor according to the embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(k)は、本発明の実施形態における
ヘテロバイポーラトランジスタの製造工程を示す断面図
である。
FIGS. 3A to 3K are cross-sectional views illustrating steps of manufacturing a hetero bipolar transistor according to the embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(c)は、それぞれ順に、従来のNP
N型Si−BJTのエネルギーバンド構造、従来の均一
組成ベース層を有するNPN型SiGe−HBTのエネ
ルギーバンド構造、本実施形態の均一組成SiGeCベ
ース層を有するNPN型SiGeC−HBTのエネルギ
ーバンド図である。
FIGS. 4 (a) to 4 (c) respectively show a conventional NP
FIG. 3 is an energy band diagram of an N-type Si-BJT, an energy band structure of a conventional NPN-type SiGe-HBT having a uniform composition base layer, and an energy band diagram of an NPN-type SiGeC-HBT having a uniform composition SiGeC base layer of the present embodiment. .

【図5】本発明の実施形態に係るヘテロバイポーラトラ
ンジスタのベース・コレクタ電流のベース電圧依存特性
(ガンメルプロット)を従来のSi−BJT,SiGe
−HBTと比較して示す図である。
FIG. 5 is a graph showing the dependence of the base-collector current on the base voltage (Gummel plot) of the hetero-bipolar transistor according to the embodiment of the present invention using conventional Si-BJT and SiGe.
It is a figure shown in comparison with -HBT.

【図6】(a),(b)は、それぞれ順に、ベース層用
のボロンが全体的に均一組成を有するSiGeC層より
も広い範囲にドープされたヘテロバイポーラトランジス
タの各結晶層の位置とベース,エミッタ,コレクタの位
置との関係を示す図、及びトランジスタのエネルギーバ
ンド図である。
FIGS. 6A and 6B respectively show, in order, the position of each crystal layer and the base of a heterobipolar transistor in which boron for a base layer is doped in a wider range than a SiGeC layer having a uniform composition as a whole; FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the position of the transistor, the emitter and the collector, and the energy band diagram of the transistor.

【図7】(a),(b)は、それぞれ順に、ベース層用
のボロンが全体に均一組成を有するSiGeC層内にド
ープされたヘテロバイポーラトランジスタの各結晶層の
位置とベース,エミッタ,コレクタの位置との関係を示
す図、及びトランジスタのエネルギーバンド図である。
FIGS. 7A and 7B respectively show the positions of base layers, emitters and collectors of respective crystal layers of a hetero bipolar transistor in which boron for a base layer is doped in a SiGeC layer having a uniform composition throughout; And the energy band diagram of the transistor.

【図8】(a),(b)は、それぞれ順に、ベース層用
のボロンが、中央層が均一組成で両側の下層,上層が傾
斜組成のSiGeC層内のみにドープされたヘテロバイ
ポーラトランジスタの各結晶層の位置とベース,エミッ
タ,コレクタの位置との関係を示す図、及びトランジス
タのエネルギーバンド図である。
8 (a) and 8 (b) show a hetero-bipolar transistor in which boron for a base layer is doped only in a SiGeC layer having a uniform composition in a central layer and lower and upper layers on both sides in a gradient composition, respectively. 3A and 3B are diagrams illustrating a relationship between positions of respective crystal layers and positions of a base, an emitter, and a collector, and an energy band diagram of a transistor.

【図9】(a),(b)は、ベース層用のボロンが、中
央層が均一組成で両側の下層,上層が傾斜組成(Cの
み)のSiGeC層内のみにドープされたヘテロバイポ
ーラトランジスタの各結晶層の位置とベース,エミッ
タ,コレクタの位置との関係を示す図、及びトランジス
タのエネルギーバンド図である。
9 (a) and 9 (b) are heterobipolar transistors in which boron for the base layer is doped only in the SiGeC layer having a uniform composition in the central layer and lower and upper layers on both sides having a gradient composition (only C). FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the position of each crystal layer and positions of a base, an emitter, and a collector, and an energy band diagram of a transistor.

【図10】図1と同様のパラメータについて、1.0%
以下の圧縮歪みを受ける領域を示す状態図である。
FIG. 10 shows the same parameters as in FIG.
It is a state diagram which shows the area | region which receives the following compression strains.

【図11】(a)〜(c)は、それぞれ従来の傾斜組成
のベース層を有するSiGe−HBTのエネルギバンド
図、第2の実施形態に係る傾斜組成のベース層を有する
SiGeC−HBTのエネルギーバンド図、及び第2の
実施形態のSiGeC−HBTのGe含有率,C含有率
及びB(ボロン)濃度を示す図である。
FIGS. 11A to 11C are energy band diagrams of a SiGe-HBT having a conventional base layer having a gradient composition, and energies of a SiGeC-HBT having a base layer having a gradient composition according to the second embodiment. FIG. 7 is a band diagram and a diagram showing a Ge content, a C content, and a B (boron) concentration of the SiGeC-HBT of the second embodiment.

【図12】図1と同様のパラメータについて、第2の実
施形態においてGe及びC含有率を両者の比を一定とし
ながら直線的に変化させる場合の組成の変化方向を示す
状態図である。
FIG. 12 is a state diagram showing a direction in which the composition changes when the Ge and C contents are changed linearly while keeping the ratio between the two in the second embodiment for the same parameters as in FIG. 1;

【図13】(a),(b)は、それぞれ、第3の実施形
態における傾斜組成SiGeC−HBTのエネルギーバ
ンド図、及びGe含有率,C含有率及びB(ボロン)濃
度を示す図である。
FIGS. 13A and 13B are an energy band diagram, a Ge content, a C content, and a B (boron) concentration of the gradient composition SiGeC-HBT in the third embodiment, respectively. .

【図14】SiGeC層の状態図における圧縮歪みを受
けた領域においてバンドギャップを傾斜させるために好
ましい組成傾斜方法の例を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining an example of a preferable composition gradient method for gradient band in a region subjected to compressive strain in the phase diagram of the SiGeC layer.

【図15】(a)〜(d)は、図14の直線Co1〜Co4
にそれぞれ対応する組成傾斜方法を示す図である。
15A to 15D show straight lines Co1 to Co4 in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a composition gradient method corresponding to each of FIGS.

【図16】SiGeC層の状態図における引っ張り歪み
を受けた領域においてバンドギャップを傾斜させるため
に好ましい組成傾斜方法の例を説明するための図であ
る。
FIG. 16 is a diagram for explaining an example of a preferred composition gradient method for inclining a band gap in a region subjected to tensile strain in a phase diagram of a SiGeC layer.

【図17】(a)〜(d)は、図16の直線Te1〜Te4
にそれぞれ対応する組成傾斜方法を示す図である。
17 (a) to (d) show straight lines Te1 to Te4 in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a composition gradient method corresponding to each of FIGS.

【図18】従来のSiGe−HBTなどにおけるSi層
の上に形成されたSiGe膜のGe含有率と格子歪み,
臨界膜厚との関係を示す特性図である。
FIG. 18 shows the Ge content and lattice distortion of a SiGe film formed on a Si layer in a conventional SiGe-HBT or the like;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship with a critical film thickness.

【図19】一般式Si1-x-y Gexy で表されるSi
GeC結晶層について、950℃下で15sec分間の
熱処理(RTA)を行なったときの結晶性の変化を示す
データである。
FIG. 19 shows Si represented by the general formula Si 1-xy Ge x C y
It is data showing a change in crystallinity when a heat treatment (RTA) is performed on a GeC crystal layer at 950 ° C. for 15 seconds.

【図20】(a)〜(d)は、Si1-x Gex 結晶層及
びSi1-x-y Gexy 結晶層の各組成における熱処理
によるX線回折スペクトルの変化を示す図である。
[Figure 20] (a) ~ (d) are views showing changes in X-ray diffraction spectrum by heat treatment in the composition of the Si 1-x Ge x crystal layer and Si 1-xy Ge x C y crystal layer.

【図21】Ge含有率が21.5%であるSi1-x Ge
x 結晶層及びSi1-x-y Gex y 結晶層をベース層と
して有するバイポーラトランジスタのエミッタ接地にお
けるVCE −IC 特性を示す図である。
FIG. 21 shows a Si content of 21.5%.1-x Ge
x Crystal layer and Si1-xy Gex C y Crystal layer as base layer
To the grounded emitter of a bipolar transistor
VCE -IC It is a figure showing a characteristic.

【図22】Ge含有率が26.8%であるSi1-x Ge
x 結晶層及びSi1-x-y Gex y 結晶層をベース層と
して有するバイポーラトランジスタのエミッタ接地にお
けるVCE −IC 特性を示す図である。
FIG. 22 shows a Si content of 26.8%.1-x Ge
x Crystal layer and Si1-xy Gex C y Crystal layer as base layer
To the grounded emitter of a bipolar transistor
VCE -IC It is a figure showing a characteristic.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 LOCOS膜 3a サブコレクタ層 3b コレクタ層 3c コレクタウォール層 4 SiGeC層(第2の半導体層) 5 Si層(第3の半導体層) 6 BSG膜 7 保護酸化膜 8a 真性ベース層 8b 外部ベース層 9 エミッタ層 9a 高濃度エミッタ層 10 サイドウォール 11 エミッタ電極 12 コレクタ電極 13 層間絶縁膜 14 コレクタコンタクト層 20 Si単結晶膜(第1の半導体層) 21 Al配線 22 Al配線 23 Al配線 Reference Signs List 1 Si substrate 2 LOCOS film 3a Sub-collector layer 3b Collector layer 3c Collector wall layer 4 SiGeC layer (second semiconductor layer) 5 Si layer (third semiconductor layer) 6 BSG film 7 Protective oxide film 8a Intrinsic base layer 8b External Base layer 9 Emitter layer 9a High concentration emitter layer 10 Side wall 11 Emitter electrode 12 Collector electrode 13 Interlayer insulating film 14 Collector contact layer 20 Si single crystal film (first semiconductor layer) 21 Al wiring 22 Al wiring 23 Al wiring

フロントページの続き (72)発明者 豊田 健治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 神澤 好彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F003 BA97 BB04 BB06 BB07 BB08 BC07 BC08 BE07 BE08 BF06 BM01 BP06 BP07 BP34 BS06 BS08 Continuing from the front page (72) Inventor Kenji Toyoda 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Reference) 5F003 BA97 BB04 BB06 BB07 BB08 BC07 BC08 BE07 BE08 BF06 BM01 BP06 BP07 BP34 BS06 BS08

Claims (31)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、Siを成分として有する半導
体材料により構成される第1の半導体層と、Si,Ge
及びCを成分として有し上記第1の半導体層よりもバン
ドギャップの小さい半導体材料により構成される上層,
中央層及び下層からなる第2の半導体層と、Siを成分
として有し上記第2の半導体層よりもバンドギャップが
大きい半導体材料により構成される第3の半導体層とを
順次積層して構成され、上記第1の半導体層と上記第2
の半導体層との間にヘテロ障壁が形成されているととも
に、 上記第1の半導体層に形成され、第1導電型不純物を含
むコレクタ層と、 上記第2の半導体層に形成され、第2導電型不純物を含
むベース層と、 上記第3の半導体層に形成され、第1導電型不純物を含
むエミッタ層とを備え、 上記第2の半導体層の平均格子歪みが1.0%以下であ
ることを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
1. A semiconductor device comprising: a first semiconductor layer formed of a semiconductor material having Si as a component;
An upper layer made of a semiconductor material having C and C as components and having a smaller band gap than the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer including a central layer and a lower layer, and a third semiconductor layer including a semiconductor material containing Si as a component and having a larger band gap than the second semiconductor layer are sequentially stacked. , The first semiconductor layer and the second semiconductor layer
And a collector layer formed in the first semiconductor layer and containing a first conductivity type impurity, and a second conductive layer formed in the second semiconductor layer. A base layer containing an impurity of a first conductivity type, and an emitter layer formed on the third semiconductor layer and containing an impurity of a first conductivity type, wherein the average lattice strain of the second semiconductor layer is 1.0% or less. Hetero bipolar transistor characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 請求項1に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記第2の半導体層は、圧縮歪みを
受けていることを特徴とするヘテロバイポーラトランジ
スタ。
2. The hetero bipolar transistor according to claim 1, wherein said second semiconductor layer is subjected to compressive strain.
【請求項3】 請求項1又は2に記載のヘテロバイポー
ラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層のバンドギャップは、1.04eV
以下であることを特徴とするヘテロバイポーラトランジ
スタ。
3. The hetero bipolar transistor according to claim 1, wherein a band gap of the second semiconductor layer is 1.04 eV.
A heterobipolar transistor characterized by the following.
【請求項4】 請求項1,2又は3に記載のヘテロバイ
ポーラトランジスタにおいて、 上記第1の半導体層は、Si単結晶によって構成されて
おり、 上記第2の半導体層は、上記第2の半導体層の組成をS
1-x-y Gexy (Geの含有率をx、Cの含有率を
y)により表したときに、横軸をGeの含有率とし縦軸
をCの含有率とする二次元の直交座標上で、 直線:y=0.122x−0.032 直線:y=0.1245x+0.028 直線:y=0.2332x−0.0233(Cの含有
率が22%以下) 直線:y=0.0622x+0.0127(Cの含有
率が22%以下) の4つの直線によって囲まれる領域の組成を有すること
を特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
4. The hetero-bipolar transistor according to claim 1, wherein said first semiconductor layer is made of a single crystal of Si, and said second semiconductor layer is made of said second semiconductor. The composition of the layer is S
i 1-xy Ge x C y (When the content of Ge is represented by x and the content of C is represented by y), a two-dimensional orthogonal coordinate system in which the horizontal axis represents the Ge content and the vertical axis represents the C content. On the coordinates, straight line: y = 0.122x-0.032 straight line: y = 0.1245x + 0.028 straight line: y = 0.332x-0.0233 (C content is 22% or less) straight line: y = 0 A hetero bipolar transistor having a composition of a region surrounded by four straight lines of 0.0622x + 0.0127 (C content is 22% or less).
【請求項5】 請求項4に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、均一なGe及びCの含
有率を有することを特徴とするヘテロバイポーラトラン
ジスタ。
5. The hetero bipolar transistor according to claim 4, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a uniform Ge and C content.
【請求項6】 請求項5に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、 上記第2の半導体層の上層において、Cの含有率が第3
の半導体層から上記中央層に向かう方向に増大している
ことを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
6. The hetero-bipolar transistor according to claim 5, wherein the C content in the upper layer of the second semiconductor layer is the third.
Characterized in that it increases in the direction from the semiconductor layer to the central layer.
【請求項7】 請求項5に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、 上記第2の半導体層の上層において、C及びGeの含有
率が上記第3の半導体層から上記中央層に向かう方向に
増大していることを特徴とするヘテロバイポーラトラン
ジスタ。
7. The hetero bipolar transistor according to claim 5, wherein in the upper layer of the second semiconductor layer, the content of C and Ge increases in a direction from the third semiconductor layer toward the central layer. A hetero-bipolar transistor.
【請求項8】 請求項5,6又は7に記載のヘテロバイ
ポーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の下層において、Cの含有率が上記
中央層から第1の半導体層に向かう方向に減小している
ことを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
8. The hetero-bipolar transistor according to claim 5, 6 or 7, wherein, in a lower layer of the second semiconductor layer, a C content decreases in a direction from the central layer toward the first semiconductor layer. A hetero-bipolar transistor characterized in that:
【請求項9】 請求項5,6又は7に記載のヘテロバイ
ポーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の下層において、C及びGeの含有
率が上記中央層から第1の半導体層に向かう方向に減小
していることを特徴とするヘテロバイポーラトランジス
タ。
9. The hetero-bipolar transistor according to claim 5, wherein in the lower layer of the second semiconductor layer, the content of C and Ge is in a direction from the central layer to the first semiconductor layer. A hetero-bipolar transistor characterized by being reduced.
【請求項10】 請求項1又は2に記載のヘテロバイポ
ーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層において、第3の半導体層
から第1の半導体層に向かう方向にバンドギャップが減
小していることを特徴とするヘテロバイポーラトランジ
スタ。
10. The heterobipolar transistor according to claim 1, wherein a band gap of the central layer of the second semiconductor layer decreases in a direction from the third semiconductor layer toward the first semiconductor layer. A hetero-bipolar transistor characterized in that:
【請求項11】 請求項10に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第3の半導体層は、Siのみによって構成され、 上記第2の半導体層の上層の組成は上記中央層と連続的
に変化して、その第3の半導体層に接する部分はSiの
みによって構成され、 上記第2の半導体層の上記中央層及び上層は、Ge及び
Cのうち少なくとも一方の含有率が上記第3の半導体層
から上記第1の半導体層に向かう方向に増大するように
傾斜する組成を有することを特徴とするヘテロバイポー
ラトランジスタ。
11. The hetero bipolar transistor according to claim 10, wherein the third semiconductor layer is made of only Si, and a composition of an upper layer of the second semiconductor layer changes continuously with the central layer. The portion in contact with the third semiconductor layer is made of only Si, and the central layer and the upper layer of the second semiconductor layer have a content of at least one of Ge and C from the third semiconductor layer. A hetero-bipolar transistor having a composition inclined to increase in a direction toward the first semiconductor layer.
【請求項12】 請求項11に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の上記中央層及び上層において、G
eとCとの含有率比を一定に保ちながら両者の含有率が
増大していることを特徴とするヘテロバイポーラトラン
ジスタ。
12. The hetero-bipolar transistor according to claim 11, wherein the central layer and the upper layer of the second semiconductor layer include a G layer.
A hetero-bipolar transistor characterized in that the content ratios of e and C are both increased while keeping the content ratio thereof constant.
【請求項13】 請求項10,11又は12に記載のヘ
テロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の下層において、Cの含有率が上記
中央層から上記第1の半導体層に向かう方向に減小して
いることを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
13. The heterobipolar transistor according to claim 10, wherein the C content in the lower layer of the second semiconductor layer decreases in a direction from the central layer toward the first semiconductor layer. A hetero bipolar transistor characterized by being small.
【請求項14】 請求項10,11又は12に記載のヘ
テロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の下層において、Ge及びCの含有
率が上記中央層から上記第1の半導体層に向かう方向に
減小していることを特徴とするヘテロバイポーラトラン
ジスタ。
14. The heterobipolar transistor according to claim 10, wherein in the lower layer of the second semiconductor layer, the contents of Ge and C in the direction from the central layer toward the first semiconductor layer. A hetero-bipolar transistor characterized in that it has a reduced size.
【請求項15】 請求項10に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の上層は、Ge及びCのうち少なく
ともいずれか一方を含むSiにより構成されており、 Ge又はCの含有率が上記第3の半導体層から上記第1
の半導体層に向かう方向に変化するように第2の半導体
層の組成が傾斜していることを特徴とするヘテロバイポ
ーラトランジスタ。
15. The heterobipolar transistor according to claim 10, wherein an upper layer of the second semiconductor layer is made of Si containing at least one of Ge and C, and a content of Ge or C. From the third semiconductor layer to the first
A composition of the second semiconductor layer is inclined so as to change in a direction toward the semiconductor layer.
【請求項16】 請求項15に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、圧縮歪みを受ける組成
を有しており、かつ、Cの含有率が一定でGeの含有率
が第3の半導体層から第1の半導体層に向かう方向に増
大する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテロバ
イポーラトランジスタ。
16. The hetero bipolar transistor according to claim 15, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a composition that undergoes compressive strain, and has a constant C content and a Ge content. A hetero bipolar transistor having a gradient composition in which a rate increases in a direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer.
【請求項17】 請求項15に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、圧縮歪みを受ける組成
を有しており、かつ、Geの含有率が一定でCの含有率
が第3の半導体層から第1の半導体層に向かう方向に減
小する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテロバ
イポーラトランジスタ。
17. The heterobipolar transistor according to claim 15, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a composition that undergoes compressive strain, and has a constant Ge content and a C content. A hetero bipolar transistor having a gradient composition in which the rate decreases in a direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer.
【請求項18】 請求項15に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、圧縮歪みを受ける組成
を有しており、かつ、第3の半導体層から第1の半導体
層に向かう方向に、Geの含有率が増大しCの含有率が
減小する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテロ
バイポーラトランジスタ。
18. The hetero-bipolar transistor according to claim 15, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a composition that receives a compressive strain, and the first semiconductor layer is formed of a third semiconductor layer. A hetero bipolar transistor having a gradient composition in which a Ge content increases and a C content decreases in a direction toward a layer.
【請求項19】 請求項15に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、圧縮歪みを受ける組成
を有しており、かつ、第3の半導体層から第1の半導体
層に向かう方向に、Ge及びCの含有率が増大する傾斜
組成を有していることを特徴とするヘテロバイポーラト
ランジスタ。
19. The hetero-bipolar transistor according to claim 15, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a composition that undergoes compressive strain, and further includes a first semiconductor layer from the third semiconductor layer. A hetero bipolar transistor having a gradient composition in which the contents of Ge and C increase in a direction toward a layer.
【請求項20】 請求項15に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、引っ張り歪みを受ける
組成を有しており、かつ、Cの含有率が一定でGeの含
有率が第3の半導体層から第1の半導体層に向かう方向
に減小する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテ
ロバイポーラトランジスタ。
20. The hetero bipolar transistor according to claim 15, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a composition that undergoes tensile strain, and has a constant C content and a Ge content. A hetero bipolar transistor having a gradient composition in which the rate decreases in a direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer.
【請求項21】 請求項15に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、引っ張り歪みを受ける
組成を有しており、かつ、Geの含有率が一定でCの含
有率が第3の半導体層から第1の半導体層に向かう方向
に増大する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテ
ロバイポーラトランジスタ。
21. The heterobipolar transistor according to claim 15, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a composition that undergoes tensile strain, and has a constant Ge content and a C content. A hetero bipolar transistor having a gradient composition in which a rate increases in a direction from the third semiconductor layer to the first semiconductor layer.
【請求項22】 請求項15に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、引っ張り歪みを受ける
組成を有しており、かつ、第3の半導体層から第1の半
導体層に向かう方向にGeの含有率が減小しCの含有率
が増大する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテ
ロバイポーラトランジスタ。
22. The hetero-bipolar transistor according to claim 15, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a composition that undergoes tensile strain, and the first semiconductor layer is formed from the third semiconductor layer. A hetero bipolar transistor having a gradient composition in which a Ge content decreases and a C content increases in a direction toward a layer.
【請求項23】 請求項15に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の中央層は、引っ張り歪みを受ける
組成を有しており、かつ、第3の半導体層から第1の半
導体層に向かう方向にGeの含有率が増大しCの含有率
が増大する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテ
ロバイポーラトランジスタ。
23. The hetero-bipolar transistor according to claim 15, wherein the central layer of the second semiconductor layer has a composition that undergoes tensile strain, and the first semiconductor layer is formed of a third semiconductor layer. A hetero bipolar transistor having a gradient composition in which the Ge content increases and the C content increases in the direction toward the layer.
【請求項24】 請求項15〜23のうちいずれか1つ
に記載のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層のうち上記中央層と第3の半導体層
との間に介在する縦方向における端部領域において、C
の含有率が第3の半導体層から上記中央層に向かう方向
に増大していることを特徴とするヘテロバイポーラトラ
ンジスタ。
24. The heterobipolar transistor according to claim 15, wherein a vertical direction interposed between the central layer and a third semiconductor layer of the second semiconductor layer. In the edge region, C
Characterized by the fact that the content of GaAs increases in the direction from the third semiconductor layer toward the central layer.
【請求項25】 請求項15〜23のうちいずれか1つ
に記載のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の上層において、C及びGeの含有
率が第3の半導体層から上記中央層に向かう方向に増大
していることを特徴とするヘテロバイポーラトランジス
タ。
25. The heterobipolar transistor according to claim 15, wherein in the upper layer of the second semiconductor layer, the content of C and Ge is higher than that of the third semiconductor layer in the central layer. Characterized in that it increases in the direction toward.
【請求項26】 請求項15〜23のうちいずれか1つ
に記載のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の下層において、Cの含有率が上記
中央層から第1の半導体層に向かう方向に減小している
ことを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
26. The heterobipolar transistor according to claim 15, wherein a C content in the lower layer of the second semiconductor layer is from the central layer to the first semiconductor layer. A hetero-bipolar transistor characterized by being reduced in a direction.
【請求項27】 請求項15〜23のうちいずれか1つ
に記載のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第2の半導体層の下層において、C及びGeの含有
率が上記中央層から第1の半導体層に向かう方向に減小
していることを特徴とするヘテロバイポーラトランジス
27. The heterobipolar transistor according to claim 15, wherein in the lower layer of the second semiconductor layer, the content of C and Ge in the first semiconductor layer is lower than that of the central layer. Characterized in that it is reduced in the direction toward
【請求項28】 Siを成分として有しコレクタ層とし
て機能する第1導電型の第1の半導体層の上に、SiG
eC層を含み上記第1の半導体層よりもバンドギャップ
が小さく平均格子歪みが1.0%以下である第2の半導
体層を形成する工程(a)と、 上記第2の半導体層の上に、少なくともSiを含み上記
第2の半導体層よりもバンドギャップが大きい第3の半
導体層を形成する工程(b)と、 上記第3の半導体層の一部にコンタクトする第1導電型
不純物を含む導体層を形成する工程(c)と、 上記第2の半導体層の少なくとも一部に第2導電型不純
物を導入してベース層を形成する工程(d)と、 熱処理により、上記導体層中の第1導電型不純物を上記
第3の半導体層に拡散させて、エミッタ拡散層を形成す
る工程(e)とを含むヘテロバイポーラトランジスタの
製造方法。
28. A semiconductor device comprising a first semiconductor layer of the first conductivity type having Si as a component and functioning as a collector layer,
(a) forming a second semiconductor layer including an eC layer and having a band gap smaller than that of the first semiconductor layer and having an average lattice strain of 1.0% or less; Forming a third semiconductor layer containing at least Si and having a band gap larger than that of the second semiconductor layer, and including a first conductivity type impurity contacting a part of the third semiconductor layer. A step (c) of forming a conductor layer, a step (d) of introducing a second conductivity type impurity into at least a part of the second semiconductor layer, and a step (d) of forming a base layer. (E) forming an emitter diffusion layer by diffusing the first conductivity type impurity into the third semiconductor layer.
【請求項29】 請求項28に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタの製造方法において、 上記第1の半導体層は、Si層であり、 上記工程(a)では、上記第2の半導体層としてSi
1-x-y Gexy (Geの含有率をx、Cの含有率を
y)層を形成し、 上記工程(b)では、上記第3の半導体層としてSi層
を形成することを特徴とするヘテロバイポーラトランジ
スタの製造方法。
29. The method for manufacturing a hetero bipolar transistor according to claim 28, wherein the first semiconductor layer is a Si layer, and in the step (a), the second semiconductor layer is Si.
1-xy Ge x C y ( Ge x the content of the content of C y) layer is formed, in the step (b), and characterized by forming the Si layer as the third semiconductor layer Of manufacturing a hetero bipolar transistor.
【請求項30】 請求項29に記載のヘテロバイポーラ
トランジスタの製造方法において、上記工程(a)で
は、上記第2の半導体層を、横軸をGeの含有率とし縦
軸をCの含有率とする二次元の直交座標上で、 直線:y=0.122x−0.032 直線:y=0.1245x+0.028 直線:y=0.2332x−0.0233(Cの含有
率が22%以下) 直線:y=0.0622x+0.0127(Cの含有
率が22%以下) の4つの直線によって囲まれる領域の組成を有するよう
に形成することを特徴とするヘテロバイポーラトランジ
スタの製造方法。
30. The method for manufacturing a heterobipolar transistor according to claim 29, wherein in the step (a), the second semiconductor layer is formed such that the abscissa represents the Ge content and the ordinate represents the C content. On the two-dimensional orthogonal coordinates, straight line: y = 0.122x-0.032 straight line: y = 0.1245x + 0.028 straight line: y = 0.332x-0.0233 (C content is 22% or less) Straight line: A method for manufacturing a hetero-bipolar transistor, characterized in that it is formed so as to have a composition of a region surrounded by four straight lines: y = 0.0622x + 0.0127 (C content is 22% or less).
【請求項31】 請求項28〜30のうちいずれか1つ
に記載のヘテロバイポーラトランジスタの製造方法にお
いて、 上記工程(b)では、エピタキシャル成長と同時に第1
導電型不純物を上記第3の半導体層内にドープしておく
ことを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタの製造
方法。
31. The method of manufacturing a hetero-bipolar transistor according to claim 28, wherein in the step (b), the first and second steps are performed simultaneously with the epitaxial growth.
A method of manufacturing a hetero-bipolar transistor, wherein a conductivity type impurity is doped in the third semiconductor layer.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100400078B1 (en) * 2001-08-22 2003-09-29 한국전자통신연구원 Method for manufacturing of hetero junction bipolar transistor
US6667489B2 (en) 2001-11-29 2003-12-23 Hitachi, Ltd. Heterojunction bipolar transistor and method for production thereof
KR100461156B1 (en) * 2002-11-20 2004-12-14 한국전자통신연구원 Method of manufacturing SiGe BICMOS devices using selective epitaxial growth
US6847063B2 (en) 2002-10-04 2005-01-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device
US7060582B2 (en) 2001-06-05 2006-06-13 Sony Corporation Adjusting the germanium concentration of a semiconductor layer for equal thermal expansion for a hetero-junction bipolar transistor device
US7084484B2 (en) 2003-01-14 2006-08-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor integrated circuit
US7170113B2 (en) 2003-04-01 2007-01-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2007067029A (en) * 2005-08-30 2007-03-15 Hitachi Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2007258752A (en) * 2007-06-25 2007-10-04 Renesas Technology Corp Heterojunction bipolar transistor and manufacturing method thereof
JP2008135775A (en) * 2001-06-11 2008-06-12 Internatl Business Mach Corp <Ibm> C IMPLANTING FOR IMPROVING YIELD OF SiGe BIPOLAR

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7060582B2 (en) 2001-06-05 2006-06-13 Sony Corporation Adjusting the germanium concentration of a semiconductor layer for equal thermal expansion for a hetero-junction bipolar transistor device
JP2008135775A (en) * 2001-06-11 2008-06-12 Internatl Business Mach Corp <Ibm> C IMPLANTING FOR IMPROVING YIELD OF SiGe BIPOLAR
KR100400078B1 (en) * 2001-08-22 2003-09-29 한국전자통신연구원 Method for manufacturing of hetero junction bipolar transistor
US6667489B2 (en) 2001-11-29 2003-12-23 Hitachi, Ltd. Heterojunction bipolar transistor and method for production thereof
US6847063B2 (en) 2002-10-04 2005-01-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device
KR100461156B1 (en) * 2002-11-20 2004-12-14 한국전자통신연구원 Method of manufacturing SiGe BICMOS devices using selective epitaxial growth
US7084484B2 (en) 2003-01-14 2006-08-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor integrated circuit
US7170113B2 (en) 2003-04-01 2007-01-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2007067029A (en) * 2005-08-30 2007-03-15 Hitachi Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2007258752A (en) * 2007-06-25 2007-10-04 Renesas Technology Corp Heterojunction bipolar transistor and manufacturing method thereof

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