JPH03187269A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH03187269A
JPH03187269A JP32597589A JP32597589A JPH03187269A JP H03187269 A JPH03187269 A JP H03187269A JP 32597589 A JP32597589 A JP 32597589A JP 32597589 A JP32597589 A JP 32597589A JP H03187269 A JPH03187269 A JP H03187269A
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JP
Japan
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layer
semiconductor device
strain
germanium
germanium layer
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Pending
Application number
JP32597589A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Murakami
英一 村上
Kiyokazu Nakagawa
清和 中川
Hiroyuki Eto
江藤 浩幸
Masanobu Miyao
正信 宮尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable high-speed actions of transistors in heterostructures free of alloy scattering by using a simple substance of Ge undergoing compression strain as the channel of a field effect transistor and the base of a bipolar transistor. CONSTITUTION:A layer through which carriers run consists of a germanium layer 3 that overlies a strain control layer 2 and shows compression strain. That is, compression strain is given to the germanium layer 3 under control by the strain control layer 2 located below, or above and below, the germanium layer 3. The strain control layer 2 employs an Si1-XSGeXS mixed crystal layer and varies this mixed crystal ratio Xs to control strain given to the germanium layer 3. As a result, two-dimensional hole gas of high mobility, high saturation speed, and high concentration thus formed by a simple substance layer of Ge showing compression strain can realize the speedup of a field effect transistor and a bipolar transistor.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に係り、特に、電界幼芽1−ラン
ジスタ、及び、バイポーラトランジスタに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to an electric field seedling transistor and a bipolar transistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、超高速素子への応用を目的としてバンドギャップ
の異なる異種の半導体を積層したベテロ構造の研究が活
発化している。特に、GaAs。
In recent years, research has been active on betaro structures in which different types of semiconductors with different band gaps are stacked for application to ultrahigh-speed devices. In particular, GaAs.

AQGaAsなどのような化合物半導体のみならず、集
積化に適したSi系においても研究が始まっている。
Research has begun not only on compound semiconductors such as AQGaAs, but also on Si-based semiconductors that are suitable for integration.

第2図は、その典型的な例を示したもので、Siよりバ
ンドギャップの小さいS 1l−xGex(0< x 
< 1 )混晶を、電界効果トランジスタのチャネル(
第2図(a))、及び、バイポーラトランジスタのベー
ス(第2図(b))として用いている。電界効果トラン
ジスタの場合、Sj−層に不純物を導入しておけば、キ
ャリアはバンドギャップの小さいSi□−xGex側に
移って走行するため、不純物散乱が減少し、高移動度の
実現が期待できる。
Figure 2 shows a typical example of this.
< 1) The mixed crystal is used as the channel of the field effect transistor (
It is used as the base of a bipolar transistor (FIG. 2(b)). In the case of field effect transistors, if impurities are introduced into the Sj-layer, carriers will migrate to the Si□-xGex side where the bandgap is smaller, reducing impurity scattering and achieving high mobility. .

(T、 Pearsall他、アイ・イー・イー・イー
、エレクトロン・デバイス・レターズ、第7巻(198
6年)308頁) バイポーラトランジスタの場合、n型Siエミッタとp
型SiニーxGexベースのバンドギャップ差が、ベー
スよりエミッタへのホール(正孔)の注入に対するバリ
ヤーとして働くため、ベースの濃度を高くしても十分な
電流増幅率を確保できる。
(T. Pearsall et al., I.E.E., Electron Device Letters, Vol. 7 (198
6th grade) page 308) In the case of a bipolar transistor, the n-type Si emitter and the p
Since the band gap difference between the Si knee x Gex base acts as a barrier against hole injection from the base to the emitter, a sufficient current amplification factor can be ensured even if the base concentration is increased.

ベースの高濃度化は、トランジスタの高速化に不可決な
、ベース薄膜化及びベース抵抗低減に必要である。
Increasing the concentration of the base is necessary for thinning the base and reducing base resistance, which are essential for increasing the speed of transistors.

(G、 L、 Patton他、アイ・イー・イー・イ
ーエレクトロン・デバイス・レターズ、第9巻(198
8年)165頁) 〔発明が解決しようとする課題〕 しかるに、上記従来技術は、トランジスタの動作速度に
最も支配的な、チャネル及びベース層を35−xGex
 (0<x<1)混晶という不規則合金で形成している
ため、キャリアが合金散乱を受け、十分な高速性を発揮
できないという問題があった。
(G. L. Patton et al., IE Electron Device Letters, Vol. 9 (198
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above conventional technology, the channel and base layers, which are most dominant in the operating speed of a transistor, are
Since it is formed from a disordered alloy called a (0<x<1) mixed crystal, there is a problem in that carriers are subject to alloy scattering and cannot exhibit sufficient high speed performance.

そこで、本発明の目的は、上記、合金散乱のないペテロ
構造を提供し、トランジスタの一層の高速動作を実現す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide the above-mentioned Peter structure free from alloy scattering, and to realize even higher speed operation of the transistor.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、電界効果トランジスタのチャネル、バイポ
ーラトランジスタのベースとして、圧縮歪を受けた単体
Geを用いることにより達成される。
The above object is achieved by using compressively strained elemental Ge as the channel of a field effect transistor and the base of a bipolar transistor.

圧縮歪は、ゲルマニウム層の下側若しくは、上下に設け
られる、歪制御層によって、ゲルマニウム層に制御され
て与えられる。歪制御層には、Si□−χ、GeにS混
晶層が用いられ、この混晶比xsを変化させることによ
って、ゲルマニウム層に与える歪を制御する。すなわち
、格子定数の小さいSiの含有量によって、歪制御層の
格子定数を変化させ、歪制御層と連続して成長されるゲ
ルマニウム層の格子定数より小さくし、圧縮歪を与える
ものである。
Compressive strain is controlled and applied to the germanium layer by strain control layers provided below or above and below the germanium layer. A Si□-χ, Ge and S mixed crystal layer is used for the strain control layer, and by changing the mixed crystal ratio xs, the strain imparted to the germanium layer is controlled. That is, the lattice constant of the strain control layer is changed by the content of Si, which has a small lattice constant, and is made smaller than the lattice constant of the germanium layer grown continuously with the strain control layer, thereby imparting compressive strain.

〔作用〕[Effect]

トランジスタの高速性能を決定する能動M(チャネル、
ベース)に圧縮歪を受けた単体Geを用いる理由は、次
の3点である。
The active M (channel,
The reasons for using compressively strained elemental Ge as the base (base) are as follows.

まず第1に、単体Geは、Si及び S i、、Gex(0<x<1)混晶に比べ、キャリア
(特にホール)の移動度が大きい。例えば、第3図に示
したように、室温におけるホールの移動度はSiの約1
桁大きい。
First of all, elemental Ge has a higher mobility of carriers (particularly holes) than Si and Si, Gex (0<x<1) mixed crystals. For example, as shown in Figure 3, the hole mobility at room temperature is approximately 1
An order of magnitude larger.

(K、 Takeda他、ジャーナル・オブ・フィジッ
クス・C、ソリッド・ステート・フィジックス、第16
巻、 (1983年)、 2237頁)第2に、圧縮歪
により、価電子帯が変化し、ホールの有効質量が、1桁
近く減少することが、理論的に予測されている。(例え
ば、G、 C,0sbourn、ジャーナル・オブ・バ
キュアム・サイエンス・アンド・テクノロジーA第3巻
、 (1985年)、 826頁)有効質量の減少は、
キャリヤの移動度及び飽和速度の増大をもたらす。
(K, Takeda et al., Journal of Physics C, Solid State Physics, No. 16
(1983), p. 2237) Secondly, it is theoretically predicted that compressive strain changes the valence band and reduces the effective mass of holes by nearly an order of magnitude. (For example, G. C. Osbourn, Journal of Vacuum Science and Technology A Vol. 3, (1985), p. 826) The reduction in effective mass is
This results in increased carrier mobility and saturation velocity.

第3に、S i、−xG ex/G eヘテロ界面にお
けるホールのGe側への閉じ込め及び、GeからS 1
l−xGexへのホール注入の阻止に有効な、ヘテロ界
面のバンド不連続値ΔEv(ホールにとってポテンシャ
ルの谷の深さに相当する。)が大きくなることが知られ
ている。例えば、x=0.5の場合を考えると、Geが
歪まない構造ではΔEvχ0.1eVであるのに対し、
Geが1%の圧縮歪を有する構造ではΔEvχ0.17
eVとなることが期待される。(これは、R,Peop
le他。
Thirdly, confinement of holes to the Ge side at the S i,-xG ex/G e heterointerface and transfer from Ge to S 1
It is known that the band discontinuity value ΔEv (corresponding to the depth of the potential valley for holes) at the hetero interface, which is effective in blocking hole injection into l-xGex, increases. For example, considering the case of x=0.5, ΔEvχ0.1eV in a structure where Ge is not strained, whereas
In a structure where Ge has a compressive strain of 1%, ΔEvχ0.17
It is expected that it will be eV. (This is R, Peop
le et al.

アプライド・フィジックス・レターズ第48巻。Applied Physics Letters Volume 48.

(1986年)538頁に示された方法を用いて計算し
た。)これは、電界効果トランジスタにおけるキャリア
数増加による高い電流駆動能力の実現、バイポーラトラ
ンジスタにおける高電流増幅率、低ベース抵抗の実現に
有効である。
(1986) p. 538. ) This is effective in realizing high current drive capability by increasing the number of carriers in field effect transistors, and in realizing high current amplification factors and low base resistance in bipolar transistors.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の基本的な実施例を第1図(a)、(b)。 A basic embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1(a) and 1(b).

(c)に示す。第1図(、)は、基板1上に、歪制御層
たるS 1l−XS G e XS混晶層2を設け、そ
の上にゲルマニウム能動層3を連続して設け、更に、S
 1i−X G e x混晶層4を設けた状態を示す断
面図である。このような構造をMODFETに応用した
ものが第1図(b)、バイポーラトランジスタに応用し
たものが第1図(c、)である。
Shown in (c). In FIG. 1(,), an S 1l-XS Ge
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a 1i-X Gex mixed crystal layer 4 is provided. FIG. 1(b) shows an application of such a structure to a MODFET, and FIG. 1(c) shows an application of such a structure to a bipolar transistor.

このように本発明は、第1図(a)に示したような、S
i□−xGex/Ge/5it−x、Gex!、/基板
(0<x、xs<1)へテロ構造を基本とする。
In this way, the present invention provides an S
i□-xGex/Ge/5it-x, Gex! ,/substrate (0<x, xs<1) heterostructure.

すなわち、電界効果トランジスタでは、第1図(b)の
如< S i 1−x5G e X5バツフア一層によ
りGeチャネル層が圧縮歪を受ける構造とする。バイポ
ーラトランジスタでは、S 11−!5 G e X5
バツフア一層をコレクタとし、その上にGeベース及び
Si1−xGexエミッタが歪んで形成された構造とす
る。
That is, the field effect transistor has a structure in which the Ge channel layer is subjected to compressive strain by the buffer layer as shown in FIG. 1(b). In a bipolar transistor, S 11-! 5 G e X5
The structure is such that a single buffer layer is used as a collector, and a Ge base and a Si1-xGex emitter are formed in a distorted manner on top of the collector.

実施例上。On the example.

次は、具体的にpチャネル変調ドープ型トランジスタを
作製した本発明の第1の実施例について述べる。
Next, a first example of the present invention in which a p-channel modulation doped transistor was specifically manufactured will be described.

第4図に示すようにn型Ge基板41上に、厚さ500
nmのS 11−x3 G e XSバッファーfi4
2(0,15<1  xs<0.45)を、基板温度5
20℃で分子線エピタキシー(MBE)法によりヘテロ
エピタキシャル成長した後、20nmのGeチャネル層
43.15nmのp型 S i、、、G eo、s層44を400℃で成長じた
。バッファー層の膜厚は十分厚い(歪成長の臨界膜厚以
上)のため、Ge基板との界面に多くのミスフィツト転
位が発生して、格子定数はバルクSiニーz !、G 
e X 3に等しくなっている(歪緩和成長)のに対し
、Ge及びSx o、5 G e o、s層の膜厚は十
分薄いため、面内格子定数をバッファー層に整合させて
成長(歪成長)している。以上の事は、断面T E M
@察及び、ラマン散乱分光により明らかにされた。第5
図(a)に、ラマン散乱分光より求めた。Geチャネル
層の歪をバッファー層のSi組成I  xsの関数とし
て示した。歪は圧縮歪でありほぼ理論通りにI  XS
に比例して制御できることがわかった。ただし、1  
xs”0.45ではGe膜厚20nmは臨界膜厚を越え
歪緩和している。
As shown in FIG. 4, on the n-type Ge substrate 41,
nm S 11-x3 G e XS buffer fi4
2 (0,15<1 xs<0.45), and the substrate temperature 5
After heteroepitaxial growth was performed by molecular beam epitaxy (MBE) at 20°C, a 20 nm Ge channel layer 43.15 nm p-type Si,..., Geo, S layer 44 was grown at 400°C. Since the thickness of the buffer layer is sufficiently thick (more than the critical thickness for strained growth), many misfit dislocations occur at the interface with the Ge substrate, and the lattice constant becomes the same as that of bulk Si! ,G
e x is equal to 3 (strain relaxation growth), whereas the film thickness of the Ge and Sx o, 5 G e o, s layers is sufficiently thin, so the in-plane lattice constant is matched to the buffer layer and the growth ( distorted growth). The above is the cross section T E M
This was revealed by observation and Raman scattering spectroscopy. Fifth
Figure (a) shows the results obtained from Raman scattering spectroscopy. The strain in the Ge channel layer is shown as a function of the Si composition I xs of the buffer layer. The strain is compressive strain, and almost according to theory, I
It was found that it can be controlled in proportion to. However, 1
At xs"0.45, the Ge film thickness of 20 nm exceeds the critical film thickness and the strain is relaxed.

S i、、、G eo、s層44へのp型不純物のドー
ピざ ングは、いわゆる各ドーピングによった。すなわち、ま
ず400℃で15nmのS i o、s G e、、、
膜を成長した後、基板を100℃以下とし、Gaを表面
吸着させ、続いて15nmの非晶質S’1B、sGeo
、5膜を堆積した。その後、450℃に加熱することに
より、この膜を固相エピタキシャル成長により単結晶化
し、GaがS i、、G e、、e、膜中にスパイク状
に埋め込まれた構造とした。この構造にAnGa電極を
設は電気伝導特性を調べた。
The p-type impurities are doped into the S i, , G eo, and s layers 44 by so-called doping. That is, first, at 400°C, 15 nm of Sio, sGe,...
After growing the film, the temperature of the substrate is kept below 100°C, Ga is adsorbed on the surface, and then 15 nm of amorphous S'1B, sGeo
, 5 films were deposited. Thereafter, by heating to 450° C., this film was single-crystalized by solid-phase epitaxial growth, resulting in a structure in which Ga was embedded in the Si, Ge, e film in the form of a spike. An AnGa electrode was installed on this structure and the electrical conductivity properties were investigated.

第5図(b)は、77Kにおけるホール効果測定より求
めた、ホール(正孔)の移動度と濃度を、1−XSの関
数として示したものである。I  xs<0.25では
、予想どおり歪と共にホールの移動度、濃度が増加する
傾向が見られたが、I  XS>0.25では逆に減少
することがわかった。断面TEME察の結果この領域で
急激につきぬけ転位が増加していることが明らかとなり
、転位によるホールの濃度及び移動度の低下が示唆され
た。そこで、つきぬけ転位を減少させるために、Si□
−x、Gex、バッファー層の膜厚を2μmと厚くし、
またGe基板との界面にS l 1−XS G e X
S /Ge/Si、x、Gsxs/Ge/・・・・・・
・・・・・・・・・超格子層を設けた。これにより1 
 xs>0.25の領域における、ホールの濃度及び移
動度が増大した。
FIG. 5(b) shows the mobility and concentration of holes as a function of 1-XS, determined by Hall effect measurement at 77K. When I xs<0.25, the hole mobility and concentration tended to increase with strain as expected, but when I xs>0.25, it was found that they conversely decreased. As a result of cross-sectional TEME observation, it was revealed that the number of penetrating dislocations increased rapidly in this region, suggesting that the concentration and mobility of holes were reduced due to dislocations. Therefore, in order to reduce the penetration dislocations, Si□
-x, Gex, the thickness of the buffer layer is increased to 2 μm,
Also, S l 1-XS G e X at the interface with the Ge substrate
S/Ge/Si, x, Gsxs/Ge/...
......A superlattice layer was provided. This results in 1
Hole concentration and mobility increased in the region of xs>0.25.

(第5図(c)、(d))ただし、1−xs)Q、4及
びI  xs<0.1−5では、Geチャネル層43あ
るいはS i、、、G eo、s層44が、転位を発生
して歪緩和成長してしまうために、2次元ホールガスが
観測できなかった。(図中・点)すなわち、Ge膜厚2
0 n m S i(1,sG ea、s膜厚30nm
の条件では、0.2<1  xs<0.4と選ぶことが
有効である。Ge膜厚及びS i、、、G eo、5膜
厚を共に10nmの条件にすると、I  XSの範囲と
して、O< 1.− x s < 0 、5に拡げるこ
とが可能である。(この例ではGe基板を用いたが、S
i基板を用いても同様な結果が得られた。)本発明によ
り実現されたホールの移動度の最大値は↓5000m”
/v−s (77K)であり、従来値の10倍以上であ
る。
(Fig. 5(c), (d)) However, 1-xs) When Q, 4 and Ixs<0.1-5, the Ge channel layer 43 or the Si,..., Geo, s layer 44 is Two-dimensional hole gas could not be observed because dislocations were generated and the strain relaxation grew. (Dot in the figure) That is, Ge film thickness 2
0 nm Si (1, sG ea, s film thickness 30 nm
Under the conditions, it is effective to select 0.2<1 xs<0.4. When the Ge film thickness and Si,...,Geo,5 film thickness are both 10 nm, the range of IXS is O<1. − x s < 0, it is possible to expand to 5. (In this example, a Ge substrate was used, but S
Similar results were obtained using the i-substrate. ) The maximum value of the hole mobility achieved by the present invention is ↓5000m”
/vs (77K), which is more than 10 times the conventional value.

さらに、Tiをゲート電極46とすることにより電界効
果トランジスタを作製した。ゲート長は約2μmである
。伝達コンダクタンスg、のゲート電圧Va依存性より
算出した電界効果移動度の値も、10000cm”/v
−s以上であった。
Furthermore, a field effect transistor was fabricated by using Ti as the gate electrode 46. The gate length is approximately 2 μm. The value of field effect mobility calculated from the dependence of transfer conductance g on gate voltage Va is also 10000 cm"/v
-s or more.

次に、第4図(b)に示すように、WSiゲート49と
、イオン打込みによりこれに自己整合的に形成されたp
+領領域有するサブミクロンゲート長のMOSFETを
作製した。短チヤネル化に伴うパンチスルーを防止する
ためsbトド−ングスパイク51を設けである。Siの
nチャネルMO8FETでは、チャネル長を0.1μm
以下にしなければ、キャリアの速度が飽和速度に上回る
いわゆるvelocity overshootは見ら
れないことが知られているが、(例えばG、 A、 5
aj−Halosz他アイ・イー・イー・イー・エレク
トロンデバイスレターズ、第9巻、 (1988年)、
 464頁)本発明のFETにおいては高移動度化によ
って、チャネル要約0.3μmにおいてもveloci
ty overshootによる性能向上が実現できた
Next, as shown in FIG. 4(b), a WSi gate 49 and a p
A MOSFET with a submicron gate length and a positive region was fabricated. In order to prevent punch-through due to the shortening of the channel, an SB doping spike 51 is provided. For Si n-channel MO8FET, the channel length is 0.1 μm.
It is known that so-called velocity overshoot, in which the carrier velocity exceeds the saturation velocity, cannot be observed unless the carrier velocity is below (for example, G, A, 5
aj-Halosz et al. IEE Electron Device Letters, Volume 9, (1988),
(Page 464) Due to the high mobility of the FET of the present invention, even at a channel diameter of 0.3 μm, the velocity
We were able to improve performance through ty overshoot.

実施例2゜ 次に、pチャネル、チャネルドープ型電界効果トランジ
スタを作製した例について述べる。
Example 2 Next, an example in which a p-channel, channel-doped field effect transistor was manufactured will be described.

第6図に示すように、p型Geチャネル層61は、Ge
H4ガスを用いた超高真空対応のCVD(化学気相成長
)法によって戒長し、B2HGガスを用いてBをI X
 10”am−3ドーピングした。歪Ge層61の移動
度は、バルクG e N41の約2倍と大きくなってお
り、高いホール濃度と合わせて、室温における伝達コン
ダクタンスとして、変調トープトランジスタと同等な値
が実現できた。
As shown in FIG. 6, the p-type Ge channel layer 61 is made of Ge.
B is grown by CVD (chemical vapor deposition) method compatible with ultra-high vacuum using H4 gas, and B is grown by IX using B2HG gas.
The strained Ge layer 61 is doped with 10" am-3. The mobility of the strained Ge layer 61 is about twice that of the bulk Ge N41, and together with the high hole concentration, the transfer conductance at room temperature is equivalent to that of a modulation top transistor. value was achieved.

第6図中で第4図と同じ符号が示す部分は、第4図と同
−又は均等部分を示すものである。
In FIG. 6, parts indicated by the same reference numerals as in FIG. 4 indicate the same or equivalent parts as in FIG. 4.

実施例3゜ 続いて、2次元ホールガス(2D HG )を利用した
ヘテロバイポーラトランジスタを作製した例について述
べる。
Example 3 Next, an example of manufacturing a hetero bipolar transistor using two-dimensional hole gas (2D HG) will be described.

第7図(a)に示すようにP型Ge基板71上に厚さ8
00nmのn”S i、、tSGe、、、5mlレクタ
層72,200nmのn”’S io、、5Ge、、、
5コレクタM73を基板温度520 ’CでMBE法に
よりヘテロエピタキシャル成長した後、20.nmのノ
ンドープGeベース層74、Gaドーピングスパイク4
5を設けた。厚さ20nmのノンドープS io、、G
 ea、、層80,80nmのn”S io、、G e
o、cエミッタ層75を順次形成した。
As shown in FIG. 7(a), a layer with a thickness of 8.
00 nm n"S i,, tSGe, 5 ml director layer 72, 200 nm n"'S io, 5Ge,...
5 collector M73 was heteroepitaxially grown by the MBE method at a substrate temperature of 520'C, and then 20. nm non-doped Ge base layer 74, Ga doping spike 4
5 was set. 20 nm thick non-doped Sio,,G
ea, layer 80, 80 nm n”S io, ,G e
O and c emitter layers 75 were sequentially formed.

この構造ではノンドープS 10.4G eo、6/ 
G eヘテロ界面に形成される2次元ホールガスが極薄
かつ低抵抗のベース層として動作する。第7図(a)の
構造を用い、バイポーラトランジスタの基本動作を確認
した後、寄生素子を減らした第7図(b)の構造を用い
たトランジスタを作製した。
In this structure, non-doped S 10.4G eo, 6/
The two-dimensional hole gas formed at the Ge heterointerface acts as an ultra-thin and low-resistance base layer. After confirming the basic operation of a bipolar transistor using the structure shown in FIG. 7(a), a transistor using the structure shown in FIG. 7(b) with reduced parasitic elements was fabricated.

この構造では、真性ベース領域に対応する部分に開口部
を有するCVD5 i○2膜7膜製6成した上にベース
及びエミツタ層を形成することにより、外部ベースをp
+多結晶Ge膜とし、この外部ベースに起因する寄生抵
抗及び寄生容量を大幅に低減している。本構造を用いる
ことにより、fT=150 G Hzの性能を実現した
In this structure, the external base is formed by forming the base and emitter layers on the CVD5 i○2 film 7 film 6 which has an opening in the part corresponding to the intrinsic base region.
+Polycrystalline Ge film is used to significantly reduce parasitic resistance and parasitic capacitance caused by this external base. By using this structure, we achieved a performance of fT=150 GHz.

実施例4゜ 次に、通常の構造のp型ベース層を用いたヘテロバイポ
ーラトランジスタを作製した例について述べる。
Example 4 Next, an example in which a hetero bipolar transistor using a p-type base layer having a normal structure was manufactured will be described.

P型Geベース[81は、実施例2と同様にして形成し
、Bのドーピング濃度はI X 101gcm−3とし
た。Geベース内での電子の高移動度化によって、この
構造においてもfr=150GHzの性能が得られた。
The P-type Ge base [81 was formed in the same manner as in Example 2, and the B doping concentration was I x 101 gcm-3. Due to the high electron mobility within the Ge base, a performance of fr=150 GHz was also obtained in this structure.

尚第8図中で第7図(b)と同じ符号で示す部分は同−
又は均等部分を示すものである。
In Fig. 8, the parts indicated by the same reference numerals as in Fig. 7(b) are the same.
or equivalent parts.

実施例5゜ 続いて2次元ホールガスを利用したpチャネル電界効果
トランジスタと、バイポーラトランジスタを同一基板上
に集積化して(モノリシックに)作製した例について述
べる。
Example 5 Next, an example in which a p-channel field effect transistor using a two-dimensional hole gas and a bipolar transistor are integrated (monolithically) fabricated on the same substrate will be described.

第9図に示すように両者の深さ方向の構造は全く同一で
あり、実施例3に示したバイポーラトランジスタの作製
とほとんど同一の工程で作製できた。電流駆動能力の大
きいバイポーラトランジスタと、高集積化に適した電界
効果トランジスタのモノリシックな集積化により、超高
速論理回路が作製できた。第9図中、91は基板バイア
ス用電極、92は、n”Sio、2、Ge0.7.バッ
ファー層、93は、n−8i、、、5G e、、7.バ
ッファー層、94は、n ” S jo、G e a、
r、Nを示している。
As shown in FIG. 9, the structures in the depth direction of both transistors are completely the same, and the bipolar transistor was manufactured using almost the same process as that of the bipolar transistor shown in Example 3. Ultra-high-speed logic circuits have been created by monolithically integrating bipolar transistors with large current drive capabilities and field-effect transistors suitable for high integration. In FIG. 9, 91 is a substrate bias electrode, 92 is n"Sio, 2, Ge0.7. buffer layer, 93 is n-8i, 5G e, 7. buffer layer, 94 is n ” S jo, G e a,
r and N are shown.

実施例6゜ 最後に、pチャネル、nチャネルの変調トープトランジ
スタをモノリシックに作製した例について述べる。
Example 6 Finally, an example in which p-channel and n-channel modulation tope transistors were monolithically manufactured will be described.

第10図に示すように、Pチャネルトランジスタは実施
例上と同様の構造であり、nチャネルトランジスタは、
歪緩和して成長じたGe層101をチャネルとする構造
である。これは、Ge’ff110↓が歪まないほうが
S io、、、G e。、85/G eヘテロ界面にお
ける伝導帯のバンド不連続値が大きくなるためである。
As shown in FIG. 10, the P-channel transistor has the same structure as in the embodiment, and the N-channel transistor has the following structure.
This is a structure in which the Ge layer 101 grown with strain relaxation serves as a channel. This means that if Ge'ff110↓ is not distorted, S io...G e. , 85/G e This is because the band discontinuity value of the conduction band at the heterointerface becomes large.

本発明により、高速でかつ低消費電力の相補型論理回路
が作製できた。第10図中102は、S 1o14.G
 eIl、lls混晶層、103は、S5ドーピングス
パイクを示している。
According to the present invention, a complementary logic circuit with high speed and low power consumption can be manufactured. 102 in FIG. 10 is S 1o14. G
The eIl,lls mixed crystal layer, 103, shows the S5 doping spike.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、圧縮歪を有する単体Ge層に形成され
た、高移動度、高飽和速度、高濃度の2次元ホールガス
によって、電界効果トランジスタ及びバイポーラトラン
ジスタの高速化が実現できる。
According to the present invention, high-mobility, high saturation velocity, and high-concentration two-dimensional hole gas formed in a single Ge layer having compressive strain can realize high-speed field effect transistors and bipolar transistors.

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

第1図は、本発明の基本構造の断面図、第2図は公知例
の断面図、第3図は、Geのホール移動度の温度特性図
、第4.6,7,8,9.10図は、本発明の実施例の
断面図、第5図は、本発明の基礎となる実験結果を示す
図である。 1・・・基板、 2−・S l l−y、3 G e XSバッファー層
、3・・・GeJli 4− S ]、 1−XG e xM ゛くパ 図面の浄j′!′(内容に変更なし) カ 暖 (幻 −r 乃 (2) A度 CK) カ 4 回 (幻 第 図 (b) ρ I・l II’   L!J・3   /・4 ハ′ワ77−庸のδr#A I・5 1−χS Z/ 門t(2,+ヤネIL斥 オ・−ル0ヤ舎り斥 〔r領ンレ−g 砧 へ 偽 \4 (0 9 図 男 /ρ 図 /θ3 Shトーヒ′ン7−スハ14ノ
FIG. 1 is a sectional view of the basic structure of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a known example, FIG. 3 is a temperature characteristic diagram of hole mobility of Ge, and 4.6, 7, 8, 9. FIG. 10 is a sectional view of an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the experimental results that form the basis of the present invention. 1...Substrate, 2-Slily, 3GeXS buffer layer, 3...GeJli4-S], 1-XGexM ' (no change in content) Ka warm (phantom-r no (2) A degree CK) Ka 4 times (phantom chart (b) ρ I・l II' L!J・3 /・4 ha'wa77- Normal δr#A I・5 1-χS Z/ Gate t(2, +YaneIL斥Oh-ru0yashari斥 [r-Ryo-nley-g Kinuta e false\4 (0 9 Figure man/ρ Figure /θ3 Shtohi'n7-Suha14no

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、キャリアの走行する層が、ゲルマニウム層からなり
、該ゲルマニウム層は歪制御層上に設けられてなり、上
記ゲルマニウム層が圧縮歪を有することを特徴とする半
導体装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
ゲルマニウム層に近接した歪制御層に、p型不純物が導
入されてなることを特徴とする半導体装置。 3、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
ゲルマニウム層にp型不純物が導入されてなることを特
徴とする半導体装置。 4、特許請求の範囲第3項記載の半導体装置において上
記歪制御層はSi_1_−_x_sGe_x_s混晶か
らなり、かつ、該歪制御層の混晶比xsが0.5≦xs
≦0.9であることを特徴とする半導体装置。 5、ベース層がゲルマニウム層からなり、該ゲルマニウ
ムベース層が圧縮歪を有することを特徴とする半導体装
置。 6、特許請求の範囲第2項記載の半導体装置において、
上記ゲルマニウムベース層が P−Si_1_−_xGe_x(0<x<1)/i−G
eからなる構造を有することを特徴とする半導体装置。 7、特許請求の範囲第2項記載の半導体装置において、
上記ゲルマニウムベース層にP型不純物が導入されてな
ることを特徴とする半導体装置。 8、基板と、該基板上に設けられた歪制御層と、該歪制
御層上に設けられたゲルマニウム層と、該ゲルマニウム
層上に設けられた第1の層とを有する半導体装置におい
て、 上記ゲルマニウム層を上記半導体装置のキャリアが走行
することを特徴とする半導体装置。 9、上記ゲルマニウム層は、電界効果型トランジスタの
チャネル層であり、上記第1の層の上にはゲート電極が
設けられていることを特徴とする請求項8記載の半導体
装置。 10、上記ゲルマニウム層は、バイポーラトランジスタ
のベース層であることを特徴とする請求項8記載の半導
体装置。 11、上記歪制御層は、Si_1_−_x_sGe_x
_s混晶層からなり、かつ混晶比xsが、0.5≦xs
≦0.9であることを特徴とする請求項8乃至10の何
れかに記載の半導体装置。 12、上記ゲルマニウム層の厚みは、10nm以上、3
0nm以下であることを特徴とする請求項8乃至11の
何れかに記載の半導体装置。 13、上記歪制御層は、Si_1_−_x_sGe_x
_s混晶からなり、かつ、0.15≦1−xs≦0.4
5であることを特徴とする請求項8、9、10、12の
うち何れかに記載の半導体装置。
Claims: 1. A semiconductor device characterized in that the layer on which carriers travel is made of a germanium layer, the germanium layer is provided on a strain control layer, and the germanium layer has compressive strain. 2. In the semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device characterized in that a p-type impurity is introduced into a strain control layer close to a germanium layer. 3. In the semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device characterized in that a p-type impurity is introduced into a germanium layer. 4. In the semiconductor device according to claim 3, the strain control layer is made of Si_1_-_x_sGe_x_s mixed crystal, and the mixed crystal ratio xs of the strain control layer is 0.5≦xs.
A semiconductor device characterized in that ≦0.9. 5. A semiconductor device characterized in that the base layer is made of a germanium layer, and the germanium base layer has compressive strain. 6. In the semiconductor device according to claim 2,
The above germanium base layer is P-Si_1_-_xGe_x (0<x<1)/i-G
A semiconductor device characterized by having a structure consisting of e. 7. In the semiconductor device according to claim 2,
A semiconductor device characterized in that a P-type impurity is introduced into the germanium base layer. 8. A semiconductor device comprising a substrate, a strain control layer provided on the substrate, a germanium layer provided on the strain control layer, and a first layer provided on the germanium layer, A semiconductor device characterized in that a carrier of the semiconductor device described above travels through a germanium layer. 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the germanium layer is a channel layer of a field effect transistor, and a gate electrode is provided on the first layer. 10. The semiconductor device according to claim 8, wherein the germanium layer is a base layer of a bipolar transistor. 11. The strain control layer is Si_1_−_x_sGe_x
_s mixed crystal layer, and the mixed crystal ratio xs is 0.5≦xs
11. The semiconductor device according to claim 8, wherein ≦0.9. 12. The thickness of the germanium layer is 10 nm or more, 3
12. The semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor device has a thickness of 0 nm or less. 13. The strain control layer is made of Si_1_-_x_sGe_x
_s mixed crystal, and 0.15≦1−xs≦0.4
The semiconductor device according to any one of claims 8, 9, 10, and 12, characterized in that:
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