JP3374813B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3374813B2 JP34426599A JP34426599A JP3374813B2 JP 3374813 B2 JP3374813 B2 JP 3374813B2 JP 34426599 A JP34426599 A JP 34426599A JP 34426599 A JP34426599 A JP 34426599A JP 3374813 B2 JP3374813 B2 JP 3374813B2
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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、エミッタ接合の深
さに偏差が発生しても、回路設計上は、バイアス電圧が
偏差をもたないバイポーラトランジスタとその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar transistor in which a bias voltage does not have a deviation in circuit design even if a deviation occurs in the depth of an emitter junction, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラトランジスタを用いた論理回
路では、差動対(差動増幅対)が多段接続されて使用さ
れることが多い。差動対は、2つのバイポーラトランジ
スタ(以下、トランジスタ)から構成されており、それ
ぞれのトランジスタのエミッタは共通の定電流源に接続
され、コレクタは抵抗を介して電源に接続された回路形
式をしている。このような回路形式の差動対を複数段接
続した論理回路では、動作している段のトランジスタの
ベースに異なる電圧を印加する。つまり、入力電圧が印
加されると、トランジスタの動作する段が切り替わり、
次の段のトランジスタが動作する。
2. Description of the Related Art In a logic circuit using bipolar transistors, differential pairs (differential amplification pairs) are often connected in multiple stages. The differential pair is composed of two bipolar transistors (hereinafter referred to as transistors). The emitter of each transistor is connected to a common constant current source, and the collector is connected to a power source through a resistor. ing. In a logic circuit in which a plurality of stages of such differential pairs are connected, different voltages are applied to the bases of the transistors in the operating stages. That is, when the input voltage is applied, the operating stage of the transistor switches,
The transistor in the next stage operates.

【0003】一般に、バイポーラトランジスタを用いた
論理回路では、入力しきい値電圧VINとして、トランジ
スタのベース・エミッタ間順方向電圧VBEが利用され
ている。
Generally, in a logic circuit using a bipolar transistor, a base-emitter forward voltage V BE of the transistor is used as an input threshold voltage VIN.

【0004】例えば、差動増幅回路を構成している全て
のトランジスタが全く同一の特性を有しているならば、
その回路は設計値通りの特性を得ることができる。しか
し、実際には、トランジスタの特性は少しずつ異なる。
このため、対をなす各トランジスタの入力しきい値電圧
がばらつき、ひいては、差動対の切替電圧V(差動対
を構成する2つのトランジスタのいずれが動作するかを
切り替える電圧)に偏差が生じる。
For example, if all the transistors forming the differential amplifier circuit have exactly the same characteristics,
The circuit can obtain the characteristics as designed. However, in reality, the characteristics of transistors are slightly different.
Therefore, the input threshold voltage of each transistor forming a pair varies, and as a result, there is a deviation in the switching voltage V f of the differential pair (the voltage that switches which of the two transistors forming the differential pair operates). Occurs.

【0005】差動対の切替電圧Vは、回路設計上、同
一とすべく作製されたトランジスタにおいて、同一のコ
レクタ電流を得るためにベース・エミッタ間に印加され
る電圧であるので、差動対の切替電圧Vに偏差が生じ
ると、一対の入力電圧が全く同一の場合であっても、コ
レクタに出力される電流がトランジスタ対毎に異なって
くる。
The switching voltage V f of the differential pair is a voltage applied between the base and the emitter in order to obtain the same collector current in the transistors manufactured to have the same circuit design. If a deviation occurs between the pair of switching voltages V f , the current output to the collector differs for each transistor pair even when the pair of input voltages are exactly the same.

【0006】このようなことから、差動対が多段接続さ
れている論理回路を動作させた場合、各段の差動対の切
替電圧Vの偏差と、それに伴って次段の差動対に伝達
される信号対の偏差とが相まって、段が進むに従って、
偏差が増幅されてしまい、電源電圧の変動などに対する
回路動作マージンの低下、周波数特性の劣化などを引き
起こす場合がある。
From the above, when the logic circuit in which the differential pairs are connected in multiple stages is operated, the deviation of the switching voltage V f of the differential pair of each stage and the differential pair of the next stage accordingly. Coupled with the deviation of the signal pair transmitted to the
The deviation may be amplified, which may cause a decrease in circuit operation margin with respect to fluctuations in the power supply voltage and deterioration of frequency characteristics.

【0007】差動対の切替電圧Vに偏差が生じる主な
要因として、(1)エミッタ・ベース接合の実効的な面
積の偏差、(2)エミッタ抵抗等、抵抗の偏差、(3)
ベース・プロファイル等、プロファイルの偏差などが挙
げられる。
The main causes of the deviation of the switching voltage V f of the differential pair are (1) deviation of the effective area of the emitter-base junction, (2) deviation of resistance such as emitter resistance, and (3)
The deviation of the profile such as the base profile is included.

【0008】これらの要因のうち、(1)エミッタ・ベ
ース接合の実効的な面積の偏差は、リソグラフィ技術の
進歩により、エミッタ・ベース接合の実効的な面積のば
らつきを抑え、一定の範囲以内に抑えることができるよ
うになった。
Among these factors, (1) the deviation of the effective area of the emitter-base junction is kept within a certain range by suppressing the variation of the effective area of the emitter-base junction due to the progress of lithography technology. I can control it.

【0009】また、(2)エミッタ抵抗の偏差は、エミ
ッタ・ベース接合の実効的な面積の偏差に依存する。つ
まり、エミッタ抵抗は、エミッタ・ベース接合面積に依
存し、その影響を受けるので、接合面積の偏差を抑制で
きればエミッタ抵抗の偏差も抑制することができる。す
なわち、接合面積が大きければ、エミッタ抵抗は小さく
なり、接合面積が小さければ、エミッタ抵抗は大きくな
る。
(2) The deviation of the emitter resistance depends on the deviation of the effective area of the emitter-base junction. That is, since the emitter resistance depends on the emitter-base junction area and is affected by it, the deviation in the junction area can be suppressed if the deviation in the junction area can be suppressed. That is, if the junction area is large, the emitter resistance is small, and if the junction area is small, the emitter resistance is large.

【0010】このように、(1)、(2)の要因による
差動対の切り替え電圧Vの偏差は従来技術を用いて抑
制することが可能である。
As described above, the deviation of the switching voltage V f of the differential pair due to the factors (1) and (2) can be suppressed by using the conventional technique.

【0011】しかし、(3)ベース・プロファイルの偏
差については、従来有効な解決手法は提案されていな
い。近年、バイポーラトランジスタの製造においては、
その遮断周波数fを向上させるために、極浅接合化さ
れているため、ベース・プロファイルの偏差は顕著にあ
らわれ、その影響は大きい。
However, regarding (3) the deviation of the base profile, no effective solution has been proposed so far. In recent years, in the manufacture of bipolar transistors,
In order to improve the cutoff frequency f T , since the junction is made extremely shallow, the deviation of the base profile appears remarkably and its influence is great.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】バイポーラトランジス
タの製造において、ベース形成に用いられる技術には、
イオン注入法やエピタキシャル成長法がある。
In the production of bipolar transistors, the techniques used for forming the base include
There are an ion implantation method and an epitaxial growth method.

【0013】イオン注入法によってベース領域が形成さ
れた場合、ベース領域に含まれる不純物の濃度プロファ
イルは、ガウス分布に近いプロファイルとなり、深さ方
向で変化するプロファイルとなっている。そのため、エ
ミッタ領域が形成されたとき、その接合面にばらつきが
生じてしまう。
When the base region is formed by the ion implantation method, the concentration profile of the impurities contained in the base region is a profile close to a Gaussian distribution, which is a profile that changes in the depth direction. Therefore, when the emitter region is formed, the bonding surface of the emitter region varies.

【0014】これに対して、エピタキシャル成長法によ
ってベース領域が形成された場合、ベース領域に含まれ
るp型(又はn型)不純物の濃度は、エミッタ接合の深
さに関係しない。つまり、同一ウエハ上のどのトランジ
スタにおいてもベース領域に含まれるのp型(又はn
型)不純物の濃度は同一の値を示す。一方、エミッタ領
域は、ベース領域にn型(又はp型)不純物を熱拡散又
はイオン注入することによって形成されるため、トラン
ジスタ毎にn型(又はp型)不純物の濃度分布が異な
る。よって、エミッタ接合の深さが偏差を持つことにな
る。
On the other hand, when the base region is formed by the epitaxial growth method, the concentration of the p-type (or n-type) impurity contained in the base region is not related to the depth of the emitter junction. That is, p-type (or n-type) included in the base region of any transistor on the same wafer
(Type) impurities have the same concentration. On the other hand, since the emitter region is formed by thermally diffusing or ion-implanting an n-type (or p-type) impurity in the base region, the concentration distribution of the n-type (or p-type) impurity differs for each transistor. Therefore, the depth of the emitter junction has a deviation.

【0015】また、オーミック性の抵抗を下げるため
に、エミッタを形成すべき領域上にポリシリコン膜等を
形成することがある。この場合、ポリシリコン膜等から
不純物拡散を行ってエミッタを形成するのだが、ポリシ
リコン膜等の多結晶膜と、エミッタを形成すべき領域上
との間に形成された自然酸化膜等により、拡散にばらつ
きが生じる。その結果、エミッタ接合の深さにばらつき
が生じることになる。
Further, in order to reduce ohmic resistance, a polysilicon film or the like may be formed on a region where an emitter is to be formed. In this case, the emitter is formed by performing impurity diffusion from the polysilicon film or the like. However, due to the natural oxide film formed between the polycrystalline film such as the polysilicon film and the region where the emitter is to be formed, There are variations in diffusion. As a result, the depth of the emitter junction varies.

【0016】このように、ベース領域に含まれる不純物
の濃度が深さ方向で変化したり、エミッタ接合の深さも
偏差を持つことが、ベース・プロファイルの偏差の原因
となっている。さらに、そのことは、ベース幅Wに偏
差を生じさせる原因にもなっている。
As described above, the concentration of impurities contained in the base region changes in the depth direction and the depth of the emitter junction also has a deviation, which causes the deviation of the base profile. Further, that also causes a deviation in the base width W B.

【0017】バイポーラトランジスタのベースを流れる
電流は拡散電流であるので、ベース幅Wは、トランジ
スタの入力に印加された電圧がある一定値VBEで固定
されているとき(入力しきい値電圧がVBEであると
き)、コレクタ電流Iに対して、I∝1/Wとい
う関係をもつ。即ち、コレクタ電流はベース幅に反比例
する。このことより、ベース幅Wの変化に伴い、コレ
クタ電流Iも変化することがわかる。つまり、エミッ
タ接合の深さの偏差は、コレクタ電流Iに影響を及ぼ
していることになる。
Since the current flowing through the base of the bipolar transistor is a diffusion current, the base width W B is fixed when the voltage applied to the input of the transistor is fixed at a certain value V BE (the input threshold voltage is when a V bE), with respect to the collector current I C, having the relationship of I C α1 / W B. That is, the collector current is inversely proportional to the base width. From this, it is understood that the collector current I C also changes as the base width W B changes. That is, the deviation in the depth of the emitter junction affects the collector current I C.

【0018】多段接続の差動増幅回路では、コレクタ電
流IがΔIcだけ異なると、抵抗Rを介して出力され
る電圧が異なるため、次段のトランジスタのベースに印
加される電圧R×ΔIcだけが異なってくる。つまり、
コレクタ電流Iの変化は、差動対の切替電圧V(バ
イアス電圧V)に影響を及ぼしていることになる。
In the multi-stage differential amplifier circuit, when the collector current I C differs by ΔIc, the voltage output through the resistor R differs, so that only the voltage R × ΔIc applied to the base of the transistor in the next stage. Will be different. That is,
The change in the collector current I C affects the switching voltage V f (bias voltage V f ) of the differential pair.

【0019】このため、多段接続の差動増幅回路におい
て、トランジスタのエミッタ接合の深さが異なっている
と、コレクタ電流Iが異なるため、差動対の切替電圧
(バイアス電圧V)に偏差が生じてしまう。
Therefore, in the multistage differential amplifier circuit, when the emitter junctions of the transistors are different in depth, the collector current I C is different, and therefore the switching voltage V f (bias voltage V f ) of the differential pair. Deviation will occur.

【0020】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、回路設計上、バイアス電圧が偏差
を持ちにくいバイポーラトランジスタとその製造方法を
提供することにある。また、本発明は、回路設計を容易
にし、また、所期の特性を有する回路を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a bipolar transistor in which bias voltage is less likely to have a deviation in circuit design and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to facilitate circuit design and provide a circuit having desired characteristics.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の観点に係るバイポーラトランジスタ
は、コレクタ領域と、ベース領域と、エミッタ領域とを
備えるバイポーラトランジスタにおいて、前記ベース領
域のうち少なくともエミッタ領域に接する部分を含む領
域は、真性キャリア濃度の2乗が、深さに対して、傾き
が負の一次関数的に変化するプロファイルを有する、こ
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, a bipolar transistor according to a first aspect of the present invention is a bipolar transistor having a collector region, a base region and an emitter region, wherein the base region is A region including at least a portion in contact with the emitter region has a profile in which the square of the intrinsic carrier concentration has a negative linear function change with respect to depth.

【0022】また、本発明の第2の観点に係るバイポー
ラトランジスタは、コレクタ領域と、ベース領域と、エ
ミッタ領域とを備えるバイポーラトランジスタにおい
て、前記ベース領域のうち少なくともエミッタ領域に接
する部分を含む領域は、その真性キャリア濃度nが、
近似的に前述の数式1に示すプロファイルを有すること
を特徴とする。
A bipolar transistor according to a second aspect of the present invention is a bipolar transistor having a collector region, a base region and an emitter region, wherein a region including at least a portion of the base region in contact with the emitter region is , Its intrinsic carrier concentration ni is
It is characterized in that it has approximately the profile shown in the above-mentioned mathematical expression 1.

【0023】第1及び第2の観点に係るバイポーラトラ
ンジスタによれば、少なくともエミッタ領域に接する部
分のベース領域において真性キャリア濃度nが、図2
に例示するように、深さに対して、直線的に減少する。
このような特性をベース領域に与えると、エミッタとベ
ースとの接合面の深さが変化したとしても、コレクタ電
流の変化があまり起こらない。従って、バイアス電圧の
偏差が小さいバイポーラトランジスタやその差動対が得
られ、回路設計が容易になり、また、回路が偏差の影響
を受けずに動作可能となる。
According to the bipolar transistor according to the first and second aspects, the intrinsic carrier concentration n i at the base region of the portion in contact with at least the emitter region, FIG. 2
As illustrated in, the depth decreases linearly.
When such characteristics are given to the base region, the collector current does not change so much even if the depth of the junction surface between the emitter and the base changes. Therefore, a bipolar transistor having a small bias voltage deviation and a differential pair thereof can be obtained, the circuit design becomes easy, and the circuit can operate without being affected by the deviation.

【0024】また、本発明の第3の観点に係るバイポー
ラトランジスタは、コレクタ領域と、ベース領域と、エ
ミッタ領域とを備えるバイポーラトランジスタにおい
て、前記ベース領域の一部又は全部は、シリコンとゲル
マニウムとの合金から成る半導体材料から構成され、少
なくともエミッタ領域に接する部分のベース領域におい
てゲルマニウムの割合が、深さ方向に対して、対数関数
的に変化するプロファイルを有することを特徴とする。
A bipolar transistor according to a third aspect of the present invention is a bipolar transistor having a collector region, a base region, and an emitter region, wherein a part or all of the base region is made of silicon and germanium. It is characterized in that it is made of a semiconductor material made of an alloy and has a profile in which the proportion of germanium at least in the base region in contact with the emitter region changes logarithmically in the depth direction.

【0025】また、本発明の第4の観点に係るバイポー
ラトランジスタは、コレクタ領域と、ベース領域と、エ
ミッタ領域とを備えるバイポーラトランジスタにおい
て、前記ベース領域の一部又は全部は、シリコンとゲル
マニウムとの合金Si1− Geから成る半導体材料
から構成され、少なくともエミッタ領域に接する部分の
ベース領域においてゲルマニウムの組成比aが、前述の
数式2に示すプロファイルを有することを特徴とする。
A bipolar transistor according to a fourth aspect of the present invention is a bipolar transistor having a collector region, a base region, and an emitter region, wherein a part or all of the base region is made of silicon and germanium. It is characterized in that it is made of a semiconductor material made of an alloy Si 1- a Ge a, and the composition ratio a of germanium has a profile expressed by the above-mentioned mathematical expression 2 in at least a portion of the base region in contact with the emitter region.

【0026】第3及び第4の観点に係るバイポーラトラ
ンジスタによれば、ベース半導体材料の組成比が、図1
に例示するように、深さ方向に対して、対数関数的に変
化する。ベース領域をこのような組成で形成すると、エ
ミッタとベースとの接合面の深さが変化したとしても、
コレクタ電流の変化があまり起こらない。従って、バイ
アス電圧の偏差が小さいバイポーラトランジスタやその
差動対が得られ、回路設計が容易になり、また、回路が
偏差の影響を受けずに動作可能となる。
According to the bipolar transistors of the third and fourth aspects, the composition ratio of the base semiconductor material is as shown in FIG.
As illustrated in, the logarithmic function changes in the depth direction. When the base region is formed with such a composition, even if the depth of the junction surface between the emitter and the base changes,
The collector current does not change much. Therefore, a bipolar transistor having a small bias voltage deviation and a differential pair thereof can be obtained, the circuit design becomes easy, and the circuit can operate without being affected by the deviation.

【0027】本発明の第5の観点に係るバイポーラトラ
ンジスタの製造方法は、コレクタとして機能する半導体
層上に、真性キャリア濃度の2乗が、深さに対して、傾
きが負の一次関数的に変化するプロファイルを有し、ベ
ースとして機能する単結晶半導体層を形成し、形成され
たベース層に不純物を添加してエミッタ領域として機能
する単結晶半導体層を形成する、ことを特徴とする。
In the method for manufacturing a bipolar transistor according to the fifth aspect of the present invention, the square of the intrinsic carrier concentration has a negative linear function with respect to the depth on a semiconductor layer functioning as a collector. A single crystal semiconductor layer having a changing profile and functioning as a base is formed, and an impurity is added to the formed base layer to form a single crystal semiconductor layer functioning as an emitter region.

【0028】また、本発明の第6の観点に係るバイポー
ラトランジスタの製造方法は、コレクタとして機能する
半導体層上に、シリコンとゲルマニウムとの合金から成
る半導体材料から構成され、少なくともエミッタ領域に
接する部分のベース領域においてゲルマニウムの割合
が、深さ方向に対して、対数関数的に変化するプロファ
イルを有することを特徴とする。
Further, in the method for manufacturing a bipolar transistor according to the sixth aspect of the present invention, a portion which is made of a semiconductor material made of an alloy of silicon and germanium and is in contact with at least the emitter region is formed on the semiconductor layer which functions as a collector. In the base region, the ratio of germanium has a profile that changes logarithmically in the depth direction.

【0029】また、本発明の第7の観点に係るバイポー
ラトランジスタの製造方法は、半導体基板上に、シリコ
ンとゲルマニウムとの合金Si1−aGeから成る半
導体材料から構成され、少なくともエミッタ領域に接す
る部分のベース領域においてゲルマニウムの組成比a
が、前記数式2に示すプロファイルを有する合成半導体
層を形成し、この合成半導体層の表面領域に不純物を拡
散してエミッタ領域を形成する、ことを特徴とする。
Further, a method of manufacturing a bipolar transistor according to a seventh aspect of the present invention is configured such that a semiconductor material made of an alloy Si 1-a Ge a of silicon and germanium is formed on a semiconductor substrate and at least an emitter region is formed. The germanium composition ratio a in the contact base region
The method is characterized by forming a synthetic semiconductor layer having the profile shown in Formula 2 and diffusing impurities into the surface region of the synthetic semiconductor layer to form an emitter region.

【0030】前記ベース領域は、例えば、エピタキシャ
ル成長により形成される。
The base region is formed, for example, by epitaxial growth.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
1〜3を用いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0032】図1は、本実施の形態のベース半導体材料
組成のプロファイルを示す。図2は、本実施の形態の真
性キャリア濃度のプロファイルを示す。図3は、本実施
の形態における半導体装置の製造工程の断面図である。
FIG. 1 shows the profile of the base semiconductor material composition of this embodiment. FIG. 2 shows a profile of the intrinsic carrier concentration of this embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment.

【0033】本実施の形態に係るトランジスタは、ベー
ス半導体材料にSi(シリコン)とGe(ゲルマニウ
ム)とからなるSiGe合金が用いられているnpn型
バイポーラトランジスタ(以下、トランジスタ)であ
る。ベース領域にはB(ボロン)がドープされており、
エミッタ領域にはP(リン)がドープされている。
The transistor according to this embodiment is an npn-type bipolar transistor (hereinafter referred to as a transistor) in which a SiGe alloy made of Si (silicon) and Ge (germanium) is used as a base semiconductor material. The base region is doped with B (boron),
The emitter region is doped with P (phosphorus).

【0034】まず、多段接続の差動増幅回路において、
差動対の切替電圧Vが偏差を持たないようにするため
に、同一のコレクタ電流Iを得るための原理について
説明する。
First, in a multistage differential amplifier circuit,
The principle for obtaining the same collector current I C in order to prevent the switching voltage V f of the differential pair from having a deviation will be described.

【0035】トランジスタのエミッタ接地電流増幅率h
FEは、70〜200程度の値を有するので、トランジ
スタ単体において、その電流増幅率hFEをhFE≒1
00とすると、(コレクタ電流I)=(エミッタ電流
)−(ベース電流I)≒(エミッタ電流I)と
みなすことができ、数式3が成立する。
Common emitter current amplification factor h of transistor
FE is because it has a value of about 70 to 200, in the transistor alone, its current amplification factor h FE h FE ≒ 1
When it is set to 00, it can be considered that (collector current I C ) = (emitter current I E ) − (base current I B ) ≈ (emitter current I E ), and Formula 3 holds.

【数3】 ここで、A:エミッタ接合面積、q:電気素量、
:ベース幅、N(x):深さxにおけるベース不
純物濃度、D(x):深さxにおける少数キャリアの
拡散定数、n(x):深さxにおける真性キャリア濃
度、VBE:バイアス電圧、x:ベース領域中における
位置(即ち、エミッタ接合面からの深さ)とする。
[Equation 3] Where A E : emitter junction area, q: elementary charge,
W B: base width, N B (x): base impurity concentration at a depth x, D n (x): diffusion constant of the minority carriers in the depth x, n i (x): the intrinsic carrier concentration in the depth x, V BE : bias voltage, x: position in base region (that is, depth from emitter junction surface).

【0036】ここで、理解を容易にするために、中性ベ
ース領域のうちエミッタに接触している領域の真性キャ
リア濃度をn、ベース中の少数キャリア拡散定数の平
均的な値をD、ベース不純物濃度の平均的な値をN
とすると、数式3は、数式4に近似できる。
Here, in order to facilitate understanding, the intrinsic carrier concentration of the region of the neutral base region in contact with the emitter is n i , and the average value of the minority carrier diffusion constants in the base is D n. , The average value of the base impurity concentration is N B
Then, Equation 3 can be approximated to Equation 4.

【数4】 [Equation 4]

【0037】差動対の切替電圧Vが偏差を持たないよ
うにするためには、ベース幅WがばらつきΔWを持
っても、数式4に示すIが変動しないようにすればよ
い。
In order to prevent the switching voltage V f of the differential pair from having a deviation, I C shown in the equation 4 does not change even if the base width W B has a variation ΔW B. .

【0038】そこで、エミッタ接合が最も浅いトランジ
スタのエミッタ接合の位置を基準とし、最も浅いエミッ
タ接合位置と最も深いエミッタ接合位置の幅をdとし、
最も浅いエミッタ接合を有するトランジスタのベース幅
をWとする。最も浅いエミッタ接合位置と最も深いエ
ミッタ接合位置の幅dは、最も浅いエミッタ接合の位置
を基準としているため、トランジスタが形成される基板
(ウエハ)によって、それぞれ異なる値を有する。
Therefore, the width of the shallowest emitter junction position and the deepest emitter junction position is defined as d with the emitter junction position of the transistor having the shallowest emitter junction as a reference.
Let W B be the base width of the transistor having the shallowest emitter junction. Since the width d between the shallowest emitter junction position and the deepest emitter junction position is based on the shallowest emitter junction position, it has different values depending on the substrate (wafer) on which the transistor is formed.

【0039】上記条件としたとき、数式5が満たされれ
ばよい。
Under the above conditions, it is sufficient that the equation 5 is satisfied.

【数5】 [Equation 5]

【0040】数式5の条件が満たされれば、トランジス
タの出来上がり時のベース幅Wにばらつきが生じてい
ても、数式2に示すコレクタ電流Iを一定とすること
ができる。即ち、数式5が満たされれば、バイアス電圧
BEをトランジスタに印加したときに、同一のコレク
タ電流Iを得ることができる。そのため、差動対の切
替電圧Vの偏差を抑えることができる。また、この条
件を完全に満足しなくとも、この条件に近ければV
ばらつきを小さくできる。
If the condition of Expression 5 is satisfied, the collector current I C shown in Expression 2 can be made constant even if the base width W B of the completed transistor varies. That is, if Expression 5 is satisfied, the same collector current I C can be obtained when the bias voltage V BE is applied to the transistor. Therefore, the deviation of the switching voltage Vf of the differential pair can be suppressed. Further, even if this condition is not completely satisfied, if it is close to this condition, the variation in V f can be reduced.

【0041】次に、数式5の条件を満たすための真性キ
ャリア濃度nのプロファイルを求める。
Next, a profile of the intrinsic carrier concentration n i that satisfies the condition of Expression 5 is obtained.

【0042】数式5を変形すると、数式6が成立する。When Equation 5 is modified, Equation 6 is established.

【数6】 [Equation 6]

【0043】ここで、ベース領域中の不純物濃度N
深さ方向で一定であるとし、数式6にN(d)/N
(0)=1を代入すると、数式7が成立する。
Here, assuming that the impurity concentration N B in the base region is constant in the depth direction, N B (d) / N B is given in Equation 6.
By substituting (0) = 1, Expression 7 holds.

【数7】 [Equation 7]

【0044】数式7において、変数dは、エミッタ接合
が最も浅いトランジスタのエミッタ接合の位置を基準と
したときの、最も浅いエミッタ接合位置と最も深いエミ
ッタ接合位置の幅を表している。数式7は、最も浅いエ
ミッタ接合の位置と、最も深いエミッタ接合の位置との
間における真性キャリア濃度を表す式である。ここで、
トランジスタの真性領域(単結晶領域)の深さ方向にお
ける真性キャリア濃度nを表す式を導くために、変数
dを、トランジスタの真性領域の深さ方向を変数とする
変数xに置き換える。数式7において、最も浅いエミッ
タ接合の位置における真性キャリア濃度n (0)は
定数であるため、変数dを変数xに置き換えることによ
り、トランジスタの真性領域の深さ方向における真性キ
ャリア濃度nを表す式として数式8が得られる。
In the equation (7), the variable d represents the width of the shallowest emitter junction position and the deepest emitter junction position based on the position of the emitter junction of the transistor having the shallowest emitter junction. Expression 7 is an expression representing the intrinsic carrier concentration between the position of the shallowest emitter junction and the position of the deepest emitter junction. here,
To guide the expression representing the intrinsic carrier concentration n i in the depth direction of the intrinsic region of the transistor (single crystal region), the variable d, replacing the depth of the intrinsic region of the transistor to the variable x to the variable. In Equation 7, the shallowest because the intrinsic carrier concentration at the position of the emitter junction n i 2 (0) is a constant, by replacing variable d for the variable x, the intrinsic carrier concentration in the depth direction of the intrinsic region of the transistor n i Equation 8 is obtained as an equation expressing

【数8】 n (x) (0)・(1−x/W[Equation 8] n i 2 (x) ≒ n i 2 (0) · (1-x / W B)

【0045】よって、数式8の条件を満たすための真性
キャリア濃度nのプロファイルは図2に示すようにな
る。
[0045] Thus, the profile of the intrinsic carrier concentration n i for satisfying Equation 8 becomes as shown in FIG.

【0046】少なくとも不純物の拡散によってエミッタ
が形成される領域付近で数式7で表されるような真性キ
ャリア濃度nが得られればよいので、本実施の形態で
は、ヘテロ接合面からベース・コレクタ接合面、つまり
x=0からx=Wの領域で数式8に従うプロファイル
を示す。よって、x=0からx=Wの間で数式8が満
たされれば、コレクタ電流Iが一定となる条件が得ら
れる。即ち、多段接続の差動増幅回路において、ベース
幅Wにばらつきが生じていても、同一のコレクタ電流
を得ることができ、差動対の切替電圧Vの偏差を
抑えることができる。
Since it suffices to obtain the intrinsic carrier concentration n i as expressed by the equation 7 at least in the vicinity of the region where the emitter is formed by the diffusion of impurities, in the present embodiment, the base / collector junction is formed from the hetero junction surface. plane, showing a profile in accordance with equation 8 that is x = 0 in the region of x = W B. Therefore, if Equation 8 is filled between the x = 0 the x = W B, condition the collector current I C becomes constant can be obtained. That is, in the multistage differential amplifier circuit, even if the base width W B varies, the same collector current I C can be obtained, and the deviation of the differential pair switching voltage V f can be suppressed. .

【0047】次に、ベース領域中の真性キャリア濃度n
が数式7の関係を満たすようなベース半導体材料組成
のプロファイルを求める。
Next, the intrinsic carrier concentration n in the base region
A profile of the base semiconductor material composition is calculated such that i satisfies the relationship of Expression 7.

【0048】半導体の真性キャリア濃度nと禁制帯幅
との間には、一般的に、数式9に示す関係が成立す
る。
[0048] Between the semiconductor intrinsic carrier concentration n i and bandgap E g is generally relationship is established as shown in Equation 9.

【数9】 :価電子帯の有効状態密度、N:伝導帯の有効状
態密度
[Equation 9] N V : Effective density of states in valence band, N C : Effective density of states in conduction band

【0049】即ち、数式9を変形して数式10が得られ
る。
That is, Expression 10 is obtained by modifying Expression 9.

【数10】E=−(kT/q)・ln(n /(N
・N))
[Equation 10] E g =-(kT / q) · ln (n i 2 / (N
V・ N C ))

【0050】前述のように、最も浅いエミッタ接合を有
するトランジスタのエミッタ接合の位置を基準とし、最
も浅いエミッタ接合位置と最も深いエミッタ接合位置の
幅をdとしたとき、最も浅いエミッタ接合位置における
禁制帯幅と、最も深いエミッタ接合位置における禁制帯
幅をそれぞれE(0)、E(0)+ΔE(d)と
すると、数式7と数式10より、数式11が成立する。
As described above, when the width of the shallowest emitter junction position and the deepest emitter junction position is d with reference to the emitter junction position of the transistor having the shallowest emitter junction, the forbidden state at the shallowest emitter junction position is set. When the band width and the forbidden band width at the deepest emitter junction position are E g (0) and E g (0) + ΔE g (d), respectively, Formula 11 is established from Formula 7 and Formula 10.

【数11】 [Equation 11]

【0051】本実施の形態に係るトランジスタのベース
半導体材料に用いられているSiとGeとの格子定数
は、Siが0.54nm、Geが0.55nmである。
一般的に、混合物から成る半導体と単元素半導体とが接
する場合、両者の格子定数が一致していないと、原子間
に応力が加わる。また、半導体の禁制帯幅は、格子定数
と原子核のポテンシャル分布との影響を受けて決まる物
理量である。即ち、格子定数が変わると、半導体の禁制
帯幅も変化するので、SiGe合金の禁制帯幅は、両者
の混合比およびSiGe合金にかかる応力によって決定
される。
The lattice constants of Si and Ge used in the base semiconductor material of the transistor according to the present embodiment are Si 0.54 nm and Ge 0.55 nm.
In general, when a semiconductor made of a mixture and a single element semiconductor are in contact with each other, stress is applied between atoms unless the lattice constants of the two are matched. The forbidden band width of a semiconductor is a physical quantity determined by the influence of the lattice constant and the potential distribution of atomic nuclei. That is, when the lattice constant changes, the forbidden band width of the semiconductor also changes. Therefore, the forbidden band width of the SiGe alloy is determined by the mixing ratio of the two and the stress applied to the SiGe alloy.

【0052】室温におけるSiの禁制帯幅は約1.12
4eV、Geの禁制帯幅は約0.67eVである。Si
Ge合金に占めるGeの割合をa、Siの割合を1−a
とすると、Geの含有量が少ない場合(即ち、aが、1
−aに比して充分に小さい場合)、SiGe合金の禁制
帯幅Eは、数式12で近似できる。
The forbidden band width of Si at room temperature is about 1.12.
The forbidden band width of 4 eV and Ge is about 0.67 eV. Si
The ratio of Ge in the Ge alloy is a and the ratio of Si is 1-a.
Then, when the Ge content is small (that is, a is 1
(If it is sufficiently smaller than −a), the forbidden band width E g of the SiGe alloy can be approximated by Expression 12.

【数12】E(Si1−aGe)=E(Si)−
0.76×a (0≦a≦0.1)
## EQU12 ## E g (Si 1-a Ge a ) = E g (Si)-
0.76 × a (0 ≦ a ≦ 0.1)

【0053】即ち、Si1−aGe合金中におけるG
eの組成比として数式13を得る。
That is, G in the Si 1-a Ge a alloy
Equation 13 is obtained as the composition ratio of e.

【数13】a=(E(Si)−E(Si1−aGe
))/0.76
A = (E g (Si) −E g (Si 1−a Ge)
a )) / 0.76

【0054】よって、数式11と数式13より、数式1
4が導かれる。
Therefore, from Equation 11 and Equation 13, Equation 1
4 is introduced.

【数14】a(d)≒(kT/q)・(1/0.76)
・ln(W/(W−d))
[Expression 14] a (d) ≈ (kT / q) · (1 / 0.76)
· Ln (W B / (W B -d))

【0055】数式14において、変数dは、エミッタ接
合が最も浅いトランジスタのエミッタ接合の位置を基準
としたときの、最も浅いエミッタ接合位置と最も深いエ
ミッタ接合位置の幅を表している。数式14は、最も浅
いエミッタ接合の位置と、最も深いエミッタ接合の位置
との間におけるGeの組成比を表す式である。ここで、
トランジスタの真性領域(単結晶領域)の深さ方向にお
けるGeの組成比を表す式を導くために、変数dを、ト
ランジスタの真性領域の深さ方向を変数とした変数xに
置き換える。よって、トランジスタの真性領域の深さ方
向におけるSi 1−aGe合金中におけるGeの組成
比aを表す関係式として数式15が得られる。
In Equation 14, the variable d is the emitter connection.
Based on the position of the emitter junction of the shallowest transistor
, The shallowest emitter junction position and the deepest
Shows the width of the mitter joining position. Equation 14 is the shallowest
Position of the deepest emitter junction and the position of the deepest emitter junction
It is a formula showing the composition ratio of Ge between and. here,
In the depth direction of the intrinsic region (single crystal region) of the transistor
In order to derive an equation expressing the composition ratio of Ge,
In the variable x with the depth direction of the intrinsic region of the transistor as the variable
replace. Therefore, the depth of the intrinsic region of the transistor
Si in the direction 1-aGeaComposition of Ge in alloy
Equation 15 is obtained as a relational expression expressing the ratio a.

【数式15】a(x)≒(kT/q)・(1/0.7
6)・ln(W/(W−x))
Mathematical Expression 15 a (x) ≈ (kT / q) · (1 / 0.7
6) · ln (W B / (W B -x))

【0056】室温では、kT/q=0.025であるか
ら、これを数式15に代入することにより数式16が得
られる。
At room temperature, kT / q = 0.025, so by substituting this into Equation 15, Equation 16 is obtained.

【数16】 a(x)≒(1/30)・ln(W/(W−x))[Number 16] a (x) ≒ (1/30) · ln (W B / (W B -x))

【0057】数式16より、深さx=0では、Geの組
成比はa=0となる。つまり、ヘテロ界面では、Geの
組成比が0となる。また、深さx=Wでは、自然対数
が無限大となってしまうが、不純物拡散によってエミッ
タが形成される領域付近のGe濃度が数式16で表され
るプロファイルとなればよい。そのため、本実施の形態
では、深さx=0からx=W/2の領域で数式16に
従うプロファイルを作成する。
From the equation 16, the composition ratio of Ge is a = 0 at the depth x = 0. That is, the Ge composition ratio becomes 0 at the hetero interface. Further, the depth x = W B, although natural logarithm becomes infinite, it becomes a profile which Ge concentration near the region where the emitter by impurity diffusion are formed is represented by Equation 16. Therefore, in this embodiment, to create a profile that follows from a depth x = 0 in Equation 16 with x = W B / 2 region.

【0058】数式16に、x=W/2を代入すると、
a≒0.023となる。即ち、ベース幅の中間付近にお
けるSiGe中のGeモル濃度は約2.3%となる。
Substituting x = W B / 2 into Equation 16,
It becomes a≈0.023. That is, the Ge molar concentration in SiGe near the middle of the base width is about 2.3%.

【0059】よって、ベース領域中の真性キャリア濃度
が数式8の関係を満たすようなベース半導体材料組
成のプロファイルは、図1に示すようになる。
Therefore, the profile of the base semiconductor material composition such that the intrinsic carrier concentration n i in the base region satisfies the relation of Expression 8 is as shown in FIG.

【0060】従って、ベースエピタキシャル層の表面近
傍から深さ方向に向かって、Geの割合aが対数関数的
に増加するように、SiとGeの組成を調整することに
より、エミッタ接合の深さに偏差が生じていても、コレ
クタ電流Iを同一にすることができる。その結果、差
動対の切替電圧Vfの偏差を抑えることができる。ま
た、この条件を完全に満足しないまでも、この条件に近
いベース・プロファイルを実現できればVのばらつき
を小さくできる。
Therefore, by adjusting the composition of Si and Ge so that the ratio a of Ge increases logarithmically from the vicinity of the surface of the base epitaxial layer toward the depth direction, the depth of the emitter junction can be adjusted. Even if there is a deviation, the collector current I C can be made the same. As a result, the deviation of the switching voltage V f of the differential pair can be suppressed. Even if this condition is not completely satisfied, it is possible to reduce the variation of V f if a base profile close to this condition can be realized.

【0061】次に、上記構成の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 of manufacturing the bipolar transistor having the above structure will be described.

【0062】まず、図3(a)に示すように、コレクタ
として機能するn型シリコン基板1を用意する(p型シ
リコン基板に、n型のコレクタ領域を形成したものでも
よい)。n型シリコン基板1上に酸化膜2を形成し、リ
ソグラフィ工程によってベース形成予定領域上の部分を
除去し、開口を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, an n-type silicon substrate 1 functioning as a collector is prepared (a p-type silicon substrate may be provided with an n-type collector region). An oxide film 2 is formed on the n-type silicon substrate 1, a portion on the base formation planned region is removed by a lithography process, and an opening is formed.

【0063】次に、酸化膜2を除去した領域に、SiG
e合金をエピタキシャル成長させ、ベース領域3を形成
する。
Next, in the region where the oxide film 2 is removed, SiG
The e-alloy is epitaxially grown to form the base region 3.

【0064】例えば、SiGe合金を気相エピタキシャ
ル成長させるとき、Si系の反応ガスとGe系の反応ガ
スの成分を時間の経過と共に変化させる。すなわち、エ
ピタキシャル層の成長に応じてGe系ガスの割合を低下
させる。例えば、Si系の反応ガスとしてSi
用い、Ge系の反応ガスとしてGeHを用いる。図1
に示すプロファイルのように、コレクタ領域付近から約
0.2nmの範囲内でGeの濃度が0%から約10%に
上昇するようにGeHの供給量を増やしていき、ベー
ス層のほぼ中間付近までSiGe合金を成長させる。そ
して、そこから約2.0nmの厚さまで、Ge濃度が一
次関数的に減少し、さらにそこから約2.0nmの厚さ
までGe濃度が対数関数的に減少するように、GeH
の供給量を減らしていく。このようにGeの濃度を変化
させつつ、エピタキシャル層を成長させる。
For example, when vapor phase epitaxial growth of a SiGe alloy is performed, the components of the Si-based reaction gas and the Ge-based reaction gas are changed over time. That is, the proportion of the Ge-based gas is reduced according to the growth of the epitaxial layer. For example, Si 2 H 6 is used as the Si-based reaction gas, and GeH 4 is used as the Ge-based reaction gas. Figure 1
As shown in the profile of Fig. 2, the GeH 4 supply amount is increased so that the Ge concentration rises from 0% to about 10% within a range of about 0.2 nm from the vicinity of the collector region, and the GeH 4 is supplied near the middle of the base layer. Grow the SiGe alloy. Then, from there to a thickness of about 2.0 nm, as the Ge concentration is decreased a linear function manner, further Ge concentration from there to a thickness of about 2.0 nm decreases logarithmically, GeH 4
To reduce the supply of. Thus, the epitaxial layer is grown while changing the Ge concentration.

【0065】即ち、SiGe合金をエピタキシャル成長
させるとき、Si系の反応ガスとGe系の反応ガスの成
分を時間の経過と共に変化させて(エピタキシャル層の
成長に応じてGe系ガスの割合を低下させて)成長さ
せ、完成時のエピタキシャル層の表面(又は予想される
最も浅いエミッタ接合位置)から深さdの位置では、G
eが数式16に示す割合a(d)で含まれているような
SiGe合金を結晶成長させる。
That is, when the SiGe alloy is epitaxially grown, the components of the Si-based reaction gas and the Ge-based reaction gas are changed with the passage of time (the proportion of the Ge-based gas is decreased according to the growth of the epitaxial layer. ) G is grown at a depth d from the surface of the completed epitaxial layer (or the shallowest expected emitter junction position).
Crystal growth is performed on a SiGe alloy in which e is included in the ratio a (d) shown in Expression 16.

【0066】なお、このとき、電気的に活性となる不純
物として約5×1018cm−3の濃度のホウ素を添加
する。
At this time, boron having a concentration of about 5 × 10 18 cm −3 is added as an electrically active impurity.

【0067】従って、図1に示すようにホウ素の濃度が
深さにかかわらず一定であり、また、Geの割合が、エ
ピタキシャル層の表面から、距離の対数に応じて増加
し、続いて、直線的に(一次関数的に)増加するような
プロファイルのエピタキシャル層(ベース層)が得られ
る。
Therefore, as shown in FIG. 1, the concentration of boron is constant regardless of the depth, and the proportion of Ge increases from the surface of the epitaxial layer according to the logarithm of the distance. An epitaxial layer (base layer) having a profile that increases (in a linear function) is obtained.

【0068】以下に、具体的な結晶成長条件を示す。近
年、SiGe合金膜の精密な制御方法として注目されて
いる超高真空化学気相堆積法(UHV−CVD)は、分
子線エピタキシー法と呼ばれる結晶成長方法と同様に、
超高真空チャンバを用いる方法である。その、バイポー
ラトランジスタへの応用は、本発明者により、F.satoet
al.,“A super self-aligned selectively grown SiGe
base (SSSB) bipolar transistor fabricated by cold
-wall type ”に開示されている。
The specific crystal growth conditions are shown below. In recent years, the ultra-high vacuum chemical vapor deposition method (UHV-CVD), which has been attracting attention as a precise control method for SiGe alloy films, is similar to the crystal growth method called molecular beam epitaxy method.
This is a method using an ultra-high vacuum chamber. The application to the bipolar transistor was made by F. satoet by the present inventor.
al., “A super self-aligned selectively grown SiGe
base (SSSB) bipolar transistor fabricated by cold
-wall type ".

【0069】上記方法を用いてSiGe合金ベースを形
成する場合、例えば、シリコン基板1の温度を605℃
とし、Siを3sccm、GeHを2sccm
の割合で使用することにより、Ge濃度が10%含有す
るSiGe合金ベースが形成される。Ge濃度が0〜1
0%含有するようにするためには、GeHを2scc
m以下の範囲で調整すればよい。
When a SiGe alloy base is formed using the above method, for example, the temperature of the silicon substrate 1 is 605 ° C.
And Si 2 H 6 is 3 sccm and GeH 4 is 2 sccm.
When used at a ratio of 10%, a SiGe alloy base having a Ge concentration of 10% is formed. Ge concentration is 0 to 1
In order to contain 0%, 2 sccc of GeH 4
It may be adjusted within the range of m or less.

【0070】また、ホウ素をベース領域にドープするた
めの反応ガスには、Bを用いる。
B 2 H 6 is used as a reaction gas for doping the base region with boron.

【0071】次に、ベース領域3の形成後、図3(b)
に示すように、ウエハの全面に酸化膜4を形成する。
Next, after forming the base region 3, FIG.
As shown in, an oxide film 4 is formed on the entire surface of the wafer.

【0072】その後、ベース電極を形成すべき領域以外
をフォトレジストのマスクで覆い、ホウ素をイオン注入
し、図3(c)に示すように、拡散層5を形成する。続
いて、リソグラフィ工程によってエミッタ領域を形成す
べき領域上の酸化膜を除去し、図3(c)に示すように
開口部を形成する。
After that, a region other than the region where the base electrode is to be formed is covered with a photoresist mask, and boron is ion-implanted to form a diffusion layer 5 as shown in FIG. 3C. Then, the oxide film on the region where the emitter region is to be formed is removed by a lithography process, and an opening is formed as shown in FIG.

【0073】次に、図3(d)に示すように、ポリシリ
コン膜6をLPCVD(低圧気相成長)法によって堆積
し、さらに、熱拡散又はイオン注入により、ベース領域
3中にリンを添加し、エミッタ領域7を形成する。この
とき、リンの添加は、ベース領域3を突き抜けないよう
に行う。
Next, as shown in FIG. 3D, a polysilicon film 6 is deposited by LPCVD (Low Pressure Vapor Deposition) method, and phosphorus is added to the base region 3 by thermal diffusion or ion implantation. Then, the emitter region 7 is formed. At this time, phosphorus is added so as not to penetrate the base region 3.

【0074】このとき、エミッタ接合面(ベース・エミ
ッタの界面)の位置は若干ばらつくが、図1に示すよう
に、エミッタ接合面が形成される位置は、結晶中のGe
の割合が対数関数的に変化している位置であり、また、
図2に示すように、真性キャリア濃度の2乗が深さに対
して一次関数的に減少している領域である。
At this time, the position of the emitter junction surface (base-emitter interface) varies a little, but as shown in FIG. 1, the position where the emitter junction surface is formed is Ge in the crystal.
Is the position where the ratio of is changing logarithmically, and
As shown in FIG. 2, this is a region in which the square of the intrinsic carrier concentration decreases linearly with depth.

【0075】エミッタ領域7の形成後、ウエハ全面に酸
化膜8を形成し、リソグラフィ工程により、電極を形成
すべき領域上に孔を開け、スパッタリング等を用いて、
ウエハ全面に金属膜を形成する。
After forming the emitter region 7, an oxide film 8 is formed on the entire surface of the wafer, a hole is formed in a region where an electrode is to be formed by a lithography process, and sputtering or the like is used.
A metal film is formed on the entire surface of the wafer.

【0076】そして、図3(e)に示すように、ウエハ
全面に形成した金属膜をリソグラフィ工程により不要な
部分を除去し、電極9及び電極10を形成する。
Then, as shown in FIG. 3E, unnecessary portions of the metal film formed on the entire surface of the wafer are removed by a lithography process to form electrodes 9 and 10.

【0077】即ち、上記製造方法を用いることにより、
エミッタ接合の深さに偏差が生じていても、同一のコレ
クタ電流Iを得ることができ、差動対の切り替え電圧
(バイアス電圧V)に偏差が発生しないバイポー
ラトランジスタを製造することができる。
That is, by using the above manufacturing method,
To manufacture a bipolar transistor in which the same collector current I C can be obtained even if there is a deviation in the depth of the emitter junction, and there is no deviation in the switching voltage V f (bias voltage V f ) of the differential pair. You can

【0078】[0078]

【実施例】本実施の形態のバイポーラトランジスタを実
際に製造し、従来のバイポーラトランジスタのバイアス
電圧Vの偏差を比較した。ウエハ上にエミッタ面積が
0.6μm×8.0μmのトランジスタを、上記実施の
形態の方法及び従来の製造方法をそれぞれ用いてマトリ
クス状に形成した。次に、ウエハ面内のトランジスタの
バイアス電圧Vf1、Vf2、Vf3、・・・を測定
し、隣接するトランジスタのバイアス電圧の差|Vf1
−Vf2|、|Vf2−Vf3|、・・・を求め、その
標準偏差σを測定した。
EXAMPLE A bipolar transistor of the present embodiment was actually manufactured, and the deviation of the bias voltage V f of the conventional bipolar transistor was compared. Transistors each having an emitter area of 0.6 μm × 8.0 μm were formed in a matrix on the wafer by using the method of the above-described embodiment and the conventional manufacturing method. Next, the bias voltages V f1 , V f2 , V f3 , ... Of the transistors on the wafer surface are measured, and the bias voltage difference | V f1 between adjacent transistors is measured.
-V f2 |, | V f2 -V f3 |, asked for ..., to measure the standard deviation σ.

【0079】その結果、図4に示す従来のプロファイル
によるトランジスタは、σ=1.4mVであったが、本
実施の形態によるトランジスタは、σ=1.1mVであ
り、約20%の改善がみられた。
As a result, the transistor according to the conventional profile shown in FIG. 4 has σ = 1.4 mV, but the transistor according to the present embodiment has σ = 1.1 mV, showing an improvement of about 20%. Was given.

【0080】上記結果から明らかなように、本実施の形
態によるトランジスタを用いることにより、エミッタ接
合の深さに偏差が生じていても、バイアス電圧Vの偏
差を抑えることができることが確認された。
As is clear from the above results, by using the transistor according to the present embodiment, it is confirmed that the deviation of the bias voltage V f can be suppressed even if the depth of the emitter junction is different. .

【0081】本実施の形態では、ベース領域に、2種類
以上の半導体材料としてSiGe合金を用いたが、本発
明の原理を用いれば、他の組み合わせの半導体材料を用
いても可能である。
In the present embodiment, SiGe alloys are used as the two or more types of semiconductor materials in the base region, but other combinations of semiconductor materials can be used if the principles of the present invention are used.

【0082】例えば、SiC(シリコンカーバイト)に
おけるSiとCとの組成比を変化させてもよい。また、
SiGeCやSiCとSiとからなるベース半導体材料
を用いても本実施の形態と同様の効果が得られる。
For example, the composition ratio of Si and C in SiC (silicon carbide) may be changed. Also,
Even if a base semiconductor material made of SiGeC or SiC and Si is used, the same effect as this embodiment can be obtained.

【0083】また、本実施の形態では、ベース領域にホ
ウ素を、エミッタ領域にリンをドープしたが、他の不純
物をドープしてもよい。例えば、エミッタ領域の不純物
としてヒ素を用いてもよい。
In this embodiment, the base region is doped with boron and the emitter region is doped with phosphorus, but other impurities may be doped. For example, arsenic may be used as an impurity in the emitter region.

【0084】また、本実施の形態では、選択的エピタキ
シャル成長によってベース領域を形成する方法を用いて
いるが、非選択的エピタキシャル成長を用いてもよい。
Further, in this embodiment, the method of forming the base region by the selective epitaxial growth is used, but non-selective epitaxial growth may be used.

【0085】また、本実施の形態では、Geモル濃度を
2.3%から約10%へと、ベース領域の深さが深くな
るにつれて増加させているが、これは、ベースを走行す
る電子に対して加速電界を形成させるためであるので、
このようなプロファイルとしなくてもよい。例えば、
2.3%のまま一定値としてもよい。
Further, in the present embodiment, the Ge molar concentration is increased from 2.3% to about 10% as the depth of the base region becomes deeper. In order to form an accelerating electric field,
It is not necessary to have such a profile. For example,
A fixed value of 2.3% may be used.

【0086】また、ポリシリコンエミッタ技術を用いた
バイポーラトランジスタでは、エミッタ側の中性ベース
領域における禁制帯幅Eが数式17となるようなベー
ス半導体材料組成にすればよい。
Further, in the bipolar transistor using the polysilicon emitter technology, the base semiconductor material composition may be set so that the forbidden band width E g in the neutral base region on the emitter side becomes the formula (17).

【数17】E(d)=E(0)・kT・ln(1−
d/W
[Equation 17] E g (d) = E g (0) · kT · ln (1-
d / W B)

【0087】なお、この発明は、上記実施の形態に限定
されず、種々の応用及び変形が可能である。例えば、上
記実施の形態においては、NPNトランジスタを例に、
この発明を説明したが、例えば、PNPトランジスタに
も適用可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various applications and modifications are possible. For example, in the above embodiment, an NPN transistor is taken as an example,
Although the present invention has been described, it is also applicable to, for example, a PNP transistor.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
見かけ上、バイアス電圧が偏差を持たないようなバイポ
ーラトランジスタを提供することができる。また、回路
設計が容易になり、その設計仕様に近い回路動作を得る
ことができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a bipolar transistor in which the bias voltage apparently has no deviation. Further, the circuit design is facilitated, and the circuit operation close to the design specification can be obtained.

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

【図1】本実施の形態のベース半導体材料組成のプロフ
ァイルを示す。
FIG. 1 shows a profile of a base semiconductor material composition of the present embodiment.

【図2】本実施の形態の真性キャリア濃度のプロファイ
ルを示す。
FIG. 2 shows a profile of intrinsic carrier concentration according to the present embodiment.

【図3】本実施の形態における半導体装置の製造工程の
断面図を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment.

【図4】従来のベース半導体材料組成のプロファイルを
示す。
FIG. 4 shows a profile of a conventional base semiconductor material composition.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型シリコン基板 2、4、8 酸化膜 3 ベース領域 5 拡散層 6 ポリシリコン膜 7 エミッタ領域 9 エミッタ電極 10 ベース電極 1 n-type silicon substrate 2, 4, 8 oxide film 3 base area 5 diffusion layer 6 Polysilicon film 7 Emitter area 9 Emitter electrode 10 Base electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−292740(JP,A) 特開 平4−196436(JP,A) 特開 平9−260397(JP,A) J.C.Sturm,et.a l.,”Graded−Base Si /Si1−xGex/Si Heter ojunction Bipolar Transistors Grown by Rapid Thermal C hemical Vapor,Depo sition with Near−I deal Electrical Ch aracteristics”,IEE E ELECTRON DEVICE LETTERS,1991年 6月,VO L.12,NO.6,pp.303−305 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/68 - 29/737 H01L 21/8222 - 21/8228 H01L 21/8232 H01L 27/06 H01L 27/08 H01L 27/082 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-3-292740 (JP, A) JP-A-4-196436 (JP, A) JP-A-9-260397 (JP, A) J. C. Sturm, et. a. , "Graded-Base Si / Si1-xGex / Si Heter ojunction Bipolar Transistors Grown by Rapid Thermal C hemical Vapor, Depo sition with Near-I deal Electrical Ch aracteristics", IEE E ELECTRON DEVICE LETTERS, 6 May 1991, VO L. 12, NO. 6, pp. 303-305 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/33-21/331 H01L 29/68-29/737 H01L 21/8222-21/8228 H01L 21/8232 H01L 27 / 06 H01L 27/08 H01L 27/082

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】コレクタ領域と、ベース領域と、エミッタ
領域とを備えるバイポーラトランジスタにおいて、 前記ベース領域のうち少なくともエミッタ領域に接する
部分を含む領域は、真性キャリア濃度の2乗が、深さに
対して、傾きが負の一次関数的に変化するプロファイル
を有する、ことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
1. A bipolar transistor including a collector region, a base region, and an emitter region, wherein a region of at least a portion of the base region in contact with the emitter region has a square of an intrinsic carrier concentration with respect to a depth. A bipolar transistor having a profile whose slope changes in a negative linear function.
【請求項2】コレクタ領域と、ベース領域と、エミッタ
領域とを備えるバイポーラトランジスタにおいて、 前記ベース領域のうち少なくともエミッタ領域に接する
部分を含む領域は、その真性キャリア濃度nが、近似
的に数式1に示すプロファイルを有することを特徴とす
るバイポーラトランジスタ。 【数1】n (x)≒n (0)・(N(x)/
(0))・(1−x/W) ここで、xは、トランジスタの真性領域における深さ、 n(x)は、深さがxの位置での真性キャリア濃度、 N(x)は、深さがxの位置での不純物濃度、 n(0)、N(0)、Wは、それぞれ、定数であ
る。
2. A collector region, a base region, in a bipolar transistor comprising an emitter region, a region including a portion in contact with the at least the emitter region of said base region, its intrinsic carrier concentration n i, approximately formula 1. A bipolar transistor having the profile shown in 1. [Number 1] n i 2 (x) ≒ n i 2 (0) · (N B (x) /
N B (0)) · (1−x / W B ), where x is the depth in the intrinsic region of the transistor, n i (x) is the intrinsic carrier concentration at the position where the depth is x, N B (X) is the impurity concentration at the position where the depth is x, and n i (0), N B (0), and W B are constants, respectively.
【請求項3】コレクタ領域と、ベース領域と、エミッタ
領域とを備えるバイポーラトランジスタにおいて、 前記ベース領域の一部又は全部は、シリコンとゲルマニ
ウムとの合金から成る半導体材料から構成され、 少なくともエミッタ領域に接する部分のベース領域にお
けるゲルマニウムの割合が、深さ方向に対して、対数関
数的に変化するプロファイルを有することを特徴とする
バイポーラトランジスタ。
3. A bipolar transistor having a collector region, a base region and an emitter region, wherein a part or all of the base region is made of a semiconductor material made of an alloy of silicon and germanium, and at least the emitter region is provided. A bipolar transistor characterized in that the proportion of germanium in the base region of the contact portion has a profile that changes logarithmically in the depth direction.
【請求項4】コレクタ領域と、ベース領域と、エミッタ
領域とを備えるバイポーラトランジスタにおいて、 前記ベース領域の一部又は全部は、シリコンとゲルマニ
ウムとの合金Si1− Geから成る半導体材料から
構成され、 少なくともエミッタ領域に接する部分のベース領域にお
けるゲルマニウムの組成比aが、数式2に示すプロファ
イルを有することを特徴とするバイポーラトランジス
タ。 【数2】 a(x)≒(1/30)・ln(W/(W−x)) (室温におけるベース半導体材料組成のプロファイル) ここで、xはトランジスタの真性領域における深さ、 a(x)は、深さがxの位置でのゲルマニウムの濃度、 Wは、定数である。
4. A bipolar transistor having a collector region, a base region, and an emitter region, wherein a part or all of the base region is made of a semiconductor material made of an alloy Si 1- a Ge a of silicon and germanium. And a composition ratio a of germanium in at least a portion of the base region which is in contact with the emitter region has a profile represented by Formula 2. [Number 2] a (x) ≒ (1/30) · ln (W B / (W B -x)) ( profile of the base semiconductor material composition at room temperature) where, x is the depth in the intrinsic region of the transistor is, a (x) is the concentration of germanium at the position where the depth is x, and W B is a constant.
【請求項5】コレクタとして機能する半導体層上に、真
性キャリア濃度の2乗が、深さに対して、傾きが負の一
次関数的に変化するプロファイルを有し、ベースとして
機能する領域を形成し、 形成されたベース層に不純物を添加してエミッタとして
機能する領域を形成する、ことを特徴とするバイポーラ
トランジスタの製造方法。
5. A region which functions as a base is formed on a semiconductor layer which functions as a collector, which has a profile in which the square of the intrinsic carrier concentration changes in a negative linear function with respect to the depth. Then, an impurity is added to the formed base layer to form a region functioning as an emitter.
【請求項6】コレクタとして機能する半導体層上に、一
部又は全部がシリコンとゲルマニウムとの合金から成る
半導体材料から構成され、ゲルマニウムの割合が、深さ
方向に対して、対数関数的に変化するプロファイルを有
し、ベースとして機能する領域を形成し、 形成された領域に不純物を添加してエミッタ領域を形成
する、ことを特徴とするバイポーラトランジスタの製造
方法。
6. A semiconductor material, which is partially or wholly made of an alloy of silicon and germanium, is formed on the semiconductor layer functioning as a collector, and the proportion of germanium changes logarithmically with respect to the depth direction. A method of manufacturing a bipolar transistor, comprising forming a region having a profile that functions as a base and forming an emitter region by adding an impurity to the formed region.
【請求項7】半導体基板上に、一部又は全部がシリコン
とゲルマニウムとの合金Si1−aGeから成る半導
体材料から構成され、ゲルマニウムの組成比aが、前記
数式2に示すプロファイルを有する合成半導体層を形成
し、 この合成半導体層の表面領域に不純物を拡散してエミッ
タ領域を形成する、ことを特徴とするバイポーラトラン
ジスタの製造方法。
7. A semiconductor substrate is partially or wholly formed of a semiconductor material made of an alloy Si 1-a Ge a of silicon and germanium, and the composition ratio a of germanium has a profile shown in the mathematical formula 2. A method of manufacturing a bipolar transistor, comprising forming a synthetic semiconductor layer, and diffusing impurities in a surface region of the synthetic semiconductor layer to form an emitter region.
【請求項8】ベース領域をエピタキシャル成長により形
成することを特徴とする請求項5、6又は7に記載のバ
イポーラトランジスタの製造方法。
8. The method for manufacturing a bipolar transistor according to claim 5, 6 or 7, wherein the base region is formed by epitaxial growth.
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