JP2003059937A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003059937A JP2002014526A JP2002014526A JP2003059937A JP 2003059937 A JP2003059937 A JP 2003059937A JP 2002014526 A JP2002014526 A JP 2002014526A JP 2002014526 A JP2002014526 A JP 2002014526A JP 2003059937 A JP2003059937 A JP 2003059937A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heterojunction type bipolar transistor with which high- speed operation is enabled and a high current amplification factor can be stably provided. SOLUTION: SiGe-HBT is provided with an SiGe film 18 and an Si film 19 by sequential epitaxial growth. The SiGe film 18 is composed of an SiGe buffer layer 18x, an SiGe gradient composition layer 18a and an upper SiGe layer 18b, with which a Ge content is almost fixed or change in the Ge content is smaller than that of the SiGe gradient composition layer 18a. Even when the position of an EB bonding part 33 is fluctuated, since the EB bonding part 33 is located in one part of the upper SiGe layer 18b, the fluctuation of the Ge content in the EB bonding part 33 can be suppressed so that the high current amplification factor can be stably provided.

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、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタとして機能する半導体装置に係り、特
に、電流増幅率などの特性のバラツキの抑制対策に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device functioning as a heterojunction bipolar transistor, and more particularly to a measure for suppressing variations in characteristics such as current amplification factor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、シリコン基板を利用して形成され
るバイポーラトランジスタは、微細加工技術・セルフア
ライン技術の進歩によって微細化,高速化が図られてい
る。一般なバイポーラトランジスタは、シリコン基板と
シリコン基板の上にエピタキシャル成長されたシリコン
単結晶層とを利用したいわゆるホモ接合型バイポーラト
ランジスタである。
2. Description of the Related Art In recent years, a bipolar transistor formed using a silicon substrate has been miniaturized and speeded up by the progress of fine processing technology and self-alignment technology. A general bipolar transistor is a so-called homojunction bipolar transistor that uses a silicon substrate and a silicon single crystal layer epitaxially grown on the silicon substrate.

【0003】一方、より一層の高速動作化を目指すため
に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下、「HB
T」と記す)の研究開発が盛んに行われている。特に最
近では、シリコン基板の上にシリコンとゲルマニウムと
の混晶であるSiGe層をエピタキシャル成長させ、こ
のSiGe層をベース層として用いたHBT(以下、
「SiGe−HBT」と記す)の開発が積極的になされ
ている。
On the other hand, in order to achieve higher speed operation, a heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as "HB
Research and development of "T") is actively carried out. Particularly recently, a SiGe layer, which is a mixed crystal of silicon and germanium, is epitaxially grown on a silicon substrate, and the HBT (hereinafter, referred to as
"SiGe-HBT") is being actively developed.

【0004】図8は、従来のSiGe−HBTの断面図
である。同図に示すように、従来のSiGe−HBT
は、Si基板101と、Si基板101の上にエピタキ
シャル成長されたSiエピタキシャル層102とを用い
て形成されている。また、Si基板101とSiエピタ
キシャル層102との各一部に亘って設けられたN+
埋め込み層110と、Siエピタキシャル層102の一
部に比較的高濃度のN型不純物を導入して設けられたN
+ コレクタ引き出し層111とを備え、Siエピタキシ
ャル層102のうちN+ コレクタ引き出し層111を除
く部分は低濃度のN型不純物を含むN- コレクタ拡散層
112となっている。また、Siエピタキシャル層10
2を各バイポーラトランジスタ形成領域ごとに区画する
LOCOS分離116と、LOCOS分離116の下方
に延びてSi基板101に達するディープトレンチ分離
117とが設けられている。ただし、バイポーラトラン
ジスタ形成領域内において、N+ コレクタ引き出し層1
11とN- コレクタ拡散層112とを区画するLOCO
S分離116の下方にはディープトレンチ分離117は
設けられていない。
FIG. 8 is a sectional view of a conventional SiGe-HBT. As shown in the figure, the conventional SiGe-HBT
Are formed using a Si substrate 101 and a Si epitaxial layer 102 epitaxially grown on the Si substrate 101. Further, an N + type buried layer 110 provided over each part of the Si substrate 101 and the Si epitaxial layer 102 and a part of the Si epitaxial layer 102 by introducing a relatively high concentration of N type impurities are provided. The N
+ Collector extraction layer 111, and a portion of the Si epitaxial layer 102 excluding the N + collector extraction layer 111 is an N collector diffusion layer 112 containing a low concentration N-type impurity. In addition, the Si epitaxial layer 10
A LOCOS isolation 116 for partitioning 2 into each bipolar transistor formation region and a deep trench isolation 117 extending below the LOCOS isolation 116 and reaching the Si substrate 101 are provided. However, in the bipolar transistor formation region, the N + collector extraction layer 1
11 and the N - collector diffusion layer 112 are divided into LOCO
The deep trench isolation 117 is not provided below the S isolation 116.

【0005】さらに、Siエピタキシャル層102のN
- コレクタ拡散層112の上には、P型不純物を含むS
iGe混晶半導体層からなるSiGe膜108と、キャ
ップ層となるSi膜109とがそれぞれエピタキシャル
成長により形成されている。また、SiGe膜108及
びSi膜109の側面からSi膜109の上面に亘る領
域上に形成され高濃度のP型不純物を含むP+ ベースポ
リシリコン膜114と、P+ ベースポリシリコン膜11
4に形成された開口の上に設けられ高濃度のN型不純物
を含むN+ エミッタポリシリコン膜113とを備えてい
る。ただし、P + ベースポリシリコン膜114とN+
ミッタポリシリコン膜113とは、絶縁膜により互いに
電気的に分離されている。
Further, the N of the Si epitaxial layer 102 is
- S containing P-type impurities is formed on the collector diffusion layer 112.
The SiGe film 108 made of the iGe mixed crystal semiconductor layer and the capacitor
And the Si film 109 to be a top layer are epitaxial
It is formed by growth. In addition, the SiGe film 108 and
And the area from the side surface of the Si film 109 to the upper surface of the Si film 109.
P formed on the region and containing a high concentration of P-type impurities+ Basepo
Li silicon film 114, P+ Base polysilicon film 11
High-concentration N-type impurity provided on the opening formed in FIG.
N including+ And an emitter polysilicon film 113
It However, P + Base polysilicon film 114 and N+ D
The miter polysilicon film 113 and the
It is electrically separated.

【0006】ここで、SiGe膜108およびSi膜1
09は、MBE法,UHV−CVD法またはLP−CV
D法を用いてエピタキシャル成長されている。そして、
Si膜109のうちN+ ポリシリコン膜113の直下方
の領域には、N+ エミッタポリシリコン膜113からR
TAにより拡散されたN型不純物(リン,砒素など)が
ドープされている。つまり、Si膜109のうちのN+
型領域がNPNバイポーラトランジスタのエミッタ領域
として機能し、SiGe膜108のP+ 型領域がNPN
バイポーラトランジスタのベース領域として機能し、N
- コレクタ拡散層112,N+ 型埋め込み層110及び
+ コレクタ引き出し層111がNPNバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ領域として機能する。
Here, the SiGe film 108 and the Si film 1
09 is MBE method, UHV-CVD method or LP-CV
It is epitaxially grown using the D method. And
In the region of the Si film 109 immediately below the N + polysilicon film 113, the N + emitter polysilicon film 113 to the R
N-type impurities (phosphorus, arsenic, etc.) diffused by TA are doped. That is, N + of the Si film 109
The type region functions as the emitter region of the NPN bipolar transistor, and the P + type region of the SiGe film 108 is the NPN.
It functions as the base region of the bipolar transistor, and N
- collector diffusion layer 112, N + -type buried layer 110 and N + collector lead layer 111 functions as a collector region of the NPN bipolar transistor.

【0007】半導体装置の製造プロセスにおいて、Si
エピタキシャル層102の上にSiGe膜108をエピ
タキシャル成長させた後、SiGe膜108の上にSi
膜109を連続的にエピタキシャル成長させる。Si膜
109は、主にSiGeエピタキシャル成長後の後工程
において、製造ラインへのGe汚染を防止するためにも
必要とされるが、このSi膜109の膜厚とエミッタポ
リシリコン膜113中のN型不純物の濃度とに応じて、
N型不純物を拡散させる熱処理条件を適宜選択すること
により、Si膜109の所望の深さ位置にエミッタ・ベ
ース接合部(以下、「EB接合部」という)を形成する
ことができる。
In the semiconductor device manufacturing process, Si
After the SiGe film 108 is epitaxially grown on the epitaxial layer 102, Si is formed on the SiGe film 108.
The film 109 is continuously epitaxially grown. The Si film 109 is also required to prevent Ge contamination of the manufacturing line, mainly in the post-process after the SiGe epitaxial growth. However, the film thickness of the Si film 109 and the N type in the emitter polysilicon film 113 are required. Depending on the concentration of impurities,
By appropriately selecting the heat treatment conditions for diffusing the N-type impurities, the emitter / base junction (hereinafter referred to as “EB junction”) can be formed at a desired depth position in the Si film 109.

【0008】このように形成された従来のSiGe−H
BTは、Si層のみからなるホモ接合バイポーラトラン
ジスタに比べて、エミッタ領域に不純物を高濃度にドー
プしなくてもエミッタ注入効率が大きいという利点があ
り、高い電流増幅率(hFE)とが期待される。
The conventional SiGe-H thus formed
BT has the advantage of higher emitter injection efficiency without doping the emitter region with a high concentration of impurities, as compared with a homojunction bipolar transistor composed of only a Si layer, and is expected to have a high current amplification factor (h FE ). To be done.

【0009】図9は、傾斜組成を有するSi/SiGe
ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(SiGe−HB
T)とSiホモ接合型バイポーラトランジスタ(Si−
BT)とのバンド構造を比較するためのエネルギーバン
ド図である。SiGe−HBTにおいては、ベース領域
からエミッタ領域に注入される正孔に対する障壁の高さ
を、エミッタ領域からベース領域へ注入される電子に対
する障壁の高さよりも大きくすることができる。このた
め、エミッタ領域の不純物濃度を低くし、ベース領域の
不純物濃度を高くしても、エミッタ注入効率は低下しな
い。
FIG. 9 shows Si / SiGe having a graded composition.
Heterojunction bipolar transistor (SiGe-HB
T) and Si homojunction bipolar transistor (Si-
It is an energy band diagram for comparing the band structure with (BT). In the SiGe-HBT, the height of the barrier for holes injected from the base region to the emitter region can be made higher than the height of the barrier for electrons injected from the emitter region to the base region. Therefore, even if the impurity concentration in the emitter region is lowered and the impurity concentration in the base region is raised, the emitter injection efficiency does not decrease.

【0010】言い換えると、SiGe−HBTでは、S
iGeのナローバンドギャップ性を利用して、Si−B
Tに比べて、エミッタ領域を高濃度にドープしなくても
高い電流増幅率を実現することができる。
In other words, in SiGe-HBT, S
Utilizing the narrow band gap property of iGe, Si-B
Compared with T, a high current amplification factor can be realized without doping the emitter region with a high concentration.

【0011】また、SiおよびGeのバンドギャップは
それぞれ約1.1eV、約0.7eVであり、Ge含有
率が10〜15%のSiGe膜の場合、バンドギャップ
はSiとGeの間の1.0eV程度となる。このため、
SiGe膜108中のGeの含有率をエミッタ側からコ
レクタ側に向かって単調に増大させる(傾斜組成)こと
により、図9の実線部分に示すごとく、エネルギーバン
ドギャップEgがエミッタ側からコレクタ側に向かって
連続的に小さくなる傾斜構造となる。このため、下記式
(1) E(eV)=(1.1−1.0)/qW (1) (q:電荷量、W:ベース幅)によって表される内蔵電
界Eがベース層に発生し、エミッタからベースに注入さ
れた少数キャリアを電界Eにより加速させることができ
る。したがって、拡散のみによって少数キャリアがベー
ス領域を走行する従来のSi−BTに比べて、動作の高
速化を容易に実現することができる。
The band gaps of Si and Ge are about 1.1 eV and about 0.7 eV, respectively. In the case of a SiGe film having a Ge content of 10 to 15%, the band gap is 1. It will be about 0 eV. For this reason,
By monotonically increasing the Ge content in the SiGe film 108 from the emitter side to the collector side (gradient composition), the energy band gap Eg goes from the emitter side to the collector side as shown by the solid line in FIG. Becomes a continuously decreasing slope structure. Therefore, a built-in electric field E represented by the following formula (1) E (eV) = (1.1-1.0) / qW (1) (q: charge amount, W: base width) is generated in the base layer. However, the minority carriers injected from the emitter to the base can be accelerated by the electric field E. Therefore, as compared with the conventional Si-BT in which the minority carriers travel in the base region only by diffusion, it is possible to easily realize high-speed operation.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のSiGe−HBTにおいては、以下のような不具合
も存在する。
However, the conventional SiGe-HBT has the following drawbacks.

【0013】図10は、図8に示すX-X 線断面における
深さ方向の不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図
である。同図に示すように、SiGe膜108は、アン
ドープ層であるSiGeバッファ層108xと、高濃度
のP型不純物が導入されかつバンドギャップが連続的に
変化するSiGe傾斜組成層108yとに区画される。
ベース領域となるP型不純物拡散領域132は、SiG
e膜108の上部に形成されているが、エミッタ領域と
なるN型不純物拡散領域131は、Si膜109からS
iGe膜108の一部に亘って形成されている。つま
り、P型不純物拡散領域132とN型不純物拡散領域1
31とがオーバーラップしている。その理由は、エミッ
タ領域の形成のための熱処理の際、N型不純物は、エミ
ッタポリシリコン膜113からSi膜109だけでな
く、その下方のSiGe膜108の一部にまで達してい
る。
FIG. 10 is a diagram showing the impurity concentration distribution in the depth direction and the Ge content change in the XX line cross section shown in FIG. As shown in the figure, the SiGe film 108 is partitioned into a SiGe buffer layer 108x, which is an undoped layer, and a SiGe gradient composition layer 108y into which a high concentration P-type impurity is introduced and the bandgap continuously changes. .
The P-type impurity diffusion region 132 serving as the base region is formed of SiG.
Although formed on the e film 108, the N-type impurity diffusion region 131 serving as an emitter region is formed from the Si film 109 to the S film.
It is formed over a part of the iGe film 108. That is, the P-type impurity diffusion region 132 and the N-type impurity diffusion region 1
31 and overlap. The reason is that during the heat treatment for forming the emitter region, the N-type impurities reach not only the emitter polysilicon film 113 but also the Si film 109 and a part of the SiGe film 108 thereunder.

【0014】図11は、SiGe傾斜組成層108yで
のN型不純物の拡散深さのバラツキを説明するための図
である。同図に示すように、熱処理条件によって、EB
接合部133を規定するN型不純物の拡散深さも大きく
ばらつくことから、EB接合部133の位置を精密に制
御し、且つ、その位置のバラツキをなくすことは非常に
困難である。
FIG. 11 is a diagram for explaining variations in the diffusion depth of N-type impurities in the SiGe gradient composition layer 108y. As shown in the figure, depending on the heat treatment conditions, the EB
Since the diffusion depth of the N-type impurity that defines the junction 133 also greatly varies, it is very difficult to precisely control the position of the EB junction 133 and eliminate the variation in the position.

【0015】以上のように、従来のSiGe−HBTに
おいては、エミッタ領域の拡散深さが変動するので、実
質的にEB接合部133におけるGe含有率が変動して
しまう。その結果、例えばEB接合部133におけるG
e含有率が増大すると、EB接合部133におけるバン
ドギャップが小さくなるためコレクタ電流が増加し、結
果的に電流増幅率が増加するという現象を生じる。つま
り、EB接合部133でのGe含有率の微少な変動が電
流増幅率の大きな変動を引き起こすので、電流増幅率が
一定でバラツキの少ないトランジスタを得ることが困難
になる。
As described above, in the conventional SiGe-HBT, since the diffusion depth of the emitter region changes, the Ge content in the EB junction 133 substantially changes. As a result, for example, G in the EB joint 133
When the e content increases, the bandgap at the EB junction 133 becomes smaller, so that the collector current increases and, as a result, the current amplification factor increases. That is, since a slight change in the Ge content in the EB junction 133 causes a large change in the current amplification factor, it is difficult to obtain a transistor with a constant current amplification factor and less variation.

【0016】特に、トランジスタの高速化を図るために
ベース層を薄膜化すると、Geの含有率変化の傾きが大
きくなるので、EB接合部133の位置の微妙な変動に
よる電流増幅率のバラツキへの影響が顕著になる。
In particular, when the base layer is thinned in order to increase the speed of the transistor, the gradient of the change in the Ge content increases, so that the variation in the current amplification factor due to the subtle change in the position of the EB junction 133 is caused. The effect becomes noticeable.

【0017】一方、EB接合部133がSiGe膜10
8中でなくSi膜109中に形成されてしまうと、EB
接合部133がヘテロ接合部からはずれてナローバンド
ギャップの効果が失われるために、高い電流増幅率を得
られなくなり、ヘテロ接合本来の効果を得られなくな
る。
On the other hand, the EB junction portion 133 has the SiGe film 10.
If it is formed in the Si film 109 instead of 8
Since the junction portion 133 deviates from the heterojunction portion and the effect of the narrow band gap is lost, a high current amplification factor cannot be obtained, and the original effect of the heterojunction cannot be obtained.

【0018】また、従来のSiGeHBTにおいては、
ベース領域中のボロン(B)の濃度の制御が困難である
という不具合もあった。
Further, in the conventional SiGe HBT,
There is also a problem that it is difficult to control the concentration of boron (B) in the base region.

【0019】例えばBのソースガスとしてB26 を用
いた場合、SiGe膜を堆積している間のB26 の流
量が一定であっても、Ge含有率の減少に伴って膜中の
B濃度が減少する(Bの取り込まれ率が減少する)こと
が知られている。つまり、SiGe傾斜組成を有してい
る場合には、Geの傾斜と同じ向きにB濃度の傾斜が生
じる。
For example, when B 2 H 6 is used as the source gas of B, even if the flow rate of B 2 H 6 is constant during the deposition of the SiGe film, the content of Ge in the film decreases as the Ge content decreases. It is known that the B concentration of B decreases (the B incorporation rate decreases). That is, in the case of having a gradient composition of SiGe, a gradient of B concentration occurs in the same direction as the gradient of Ge.

【0020】図12は、B26 の流量が一定であると
した場合の従来のSiGe−HBTにおける深さ方向の
不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図である。同
図に示すように、SiGe傾斜組成層108yのGe含
有率の減少に伴って、P型不純物拡散領域132のB濃
度は減少する。そして、EB接合部133の位置にバラ
ツキが生じると、EB接合部133におけるB濃度のバ
ラツキが大きくなり、その結果、EB耐圧特性のバラツ
キが大きくなってしまう。
FIG. 12 is a diagram showing the impurity concentration distribution in the depth direction and the Ge content change in the conventional SiGe-HBT when the flow rate of B 2 H 6 is constant. As shown in the figure, the B concentration of the P-type impurity diffusion region 132 decreases as the Ge content of the SiGe gradient composition layer 108y decreases. When the position of the EB junction 133 is varied, the B concentration of the EB junction 133 is also greatly varied, and as a result, the EB breakdown voltage characteristic is also greatly varied.

【0021】ところで、SiGe−HBTにおいては、
通常のSi−BJTに比較して、ベース領域中のB濃度
を高くする(場合によっては、エミッタ領域のN型不純
物濃度よりも高くする)ことにより、ベース抵抗の低減
を図っている。一方で、ベース領域のB濃度を高くしす
ぎるとEB耐圧を低下させるので、B濃度はベース抵抗
とEB耐圧とが所望の範囲に収まるように、調整する必
要がある。しかし、SiGe−HBTにおいて、EB耐
圧のバラツキが大きくなると、設計マージンが狭めら
れ、ベース抵抗とEB耐圧とを所望の範囲に収めるため
のB濃度の調整が困難となるおそれがある。
By the way, in SiGe-HBT,
The base resistance is reduced by increasing the B concentration in the base region (in some cases, higher than the N-type impurity concentration in the emitter region) as compared with normal Si-BJT. On the other hand, if the B concentration in the base region is too high, the EB breakdown voltage is lowered. Therefore, the B concentration needs to be adjusted so that the base resistance and the EB breakdown voltage fall within a desired range. However, in the SiGe-HBT, if the variation in the EB breakdown voltage is large, the design margin is narrowed, and it may be difficult to adjust the B concentration in order to keep the base resistance and the EB breakdown voltage within a desired range.

【0022】一方、SiGe膜中のGe含有率は、Ge
用のソースガス(例えばGeH4 )の流量によって制御
されるので、Ge含有率の低下(GeH4 流量の低下)
に伴うBの取り込まれ量の低下を補償するように、B2
6 の流量を増大させることにより、SiGe膜中のB
濃度を一定に維持することは原理的には可能である。し
かし、実際には、GeH4 流量とSiGe膜中のGe含
有率とが比例するわけではなく、B26 の流量とSi
Ge膜中のB濃度とが比例するわけでもないので、この
ようなガス流量の制御は、プロセスの複雑化を招くこと
になる。
On the other hand, the Ge content in the SiGe film is
Is controlled by the flow rate of the source gas (for example, GeH 4 ) for use, so the Ge content rate is reduced (the GeH 4 flow rate is reduced).
To compensate for the reduction of a captured amount of B due to, B 2
By increasing the flow rate of H 6 , B in the SiGe film is increased.
It is possible in principle to keep the concentration constant. However, in reality, the GeH 4 flow rate and the Ge content in the SiGe film are not proportional to each other, and the B 2 H 6 flow rate and the Si content are not proportional to each other.
Since it is not proportional to the B concentration in the Ge film, such control of the gas flow rate causes the process to be complicated.

【0023】本発明の主たる目的は、キャリア加速のた
めにバンドギャップを傾斜させた構造を有するヘテロ接
合型バイポーラトランジスタにおいて、製造時にEB接
合部の位置が変動しても、EB接合部におけるバンドギ
ャップのバラツキを抑制する手段を講ずることにより、
高速動作を維持しつつ、高い電流増幅率を安定して発揮
させることにある。さらに、本発明では、プロセスの複
雑化を回避しつつ、EB耐圧のバラツキの抑制を図って
いる。
The main object of the present invention is to provide a heterojunction bipolar transistor having a structure in which the bandgap is inclined for carrier acceleration, even if the position of the EB junction changes during manufacturing, even if the position of the EB junction changes. By taking measures to suppress the variation of
It is to stably exhibit a high current amplification factor while maintaining high-speed operation. Further, in the present invention, the variation of the EB breakdown voltage is suppressed while avoiding the complication of the process.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置は、第1の半導体層を有する基板と、上記第1の半導
体層の上に設けられ、上記第1の半導体層よりもバンド
ギャップが小さく、かつ、混晶半導体からなる第2の半
導体層と、上記第2の半導体層の上に設けられ、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
体層とを備え、上記第1の半導体層の少なくとも一部が
第1導電型不純物を含むコレクタ領域であり、上記第2
の半導体層の少なくとも一部が第2導電型不純物を含む
ベース領域であり、上記第3の半導体層の少なくとも一
部が第1導電型不純物を含むエミッタ領域であるヘテロ
接合バイポーラトランジスタとして機能する半導体装置
であって、上記第2の半導体層は、上記コレクタ領域か
らエミッタ領域に向かう方向にバンドギャップが大きく
なる組成を有する傾斜組成層と、バンドギャップの変化
率が上記傾斜組成層のバンドギャップの変化率よりも小
さくなる組成を有する上部層とを有し、エミッタ・ベー
ス接合部が上記第2の半導体層の上記上部層中に形成さ
れている。
A first semiconductor device of the present invention comprises a substrate having a first semiconductor layer and a band which is provided on the first semiconductor layer and has a band higher than that of the first semiconductor layer. A second semiconductor layer having a small gap and made of a mixed crystal semiconductor; and a third semiconductor layer provided on the second semiconductor layer and having a band gap larger than that of the second semiconductor layer. At least a part of the first semiconductor layer is a collector region containing an impurity of the first conductivity type,
, Which is a base region containing impurities of the second conductivity type, and at least a part of the third semiconductor layer is an emitter region containing impurities of the first conductivity type, which functions as a heterojunction bipolar transistor. In the device, the second semiconductor layer has a graded composition layer having a composition in which a band gap increases in a direction from the collector region to the emitter region, and a rate of change of the band gap is a band gap of the graded composition layer. An upper layer having a composition smaller than the rate of change, and an emitter-base junction is formed in the upper layer of the second semiconductor layer.

【0025】これにより、エミッタ・ベース接合部が混
晶半導体からなる第2の半導体層の上部層中に形成され
ているので、ナローバンドギャップによる高い電流増幅
率を発揮することができる。また、第2の半導体層の上
部層は傾斜組成層よりもバンドギャップの変化率が小さ
いので、エミッタ領域形成のための第1導電型不純物の
導入範囲が変動しても、エミッタ・ベース接合部におけ
るバンドギャップのバラツキが小さくなり、電流増幅率
の変動などバイポーラトランジスタの特性の変動幅を抑
制することができる。
Since the emitter / base junction is formed in the upper layer of the second semiconductor layer made of a mixed crystal semiconductor, a high current amplification factor due to the narrow band gap can be exhibited. In addition, since the upper layer of the second semiconductor layer has a smaller bandgap change rate than the graded composition layer, even if the introduction range of the first conductivity type impurity for forming the emitter region varies, the emitter-base junction portion may be changed. The variation of the bandgap in the area is reduced, and the variation range of the characteristics of the bipolar transistor such as the variation of the current amplification factor can be suppressed.

【0026】上記第2の半導体層のうち上部層における
混晶半導体の組成がほぼ一定であり、上記上部層におけ
るバンドギャップがほぼ一定であることにより、エミッ
タ領域形成のための第1導電型不純物の導入範囲が変動
しても、バイポーラトランジスタの特性の変動をより小
さく抑制することができる。
Since the composition of the mixed crystal semiconductor in the upper layer of the second semiconductor layer is substantially constant and the band gap in the upper layer is substantially constant, impurities of the first conductivity type for forming the emitter region are formed. Even if the introduction range of the bipolar transistor fluctuates, the fluctuation of the characteristics of the bipolar transistor can be suppressed to be smaller.

【0027】上記第2の半導体層のうち上部層における
混晶半導体の組成がほぼ連続的に変化しており、上記上
部層のバンドギャップが上記コレクタ領域からエミッタ
領域に向かう方向に大きくなるように変化していること
により、ベース層全体におおいて、内蔵電界によるキャ
リアの加速機能をより効果的に発揮することができる。
The composition of the mixed crystal semiconductor in the upper layer of the second semiconductor layer changes substantially continuously so that the band gap of the upper layer increases in the direction from the collector region to the emitter region. Due to the change, the carrier acceleration function by the built-in electric field can be more effectively exhibited in the entire base layer.

【0028】上記第2の半導体層が、上記上部層の上
に、バンドギャップが上記コレクタ領域からエミッタ領
域に向かう方向に大きくなり、かつ、その変化率が上記
上部層のバンドギャップの変化率よりも大きい最上部層
をさらに有していることにより、第2の半導体層と第3
の半導体層との境界部における格子定数の差に起因する
格子歪みが小さくなるので、第2及び第3の半導体層に
おける格子歪みに起因する結晶欠陥の発生を抑制するこ
とができる。
On the upper layer, the second semiconductor layer has a larger bandgap in the direction from the collector region to the emitter region, and its change rate is higher than the bandgap change rate of the upper layer. Of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer
Since the lattice strain due to the difference in lattice constant at the boundary with the semiconductor layer becomes smaller, the generation of crystal defects due to the lattice strain in the second and third semiconductor layers can be suppressed.

【0029】また、上記第2の半導体層がSiGe層で
あり、上記第3の半導体層がSi層であって、上記第2
の半導体層の上部層におけるGe含有率が2%以上で8
%以下の範囲にあることにより、混晶半導体からなる第
2の半導体層のナローバンドギャップによる高い電流増
幅率と、傾斜組成によるベース走行の高速化との双方を
実現することが容易となる。
The second semiconductor layer is a SiGe layer, the third semiconductor layer is a Si layer, and the second semiconductor layer is a SiGe layer.
When the Ge content in the upper layer of the semiconductor layer is 2% or more, it is 8
Within the range of not more than%, it becomes easy to realize both the high current amplification factor due to the narrow band gap of the second semiconductor layer made of a mixed crystal semiconductor and the high speed base running due to the gradient composition.

【0030】上記第2の半導体層がSiGe層であり、
上記第3の半導体層がSi層であって、上記第2の半導
体層の上部層におけるGe含有率の変化幅が4%以内で
あることにより、結晶欠陥の発生を抑制しつつ、混晶半
導体からなる第2の半導体層のナローバンドギャップに
よる高い電流増幅率を実現することが容易となる。
The second semiconductor layer is a SiGe layer,
Since the third semiconductor layer is a Si layer and the change rate of the Ge content in the upper layer of the second semiconductor layer is within 4%, the mixed crystal semiconductor is suppressed while suppressing the generation of crystal defects. It is easy to realize a high current amplification factor due to the narrow band gap of the second semiconductor layer made of.

【0031】上記第2の半導体層は、Si,Ge及びC
を含む3元系の混晶半導体層であり、上記第3の半導体
層はSi層であってもよい。
The second semiconductor layer is made of Si, Ge and C.
May be a ternary mixed crystal semiconductor layer, and the third semiconductor layer may be a Si layer.

【0032】上記エミッタ・ベース接合部は、上記第2
の半導体層の上記上部層のほぼ中央に位置していること
が好ましい。
The emitter-base junction is the second
It is preferable that the semiconductor layer is located substantially in the center of the upper layer.

【0033】上記第2の半導体層の傾斜組成層中の不純
物濃度は、上記コレクタ領域からエミッタ領域に向かう
方向にバンドギャップの増大とともに減少し、上記第2
の半導体層の上記上部層中の不純物濃度はほぼ一定であ
ることにより、EB耐圧のバラツキを抑制することがで
きる。
The impurity concentration in the graded composition layer of the second semiconductor layer decreases as the band gap increases in the direction from the collector region to the emitter region.
Since the impurity concentration in the upper layer of the semiconductor layer is substantially constant, it is possible to suppress variations in the EB breakdown voltage.

【0034】上記第2の半導体層はSiGe層で、上記
第2の半導体層中の上記不純物がボロン(B)であるこ
とにより、本発明の著効を発揮することができる。
Since the second semiconductor layer is a SiGe layer and the impurity in the second semiconductor layer is boron (B), the remarkable effects of the present invention can be exhibited.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1は、本発
明の第1の実施形態におけるSiGe−HBTの断面図
である。同図に示すように、本実施形態のSiGe−H
BTは、Si基板11と、Si基板11の上にエピタキ
シャル成長されたSiエピタキシャル層12とを用いて
形成されている。また、Si基板11とSiエピタキシ
ャル層12との各一部に亘って設けられたN+ 型埋め込
み層20と、Siエピタキシャル層12の一部に比較的
高濃度のN型不純物を導入して設けられたN+ コレクタ
引き出し層21とを備え、Siエピタキシャル層12の
うちN+ コレクタ引き出し層21を除く部分は低濃度の
N型不純物を含むN- コレクタ拡散層22となってい
る。また、Siエピタキシャル層12を各バイポーラト
ランジスタ形成領域ごとに区画するLOCOS分離26
と、LOCOS分離26の下方に延びてSi基板11に
達するディープトレンチ分離27とが設けられている。
ただし、バイポーラトランジスタ形成領域内において、
+ コレクタ引き出し層21とN- コレクタ拡散層22
とを区画するLOCOS分離26の下方にはディープト
レンチ分離27は設けられていない。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view of a SiGe-HBT according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the SiGe-H of this embodiment is
The BT is formed using the Si substrate 11 and the Si epitaxial layer 12 epitaxially grown on the Si substrate 11. In addition, the N + type buried layer 20 provided over each part of the Si substrate 11 and the Si epitaxial layer 12 and the part provided with a relatively high concentration of N type impurities are introduced into the part of the Si epitaxial layer 12. and a N + collector lead layer 21 that is, the portion except the N + collector lead layer 21 of the Si epitaxial layer 12 is N includes a low concentration N-type impurity - has a collector diffusion layer 22. In addition, the LOCOS isolation 26 that partitions the Si epitaxial layer 12 into each bipolar transistor formation region is provided.
And a deep trench isolation 27 extending below the LOCOS isolation 26 and reaching the Si substrate 11.
However, in the bipolar transistor formation region,
N + collector extraction layer 21 and N collector diffusion layer 22
The deep trench isolation 27 is not provided below the LOCOS isolation 26 that partitions the and.

【0036】さらに、Siエピタキシャル層12のN-
コレクタ拡散層22の上には、P型不純物を含むSiG
e混晶半導体層からなるSiGe膜18と、キャップ層
となるSi膜19とがそれぞれエピタキシャル成長によ
り形成されている。また、SiGe膜18及びSi膜1
9の側面からSi膜19の上面に亘る領域上に形成され
高濃度のP型不純物を含むP+ ベースポリシリコン膜2
4と、P+ ベースポリシリコン膜24に形成された開口
の上に設けられ高濃度のN型不純物を含むN+エミッタ
ポリシリコン膜23とを備えている。ただし、P+ ベー
スポリシリコン膜24とN+ エミッタポリシリコン膜2
3とは、絶縁膜により互いに電気的に分離されている。
Further, N − of the Si epitaxial layer 12
SiG containing P-type impurities is formed on the collector diffusion layer 22.
A SiGe film 18 made of an e-mixed crystal semiconductor layer and a Si film 19 made of a cap layer are formed by epitaxial growth. In addition, the SiGe film 18 and the Si film 1
P + base polysilicon film 2 formed on the region extending from the side surface of Si 9 to the upper surface of Si film 19 and containing a high concentration of P-type impurities.
4 and an N + emitter polysilicon film 23 which is provided on the opening formed in the P + base polysilicon film 24 and contains a high concentration of N-type impurities. However, the P + base polysilicon film 24 and the N + emitter polysilicon film 2
3 is electrically isolated from each other by an insulating film.

【0037】ここで、SiGe膜18およびSi膜19
は、MBE法,UHV−CVD法またはLP−CVD法
を用いてエピタキシャル成長されている。そして、Si
膜19のうちN+ ポリシリコン膜23の直下方の領域に
は、N+ エミッタポリシリコン膜23からRTAにより
拡散されたN型不純物(リン,砒素など)がドープされ
ている。つまり、Si膜19のうちのN+ 型領域が主と
してNPNバイポーラトランジスタのエミッタ領域とし
て機能し、SiGe膜18のP+ 型領域が主としてNP
Nバイポーラトランジスタのベース領域として機能し、
- コレクタ拡散層22,N+ 型埋め込み層20及びN
+ コレクタ引き出し層21がNPNバイポーラトランジ
スタのコレクタ領域として機能する。
Here, the SiGe film 18 and the Si film 19
Is epitaxially grown using the MBE method, the UHV-CVD method or the LP-CVD method. And Si
In the region immediately below the N + polysilicon film 23 of the film 19, N + emitter poly silicon film 23 is diffused by RTA N-type impurity (phosphorus, arsenic, etc.) is doped. That is, the N + -type region of the Si film 19 mainly functions as the emitter region of the NPN bipolar transistor, and the P + -type region of the SiGe film 18 mainly serves as the NP region.
Functions as the base region of the N bipolar transistor,
N collector diffusion layer 22, N + type buried layer 20, and N
+ The collector extraction layer 21 functions as the collector region of the NPN bipolar transistor.

【0038】半導体装置の製造プロセスにおいて、Si
エピタキシャル層12の上にSiGe膜18をエピタキ
シャル成長させた後、SiGe膜18の上にSi膜19
を連続的にエピタキシャル成長させる。Si膜19は、
主にSiGeエピタキシャル成長後の後工程において、
製造ラインへのGe汚染を防止するためにも必要とされ
るが、このSi膜19の膜厚とエミッタポリシリコン膜
23中のN型不純物の濃度とに応じて、N型不純物を拡
散させる熱処理条件を適宜選択することにより、Si膜
19の所望の深さ位置にエミッタ・ベース接合部(以
下、「EB接合部」という)を形成することができる。
In the manufacturing process of the semiconductor device, Si
After the SiGe film 18 is epitaxially grown on the epitaxial layer 12, the Si film 19 is formed on the SiGe film 18.
Are continuously epitaxially grown. The Si film 19 is
Mainly in the post-process after SiGe epitaxial growth,
It is necessary to prevent Ge contamination of the manufacturing line, but a heat treatment for diffusing N-type impurities according to the thickness of the Si film 19 and the concentration of N-type impurities in the emitter polysilicon film 23. By properly selecting the conditions, the emitter / base junction (hereinafter referred to as “EB junction”) can be formed at a desired depth position of the Si film 19.

【0039】図2は、本発明の第1の実施形態に係るS
iGe−HBTのIa-Ia 線断面(図1参照)における深
さ方向の不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図で
ある。同図に示すように、本実施形態においては、Si
Ge膜18が、アンドープ層であるSiGeバッファ層
18xと、Ge含有率が単調に連続的に変化するSiG
e傾斜組成層18aと、Ge含有率がほぼ一定のSiG
e上部層18bとによって構成されている。この点が、
本実施形態の特徴である。すなわち、SiGe傾斜組成
層18aにおいては、Ge含有率が最小値(例えば2%
〜8%の値)になり、エミッタ領域からコレクタ領域に
向かう方向に増大して、SiGeバッファ層18xに達
したときにGe含有率が最大値(例えば20%〜30%
の値)となる。つまり、SiGe傾斜組成層18a中に
おいては、エミッタ領域からコレクタ領域に向かう方向
にバンドギャップが減少し、これによりキャリアを加速
するように構成されている。そして、SiGe上部層1
8bにおいては、Ge含有率はほぼ一定値となってい
る。
FIG. 2 shows S according to the first embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (refer FIG. 1) of iGe-HBT. As shown in the figure, in the present embodiment, Si
The Ge film 18 is a SiGe buffer layer 18x which is an undoped layer, and SiG in which the Ge content changes monotonously and continuously.
e Gradient composition layer 18a and SiG having a substantially constant Ge content
e upper layer 18b. This point
This is a feature of this embodiment. That is, in the SiGe gradient composition layer 18a, the Ge content is the minimum value (for example, 2%).
Value of ˜8%), increases in the direction from the emitter region to the collector region, and reaches the maximum value of Ge content when reaching the SiGe buffer layer 18x (for example, 20% to 30%).
Value). That is, in the SiGe graded composition layer 18a, the band gap decreases in the direction from the emitter region to the collector region, thereby accelerating the carriers. And the SiGe upper layer 1
In 8b, the Ge content is almost constant.

【0040】一方、ベースとなるP型不純物拡散領域3
2は、SiGe傾斜組成層18aとSiGe上部層18
bとに亘って形成されている。また、N型不純物拡散領
域31は、Si膜19からSiGe上部層18bの一部
に亘って形成されている。つまり、P型不純物拡散領域
32とN型不純物拡散領域31との境界部であるEB接
合部33は、SiGe上部層18b中の一部位に存在す
るように構成されている。つまり、エミッタ領域の形成
のための熱処理の際、N型不純物は、エミッタポリシリ
コン膜23からSi膜19だけでなく、その下方のSi
Ge膜18にまで達するが、製造プロセス条件の変動や
バラツキによってEB接合部33の位置が変動しても、
EB接合部33がSiGe上部層18b中の一部位にあ
るように、SiGe傾斜組成層18a,SiGe上部層
18b及びSi膜19の厚みがそれぞれ設定されてい
る。
On the other hand, the P-type impurity diffusion region 3 serving as the base
2 is the SiGe gradient composition layer 18a and the SiGe upper layer 18
It is formed over b. The N-type impurity diffusion region 31 is formed over the Si film 19 and a part of the SiGe upper layer 18b. That is, the EB junction 33, which is the boundary between the P-type impurity diffusion region 32 and the N-type impurity diffusion region 31, is configured to exist at one site in the SiGe upper layer 18b. In other words, during the heat treatment for forming the emitter region, the N-type impurities are not only from the emitter polysilicon film 23 to the Si film 19 but also to the Si below the Si film 19.
Although it reaches the Ge film 18, even if the position of the EB junction 33 changes due to fluctuations and variations in manufacturing process conditions,
The thicknesses of the SiGe gradient composition layer 18a, the SiGe upper layer 18b, and the Si film 19 are set so that the EB junction portion 33 is located at one site in the SiGe upper layer 18b.

【0041】つまり、製造プロセス条件の変動やバラツ
キにより、製造ロット間、ウエハ間及びウエハ面内で、
+ 型エミッタポリシリコン膜23からのN型不純物の
拡散深さが変動するが、変動範囲はプロセス条件から経
験的にわかるので、N型不純物の拡散深さの変動幅より
もSiGe上部層18bの厚みを大きくしておけば、E
B接合部33がほぼ確実にSiGe上部層18b中に形
成されるように設定することができる。
That is, due to fluctuations and variations in manufacturing process conditions, between manufacturing lots, between wafers, and within a wafer surface,
The diffusion depth of the N-type impurities from the N + -type emitter polysilicon film 23 varies, but the variation range can be empirically known from the process conditions. If the thickness of the
It can be set so that the B junction 33 is almost certainly formed in the SiGe upper layer 18b.

【0042】特に、SiGe上部層18bの厚さ方向の
中央位置と、N型不純物がエミッタポリシリコン膜23
から拡散する深さの変動範囲の中心とがほぼ一致するよ
うに設定することが好ましい。また、一般にSiGe膜
中のGe含有率の上限が30%付近であることから、S
iGeのナローバンドギャップによる高い電流増幅率
と、傾斜組成によるベース走行の高速化との双方を実現
するためには、SiGe上部層18bのGe含有率は、
2〜8%の範囲であることが好ましい。
In particular, the N-type impurity is removed from the emitter polysilicon film 23 at the center position in the thickness direction of the SiGe upper layer 18b.
It is preferable to set so that the center of the variation range of the depth of diffusion from is substantially coincident with. In addition, since the upper limit of the Ge content in the SiGe film is generally around 30%, S
In order to realize both the high current amplification factor due to the narrow band gap of iGe and the high-speed base traveling due to the gradient composition, the Ge content ratio of the SiGe upper layer 18b is
It is preferably in the range of 2 to 8%.

【0043】本実施形態によると、製造プロセス条件の
変動やバラツキによってEB接合部33の位置が変動し
ても、EB接合部33が、Ge含有率がほぼ一定である
SiGe上部層18b中に形成されるように構成されて
いるので、EB接合部33におけるGe含有率はほぼ一
定に保たれる。したがって、本実施形態のSiGe−H
BTは、EB接合部33がSiGe上部層18bに存在
することで、ナローバンドギャップによる高い電流増幅
率hFEを維持しつつ、比較的安定した電流増幅率を発揮
することができる。
According to the present embodiment, even if the position of the EB bonding portion 33 changes due to fluctuations or variations in the manufacturing process conditions, the EB bonding portion 33 is formed in the SiGe upper layer 18b in which the Ge content is almost constant. Therefore, the Ge content in the EB joint portion 33 is kept substantially constant. Therefore, the SiGe-H of the present embodiment is
BT, by EB junction 33 is present in the SiGe upper layer 18b, while maintaining a high current amplification factor h FE due to the narrow band gap, it is possible to exert a relatively stable current amplification factor.

【0044】なお、Geの含有率の分布状態は、SiG
e層のエピタキシャル成長を行う時に、Ge及びSiの
各ソースガス(例えば、GeH4 とSiH4 )の分圧比
を制御することで、任意のパターンに容易に制御するこ
とができる。
The distribution state of the Ge content is SiG.
By controlling the partial pressure ratio of each source gas of Ge and Si (for example, GeH 4 and SiH 4 ) during the epitaxial growth of the e layer, it is possible to easily control to an arbitrary pattern.

【0045】また、SiGe膜18上に形成されている
Si膜19の代わりに、微量のGeが一定量含まれるS
iGe膜を設けても、本実施形態と同様の効果を発揮す
ることができる。
Further, in place of the Si film 19 formed on the SiGe film 18, a small amount of Ge containing S is contained.
Even if an iGe film is provided, the same effect as this embodiment can be exhibited.

【0046】(第2の実施形態)上述の第1の実施形態
においては、エミッタ領域からベース領域に注入された
少数キャリア(電子)は、ベース領域のうちGe含有率
が変化する領域(SiGe傾斜組成層18a)に達する
までのSiGe上部層18bを走行している間は拡散に
よってのみ移動するため、その間は内蔵電界による加速
の効果が得られず、高速動作という観点からは、若干不
利である。
(Second Embodiment) In the first embodiment, the minority carriers (electrons) injected from the emitter region to the base region are the regions (SiGe gradient) of the base region where the Ge content changes. While traveling in the SiGe upper layer 18b until reaching the composition layer 18a), the SiGe upper layer 18b moves only by diffusion, and during that time, the effect of acceleration by the built-in electric field cannot be obtained, which is slightly disadvantageous from the viewpoint of high-speed operation. .

【0047】本発明の第2の実施形態のSiGe−HB
Tは、上記第1の実施形態におけるこの不利益を解消す
るための手段を設けたものである。すなわち、内蔵電界
による少数キャリアの加速機能を全ベース領域において
維持しつつ、EB接合位置の変動により生じる電流増幅
率のバラツキを抑制するための構造に関する。
SiGe-HB of the second embodiment of the present invention
T is provided with means for eliminating this disadvantage in the first embodiment. That is, the present invention relates to a structure for suppressing the variation of the current amplification factor caused by the variation of the EB junction position while maintaining the minority carrier acceleration function by the built-in electric field in the entire base region.

【0048】図3は、本発明の第2の実施形態に係るS
iGe−HBTのIa-Ia 線断面(図1参照)における深
さ方向の不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図で
ある。本実施形態のSiGe−HBTの基本的な構造
は、第1の実施形態における図1に示すとおりである。
FIG. 3 shows the S according to the second embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (refer FIG. 1) of iGe-HBT. The basic structure of the SiGe-HBT of this embodiment is as shown in FIG. 1 in the first embodiment.

【0049】図3に示すように、本実施形態に係るSi
Ge−HBTにおいては、SiGe上部層18bにおけ
るGe含有率が一定ではなく、エミッタ領域からコレク
タ領域に向かう方向に緩やかに増大している。つまり、
SiGe上部層18bにおけるバンドギャップがエミッ
タ領域からコレクタ領域に向かう方向に緩やかに減少し
ており、これによりキャリアの加速機能が強化されてい
る。そして、EB接合部33がSiGe上部層18b中
に形成されていること、SiGe傾斜組成層18aのG
e含有率がコレクタ領域からエミッタ領域に向かう方向
に大きく変化していることは、第1の実施形態と同様で
ある。
As shown in FIG. 3, the Si according to the present embodiment is
In the Ge-HBT, the Ge content in the SiGe upper layer 18b is not constant, but gradually increases in the direction from the emitter region to the collector region. That is,
The band gap in the SiGe upper layer 18b gradually decreases in the direction from the emitter region to the collector region, which enhances the carrier acceleration function. The EB junction 33 is formed in the SiGe upper layer 18b, and the G of the SiGe gradient composition layer 18a is formed.
Similar to the first embodiment, the e content changes greatly in the direction from the collector region to the emitter region.

【0050】本実施形態においても、製造プロセス条件
の変動やバラツキによってEB接合部33の位置が変動
しても、EB接合部33がSiGe上部層18b中の一
部位にあるように、SiGe傾斜組成層18a,SiG
e上部層18b及びSi膜19の厚みがそれぞれ設定さ
れている。
Also in the present embodiment, even if the position of the EB junction 33 is changed due to the variation or variation of the manufacturing process conditions, the EB junction 33 is located at one site in the SiGe upper layer 18b, and the SiGe gradient composition is obtained. Layer 18a, SiG
e The thicknesses of the upper layer 18b and the Si film 19 are set respectively.

【0051】そして、製造プロセス条件の変動やバラツ
キにより、製造ロット間、ウエハ間及びウエハ面内で、
+ 型エミッタポリシリコン膜23からのN型不純物の
拡散深さが変動するが、変動範囲はプロセス条件から経
験的にわかるので、N型不純物の拡散深さの変動幅より
もSiGe上部層18bの厚みを大きくしておけば、E
B接合部33がほぼ確実にSiGe上部層18b中に形
成されるように設定することができる。
Then, due to fluctuations and variations in manufacturing process conditions, between manufacturing lots, between wafers, and within a wafer surface,
The diffusion depth of the N-type impurities from the N + -type emitter polysilicon film 23 varies, but the variation range can be empirically known from the process conditions. Therefore, the variation range of the diffusion depth of the N-type impurities is larger than that of the SiGe upper layer 18b. If the thickness of the
It can be set so that the B junction 33 is almost certainly formed in the SiGe upper layer 18b.

【0052】特に、SiGe上部層18bの厚さ方向の
中央位置と、N型不純物がエミッタポリシリコン膜23
から拡散する深さの変動範囲の中心とがほぼ一致するよ
うに設定することが好ましい。なお、一般にSiGe膜
中のGe含有率の上限が30%付近であることから、S
iGeのナローバンドギャップによる高い電流増幅率
と、傾斜組成によるベース走行の高速化との双方を実現
するためには、SiGe上部層18bのGe含有率は、
2〜8%の範囲で変化し、含有率の変化幅は4%以内で
あることが好ましい。
In particular, the central position in the thickness direction of the SiGe upper layer 18b and the N-type impurities are the emitter polysilicon film 23.
It is preferable to set so that the center of the variation range of the depth of diffusion from is substantially coincident with. Since the upper limit of the Ge content in the SiGe film is generally around 30%, S
In order to realize both the high current amplification factor due to the narrow band gap of iGe and the high-speed base traveling due to the gradient composition, the Ge content ratio of the SiGe upper layer 18b is
It is preferable that the content changes in the range of 2 to 8%, and the change rate of the content rate is within 4%.

【0053】本実施形態においては、上述の第1の実施
形態と同様に、EB接合33をSiGe上部層18b中
に形成し、ナローバンドギャップによる高い電流増幅率
FEを維持することができる。また、エミッタポリシリ
コン膜23からのN型不純物の拡散深さが変動しても、
SiGe上部層18bにおけるGe含有率の変化は比較
的小さいので、SiGe上部層18bのEB接合部33
の位置の変動によるGe含有率のバラツキを抑制するこ
とができる。しかも、SiGe上部層18bに少数キャ
リア(電子)が注入されると、傾斜組成を有するSiG
e上部層18bを走行する際にも、内蔵電界による少数
キャリアの加速機能が得られるので、本実施形態のSi
Ge−HBTは、第1の実施形態に比べてさらに動作速
度の向上を図ることができる。
In this embodiment, as in the first embodiment described above, the EB junction 33 can be formed in the SiGe upper layer 18b to maintain the high current amplification factor h FE due to the narrow band gap. Further, even if the diffusion depth of the N-type impurity from the emitter polysilicon film 23 changes,
Since the change in the Ge content in the SiGe upper layer 18b is relatively small, the EB junction 33 of the SiGe upper layer 18b is changed.
It is possible to suppress the variation in the Ge content rate due to the change in the position of. Moreover, when minority carriers (electrons) are injected into the SiGe upper layer 18b, SiG having a graded composition is obtained.
e When traveling in the upper layer 18b, the function of accelerating the minority carriers by the built-in electric field can be obtained.
The Ge-HBT can further improve the operation speed as compared with the first embodiment.

【0054】なお、本実施形態においては、SiGe膜
18のうちSiGe傾斜組成層18aとSiGe上部層
18bとの境界部でGe含有率の変化線に折れ曲がり点
があるが、両者の境界部においてGe含有率を連続的に
変化させることにより、Ge含有率の変化線に折れ曲が
り点が生じないようにすることもできる。このような構
造を有することにより、内蔵電界によるキャリアの加速
機能がより効果的に発揮される。
In the present embodiment, there is a bending point in the change line of the Ge content in the boundary between the SiGe gradient composition layer 18a and the SiGe upper layer 18b in the SiGe film 18, but at the boundary between the two, the Ge is changed. By continuously changing the content rate, it is also possible to prevent a bending point from occurring in the Ge content rate change line. With such a structure, the function of accelerating carriers by the built-in electric field is more effectively exhibited.

【0055】(第3の実施形態)本発明の第3の実施形
態のSiGe−HBTは、第1および第2の実施形態と
同様に、EB接合部の位置の変動により生じる電流増幅
率のバラツキを抑えつつ、さらに、SiGe膜とSi膜
との間の結晶欠陥の発生を抑制するための手段を設けた
ものである。
(Third Embodiment) In the SiGe-HBT of the third embodiment of the present invention, the variation of the current amplification factor caused by the variation of the position of the EB junction is the same as in the first and second embodiments. While further suppressing the above, a means for suppressing the generation of crystal defects between the SiGe film and the Si film is provided.

【0056】図4は、本発明の第3の実施形態に係るS
iGe−HBTのIa-Ia 線断面(図1参照)における深
さ方向の不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図で
ある。本実施形態のSiGe−HBTの基本的な構造
は、第1の実施形態における図1に示すとおりである。
FIG. 4 shows the S according to the third embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (refer FIG. 1) of iGe-HBT. The basic structure of the SiGe-HBT of this embodiment is as shown in FIG. 1 in the first embodiment.

【0057】本実施形態に係るSiGe−HBTにおい
ては、SiGe膜18が、SiGe傾斜組成層18a
と、SiGe上部層18bとに加えて、SiGe最上部
層18cを有している。そして、SiGe上部層18b
のGe含有率はほぼ一定であり、SiGe最上部層18
cのGe含有率はコレクタ領域からエミッタ領域に向か
う方向に急激に減少してSi膜19と隣接する部分でほ
ぼ0になっている。つまり、SiGe最上部層18cに
おけるGe含有率はエミッタ領域からコレクタ領域に向
かう方向に急激に減少して、SiGe最上部層18cの
上端においては、Siと同じバンドギャップになってい
る。そして、EB接合部33はSiGe上部層18b中
に形成されている。また、P型不純物(ボロン)は、S
iGe傾斜組成層18a及びSiGe上部層18bに導
入されており、SiGe最上部層18cにはほとんど導
入されていない。SiGe傾斜組成層18aのGe含有
率がエミッタ領域からコレクタ領域に向かう方向に増大
していることは、第1及び第2のの実施形態と同様であ
る。
In the SiGe-HBT according to this embodiment, the SiGe film 18 is the SiGe gradient composition layer 18a.
And a SiGe upper layer 18b, and a SiGe uppermost layer 18c. And the SiGe upper layer 18b
Has a substantially constant Ge content, and the SiGe uppermost layer 18
The Ge content of c rapidly decreases in the direction from the collector region to the emitter region and becomes almost 0 in the portion adjacent to the Si film 19. That is, the Ge content in the SiGe uppermost layer 18c sharply decreases in the direction from the emitter region to the collector region, and the upper end of the SiGe uppermost layer 18c has the same bandgap as Si. The EB junction 33 is formed in the SiGe upper layer 18b. Further, the P-type impurity (boron) is S
It is introduced into the iGe gradient composition layer 18a and the SiGe upper layer 18b, but is hardly introduced into the SiGe uppermost layer 18c. As in the first and second embodiments, the Ge content of the SiGe gradient composition layer 18a increases in the direction from the emitter region toward the collector region.

【0058】本実施形態においても、製造プロセス条件
の変動やバラツキによってEB接合部33の位置が変動
しても、EB接合部33がSiGe上部層18b中の一
部位にあるように、SiGe傾斜組成層18a,SiG
e上部層18b,SiGe最上部層18c及びSi膜1
9の厚みがそれぞれ設定されている。
Also in the present embodiment, even if the position of the EB junction 33 is changed due to the variation or variation of the manufacturing process conditions, the EB junction 33 is located at one site in the SiGe upper layer 18b, and the SiGe gradient composition is obtained. Layer 18a, SiG
e upper layer 18b, SiGe uppermost layer 18c, and Si film 1
9 thicknesses are set respectively.

【0059】そして、製造プロセス条件の変動やバラツ
キにより、製造ロット間、ウエハ間及びウエハ面内で、
+ 型エミッタポリシリコン膜23からのN型不純物の
拡散深さが変動するが、変動範囲はプロセス条件から経
験的にわかるので、N型不純物の拡散深さの変動幅より
もSiGe上部層18bの厚みを大きくしておけば、E
B接合部33がほぼ確実にSiGe上部層18b中に形
成されるように設定することができる。
Then, due to fluctuations and variations in manufacturing process conditions, between manufacturing lots, between wafers, and within a wafer surface,
The diffusion depth of the N-type impurities from the N + -type emitter polysilicon film 23 varies, but the variation range can be empirically known from the process conditions. Therefore, the variation range of the diffusion depth of the N-type impurities is larger than that of the SiGe upper layer 18b. If the thickness of the
It can be set so that the B junction 33 is almost certainly formed in the SiGe upper layer 18b.

【0060】本実施形態においても、SiGe上部層1
8bの厚さ方向の中央位置と、N型不純物がエミッタポ
リシリコン膜23から拡散する深さの変動範囲の中心と
がほぼ一致するように設定することが好ましい。なお、
一般にSiGe膜中のGe含有率の上限が30%付近で
あることから、SiGeのナローバンドギャップによる
高い電流増幅率と、傾斜組成によるベース走行の高速化
との双方を実現するためには、SiGe上部層18bの
Ge含有率は、2%以上で8%以下の範囲であることが
好ましい。
Also in this embodiment, the SiGe upper layer 1
It is preferable to set the center position of 8b in the thickness direction and the center of the variation range of the depth in which the N-type impurity diffuses from the emitter polysilicon film 23 substantially coincide with each other. In addition,
Generally, since the upper limit of the Ge content in the SiGe film is around 30%, in order to realize both the high current amplification factor due to the narrow band gap of SiGe and the speeding up of the base running due to the gradient composition, the SiGe upper part is required. The Ge content of the layer 18b is preferably in the range of 2% or more and 8% or less.

【0061】本実施形態においては、第1の実施形態と
同様に、EB接合部33におけるGe含有率がほぼ一定
であることから、第1の実施形態と同様の効果を得るこ
とができるできる。加えて、SiGe最上部層18cに
おけるGe含有率が上方に連続的に小さくなって、Si
膜19と隣接する部分で0になっていることから、以下
のような効果をも発揮することができる。
Similar to the first embodiment, in this embodiment, the Ge content in the EB bonding portion 33 is substantially constant, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained. In addition, the Ge content in the SiGe uppermost layer 18c continuously decreases upward,
Since it is 0 in the portion adjacent to the film 19, the following effects can be exerted.

【0062】第1および第2の実施形態の場合、SiG
e膜18(SiGe上部層18b)の上端部におけるG
e含有率が0ではなく一定の値を有している。ところ
が、SiとGeとでは格子定数が4%程度相異なるの
で、SiGe上部層18bとSi膜19との間に格子不
整合が存在し、その結果、Si膜19やSiGe膜18
中に格子歪みによる結晶欠陥を生じるおそれがある。
In the case of the first and second embodiments, SiG
G at the upper end of the e film 18 (SiGe upper layer 18b)
The e content has a constant value instead of 0. However, since the lattice constants of Si and Ge differ from each other by about 4%, there is a lattice mismatch between the SiGe upper layer 18b and the Si film 19, and as a result, the Si film 19 and the SiGe film 18 are formed.
There is a risk that crystal defects may occur due to lattice distortion.

【0063】それに対し、本実施形態においては、Si
Ge膜18(SiGe最上部層18c)の上端部とSi
膜19との間に格子不整合がほとんど存在しないので、
SiGe膜18及びSi膜19中に格子歪みに起因する
結晶欠陥が発生するのを効果的に抑制することができ
る。
On the other hand, in the present embodiment, Si
The upper end portion of the Ge film 18 (SiGe uppermost layer 18c) and Si
Since there is almost no lattice mismatch with the film 19,
It is possible to effectively suppress the occurrence of crystal defects due to lattice distortion in the SiGe film 18 and the Si film 19.

【0064】−変形例− 図5は、本発明の第3の実施形態の変形例に係るSiG
e−HBTのIa-Ia 線断面(図1参照)における深さ方
向の不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図であ
る。本変形例のSiGe−HBTの基本的な構造は、第
1の実施形態における図1に示すとおりである。
-Modification- FIG. 5 shows a SiG according to a modification of the third embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (refer FIG. 1) of e-HBT. The basic structure of the SiGe-HBT of this modification is as shown in FIG. 1 in the first embodiment.

【0065】この変形例では、SiGe上部層18bに
おけるGe含有率が一定ではなく、エミッタ領域からコ
レクタ領域に向かう方向に緩やかに増大していて、バン
ドギャップの減少によるキャリアの加速機能を強化する
ように構成されている。そして、EB接合部33がSi
Ge上部層18b中に形成されていること、SiGe最
上部層18cのGe含有率がコレクタ領域からエミッタ
領域に向かう方向に急激に減少してSi膜19に隣接す
る部分でほぼ0になっていることは、第3の実施形態と
同様である。
In this modification, the Ge content in the SiGe upper layer 18b is not constant and gradually increases in the direction from the emitter region to the collector region, so that the function of accelerating carriers due to the decrease in band gap is enhanced. Is configured. Then, the EB joint 33 is made of Si.
It is formed in the Ge upper layer 18b, and the Ge content of the SiGe uppermost layer 18c sharply decreases in the direction from the collector region to the emitter region and becomes almost 0 in the portion adjacent to the Si film 19. This is the same as in the third embodiment.

【0066】本変形例においては、上述の第3の実施形
態と同じ効果に加えて、SiGe上部層18bにおける
内蔵電界により、第2の実施形態と同様にエミッタ領域
からベース領域に注入された少数キャリア(電子)に対
する加速機能を向上させることができる。
In this modification, in addition to the same effect as the third embodiment described above, a small number of electrons injected from the emitter region to the base region by the built-in electric field in the SiGe upper layer 18b as in the second embodiment. The acceleration function for carriers (electrons) can be improved.

【0067】結晶欠陥の発生を抑制しつつ、SiGeの
ナローバンドギャップによる高い電流増幅率と、傾斜組
成によるベース走行の高速化との双方を実現するために
は、SiGe上部層18bのGe含有率は、2%以上で
8%以下の範囲であり、かつ、SiGe上部層18bに
おけるGe含有率の変化幅が4%以内であるが好まし
い。
In order to realize both the high current amplification factor due to the narrow band gap of SiGe and the speeding up of base running due to the graded composition while suppressing the generation of crystal defects, the Ge content ratio of the SiGe upper layer 18b is set to It is preferable that the range is 2% or more and 8% or less, and the change width of the Ge content in the SiGe upper layer 18b is 4% or less.

【0068】なお、第3の実施形態又はその変形例にお
けるSiGe最上部層18cのSi膜19に接する部分
のGe含有率は必ずしも0でなくてもよく、0に近い値
であれば格子歪みによる結晶欠陥の発生を抑制する効果
は得られるが、より効果的に本実施形態の効果を発揮す
るためには、SiGe最上部層18cのSi膜19に隣
接する部分のGe含有率が0であることが好ましい。
The Ge content in the portion of the SiGe uppermost layer 18c in contact with the Si film 19 in the third embodiment or its modification does not necessarily have to be 0, and if it is a value close to 0, it will depend on the lattice strain. Although the effect of suppressing the generation of crystal defects can be obtained, in order to more effectively exert the effect of the present embodiment, the Ge content of the portion of the SiGe uppermost layer 18c adjacent to the Si film 19 is 0. It is preferable.

【0069】(第4の実施形態)本発明の第4の実施形
態のSiGe−HBTは、第1〜第3の実施形態と同様
に、EB接合部の位置の変動により生じる電流増幅率の
バラツキを抑えつつ、さらに、EB耐圧のバラツキを抑
制するための手段を設けたものである。
(Fourth Embodiment) As in the first to third embodiments, the SiGe-HBT of the fourth embodiment of the present invention has a variation in the current amplification factor caused by a change in the position of the EB junction. While further suppressing the above, a means for suppressing the variation in the EB breakdown voltage is further provided.

【0070】図6は、本発明の第4の実施形態に係るS
iGe−HBTのIa-Ia 線断面(図1参照)における深
さ方向の不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図で
ある。本実施形態のSiGe−HBTの基本的な構造
は、第1の実施形態における図1に示すとおりである。
FIG. 6 shows an S according to the fourth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (refer FIG. 1) of iGe-HBT. The basic structure of the SiGe-HBT of this embodiment is as shown in FIG. 1 in the first embodiment.

【0071】同図に示すように、本実施形態において
は、SiGe膜18が、アンドープ層であるSiGeバ
ッファ層18xと、Ge含有率が単調に連続的に変化す
るSiGe傾斜組成層18aと、Ge含有率がほぼ一定
のSiGe上部層18bとによって構成されている。そ
して、SiGe傾斜組成層18aにおいては、Ge含有
率が最小値(例えば2%〜8%の値)になり、エミッタ
領域からコレクタ領域に向かう方向に連続的に増大し
て、SiGeバッファ層18xに達したときにGe含有
率が最大値(例えば20%〜30%の値)となる。そし
て、SiGe上部層18bにおいては、Ge含有率はほ
ぼ一定値となっている。
As shown in the figure, in the present embodiment, the SiGe film 18 is composed of the SiGe buffer layer 18x which is an undoped layer, the SiGe gradient composition layer 18a whose Ge content changes monotonously and continuously, and the Ge layer. It is composed of the SiGe upper layer 18b having a substantially constant content. Then, in the SiGe graded composition layer 18a, the Ge content becomes the minimum value (for example, a value of 2% to 8%) and continuously increases in the direction from the emitter region to the collector region to form the SiGe buffer layer 18x. When it reaches, the Ge content becomes the maximum value (for example, a value of 20% to 30%). Then, in the SiGe upper layer 18b, the Ge content is almost constant.

【0072】また、ベースとなるP型不純物拡散領域3
2は、SiGe傾斜組成層18aとSiGe上部層18
bとに亘って形成されている。また、N型不純物拡散領
域31は、Si膜19からSiGe上部層18bの一部
に亘って形成されている。つまり、P型不純物拡散領域
32とN型不純物拡散領域31との境界部であるEB接
合部33は、SiGe上部層18b中の一部位に存在す
るように構成されている。つまり、エミッタ領域の形成
のための熱処理の際、N型不純物は、エミッタポリシリ
コン膜23からSi膜19だけでなく、その下方のSi
Ge膜18にまで達するが、製造プロセス条件の変動や
バラツキによってEB接合部33の位置が変動しても、
EB接合部33がSiGe上部層18b中の一部位にあ
るように、SiGe傾斜組成層18a,SiGe上部層
18b及びSi膜19の厚みがそれぞれ設定されてい
る。
The P-type impurity diffusion region 3 serving as the base
2 is the SiGe gradient composition layer 18a and the SiGe upper layer 18
It is formed over b. The N-type impurity diffusion region 31 is formed over the Si film 19 and a part of the SiGe upper layer 18b. That is, the EB junction 33, which is the boundary between the P-type impurity diffusion region 32 and the N-type impurity diffusion region 31, is configured to exist at one site in the SiGe upper layer 18b. In other words, during the heat treatment for forming the emitter region, the N-type impurities are not only from the emitter polysilicon film 23 to the Si film 19 but also to the Si below the Si film 19.
Although it reaches the Ge film 18, even if the position of the EB junction 33 changes due to fluctuations and variations in manufacturing process conditions,
The thicknesses of the SiGe gradient composition layer 18a, the SiGe upper layer 18b, and the Si film 19 are set so that the EB junction portion 33 is located at one site in the SiGe upper layer 18b.

【0073】つまり、製造プロセス条件の変動やバラツ
キにより、製造ロット間、ウエハ間及びウエハ面内で、
+ 型エミッタポリシリコン膜23からのN型不純物の
拡散深さが変動するが、変動範囲はプロセス条件から経
験的にわかるので、N型不純物の拡散深さの変動幅より
もSiGe上部層18bの厚みを大きくしておけば、E
B接合部33がほぼ確実にSiGe上部層18b中に形
成されるように設定することができる。
That is, due to fluctuations and variations in manufacturing process conditions, between manufacturing lots, between wafers, and within a wafer surface,
The diffusion depth of the N-type impurities from the N + -type emitter polysilicon film 23 varies, but the variation range can be empirically known from the process conditions. Therefore, the variation range of the diffusion depth of the N-type impurities is larger than that of the SiGe upper layer 18b. If the thickness of the
It can be set so that the B junction 33 is almost certainly formed in the SiGe upper layer 18b.

【0074】ところが、本実施形態においては、SiG
e膜18のSiGe傾斜組成層18a中のGe含有率が
エミッタ側に向かって大きく減少するのに伴い、SiG
e傾斜組成層18a中のB濃度含有率も低減している。
しかし、SiGe上部層18bにおいては、Ge含有率
がほぼ一定であるので、SiGe上部層18b中のB濃
度はほぼ一定に保たれている。
However, in this embodiment, SiG is used.
As the Ge content in the SiGe gradient composition layer 18a of the e film 18 greatly decreases toward the emitter side, SiG
The B concentration content in the e-gradient composition layer 18a is also reduced.
However, since the Ge content is substantially constant in the SiGe upper layer 18b, the B concentration in the SiGe upper layer 18b is kept substantially constant.

【0075】本実施形態においても、SiGe上部層1
8bの厚さ方向の中央位置と、N型不純物がエミッタポ
リシリコン膜23から拡散する深さの変動範囲の中心と
がほぼ一致するように設定することが好ましい。
Also in this embodiment, the SiGe upper layer 1 is formed.
It is preferable to set the center position of 8b in the thickness direction and the center of the variation range of the depth in which the N-type impurity diffuses from the emitter polysilicon film 23 substantially coincide with each other.

【0076】本実施形態においては、第1の実施形態と
同様に、EB接合部33におけるGe含有率がほぼ一定
であることから、第1の実施形態と同様に、N型不純物
の拡散深さのバラツキを考慮しても、Ge含有率がほぼ
一定であるSiGe上部層18bの中にEB接合部33
が存在するように各層の膜厚を調整することが容易であ
る。加えて、SiGe上部層18bにおけるB濃度がほ
ぼ一定に維持されているので、製造プロセス条件の変動
やバラツキがあっても、EB接合部33におけるB濃度
Ge含有率をほぼ一定に維持することができる。よっ
て、EB耐圧のバラツキを抑制することができる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the Ge content in the EB junction portion 33 is substantially constant, so that the diffusion depth of the N-type impurity is the same as in the first embodiment. In consideration of the variation of the EB junction 33 in the SiGe upper layer 18b in which the Ge content is almost constant.
It is easy to adjust the film thickness of each layer so that In addition, since the B concentration in the SiGe upper layer 18b is maintained substantially constant, it is possible to maintain the B concentration Ge content rate in the EB junction 33 substantially constant even if the manufacturing process conditions fluctuate or vary. it can. Therefore, it is possible to suppress variations in the EB breakdown voltage.

【0077】一方、Ge含有率の低下(GeH4 流量の
低下)につれてBの取り込まれ量を補償するようにB2
6 の流量を増大させることにより、SiGe膜中のB
濃度を一定に維持することは原理的には可能であるが、
この方法ではプロセスの複雑化を招く。
On the other hand, as the Ge content decreases (the GeH 4 flow rate decreases), the amount of B taken in is compensated for by B 2
By increasing the flow rate of H 6 , B in the SiGe film is increased.
It is possible in principle to keep the concentration constant,
This method complicates the process.

【0078】それに対し、本実施形態の場合には、Si
Ge膜を形成する際のB用のソースガス(B26 )の
流量をほぼ一定にするだけでよいので、簡素なプロセス
によって、EB耐圧のバラツキを確実に抑制することが
できる。
On the other hand, in the case of this embodiment, Si
Since it suffices to keep the flow rate of the source gas for B (B 2 H 6 ) at the time of forming the Ge film substantially constant, it is possible to reliably suppress the variation in the EB breakdown voltage by a simple process.

【0079】−変形例− 図7は、本発明の第4の実施形態の変形例に係るSiG
e−HBTのIa-Ia 線断面(図1参照)における深さ方
向の不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図であ
る。本変形例のSiGe−HBTの基本的な構造は、第
1の実施形態における図1に示すとおりである。
-Modification- FIG. 7 shows a SiG according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (refer FIG. 1) of e-HBT. The basic structure of the SiGe-HBT of this modification is as shown in FIG. 1 in the first embodiment.

【0080】この変形例では、SiGe上部層18bに
おけるGe含有率が一定ではなく、エミッタ領域からコ
レクタ領域に向かう方向に緩やかに増大していて、バン
ドギャップの減少によるキャリアの加速機能を強化する
ように構成されている。そして、EB接合部33がSi
Ge上部層18b中に形成されていることは、第4の実
施形態と同様である。
In this modification, the Ge content in the SiGe upper layer 18b is not constant and gradually increases in the direction from the emitter region to the collector region, so that the function of accelerating carriers due to the decrease in the band gap is enhanced. Is configured. Then, the EB joint 33 is made of Si.
The fact that it is formed in the Ge upper layer 18b is the same as in the fourth embodiment.

【0081】本変形例においては、上述の第4の実施形
態と同じ効果に加えて、SiGe上部層18bにおける
内蔵電界により、第2の実施形態と同様にエミッタ領域
からベース領域に注入された少数キャリア(電子)に対
する加速機能を向上させることができる。
In the present modification, in addition to the same effect as in the above-described fourth embodiment, a small number of electrons injected from the emitter region to the base region due to the built-in electric field in the SiGe upper layer 18b are used as in the second embodiment. The acceleration function for carriers (electrons) can be improved.

【0082】一方、SiGe上部層18bにおいては、
Ge含有率の変化に伴いB濃度も変化するが、SiGe
上部層18b中のGe含有率の変化はSiGe傾斜組成
層18a中のGe含有率の変化に比べて小さいので、S
iGe上部層18bにおけるB濃度の変化も小さい。よ
って、本変形例によっても、EB耐圧のバラツキを抑制
することができる。
On the other hand, in the SiGe upper layer 18b,
Although the B concentration also changes as the Ge content changes, SiGe
Since the change in the Ge content in the upper layer 18b is smaller than the change in the Ge content in the SiGe gradient composition layer 18a, S
The change in B concentration in the iGe upper layer 18b is also small. Therefore, the variation of the EB breakdown voltage can also be suppressed by this modification.

【0083】なお、第4の実施形態又はその変形例にお
いても、第3の実施形態のようなGeの傾斜組成を有す
るSiGe最上部層18cを設けることができる。
In the fourth embodiment or its modification, the SiGe uppermost layer 18c having the graded composition of Ge as in the third embodiment can be provided.

【0084】(その他の実施形態)上記第1〜第4の実
施形態においては、本発明をSi/SiGeヘテロ接合
を有するバイポーラトランジスタ(SiGe−HBT)
に適用した例について説明したが、本発明を、Si/S
iGeC又はSiGe/SiGeCヘテロ接合を有する
バイポーラトランジスタに適用しても、上記第1〜第4
の実施形態と同様の効果を発揮することができる。その
場合、ベース層をSiとGeとカーボン(C)とを含む
3元系の混晶半導体層とすることになる。
(Other Embodiments) In the above-mentioned first to fourth embodiments, the present invention is applied to a bipolar transistor (SiGe-HBT) having a Si / SiGe heterojunction.
However, the present invention can be applied to Si / S
Even when applied to a bipolar transistor having an iGeC or SiGe / SiGeC heterojunction, the above first to fourth
The same effect as that of the above embodiment can be exhibited. In that case, the base layer is a ternary mixed crystal semiconductor layer containing Si, Ge, and carbon (C).

【0085】さらに、本発明を、上記第1〜第4の実施
形態のような混晶半導体層を有するHBTではなく、例
えば、インジウム(In)とガリウム(Ga)とPとを
含む化合物半導体層を有するHBTに適用しても、上記
第1〜第4の実施形態と同様の効果を発揮することがで
きる。
Further, the present invention is not limited to the HBT having the mixed crystal semiconductor layer as in the first to fourth embodiments, but a compound semiconductor layer containing, for example, indium (In), gallium (Ga) and P. Even when applied to the HBT having, the same effects as those of the above-described first to fourth embodiments can be exhibited.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、キャリア
加速のためにベース領域のバンドギャップを傾斜させた
構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおい
て、EB接合部の位置が変動しても、EB接合部におけ
るバンドギャップのバラツキを抑制することができ、よ
って、高速動作を維持しつつ、高い電流増幅率を安定し
て発揮することができる。
According to the semiconductor device of the present invention, in the heterojunction bipolar transistor having a structure in which the bandgap of the base region is inclined for carrier acceleration, even if the position of the EB junction changes, It is possible to suppress variations in band gap between the parts, and thus it is possible to stably exhibit a high current amplification factor while maintaining high-speed operation.

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

【図1】本発明の第1の実施形態におけるSiGe−H
BTの断面図である。
FIG. 1 is a SiGe-H according to a first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of BT.

【図2】本発明の第1の実施形態に係るSiGe−HB
TのIa-Ia 線断面(図1)における深さ方向の不純物濃
度分布とGe含有率変化とを示す図である。
FIG. 2 is a SiGe-HB according to the first embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (FIG. 1) of T.

【図3】本発明の第2の実施形態に係るSiGe−HB
TのIa-Ia 線断面(図1)における深さ方向の不純物濃
度分布とGe含有率変化とを示す図である。
FIG. 3 is a SiGe-HB according to a second embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (FIG. 1) of T.

【図4】本発明の第3の実施形態に係るSiGe−HB
TのIa-Ia 線断面(図1)における深さ方向の不純物濃
度分布とGe含有率変化とを示す図である。
FIG. 4 is a SiGe-HB according to a third embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (FIG. 1) of T.

【図5】本発明の第3の実施形態の変形例に係るSiG
e−HBTのIa-Ia 線断面(図1)における深さ方向の
不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図である。
FIG. 5 is a SiG according to a modification of the third embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (FIG. 1) of e-HBT.

【図6】本発明の第4の実施形態に係るSiGe−HB
TのIa-Ia 線断面(図1)における深さ方向の不純物濃
度分布とGe含有率変化とを示す図である。
FIG. 6 is a SiGe-HB according to a fourth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (FIG. 1) of T.

【図7】本発明の第4の実施形態の変形例に係るSiG
e−HBTのIa-Ia 線断面(図1)における深さ方向の
不純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図である。
FIG. 7 is a SiG according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the impurity concentration distribution and Ge content change of the depth direction in the Ia-Ia line cross section (FIG. 1) of e-HBT.

【図8】従来のSiGe−HBTの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional SiGe-HBT.

【図9】傾斜組成を有するSiGe−HBTとSi−B
Tとのバンド構造を比較するためのエネルギーバンド図
である。
FIG. 9: SiGe-HBT and Si-B having a graded composition
It is an energy band diagram for comparing the band structure with T.

【図10】図8に示すX-X 線断面における深さ方向の不
純物濃度分布とGe含有率変化とを示す図である。
10 is a diagram showing an impurity concentration distribution in the depth direction and a Ge content change in a cross section taken along line XX shown in FIG.

【図11】SiGe傾斜組成層でのN型不純物の拡散深
さのバラツキを説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining variations in diffusion depth of N-type impurities in the SiGe graded composition layer.

【図12】B26 の流量が一定であるとした場合の従
来のSiGe−HBTにおける深さ方向の不純物濃度分
布とGe含有率変化とを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the impurity concentration distribution in the depth direction and the Ge content change in the conventional SiGe-HBT when the flow rate of B 2 H 6 is constant.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 Si基板 12 Siエピタキシャル層 18 SiGe膜 18a SiGe傾斜組成層 18b SiGe上部層 18c SiGe最上部層 18x SiGeバッファ層 19 Si膜 20 N+ 型埋め込み層 21 N+ 型コレクタ引き出し層 22 N- 型コレクタ拡散層 23 N+ 型エミッタポリシリコン膜 24 P+ 型ベースポリシリコン膜 26 LOCOS分離 27 ディープトレンチ分離 31 N型不純物拡散領域 32 P型不純物拡散領域 33 EB接合部11 Si substrate 12 Si epitaxial layer 18 SiGe film 18a SiGe gradient composition layer 18b SiGe upper layer 18c SiGe uppermost layer 18x SiGe buffer layer 19 Si film 20 N + type buried layer 21 N + type collector extraction layer 22 N type collector diffusion Layer 23 N + type emitter polysilicon film 24 P + type base polysilicon film 26 LOCOS isolation 27 deep trench isolation 31 N type impurity diffusion region 32 P type impurity diffusion region 33 EB junction

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の半導体層を有する基板と、 上記第1の半導体層の上に設けられ、上記第1の半導体
層よりもバンドギャップが小さく、かつ、混晶半導体か
らなる第2の半導体層と、 上記第2の半導体層の上に設けられ、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の半導体層とを備
え、 上記第1の半導体層の少なくとも一部が第1導電型不純
物を含むコレクタ領域であり、上記第2の半導体層の少
なくとも一部が第2導電型不純物を含むベース領域であ
り、上記第3の半導体層の少なくとも一部が第1導電型
不純物を含むエミッタ領域であるヘテロ接合バイポーラ
トランジスタとして機能する半導体装置であって、 上記第2の半導体層は、上記コレクタ領域からエミッタ
領域に向かう方向にバンドギャップが大きくなる組成を
有する傾斜組成層と、バンドギャップの変化率が上記傾
斜組成層のバンドギャップの変化率よりも小さくなる組
成を有する上部層とを有し、 エミッタ・ベース接合部が上記第2の半導体層の上部層
中に形成されていることを特徴とする半導体装置。
1. A substrate having a first semiconductor layer, and a second semiconductor provided on the first semiconductor layer, having a bandgap smaller than that of the first semiconductor layer, and made of a mixed crystal semiconductor. A semiconductor layer; and a third semiconductor layer provided on the second semiconductor layer and having a bandgap larger than that of the second semiconductor layer, wherein at least a part of the first semiconductor layer is the first semiconductor layer. A collector region containing a conductivity type impurity, at least a part of the second semiconductor layer being a base region containing a second conductivity type impurity, and a part of the third semiconductor layer containing a first conductivity type impurity. A semiconductor device that functions as a heterojunction bipolar transistor that is an emitter region including the second semiconductor layer, the bandgap of which increases in a direction from the collector region to the emitter region. And a top layer having a composition in which the rate of change of the bandgap is smaller than the rate of change of the bandgap of the graded composition layer, and the emitter-base junction has the second semiconductor layer of A semiconductor device characterized by being formed in an upper layer.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置において、 上記第2の半導体層のうち上部層における混晶半導体の
組成がほぼ一定であり、上記上部層におけるバンドギャ
ップがほぼ一定であることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the composition of the mixed crystal semiconductor in the upper layer of the second semiconductor layer is substantially constant, and the band gap in the upper layer is substantially constant. Characteristic semiconductor device.
【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置において、 上記第2の半導体層のうち上部層における混晶半導体の
組成がほぼ連続的に変化しており、上記上部層のバンド
ギャップが上記コレクタ領域からエミッタ領域に向かう
方向に大きくなるように変化していることを特徴とする
半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the composition of the mixed crystal semiconductor in the upper layer of the second semiconductor layer changes substantially continuously, and the band gap of the upper layer is the collector. The semiconductor device is characterized in that it is changed so as to increase in the direction from the region to the emitter region.
【請求項4】 請求項1〜3のうちいずれか1つの半導
体装置において、 上記第2の半導体層は、上記上部層の上に、バンドギャ
ップが上記コレクタ領域からエミッタ領域に向かう方向
に大きくなり、かつ、その変化率が上記上部層のバンド
ギャップの変化率よりも大きい最上部層をさらに有して
いることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer has a band gap that increases in a direction from the collector region to the emitter region on the upper layer. A semiconductor device further comprising an uppermost layer having a rate of change larger than a rate of change of the band gap of the upper layer.
【請求項5】 請求項4に記載の半導体装置において、 上記第2の半導体層はSiGe層であり、 上記第3の半導体層はSi層であって、 上記第2の半導体層の上部層におけるGe含有率が2%
以上で8%以下の範囲にあることを特徴とする半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the second semiconductor layer is a SiGe layer, the third semiconductor layer is a Si layer, and the second semiconductor layer is an upper layer of the second semiconductor layer. Ge content is 2%
The semiconductor device is in the range of 8% or less.
【請求項6】 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載
の半導体装置において、 上記第2の半導体層はSiGe層であり、 上記第3の半導体層はSi層であって、 上記第2の半導体層の上部層におけるGe含有率の変化
幅が4%以内であることを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is a SiGe layer, and the third semiconductor layer is a Si layer. 2. The semiconductor device characterized in that the variation rate of the Ge content in the upper layer of the second semiconductor layer is within 4%.
【請求項7】 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載
の半導体装置であって、 上記第2の半導体層は、Si,Ge及びCを含む3元系
の混晶半導体層であり、 上記第3の半導体層はSi層であることを特徴とする半
導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is a ternary mixed crystal semiconductor layer containing Si, Ge and C. The semiconductor device, wherein the third semiconductor layer is a Si layer.
【請求項8】 請求項1〜7のうちいずれか1つに記載
の半導体装置であって、 上記エミッタ・ベース接合部は、上記第2の半導体層の
上記上部層のほぼ中央に位置していることを特徴とする
半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the emitter-base junction is located substantially in the center of the upper layer of the second semiconductor layer. A semiconductor device characterized in that
【請求項9】 請求項1〜8のうちいずれか1つに記載
の半導体装置であって、 上記第2の半導体層の傾斜組成層中の不純物濃度は、上
記コレクタ領域からエミッタ領域に向かう方向にバンド
ギャップの増大とともに減少し、上記第2の半導体層の
上記上部層中の不純物濃度はほぼ一定であることを特徴
とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration in the graded composition layer of the second semiconductor layer is in a direction from the collector region to the emitter region. The semiconductor device is characterized in that the impurity concentration in the upper layer of the second semiconductor layer is substantially constant and decreases as the band gap increases.
【請求項10】 請求項9に記載の半導体装置であっ
て、 上記第2の半導体層はSiGe層であり、 上記第2の半導体層中の上記不純物はボロン(B)であ
ることを特徴とする半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the second semiconductor layer is a SiGe layer, and the impurity in the second semiconductor layer is boron (B). Semiconductor device.
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