JPH04196436A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH04196436A
JPH04196436A JP2327918A JP32791890A JPH04196436A JP H04196436 A JPH04196436 A JP H04196436A JP 2327918 A JP2327918 A JP 2327918A JP 32791890 A JP32791890 A JP 32791890A JP H04196436 A JPH04196436 A JP H04196436A
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Susumu Yamazaki
山崎 享
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73Bipolar junction transistors
    • H01L29/737Hetero-junction transistors
    • H01L29/7371Vertical transistors
    • H01L29/7378Vertical transistors comprising lattice mismatched active layers, e.g. SiGe strained layer transistors

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はへテロ接合バイポーラトランジスタに関し、特
に5iGeベースを有するトランジスタに関する。
〔従来の技術〕
シリコン・バイポーラトランジスタは、セルファライン
技術・微細加工技術などの進歩で高速化が進んでいるが
、より一層の高速化のためにヘテロバイポーラトランジ
スタ(HBT)をシリコン系で実現して、増幅率の向上
、ベース抵抗の低減を図ろうという試みがなされている
。特に低温動作による電源電圧の低下、低温BiCMO
8への利用を考えた場合、狭いバンドギャップをもった
5iGe層をベースに用いたHBTが有利である。
バイポーラトランジスタは従来構造のものではベースよ
りエミッタの不純物濃度が高い。このような構造では、
バンドギヤップナローイングのためベース・エミッタ接
合ではホールのバリヤより電子のバリヤが大きい。この
トランジスタを低温に冷却するとこの電子に対するバリ
ヤは更に大きくなり、hFHの低下、f、の低下が生じ
てしまう。
一方5iGeベースのへテロ接合バイポーラ構造では低
温で動作するようにベースの濃度ヲエミッタの濃度より
高くしかつそれぞれの領域の濃度をフリーズアウトしな
い浸度範囲に設定する。例えば3X10’%「3以上と
する。このような条件ではベース・エミッタ接合におい
てホールに対するバリヤは高く電子に対するバリヤは小
さい。そして低温になるほどバンドギャップの差の拡大
によりhFEは増加し、fTは低下しなくなる。更にベ
ースがシリコンよりも狭いバンドギャップを有する5i
Geで形成されたベテロ接合バイポーラトランジスタで
は、ベース・エミッタ接合における電子に対するバリヤ
が更に小さくなりり、。は増加し、エミッタ・ベースの
拡散電位(VF)はシリコンのホモジャンクション構造
の場合より低くなる。
この■アの低減はB1CMOSゲートを低温動作させる
ときに重要な要素となる。第3図に示したようにBiC
MO8の回路はプルアップ用バイポーラでの■1による
高レベル側の電圧ロスとプルダウン用のバイポーラの低
レベル側での電圧のロス分たけ振幅が小さくなりB1C
MOSゲートの動作速度を著しく低下させる。従ってB
1CMOSゲートの電源電圧の低電圧化や低温動作にお
いて、バイポーラトランジスタの低V、化はEiCMO
3の高負荷駆動能力、高速性を維持するため非常に重要
になる。
〔発明が解決しようとする課題〕
5iGeで形成されているベースにおいてエミッタ・ベ
ース拡散電位(VF)をできるだけ低くするにはGeの
含有量を増加すればよいが増加しすぎるとSiとGeの
格子定数のちがいからシリコン基板と5iGeとの界面
でミスフィツト転位を発生する。SiとGeの格子定数
の違いは4%ある。従ってSi上に無転位で成長できる
5iGeの厚さは制限され、ある臨界膜厚を越えるとミ
スフィツト転位を生じる。臨界膜厚とGeの組成との関
係を第4図に示す。同図に示されるように例えばバンド
ギャップシフトを300mV得ようとするとGe含有率
は30%必要であり、そのときの5iGeの臨界膜厚は
10nmとなる。
このときエミッタ・コレクタ間耐圧が2〜3■と使用電
源電圧以下になってしまう。一方エミッタ・コレクタ間
耐圧を改善するためベース不純物濃度を例えば5 X 
10 ”cm−3以上に高めるとベース・コレクタ間耐
圧ベース・エミッタ間耐圧の低下を招く。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は5iGeベースを有するシリコンヘテロ接合バ
イポーラトランジスタにおいてベース・エミッタ接合界
面付近およびベース・コレクタ接合界面付近のベース領
域のGe含有量がベース内部中央領域のGe含有量より
も多くかつベース内部に向ってGe濃度が傾斜状に分布
している。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の深さ方向の不純物濃度とG
e含有率の分布を示す図である。最上領域1はエミッタ
電極用多結晶シリコン層で不純物濃度1020〜10 
”cm−”+厚さ150〜250nn+、領域2は不純
物濃度5X10”〜lXl0’%「3゜厚さ10〜11
00nのシリコンエピタキシャル層、領域3は5iGe
ベース領域で不純物濃度l×101″〜5 X 10 
”cm−”+厚さ10〜1100n。
領域4はコレクタ領域で不純物濃度lXl0”〜3 X
 I O”cm−’の領域およびコレクタ抵抗を低減す
るための不純物濃度1019〜10”cm−’の埋込層
からなる。領域2はエミッタ電極用多結晶シリコン層か
らの不純物拡散で形成されたエミッタ拡散層5と低濃度
シリコンエピタキシャル層領域8からなる。エミッタ領
域2のバンドギャップナローイングを抑えるため濃度は
5X101t〜1×10”cm−”にえらばれる。また
シリコンエピタキシャル層2の膜厚を10Or+m以上
にするとエミッタ抵抗の増加を招き好ましくない。エミ
ッタ領域2の濃度をI X 1019.cm−3以上に
するとエミッタ7・ベース間耐圧の低下や容量増加を生
じる。5iGeベース領域3内においてベース・エミッ
タ接合界面付近およびベース・コレクタ接合界面付近の
ベース領域のGe含有量がベース内部中央領域のGe含
有量よりも多くかつベース内部に向ってGe濃度が傾斜
状に分布している。
ベースエミッタ接合界面付近のGe濃度を例えば40%
としてベース中央部のGe濃度を0%とする。このよう
にGe濃度分布に勾配をつけることによりベース領域全
てのGe含有率が一様に40%である場合よりもシリコ
ンエミッタと5iGeのへテロ接合部の歪を緩和するこ
とができる。またエミッタベース接合界面付近のGeの
量が40%であるのでエミッタ・ベース拡散電位(VF
)は約200mVはどホモジャンクションバイポーラト
ランジスタのV、より小さくなる。一方、ベース中央部
のGe濃度を0%としてベース・コレクタ接合界面付近
のGe濃度を例えば40%としてGe濃度分布に勾配を
つける。このようにベースの中央部からコレクタへ向っ
てエネルギーギャップを減少させドリフト電界を利用し
たGe濃度傾斜型ベース構造を形成し、ベース中でのキ
ャリア走行速度を大きくする。またGe濃度に勾配をも
っているため、ベース・コレクタ間のへテロ接合での歪
を緩和できる。またGe濃度傾斜型構造とすることによ
り前述のエミッタ・ベース中央部へ形成したGe濃度勾
配で減速されたキャリア走行速度を再び加速するため本
発明のようなGe濃度勾配を形成しても遮断周波数の低
下等の特性悪化は生じない。
第2図は本発明の第2の実施例の深さ方向の不純物濃度
とGe含有率の分布を示す図である。前述の第1の実施
例と異なる点は不純物濃度5×1017〜I X 10
1gcm−’厚さ10〜100r+mのシリコンエピタ
キシャル層2と5iGeベース領域3の間に不純物をド
ープしていない5iGe層9が設けられている。5iG
e層9の厚さは20〜100人とするのが適当である。
このノンドープの5iGe層9は製造工程中の熱処理に
よって5iGeベース領域3から外方拡散した不純物、
例えばボロンがシリコンエピタキシャル層3へ入り、エ
ミッタ、ベース間の接合がへテロ接合でなくなり電子に
対するポテンシャル障壁を高くなるのを防ぐ目的で設け
られている。本第2の実施例では5iGeベース中のG
濃度を前記ノンドープ5iGe9とシリコンエピタキシ
ャル層3の界面から傾斜をつけた構造にする。この構造
とすることでペテロ接合部の歪を第1の実施例よりも更
に緩和することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように5iGeベースを有するシリコンヘ
テロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ベース・エ
ミッタ接合界面付近およびベースコレクタ接合界面付近
のベース領域のGe含有率がベース内部中央領域のGe
含有率よりも多くかつベース内部に向ってGe濃度が傾
斜状に分布している構造を有しているのでエミッタ・ベ
ース界面のGe含有率を30〜40%まで高めることが
できエミッターベース拡散電位を大巾に低下することが
できる。一方、平均Ge含有率は傾斜分布のため低く保
たれミスフィツト転位を生じさせな゛いという効果を有
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の不純物濃度プロファイルと
Geの含有率を示す図、第2図は第2の実施例の不純物
濃度プロファイルとGeの含有率を示す図、第3図は従
来技術を説明する為の図、第4図はGeの含有率と臨界
膜厚およびバンドギャップシフト量の関係を示す図であ
る。 1・・・・・・エミッタ高濃度領域(ドープトポリシリ
)、2・・・・・・エミッタ低濃度領域(エピタキシャ
ル層)、3・・・・・・5iGeベース領域(エピタキ
シャル層)、4・・・・・・コレクタ領域(エピタキシ
ャル層)、5・・・・・・エミッタ低濃度領域中に拡散
したエミッタ高濃度領域、6,6′・・・・・・Geの
含有率、7・・・・・・ドープポリシリコン1とエピタ
キシャル層2の界面、8・・・・・・エピタキシャル層
2中の低農度領域、9・・・・・・不純物ノンドープ5
iGeベース領域、10・・・・・・ドープト5iGe
ベースとノンドープ)S iGeベースの界面、11・
・・・・・ノンドープ5iGeベース領域中に拡散した
ベース不純物分S、12.13・・・・・・NPN)ラ
ンジスタ、14・・・・・PチャネルMO8)ランシス
タ、15,16゜17・・・・・・NチャネルMO8)
ランジスタ、18・・・・・・入力端子、19・・・・
・出力端子。 代理人 弁理士  内 原   音 z1@ 13つ 第4西 Qt喀肩幸(%)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  SiGeナローギャップベースを有するシリコンヘテ
    ロ接合バイポーラトランジスタにおいてベース・エミッ
    タ接合界面付近およびベースコレクタ接合界面付近のベ
    ース領域のGe含有量がベース内部領域のGe含有量よ
    りも高くかつベース内部に向ってGe濃度が傾斜状に分
    布していることを特徴とする半導体装置。
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