JPH1079394A - Bipolar transistor and its manufacture - Google Patents
Bipolar transistor and its manufactureInfo
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- JPH1079394A JPH1079394A JP9182417A JP18241797A JPH1079394A JP H1079394 A JPH1079394 A JP H1079394A JP 9182417 A JP9182417 A JP 9182417A JP 18241797 A JP18241797 A JP 18241797A JP H1079394 A JPH1079394 A JP H1079394A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はバイポーラトランジ
スタおよびその製造方法に係り、特に単結晶シリコン・
ゲルマニウムを真性ベース層として用いたバイポーラト
ランジスタおよび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 and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a single crystal silicon transistor.
The present invention relates to a bipolar transistor using germanium as an intrinsic base layer and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の単結晶シリコン・ゲルマニウムを
真性ベース層として用いたバイポーラトランジスタは、
例えば1991年の電子情報通信学会技術研究報告SD
M91−124の第19頁〜第24頁に記載されてい
る。この従来例のバイポーラトランジスタの断面構造を
図2に示す。2. Description of the Related Art A conventional bipolar transistor using single crystal silicon / germanium as an intrinsic base layer,
For example, IEICE Technical Report SD of 1991
M91-124, pages 19 to 24. FIG. 2 shows a cross-sectional structure of this conventional bipolar transistor.
【0003】以下、図2を用いて、この従来例のバイポ
ーラトランジスタの製造方法について簡単に説明する。
図2において、参照符号21はシリコン基板を示し、こ
のシリコン基板21に形成した高濃度n型埋込層22上
に、コレクタ層となる低濃度n型シリコン層23のエピ
タキシャル成長を行った後、選択酸化により素子分離絶
縁膜24を形成する。更に、コレクタ層となる低濃度n
型シリコン層23上にベース・コレクタ分離絶縁膜25
と多結晶シリコンからなるベース引き出し電極26とエ
ミッタ・ベース分離絶縁膜27を形成し、エミッタ・ベ
ース分離絶縁膜27とベース引き出し電極26をエッチ
ングして開口部を形成する。ベース引き出し電極26の
側壁を絶縁膜27aによって覆った後、単結晶シリコン
・ゲルマニウムをエピタキシャル成長し、真性ベース層
28を形成する。単結晶シリコン・ゲルマニウムのエピ
タキシャル成長と同時に、ベース引き出し電極26のせ
りだしの底面から多結晶シリコン・ゲルマニウムからな
る外部ベース29が堆積するため、成長を続けることに
より真性ベース層28とベース引き出し電極26とが外
部ベース29を介して接続する。外部ベース29とエミ
ッタとの導通を防ぐため、この後さらにエミッタ・ベー
ス分離絶縁膜30を形成する。そして、砒素が高濃度に
ドープされたn型多結晶シリコン31を開口部に堆積
し、アニールを行って砒素を真性ベース層28へ拡散さ
せることにより、エミッタ層32を形成する。絶縁膜3
3を形成後、電極35を形成する。尚、参照符号34は
高濃度n型コレクタ引き出し層である。Hereinafter, a method of manufacturing the conventional bipolar transistor will be briefly described with reference to FIG.
In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a silicon substrate, and after a low-concentration n-type silicon layer 23 serving as a collector layer is epitaxially grown on a high-concentration n-type buried layer 22 formed on the silicon substrate 21, a selection is performed. An element isolation insulating film 24 is formed by oxidation. Further, a low concentration n serving as a collector layer
Base / collector isolation insulating film 25 on
Then, a base lead electrode 26 and an emitter / base separation insulating film 27 made of polycrystalline silicon are formed, and the emitter / base separation insulating film 27 and the base lead electrode 26 are etched to form an opening. After covering the side wall of the base lead electrode 26 with an insulating film 27a, an intrinsic base layer 28 is formed by epitaxially growing single crystal silicon / germanium. At the same time as the epitaxial growth of single crystal silicon / germanium, an external base 29 made of polycrystalline silicon / germanium is deposited from the bottom surface of the protrusion of the base extraction electrode 26. By continuing the growth, the intrinsic base layer 28 and the base extraction electrode 26 Are connected via the external base 29. In order to prevent conduction between the external base 29 and the emitter, an emitter / base isolation insulating film 30 is further formed thereafter. An emitter layer 32 is formed by depositing n-type polycrystalline silicon 31 doped with arsenic at a high concentration in the opening and performing annealing to diffuse arsenic into the intrinsic base layer 28. Insulating film 3
After the formation of the electrode 3, the electrode 35 is formed. Reference numeral 34 denotes a high-concentration n-type collector lead-out layer.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の単結晶
シリコン・ゲルマニウムを真性ベース層に用いたバイポ
ーラトランジスタにおけるゲルマニウム及び不純物プロ
ファイルを図3に示す。同図(a)はゲルマニウム組成
比のプロファイルであり、(b)は不純物濃度プロファ
イルである。図中、破線で示したjEBおよびjBCは、そ
れぞれエミッタ・ベース接合の界面とベース・コレクタ
接合の界面を表している。FIG. 3 shows a profile of germanium and impurities in a conventional bipolar transistor using the above-mentioned conventional single crystal silicon / germanium for the intrinsic base layer. FIG. 3A shows a profile of a germanium composition ratio, and FIG. 3B shows an impurity concentration profile. In the figure, j EB and j BC indicated by broken lines represent the interface between the emitter and the base and the interface between the base and the collector, respectively.
【0005】同図(a)から分かるように、単結晶シリ
コン・ゲルマニウムの成長中にドーピングを行うため
に、単結晶シリコンからなるコレクタ領域上に単結晶シ
リコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層が直接形成
されている。このプロファイルを持つバイポーラトラン
ジスタのエネルギーバンド構造を図4に示す。ベース・
コレクタ界面jBCに単結晶シリコンと単結晶シリコン・
ゲルマニウムのバンドギャップ差に起因したエネルギー
障壁ができ、エミッタから注入されたキャリアの走行時
間が長くなるという問題がある。As can be seen from FIG. 1A, in order to perform doping during the growth of single crystal silicon / germanium, an intrinsic base layer of single crystal silicon / germanium is directly formed on the collector region of single crystal silicon. Have been. FIG. 4 shows the energy band structure of the bipolar transistor having this profile. base·
Single crystal silicon and single crystal silicon to the collector interface j BC ·
There is a problem that an energy barrier is generated due to the band gap difference of germanium, and the traveling time of carriers injected from the emitter is prolonged.
【0006】一方、特開平3−125476号公報に
は、ベース層と低不純物濃度コレクタ層の間にコレクタ
電流に対するエネルギー障壁が発生するのを防止するた
めに、ベース層と低不純物濃度コレクタ層の両方をシリ
コン・ゲルマニウムの混晶で形成したヘテロバイポーラ
トランジスタ構造が開示されている。これを前述したよ
うな自己整合的にベース電極を取り出すバイポーラトラ
ンジスタ構造に適用した場合、例えば、図2において真
性ベース層28と低濃度コレクタ層23の間に単結晶シ
リコン・ゲルマニウム層を自己整合的に形成した場合、
多結晶シリコンからなるベース引き出し電極26下に低
濃度の多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積してしま
う。このため、ベース引き出し電極26と真性ベース層
28の間に抵抗の高い外部ベースが形成され、今度はベ
ース抵抗が増大して回路動作が遅くなるという問題が生
じる。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-125476 discloses that a base layer and a low impurity concentration collector layer are formed in order to prevent an energy barrier against a collector current from being generated between the base layer and the low impurity concentration collector layer. A hetero-bipolar transistor structure in which both are formed of a mixed crystal of silicon and germanium is disclosed. When this is applied to the above-described bipolar transistor structure in which the base electrode is taken out in a self-aligned manner, for example, a single-crystal silicon-germanium layer is formed between the intrinsic base layer 28 and the low concentration collector layer 23 in FIG. When formed in
A low concentration of polycrystalline silicon / germanium is deposited under the base extraction electrode 26 made of polycrystalline silicon. For this reason, an external base having high resistance is formed between the base extraction electrode 26 and the intrinsic base layer 28, which causes a problem that the base resistance is increased and the circuit operation is slowed down.
【0007】また、ドーピングをしながら形成した単結
晶シリコン・ゲルマニウム層28中にエミッタ電極であ
る高濃度多結晶シリコン31からp型不純物を拡散させ
るために、図3(b)に示すように、エミッタ・ベース
接合の不純物濃度が高くなる。このため、エミッタ・ベ
ース界面でトンネル効果が起こり、ベース領域のリーク
電流が増加するという問題がある。Further, in order to diffuse a p-type impurity from the high-concentration polycrystalline silicon 31 serving as an emitter electrode into the single-crystal silicon-germanium layer 28 formed while doping, as shown in FIG. The impurity concentration at the emitter-base junction increases. Therefore, there is a problem that a tunnel effect occurs at the interface between the emitter and the base, and a leak current in the base region increases.
【0008】同様に、特開平7−147287号公報に
もベース・コレクタ接合領域における寄生エネルギー障
壁の発生を防止し、遮断周波数の低下を抑制したバイポ
ーラトランジスタが開示されている。これには、ベース
層およびコレクタ層がゲルマニウムを含む単結晶シリコ
ン層からなるバイポーラトランジスタのベース層中のG
e濃度をエミッタ層側が低く、コレクタ層側が高い分布
にし、コレクタ層中のGe濃度をベース層側が高く、コ
レクタ層内部のn形高濃度埋込層側が低い分布とし、か
つ、このコレクタ層内のGe濃度がベース層側で急激に
減少し、埋込層側で緩やかに減少するように構成したバ
イポーラトランジスタが記載されている。しかし、この
ベース・コレクタ間の構造を、図2に示したベース電極
を自己整合的に取り出す構造に適用してエネルギー障壁
を回避することができても、前記と同様にベース引き出
し電極26下に低濃度の多結晶シリコン・ゲルマニウム
が堆積するため、ベース抵抗が増大して回路動作が遅く
なるという問題が依然として残る。Similarly, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 7-147287 discloses a bipolar transistor in which the occurrence of a parasitic energy barrier in a base-collector junction region is prevented and a decrease in cutoff frequency is suppressed. This includes G in the base layer of a bipolar transistor in which the base layer and the collector layer are made of a single crystal silicon layer containing germanium.
The concentration of e is low on the emitter layer side and high on the collector layer side, and the Ge concentration in the collector layer is high on the base layer side and low on the n-type high concentration buried layer side inside the collector layer. A bipolar transistor is described in which the Ge concentration rapidly decreases on the base layer side and gradually decreases on the buried layer side. However, even if the structure between the base and the collector can be applied to the structure in which the base electrode is taken out in a self-aligned manner as shown in FIG. Due to the deposition of polycrystalline silicon germanium at a low concentration, the problem that the base resistance is increased and the circuit operation is slowed still remains.
【0009】また、特開平5−206151号公報に
は、外部ベース領域並びにベース電極用多結晶シリコン
に対してエミッタ領域の位置が自己整合的に形成された
バイポーラトランジスタが開示されている。単結晶シリ
コン・ゲルマニウム層からなる真性ベース層とp+ベー
ス電極用多結晶シリコンとが、p+ベース電極用多結晶
シリコンからの不純物拡散で形成した外部ベース領域を
介して接続されている。この構造によれば、図2に示し
たベース電極を真性ベース層と直接接続する多結晶シリ
コン層を介して自己整合的に取り出す場合に比べて、外
部ベース領域の拡散層とコレクタ間の接合容量が大きく
なる難点がある。Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-206151 discloses a bipolar transistor in which the position of an emitter region is formed in a self-aligned manner with respect to an external base region and polycrystalline silicon for a base electrode. Intrinsic base layer of single crystal silicon-germanium layer and the p + base electrode polysilicon are connected via an external base region formed by impurity diffusion from the p + base electrode polysilicon. According to this structure, the junction capacitance between the diffusion layer in the external base region and the collector is smaller than that in the case where the base electrode shown in FIG. 2 is taken out in a self-aligned manner through the polycrystalline silicon layer directly connected to the intrinsic base layer. There is a drawback that becomes large.
【0010】そこで、本発明の目的は、単結晶シリコン
・ゲルマニウム層を真性ベース層として用いたバイポー
ラトランジスタにおいて高速動作を可能にするために、
コレクタ・ベース界面にエネルギー障壁が無く、ベース
抵抗が小さく、かつ、エミッタ・ベース間容量及びコレ
クタ・ベース間容量が小さいバイポーラトランジスタお
よびその製造方法を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to enable a high-speed operation in a bipolar transistor using a single crystal silicon / germanium layer as an intrinsic base layer.
An object of the present invention is to provide a bipolar transistor having no energy barrier at the collector-base interface, a small base resistance, a small emitter-base capacitance and a small collector-base capacitance, and a method of manufacturing the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係るバイポーラ
トランジスタは、第1導電型単結晶シリコン層、例えば
図1で言えば、第1のコレクタ領域となる低濃度n型コ
レクタ層3と、該第1導電型単結晶シリコン層表面上に
設けられた開口部を有する第1の絶縁膜(すなわちコレ
クタ・ベース分離絶縁膜5)と前記第1導電型と反対導
電型の第2導電型多結晶層(すなわちp型多結晶シリコ
ンからなるベース引き出し電極6)と第2の絶縁膜(す
なわちエミッタ・ベース分離絶縁膜7)とからなる多層
膜と、前記開口部に設けられた第1導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層(すなわち単結晶シリコン・ゲルマ
ニウムからなる低濃度n型コレクタ層8)と、該第1導
電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設けられた第
2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層(すなわち単
結晶シリコン・ゲルマニウムからなるp型真性ベース層
9)と、第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と
前記第2導電型多結晶層との双方に接して設けられた第
2導電型多結晶シリコン・ゲルマニウム層(すなわち多
結晶シリコン・ゲルマニウムからなるp型外部ベース層
10)と、から少なくとも構成されることを特徴とする
ものである。A bipolar transistor according to the present invention comprises a first conductivity type single crystal silicon layer, for example, a low concentration n-type collector layer 3 serving as a first collector region in FIG. A first insulating film having an opening provided on the surface of the first-conductivity-type single-crystal silicon layer (that is, a collector / base isolation insulating film 5); and a second-conductivity-type polycrystal of a conductivity type opposite to the first-conductivity type A multi-layered film including a layer (that is, a base lead electrode 6 made of p-type polycrystalline silicon) and a second insulating film (that is, an emitter-base separating insulating film 7), and a first conductive type single film provided in the opening. A crystalline silicon-germanium layer (ie, a low-concentration n-type collector layer 8 made of single-crystal silicon-germanium) and a second conductive type single-crystal silicon layer provided on the first conductive type single-crystal silicon-germanium layer A con-germanium layer (that is, a p-type intrinsic base layer 9 made of single-crystal silicon-germanium) and a second-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer and the second-conductivity-type polycrystalline layer were provided in contact with each other. And a second conductivity type polycrystalline silicon-germanium layer (that is, a p-type external base layer 10 made of polycrystalline silicon-germanium).
【0012】前記バイポーラトランジスタにおいて、第
2導電型多結晶層は、多結晶シリコン層または多結晶シ
リコン・ゲルマニウム層とすればよい。In the bipolar transistor, the second conductivity type polycrystalline layer may be a polycrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon / germanium layer.
【0013】また、前記第1導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層の厚さ、すなわち図1で言えば、第2のコ
レクタ層となる低濃度n型コレクタ層8の厚さが少なく
とも5nmであれば好適である。Further, if the thickness of the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer, that is, the low concentration n-type collector layer 8 serving as the second collector layer in FIG. 1 is at least 5 nm, It is suitable.
【0014】前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層上に設けられ、かつ第2導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層よりも不純物濃度の低い第2の第2導電
型単結晶層を更に設ければ、すなわち図1に示すよう
に、真性ベース領域9とベース引き出し電極6とがドー
ピングされた外部ベース10によって接合した構造に単
結晶からなる低濃度のキャップ層11を更に設ければ好
適である。この場合、前記第2の第2導電型単結晶層
は、単結晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層とすればよい。The second conductivity type single-crystal silicon / germanium layer is provided on the second conductivity type single-crystal silicon / germanium layer.
If a second second conductivity type single crystal layer having an impurity concentration lower than that of the germanium layer is further provided, that is, as shown in FIG. 1, the intrinsic base region 9 and the base extraction electrode 6 are doped with the external base 10 to be doped. It is preferable to further provide a low-concentration cap layer 11 made of a single crystal in the joined structure. In this case, the second second conductivity type single crystal layer may be a single crystal silicon layer or a single crystal silicon / germanium layer.
【0015】また、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層上に設けられた第2の第1導電型単結晶
層、すなわち真性ベース上にエピタキシャル成長を用い
て形成されたエミッタ層となる単結晶層を更に設ければ
好適である。この場合、前記第2の第1導電型単結晶層
は、単結晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層とすればよい。In addition, a second first conductivity type single crystal layer provided on the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer, ie, a single crystal serving as an emitter layer formed on the intrinsic base by epitaxial growth It is preferred if further layers are provided. In this case, the second first conductivity type single crystal layer may be a single crystal silicon layer or a single crystal silicon / germanium layer.
【0016】前記いずれかのバイポーラトランジスタに
おいて、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電型単結晶
シリコン層側から表面に向かうに従い減少するプロファ
イル、すなわち図15に示すように、ベース層中のゲル
マニウム組成比がコレクタ側からエミッタ側に向かって
減少するプロファイルを有すれば好適である。In any of the above bipolar transistors, the profile in which the composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer decreases from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface, ie, As shown in FIG. 15, it is preferable that the germanium composition ratio in the base layer has a profile that decreases from the collector side toward the emitter side.
【0017】或いは、前記第2導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層および前記第1導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1
導電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少
するプロファイル、すなわち図17に示すように、低濃
度コレクタ層を含めてゲルマニウム組成比のプロファイ
ルをコレクタ側からエミッタ側に向かうに従って減少す
るプロファイルとしてもよい。Alternatively, the second conductivity type single crystal silicon
A germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon;
The composition ratio of germanium in the germanium layer is the first ratio.
As shown in FIG. 17, the profile that decreases from the conductivity type single crystal silicon layer toward the surface, that is, the profile of the germanium composition ratio including the low-concentration collector layer also decreases from the collector side toward the emitter side. Good.
【0018】また、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層および前記第1導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導
電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少
し、その傾きが前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層中と前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層中とで異なるプロファイル、すなわち図19に示
すように真性ベース層中と低濃度n型コレクタ層中でゲ
ルマニウム組成比プロファイルの傾きが異なるようにし
てもよい。The composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer is from the first conductivity type single crystal silicon layer toward the surface. And the inclination thereof is different between the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer, that is, as shown in FIG. The gradient of the germanium composition ratio profile may be different in the concentration n-type collector layer.
【0019】さらに、前記第2導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1
導電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少
し、前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層中
のゲルマニウムの組成比が表面から前記第1導電型単結
晶シリコン層側に向かうに従い減少するプロファイル、
すなわち図21に示すように真性ベース中ではコレクタ
側からエミッタ側にかけてゲルマニウム組成比が減少
し、逆に低濃度n型コレクタ層中ではゲルマニウム組成
比をベース側からコレクタ側に向かって減少するプロフ
ァイルとすることもできる。Further, the second conductivity type single crystal silicon
The composition ratio of germanium in the germanium layer is the first ratio.
It decreases from the conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface, and the composition ratio of germanium in the first conductivity type single crystal silicon / germanium layer decreases from the surface toward the first conductivity type single crystal silicon layer side. Profile,
That is, as shown in FIG. 21, the germanium composition ratio decreases from the collector side to the emitter side in the intrinsic base, and the germanium composition ratio decreases from the base side to the collector side in the low-concentration n-type collector layer. You can also.
【0020】本発明に係るバイポーラトランジスタの製
造方法は、第1導電型単結晶シリコン層表面上に開口部
を有する第1の絶縁膜と、前記第1導電型と反対導電型
の第2導電型多結晶層と、第2の絶縁膜とからなる多層
膜を形成する工程と、前記開口部に第1導電型単結晶シ
リコン・ゲルマニウム層を形成する工程と、該第1導電
型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に第2導電型単結
晶シリコン・ゲルマニウム層と、該第2導電型単結晶シ
リコン・ゲルマニウム層および前記第2導電型多結晶層
の双方に接する第2導電型多結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層とを同時に形成する工程と、を少なくとも有するバ
イポーラトランジスタの製造方法であって、前記第1導
電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を形成する工程
と、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を
形成する工程が、それぞれエピタキシャル成長によって
形成する工程であって、前記エピタキシャル成長を、成
長時の温度が500℃〜700℃で、かつ、成長時の圧
力が100Paを越えない条件で行うことを特徴とす
る。According to the method of manufacturing a bipolar transistor of the present invention, a first insulating film having an opening on the surface of a first conductivity type single crystal silicon layer, a second conductivity type opposite to the first conductivity type are provided. A step of forming a multilayer film including a polycrystalline layer and a second insulating film; a step of forming a first conductivity type single crystal silicon / germanium layer in the opening; A second-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer on the germanium layer; and a second-conductivity-type polycrystalline silicon-germanium layer in contact with both the second-conductivity-type single-crystal silicon-germanium layer and the second-conductivity-type polycrystal layer. Forming at least one of the following: a step of forming the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer; and a step of forming the second conductivity type. The step of forming the crystalline silicon / germanium layer is a step of forming each layer by epitaxial growth, and the epitaxial growth is performed under the conditions that the growth temperature is 500 ° C. to 700 ° C. and the growth pressure does not exceed 100 Pa. It is characterized by performing.
【0021】また、本発明に係る光受信システムは、光
信号を受け電気信号を出力する受光素子と、該受光素子
からの電気信号を受ける第1の増幅回路と、該第1の増
幅回路の出力を受ける第2の増幅回路と、所定のクロッ
ク信号に同期して前記第2の増幅回路の出力をディジタ
ル信号に変換する識別器とを有する光受信システムであ
って、前記第1の増幅回路は、前記受光素子にそのベー
スが接続された第1のバイポーラトランジスタと、該第
1のバイポーラトランジスタのコレクタにベースが接続
されると共にコレクタが前記第2の増幅回路の入力に接
続された第2のバイポーラトランジスタとを有し、前記
第1又は第2のバイポーラトランジスタの少なくとも一
つが前述したいずれかに記載のバイポーラトランジスタ
により構成されたことを特徴とするものである。また、
前記光受信システムにおいて、前記第1及び第2のバイ
ポーラトランジスタのいずれもが、前述したいずれかの
バイポーラトランジスタにより構成してもよい。さら
に、前記第1及び第2のバイポーラトランジスタが単一
の半導体チップ上に形成されると共に、該半導体チップ
と前記受光素子とが単一の基板上に実装されていれば好
適である。Further, the optical receiving system according to the present invention comprises a light receiving element for receiving an optical signal and outputting an electric signal, a first amplifier circuit for receiving the electric signal from the light receiving element, and a first amplifier circuit for receiving the electric signal. An optical receiving system comprising: a second amplifier circuit receiving an output; and an identifier for converting an output of the second amplifier circuit into a digital signal in synchronization with a predetermined clock signal, wherein the first amplifier circuit A first bipolar transistor whose base is connected to the light receiving element, and a second bipolar transistor whose base is connected to the collector of the first bipolar transistor and whose collector is connected to the input of the second amplifier circuit. And at least one of the first and second bipolar transistors is constituted by the bipolar transistor according to any of the above. And it is characterized in and. Also,
In the optical receiving system, each of the first and second bipolar transistors may be configured by any of the bipolar transistors described above. Further, it is preferable that the first and second bipolar transistors are formed on a single semiconductor chip, and that the semiconductor chip and the light receiving element are mounted on a single substrate.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】本発明に係るバイポーラトランジ
スタの好適な実施の形態は、シリコン基板上の第1のコ
レクタ領域に形成された第1の絶縁膜の開口部上のみ
に、低濃度の単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる第
2のコレクタ層が設けられていて、しかも多結晶シリコ
ンからなるベース引き出し電極と、前記第2のコレクタ
層上に設けられ、かつ、不純物がドーピングされた単結
晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース領域と
が、不純物がドーピングされた多結晶シリコン・ゲルマ
ニウムからなる外部ベースを介して接触する構造を有す
るものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a preferred embodiment of the bipolar transistor according to the present invention, a low-concentration single-electrode is formed only on an opening of a first insulating film formed in a first collector region on a silicon substrate. A second collector layer made of crystalline silicon / germanium is provided, and a base extraction electrode made of polycrystalline silicon; and a single crystal silicon provided on the second collector layer and doped with impurities. It has a structure in which an intrinsic base region made of germanium contacts through an external base made of polycrystalline silicon-germanium doped with impurities.
【0023】このように、単結晶シリコン・ゲルマニウ
ムからなる第2のコレクタ層を、第1のコレクタ層と単
結晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベースとの間
に設けたことにより、コレクタ・ベース間にエネルギー
障壁ができなくなるため、エミッタから注入されたキャ
リアの走行時間が短縮できる。しかも、真性ベースとベ
ース引き出し電極とが、ドーピングされた低抵抗の外部
ベースのみで接続される構造としたことによりベース抵
抗も低減できる。更に、エミッタ、ベース及びコレクタ
を自己整合的に形成するため、エミッタ・ベース間及び
コレクタ・ベース間容量が低減できる。従って、本発明
に係るバイポーラトランジスタは、高速動作が可能とな
る。As described above, since the second collector layer made of single-crystal silicon / germanium is provided between the first collector layer and the intrinsic base made of single-crystal silicon / germanium, the second collector layer is formed between the collector and the base. Since an energy barrier cannot be formed, the traveling time of carriers injected from the emitter can be reduced. In addition, the base resistance can be reduced by the structure in which the intrinsic base and the base extraction electrode are connected only by the doped low resistance external base. Further, since the emitter, the base and the collector are formed in a self-aligned manner, the capacitance between the emitter and the base and between the collector and the base can be reduced. Therefore, the bipolar transistor according to the present invention can operate at high speed.
【0024】また、本発明に係るバイポーラトランジス
タの製造方法の好適な実施の形態は、上記バイポーラト
ランジスタを構成する第2の低濃度コレクタ層および真
性ベース層および低濃度キャップ層の単結晶シリコン・
ゲルマニウムをエピタキシャル成長によって形成すると
きの温度が500℃以上700℃以下で、かつ、形成す
るときの圧力が100Paを越えないことを特徴とす
る。In a preferred embodiment of the method for manufacturing a bipolar transistor according to the present invention, the method for manufacturing a bipolar transistor according to the present invention includes the steps of:
The temperature at which germanium is formed by epitaxial growth is 500 ° C. or more and 700 ° C. or less, and the pressure at which germanium is formed does not exceed 100 Pa.
【0025】このようなエピタキシャル成長条件で行う
ことにより、単結晶シリコン上に、単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムを成長しても、ゲルマニウムの組成比と成長
膜厚によっては多結晶シリコン上には多結晶シリコン・
ゲルマニウムが堆積しないようにすることができる。こ
のため、第2の低濃度コレクタ層を形成する際に多結晶
層からなるベース引き出し電極のせり出し部の底面から
低濃度多結晶シリコン・ゲルマニウムが成長するのを抑
制できる。一方、高濃度の真性ベースを形成するときに
は、この成長条件で成長を行うことにより、ベース引き
出し電極のせり出し部の底面から高濃度の多結晶層が成
長して外部ベース層が形成され、真性ベースと外部ベー
スの膜厚の合計がコレクタ・ベース分離絶縁膜と第2の
低濃度コレクタ層の膜厚の差に等しくなった時点で、真
性ベースとベース引き出し電極とが外部ベースにより接
続された状態とすることができる。By performing such epitaxial growth conditions, even if single-crystal silicon / germanium is grown on single-crystal silicon, depending on the composition ratio of germanium and the grown film thickness, poly-silicon / germanium may be formed on the polycrystalline silicon.
Germanium can be prevented from depositing. Therefore, when the second low concentration collector layer is formed, the growth of the low concentration polycrystalline silicon / germanium from the bottom surface of the protruding portion of the base extraction electrode made of the polycrystalline layer can be suppressed. On the other hand, when forming a high-concentration intrinsic base, by growing under these growth conditions, a high-concentration polycrystalline layer grows from the bottom surface of the protruding portion of the base extraction electrode, and an external base layer is formed. The intrinsic base and the base lead-out electrode are connected by the external base when the sum of the thicknesses of the base and the external base becomes equal to the difference between the thickness of the collector / base isolation insulating film and the thickness of the second low concentration collector layer. It can be.
【0026】[0026]
【実施例】次に、本発明に係るバイポーラトランジスタ
およびその製造方法の更に具体的な実施例につき、添付
図面を参照しながら以下詳細に説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a bipolar transistor according to a first embodiment of the present invention;
【0027】<実施例1>図1は、本発明に係るバイポ
ーラトランジスタの第1の実施例を示す断面構造図であ
る。以下、図1に示した構造を有するバイポーラトラン
ジスタの製造方法を説明する。まず、エミッタおよびコ
レクタ領域に高濃度n型埋込層2を形成したp型シリコ
ン基板1の全面に低濃度n型コレクタ層3をエピタキシ
ャル成長し、エミッタ領域を除く部分に素子分離絶縁膜
4を形成する。<Embodiment 1> FIG. 1 is a sectional structural view showing a first embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the bipolar transistor having the structure shown in FIG. 1 will be described. First, a low-concentration n-type collector layer 3 is epitaxially grown on the entire surface of a p-type silicon substrate 1 having a high-concentration n-type buried layer 2 formed in an emitter and a collector region, and an element isolation insulating film 4 is formed in a portion excluding the emitter region. I do.
【0028】次いで、コレクタ・ベース分離絶縁膜5、
多結晶シリコンからなるベース引き出し電極6、エミッ
タ・ベース分離絶縁膜7の開口部およびベース引き出し
電極6の側壁のエミッタ・ベース分離絶縁膜7aを形成
する。Next, the collector / base isolation insulating film 5
A base lead electrode 6 made of polycrystalline silicon, an opening of the emitter / base separation insulating film 7, and an emitter / base separation insulating film 7a on the side wall of the base lead electrode 6 are formed.
【0029】開口部に、単結晶シリコン・ゲルマニウム
からなる低濃度n型コレクタ層8、単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムからなるp型真性ベース層9、多結晶シリコ
ン・ゲルマニウムからなるp型外部ベース層10、単結
晶シリコンからなる低濃度p型キャップ層11、低濃度
p型多結晶シリコン層12を形成する。In the opening, a low-concentration n-type collector layer 8 made of single-crystal silicon / germanium, a p-type intrinsic base layer 9 made of single-crystal silicon / germanium, a p-type external base layer 10 made of polycrystalline silicon / germanium, A low-concentration p-type cap layer 11 and a low-concentration p-type polycrystalline silicon layer 12 made of single-crystal silicon are formed.
【0030】エミッタ・ベース分離絶縁膜13で外部ベ
ースを覆った後、高濃度n型多結晶シリコンからなるエ
ミッタ電極14を堆積し、アニールを行うことによって
低濃度キャップ層11内にエミッタ領域15を形成す
る。After covering the external base with the emitter / base isolation insulating film 13, an emitter electrode 14 made of high-concentration n-type polycrystalline silicon is deposited and annealed to form the emitter region 15 in the low-concentration cap layer 11. Form.
【0031】絶縁膜16を堆積した後、絶縁膜5,7,
16のコレクタ部分に開口部を形成し、開口部に高濃度
n型コレクタ引き出し層17を形成する。その後レジス
トをマスクに、絶縁膜5,7,16のエミッタとベース
部分にも開口部を形成し、最後に、エミッタ、ベースお
よびコレクタの各開口部に電極18を形成する。After depositing the insulating film 16, the insulating films 5, 7,.
An opening is formed in the collector portion of the substrate 16 and a high-concentration n-type collector lead-out layer 17 is formed in the opening. Thereafter, using the resist as a mask, openings are formed in the emitter and base portions of the insulating films 5, 7, and 16, and finally, the electrodes 18 are formed in the openings of the emitter, base, and collector.
【0032】なお、上記バイポーラトランジスタにおい
て、ベース引き出し電極6に多結晶シリコン・ゲルマニ
ウムを、低濃度キャップ層11に単結晶シリコン・ゲル
マニウムをそれぞれ用いてもよく、また、低濃度多結晶
シリコン層12の代わりに低濃度シリコン・ゲルマニウ
ム層を用いてもよい。以下の実施例でも、これらの層に
関しては同様である。In the above bipolar transistor, polycrystalline silicon / germanium may be used for the base extraction electrode 6 and single crystal silicon / germanium may be used for the low-concentration cap layer 11. Alternatively, a low concentration silicon / germanium layer may be used. The same applies to these layers in the following examples.
【0033】ここで、上記のように形成した本実施例の
バイポーラトランジスタのゲルマニウム組成比および不
純物濃度プロファイルを図5に、エネルギーバンド構造
を図6にそれぞれ示す。図5(a)から分かるように、
ゲルマニウムはベース層だけでなくコレクタ領域にも含
まれている。その結果、図6に示すように、シリコンと
シリコン・ゲルマニウムのバンドギャップの違いによる
エネルギー障壁はコレクタ・ベース間の空乏層中に含ま
れることになり、エミッタから注入されたキャリアは電
界によって加速されている。このため、注入されたキャ
リアは、障壁の影響を受けることなくコレクタへ達する
ことができる。また、図5(b)に示すように、真性ベ
ース9の上に低濃度のキャップ層11を設けているた
め、エミッタ・ベース接合における不純物濃度が図3
(b)に示した従来例よりも低くなっている。その結
果、エミッタ・ベース接合におけるトンネル電流を低減
することができる。尚、図5(b)において、エミッタ
領域はリン(P)の不純物濃度、ベース領域はボロン
(B)の不純物濃度を示し、コレクタ領域には低濃度n
型層8と3があるが、これらのn型層8,3は1016c
m-3以下の不純物濃度であるので、砒素(As)を不純
物とする高濃度n型埋込層2の不純物プロファイルしか
示していない。Here, the germanium composition ratio and the impurity concentration profile of the bipolar transistor of the present embodiment formed as described above are shown in FIG. 5, and the energy band structure is shown in FIG. 6, respectively. As can be seen from FIG.
Germanium is contained not only in the base layer but also in the collector region. As a result, as shown in FIG. 6, the energy barrier due to the difference in the band gap between silicon and silicon germanium is included in the depletion layer between the collector and the base, and the carriers injected from the emitter are accelerated by the electric field. ing. Therefore, the injected carriers can reach the collector without being affected by the barrier. Further, as shown in FIG. 5B, since the low-concentration cap layer 11 is provided on the intrinsic base 9, the impurity concentration at the emitter-base junction is reduced as shown in FIG.
It is lower than the conventional example shown in FIG. As a result, tunnel current at the emitter-base junction can be reduced. In FIG. 5B, the emitter region shows the impurity concentration of phosphorus (P), the base region shows the impurity concentration of boron (B), and the collector region has a low concentration of n.
There are type layer 8 and 3, these n-type layer 8,3 is 10 16 c
Since the impurity concentration is m −3 or less, only the impurity profile of the high-concentration n-type buried layer 2 containing arsenic (As) as an impurity is shown.
【0034】図7および図8に、本実施例のバイポーラ
トランジスタの要部である活性領域の製造方法のフロー
図を示す。単結晶シリコンからなる低濃度n型コレクタ
層3上に、コレクタ・ベース分離絶縁膜5と、多結晶シ
リコン(または、多結晶シリコン・ゲルマニウム)から
なるベース引き出し電極6と、エミッタ・ベース分離絶
縁膜7を形成し、エッチングによりエミッタ・ベース分
離絶縁膜7とベース引き出し電極6の開口部を形成す
る。ベース引き出し電極6の側壁にもエミッタ・ベース
分離絶縁膜7aを形成した後、ベース引き出し電極6下
の開口部周辺のコレクタ・ベース分離絶縁膜5をエッチ
ングし、ベース引き出し電極のせりだし6aを形成する
(図7(a)参照)。FIGS. 7 and 8 are flow charts showing a method of manufacturing an active region which is a main part of the bipolar transistor of this embodiment. On a low concentration n-type collector layer 3 made of single crystal silicon, a collector / base separation insulating film 5, a base lead electrode 6 made of polycrystalline silicon (or polycrystalline silicon / germanium), and an emitter / base separation insulating film 7 is formed, and openings of the emitter / base separation insulating film 7 and the base lead-out electrode 6 are formed by etching. After forming the emitter / base separation insulating film 7a also on the side wall of the base extraction electrode 6, the collector / base separation insulation film 5 around the opening below the base extraction electrode 6 is etched to form the base extraction electrode protrusion 6a. (See FIG. 7A).
【0035】次いで、ベース・コレクタ界面にエネルギ
ー障壁ができないよう、低濃度n型コレクタ層3上に単
結晶シリコン・ゲルマニウムからなる第2の低濃度コレ
クタ層8をエピタキシャル成長によって形成する。この
とき、単結晶シリコン上における単結晶シリコン・ゲル
マニウムの成長開始時間と多結晶シリコン上における多
結晶シリコン・ゲルマニウムの成長開始時間の差を利用
し、ベース引き出し電極のせりだし6aの底面に多結晶
シリコン・ゲルマニウムが堆積しない条件で成長を行
う。Next, a second low-concentration collector layer 8 made of single-crystal silicon / germanium is formed on the low-concentration n-type collector layer 3 by epitaxial growth so that no energy barrier is formed at the base-collector interface. At this time, utilizing the difference between the growth start time of single crystal silicon / germanium on single crystal silicon and the growth start time of polycrystalline silicon / germanium on polycrystalline silicon, a polycrystal is formed on the bottom surface of the base extraction electrode protrusion 6a. The growth is performed under conditions where silicon germanium is not deposited.
【0036】例えば、エピタキシャル成長温度が575
℃、且つ成長圧力が1Paの場合、多結晶シリコン上に
多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積を始めるまでに単
結晶シリコン上に成長する単結晶シリコン・ゲルマニウ
ムの膜厚すなわち選択成長の臨界膜厚と、単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム中に含まれるゲルマニウムの組成比と
の関係を図9に示す。図9より、シリコンだけの場合
(Ge組成比=0%)でも、単結晶シリコン上に成長す
る単結晶シリコンの厚さが5nm以下では多結晶シリコ
ン上に多結晶シリコンは堆積しない。For example, when the epitaxial growth temperature is 575
° C., and when the growth pressure is 1 Pa, the thickness of single-crystal silicon-germanium which grows on single-crystal silicon until the start of deposition of polycrystalline silicon-germanium on polycrystal silicon, that is, the critical thickness of selective growth, FIG. 9 shows the relationship with the composition ratio of germanium contained in single-crystal silicon-germanium. As shown in FIG. 9, even when only silicon is used (Ge composition ratio = 0%), if the thickness of the single crystal silicon grown on the single crystal silicon is 5 nm or less, the polycrystal silicon is not deposited on the polycrystal silicon.
【0037】また、シリコン・ゲルマニウムの場合、ゲ
ルマニウムの組成比を上げるに従いこの膜厚は大きくな
り、組成比が15%では単結晶シリコン上に約20nm
の単結晶シリコン・ゲルマニウムが成長しても、多結晶
シリコン上には多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積し
ない。従ってこの臨界膜厚以下の低濃度コレクタ層を選
択成長しても、ベース引き出し電極のせりだし6aの底
面には低濃度多結晶シリコン・ゲルマニウム層は堆積し
ない(図7(b)参照)。In the case of silicon-germanium, this film thickness increases as the composition ratio of germanium increases, and when the composition ratio is 15%, about 20 nm is formed on single crystal silicon.
Polycrystalline silicon germanium does not deposit on the polycrystalline silicon even if the single crystal silicon germanium grows. Therefore, even if a low-concentration collector layer having a thickness equal to or less than the critical film thickness is selectively grown, a low-concentration polycrystalline silicon / germanium layer is not deposited on the bottom surface of the protruding base 6a (see FIG. 7B).
【0038】なお、このような成長を行うにはガスソー
スMBE(Molecular Beam Epitaxy)法やCVD(Chem
ical Vapor Deposition)法を用いることができるが、選
択性の制御が良好なことからCVD法がより好適であ
る。また、温度範囲は、多結晶シリコンと単結晶シリコ
ンとの選択性や絶縁物と単結晶シリコンとの選択性が良
好に得られる500℃以上で、上限は結晶欠陥が生じ始
める700℃以下の範囲である。成長圧力の条件は、こ
の温度範囲内でベース引き出し電極のせりだし6aの底
面から多結晶シリコン・ゲルマニウム層が成長し始める
圧力である100Pa以下であればよい。In order to perform such growth, a gas source MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or a CVD (Chemical
(Chemical Vapor Deposition) method can be used, but the CVD method is more preferable because of good control of selectivity. Further, the temperature range is 500 ° C. or higher where the selectivity between polycrystalline silicon and single crystal silicon and the selectivity between an insulator and single crystal silicon can be favorably obtained. It is. The condition of the growth pressure may be 100 Pa or less, which is the pressure at which the polycrystalline silicon-germanium layer starts growing from the bottom surface of the protrusion 6a of the base extraction electrode within this temperature range.
【0039】そして、高濃度に不純物をドーピングした
単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層9
を形成する時には、低濃度コレクタ層8と真性ベース層
9の膜厚の合計を選択成長の臨界膜厚以上にし、単結晶
シリコン・ゲルマニウムの成長と共にベース引き出し電
極6のせりだし6aの底面から多結晶シリコン・ゲルマ
ニウムが堆積する事によって外部ベース10が形成さ
れ、真性ベース層9と外部ベース10の膜厚の合計がコ
レクタ・ベース分離絶縁膜5と低濃度コレクタ層8の膜
厚の差に等しくなった時点で、真性ベース層9とベース
引き出し電極6とが接続される(図7(c)参照)。An intrinsic base layer 9 made of single crystal silicon / germanium doped with impurities at a high concentration.
Is formed, the total thickness of the low-concentration collector layer 8 and the intrinsic base layer 9 is made to be equal to or more than the critical thickness for selective growth, and the growth of the base extraction electrode 6 and the bottom of the base extraction electrode 6a together with the growth of single crystal silicon / germanium. The outer base 10 is formed by depositing crystalline silicon / germanium, and the total thickness of the intrinsic base layer 9 and the outer base 10 is equal to the difference in thickness between the collector / base isolation insulating film 5 and the low concentration collector layer 8. At this point, the intrinsic base layer 9 and the base extraction electrode 6 are connected (see FIG. 7C).
【0040】真性ベース層9とベース引き出し電極6が
外部ベース10によって接続された後、エミッタ・ベー
ス接合のトンネル電流を抑制するため単結晶シリコン
(または、単結晶シリコン・ゲルマニウム)からなる低
濃度キャップ層11を形成する(図8(a)参照)。こ
のとき、低濃度キャップ層と共に外部ベース10の側壁
に低濃度多結晶シリコン(または、低濃度多結晶シリコ
ン・ゲルマニウム)12が堆積するが、真性ベース層9
とベース引き出し電極6は外部ベース10を介して接続
しているため、ベース抵抗は増大しない。After the intrinsic base layer 9 and the base lead-out electrode 6 are connected by the external base 10, a low-concentration cap made of single-crystal silicon (or single-crystal silicon / germanium) for suppressing a tunnel current at the emitter-base junction. The layer 11 is formed (see FIG. 8A). At this time, low-concentration polycrystalline silicon (or low-concentration polycrystalline silicon / germanium) 12 is deposited on the side wall of the external base 10 together with the low-concentration cap layer, but the intrinsic base layer 9 is formed.
And the base lead electrode 6 are connected via the external base 10, so that the base resistance does not increase.
【0041】外部ベース10および多結晶シリコン(ま
たは、多結晶シリコン・ゲルマニウム)12を覆うよう
に第2のエミッタ・ベース分離絶縁膜13を形成した
後、エミッタの拡散源およびエミッタ電極となる高濃度
n型多結晶シリコン14を堆積し、アニールを行うこと
によってn型不純物を低濃度キャップ層11に拡散し、
エミッタ領域15を形成する(図8(b)参照)。After a second emitter / base isolation insulating film 13 is formed so as to cover the external base 10 and the polycrystalline silicon (or polycrystalline silicon / germanium) 12, a high-concentration impurity serving as a diffusion source of the emitter and an emitter electrode is formed. The n-type impurity is diffused into the low concentration cap layer 11 by depositing the n-type polycrystalline silicon 14 and performing annealing,
An emitter region 15 is formed (see FIG. 8B).
【0042】その後、絶縁膜16を堆積し、エミッタ、
ベースおよびコレクタの各領域に開口部を形成して電極
18を形成すると、図1に示した断面構造が得られる。Thereafter, an insulating film 16 is deposited, and an emitter,
When an opening is formed in each region of the base and the collector to form the electrode 18, the cross-sectional structure shown in FIG. 1 is obtained.
【0043】本実施例により、ベース抵抗やエミッタ・
ベース界面およびコレクタ・ベース界面の容量を増加さ
せることなく、シリコンとシリコン・ゲルマニウムのバ
ンドギャップに起因したコレクタ・ベース界面に生じる
エネルギー障壁の影響を低減できる。加えて、ベース領
域におけるリーク電流を低減することができるため、遮
断周波数fTおよび最大周波数fmaxがそれぞれ10GH
z以上と言った高速のバイポーラトランジスタが可能と
なる。従って、このトランジスタを用いることにより、
回路の高速化・高性能化を図ることができる。According to this embodiment, the base resistor and the emitter
The effect of the energy barrier generated at the collector-base interface due to the band gap between silicon and silicon-germanium can be reduced without increasing the capacitance at the base interface and the collector-base interface. In addition, since the leak current in the base region can be reduced, the cutoff frequency f T and the maximum frequency f max are each 10 GHz.
A high-speed bipolar transistor of z or more can be realized. Therefore, by using this transistor,
Higher speed and higher performance of the circuit can be achieved.
【0044】<実施例2>図10は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第2の実施例を示す断面構造図で
ある。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造
方法は、以下の通りである。実施例1と同様に、シリコ
ン基板1上に高濃度n型埋込層2、低濃度n型コレクタ
層3、素子分離絶縁膜4、コレクタ・ベース分離絶縁膜
5、ベース引き出し電極6、エミッタ・ベース分離絶縁
膜7を形成する。次いで、エミッタ・ベース分離絶縁膜
7と、ベース引き出し電極6と、コレクタ・ベース分離
絶縁膜5とをエッチングして開口部を形成後、低濃度n
型コレクタ層8、p型真性ベース層9、p型外部ベース
層10、低濃度キャップ層11、低濃度多結晶シリコン
(または、多結晶シリコン・ゲルマニウム)12を形成
する。<Embodiment 2> FIG. 10 is a sectional structural view showing a second embodiment of the bipolar transistor according to the present invention. The manufacturing method of the bipolar transistor having the structure of the present embodiment is as follows. As in the first embodiment, a high-concentration n-type buried layer 2, a low-concentration n-type collector layer 3, an element isolation insulating film 4, a collector / base isolation insulating film 5, a base lead electrode 6, an emitter / A base isolation insulating film 7 is formed. Next, the emitter / base isolation insulating film 7, the base extraction electrode 6, and the collector / base isolation insulating film 5 are etched to form openings, and then the low-concentration n
A type collector layer 8, a p-type intrinsic base layer 9, a p-type external base layer 10, a low concentration cap layer 11, and a low concentration polycrystalline silicon (or polycrystalline silicon / germanium) 12 are formed.
【0045】その後、エミッタ・ベース分離絶縁膜13
で外部ベースを覆った後、高濃度n型多結晶シリコンか
らなるエミッタ電極14を堆積し、アニールを行うこと
によって低濃度キャップ層11内にエミッタ領域15を
形成する。Thereafter, the emitter / base isolation insulating film 13
Then, an emitter electrode 14 made of high-concentration n-type polycrystalline silicon is deposited, and annealing is performed to form an emitter region 15 in the low-concentration cap layer 11.
【0046】最後に、実施例1と同様に絶縁膜16を堆
積し、絶縁膜5,7,16のコレクタ部分に開口部を形
成して高濃度n型コレクタ引き出し層17を形成後、絶
縁膜5,7,16のエミッタおよびベース部分にも開口
部を形成し、電極18を形成する。Finally, an insulating film 16 is deposited in the same manner as in the first embodiment, openings are formed in the collector portions of the insulating films 5, 7, and 16 to form a high-concentration n-type collector lead-out layer 17, and then the insulating film is formed. Openings are also formed in the emitter and base portions of 5, 7, 16 to form electrodes 18.
【0047】このときのバイポーラトランジスタのゲル
マニウム組成比および不純物濃度プロファイルは実施例
1の図5に示したプロファイルと同様であり、同じ効果
が得られる。At this time, the germanium composition ratio and the impurity concentration profile of the bipolar transistor are the same as the profiles shown in FIG. 5 of the first embodiment, and the same effects can be obtained.
【0048】図1に示した実施例1との相違は、コレク
タ・ベース分離絶縁膜5の膜厚が低濃度n型コレクタ層
8の膜厚と同程度であり、エッチングによりコレクタ・
ベース分離絶縁膜5の開口部を形成する際のエッチ量が
低減できることである。それに伴い、ベース引き出し電
極のせりだし6aが不要となり、コレクタ・ベース間容
量を低減できるうえ、開口部のサイズのばらつきを抑え
ることができる。これにより、このトランジスタを用い
た回路の動作特性が向上し、特性のばらつきが抑えられ
る。また、コレクタ・ベース分離絶縁膜5のエッチング
量が少ないことから、真性ベース層9を形成後にウェハ
上部から外部ベース10の形状や真性ベースと外部ベー
スの接続を検査することが可能となる。The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the thickness of the collector / base isolation insulating film 5 is almost the same as the thickness of the low-concentration n-type collector layer 8, and the collector / base is formed by etching.
That is, the amount of etching when forming the opening of the base isolation insulating film 5 can be reduced. Accordingly, the protrusion 6a of the base extraction electrode becomes unnecessary, so that the capacitance between the collector and the base can be reduced, and the variation in the size of the opening can be suppressed. Thus, the operating characteristics of a circuit using the transistor are improved, and variations in the characteristics are suppressed. Further, since the amount of etching of the collector / base separation insulating film 5 is small, it is possible to inspect the shape of the external base 10 and the connection between the intrinsic base and the external base from above the wafer after the formation of the intrinsic base layer 9.
【0049】図11および図12に、本実施例のバイポ
ーラトランジスタの要部である活性領域の製造方法のフ
ロー図を示す。まず、単結晶シリコンからなる低濃度n
型コレクタ3上にコレクタ・ベース分離絶縁膜5と、多
結晶シリコン(または、多結晶シリコン・ゲルマニウ
ム)からなるベース引き出し電極6と、エミッタ・ベー
ス分離絶縁膜7とを形成し、エッチングにより開口部を
形成する(図11(a)参照)。FIGS. 11 and 12 are flow charts showing a method of manufacturing an active region which is a main part of the bipolar transistor of this embodiment. First, a low concentration n made of single crystal silicon
A collector / base isolation insulating film 5, a base extraction electrode 6 made of polycrystalline silicon (or polycrystalline silicon / germanium), and an emitter / base isolation insulating film 7 are formed on the mold collector 3, and an opening is formed by etching. Is formed (see FIG. 11A).
【0050】次に、ベース・コレクタ界面にエネルギー
障壁ができないよう、真性ベース層9と低濃度コレクタ
領域3の間に単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる第
2の低濃度コレクタ層8をエピタキシャル成長によって
形成する。このとき、実施例1と同様にベース引き出し
電極6の側壁に多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積し
ない条件で成長を行う(図11(b)参照)。Next, a second low-concentration collector layer 8 made of single-crystal silicon / germanium is formed by epitaxial growth between the intrinsic base layer 9 and the low-concentration collector region 3 so that there is no energy barrier at the base-collector interface. . At this time, as in the first embodiment, the growth is performed under the condition that the polycrystalline silicon / germanium is not deposited on the side wall of the base extraction electrode 6 (see FIG. 11B).
【0051】その後、高濃度に不純物をドーピングした
単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層9
を形成するのと同時に、ベース引き出し電極6の側壁に
多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積する事によって真
性ベース層9とベース引き出し電極6とが接続される
(図11(c)参照)。Thereafter, an intrinsic base layer 9 made of single crystal silicon / germanium doped with impurities at a high concentration.
At the same time, the intrinsic base layer 9 and the base extraction electrode 6 are connected by depositing polycrystalline silicon / germanium on the side walls of the base extraction electrode 6 (see FIG. 11C).
【0052】次いで、真性ベース層9とベース引き出し
電極6が外部ベース10によって接続された後、エミッ
タ・ベース接合のトンネル電流を抑制するため単結晶シ
リコン(または、単結晶シリコン・ゲルマニウム)から
なる低濃度キャップ層11を形成する(図12(a)参
照)。このとき、低濃度キャップ層11と共に外部ベー
ス10上に低濃度多結晶シリコン(または、低濃度多結
晶シリコン・ゲルマニウム)12が堆積するが、真性ベ
ース層9とベース引き出し電極6は外部ベース10を介
して接続しているため、ベース抵抗は増大しない。Next, after the intrinsic base layer 9 and the base extraction electrode 6 are connected by the external base 10, a low-level single-crystal silicon (or single-crystal silicon / germanium) layer is used to suppress the tunnel current at the emitter-base junction. A concentration cap layer 11 is formed (see FIG. 12A). At this time, low-concentration polycrystalline silicon (or low-concentration polycrystalline silicon / germanium) 12 is deposited on the external base 10 together with the low-concentration cap layer 11, but the intrinsic base layer 9 and the base lead-out electrode 6 form the external base 10. The base resistance does not increase because the connection is made through the connection.
【0053】更に、外部ベース10および多結晶シリコ
ン(または、多結晶シリコン・ゲルマニウム)12を覆
うように第2のエミッタ・ベース分離絶縁膜13を形成
した後、エミッタの拡散源およびエミッタ電極となる高
濃度n型多結晶シリコン14を堆積し、アニールを行う
ことによってn型キャリアを低濃度キャップ層11に拡
散し、エミッタ領域15を形成する(図12(b))。
その後、絶縁膜16を堆積し、絶縁膜5,7,16のコ
レクタ部分に開口部を形成し、高濃度n型コレクタ引き
出し層17を形成後、絶縁膜5,7,16のエミッタお
よびベース部分に開口部を形成し、エミッタ、ベースお
よびコレクタの各開口部に電極18を形成すると、図1
0に示した断面構造が得られる。Further, after forming the second emitter / base isolation insulating film 13 so as to cover the external base 10 and the polycrystalline silicon (or polycrystalline silicon / germanium) 12, it becomes an emitter diffusion source and an emitter electrode. High-concentration n-type polycrystalline silicon 14 is deposited, and annealing is performed to diffuse n-type carriers into the low-concentration cap layer 11 to form an emitter region 15 (FIG. 12B).
Thereafter, an insulating film 16 is deposited, openings are formed in the collector portions of the insulating films 5, 7, and 16, and a high-concentration n-type collector lead layer 17 is formed. Then, the emitter and base portions of the insulating films 5, 7, and 16 are formed. 1 is formed in each of the openings of the emitter, the base and the collector.
0 is obtained.
【0054】<実施例3>図13は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第3の実施例を示す断面構造図で
ある。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造
方法は、以下の通りである。<Embodiment 3> FIG. 13 is a sectional structural view showing a third embodiment of the bipolar transistor according to the present invention. The manufacturing method of the bipolar transistor having the structure of the present embodiment is as follows.
【0055】実施例1と同様の方法によりエミッタ開口
部、低濃度n型コレクタ層8、p型真性ベース層9およ
びp型外部ベース層10を形成する。この外部ベース層
10を覆うように第2のエミッタ・ベース分離絶縁膜1
3を形成した後、エピタキシャル成長によってエミッタ
層19を形成する。An emitter opening, a low-concentration n-type collector layer 8, a p-type intrinsic base layer 9, and a p-type external base layer 10 are formed in the same manner as in the first embodiment. The second emitter / base isolation insulating film 1 is formed so as to cover the external base layer 10.
After forming 3, the emitter layer 19 is formed by epitaxial growth.
【0056】次に、エミッタ電極となる高濃度n型多結
晶シリコン14と絶縁膜16を堆積後、絶縁膜5,7,
16のコレクタ部分に開口部を形成し、高濃度n型コレ
クタ引き出し層17を形成する。その後、絶縁膜5,
7,16のエミッタおよびベース部分に開口部を形成
し、エミッタ、ベースおよびコレクタの各開口部に電極
18を形成すると、図13に示した断面構造が得られ
る。Next, after depositing a high-concentration n-type polysilicon 14 serving as an emitter electrode and an insulating film 16, the insulating films 5, 7, and
An opening is formed in the collector portion 16 and a high-concentration n-type collector lead layer 17 is formed. Then, the insulating film 5,
When openings are formed in the emitter and base portions 7 and 16 and electrodes 18 are formed in the opening portions of the emitter, base and collector, the cross-sectional structure shown in FIG. 13 is obtained.
【0057】本実施例では、エミッタ層19中の不純物
濃度をエミッタ・ベース界面で小さくすることにより、
ベース領域でのリーク電流を低減することができ、実施
例1と同様な効果が得られる。また、エミッタ層19を
エピタキシャル成長を用いて形成するため、エミッタ層
19中の不純物濃度、膜厚の制御性がよくなり、トラン
ジスタの性能ばらつきを低減することができる。In this embodiment, the impurity concentration in the emitter layer 19 is reduced at the emitter-base interface,
The leak current in the base region can be reduced, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. In addition, since the emitter layer 19 is formed by epitaxial growth, the controllability of the impurity concentration and the film thickness in the emitter layer 19 is improved, and the variation in transistor performance can be reduced.
【0058】さらに、エミッタ・ベース界面の面積を低
減することができるため、エミッタ・ベース間容量を低
減することができ、このトランジスタを用いた回路の特
性を向上させることができる。Furthermore, since the area of the interface between the emitter and the base can be reduced, the capacitance between the emitter and the base can be reduced, and the characteristics of a circuit using this transistor can be improved.
【0059】<実施例4>図14は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第4の実施例を示す断面構造図で
ある。実施例2と同様にコレクタ・ベース分離絶縁膜5
の膜厚が低濃度n型コレクタ層8の膜厚と同程度であ
り、エッチングによりコレクタ・ベース分離絶縁膜5の
開口部を形成する際のエッチ量を低減する。そして、実
施例2と同様の方法によりエミッタ開口部、低濃度n型
コレクタ層8、p型真性ベース層9およびp型外部ベー
ス層10を形成する。その後、実施例3と同様にエピタ
キシャル成長によってエミッタ層19を形成することに
より、エミッタ層19中の不純物濃度、膜厚の制御性が
よくなり、トランジスタの性能ばらつきを低減すること
ができる。従って、実施例3と同様に、本実施例のトラ
ンジスタを用いた回路の特性を向上させることができ
る。<Embodiment 4> FIG. 14 is a sectional structural view showing a fourth embodiment of the bipolar transistor according to the present invention. Collector / base isolation insulating film 5 as in the second embodiment
Is about the same as the thickness of the low-concentration n-type collector layer 8, and the etching amount when forming the opening of the collector / base isolation insulating film 5 by etching is reduced. Then, an emitter opening, a low-concentration n-type collector layer 8, a p-type intrinsic base layer 9, and a p-type external base layer 10 are formed in the same manner as in the second embodiment. Thereafter, the emitter layer 19 is formed by epitaxial growth in the same manner as in the third embodiment, whereby the controllability of the impurity concentration and the film thickness in the emitter layer 19 is improved, and the performance variation of the transistor can be reduced. Therefore, similarly to the third embodiment, the characteristics of the circuit using the transistor of this embodiment can be improved.
【0060】<実施例5>図15は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第5の実施例を示す図であり、同
図(a)はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図1、図10、図1
3及び図14に示したものが全て適用可能である。本実
施例では断面構造図は省略するが、以下の説明における
参照符号については、例えば図1の断面構造図を参照す
ればよい。尚、後述する実施例6〜8においても同様で
ある。<Embodiment 5> FIGS. 15A and 15B show a fifth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 15A shows the germanium composition ratio of the transistor, and FIG. 15B shows the impurity concentration. FIG. 4 is a characteristic diagram showing profiles. The structure of the transistor is shown in FIGS.
3 and FIG. 14 are all applicable. Although a cross-sectional structure diagram is omitted in this embodiment, reference numerals in the following description may refer to, for example, the cross-sectional structure diagram in FIG. The same applies to Examples 6 to 8 to be described later.
【0061】図15(a)に示すように、本実施例のト
ランジスタの真性ベース層9におけるゲルマニウム組成
比は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従って小さ
くしてある。このときのエネルギーバンド構造を、図1
6に示す。図16から分かるように、ベース層におい
て、ゲルマニウム組成比に対応してエネルギーバンドに
傾斜をつけることができる。これにより、エミッタから
注入されたキャリアは傾斜型エネルギーバンドに起因す
る電界によってベース層中で加速されるため、トランジ
スタのより一層の高速動作が可能となる。その結果、こ
のトランジスタを用いることによって、実施例1、実施
例2、実施例3および実施例4で述べた効果に加えて、
さらに回路の特性を向上させることができる。尚、図1
5(b)の不純物濃度プロファイルに示したように、本
実施例のエミッタ・ベース接合jEB界面における不純物
濃度も、図3(b)に示した従来例よりも低くなってい
る。従って、エミッタ・ベース接合におけるトンネル電
流を低減することができる。As shown in FIG. 15A, the germanium composition ratio in the intrinsic base layer 9 of the transistor of this embodiment is reduced from the collector side to the emitter side. The energy band structure at this time is shown in FIG.
6 is shown. As can be seen from FIG. 16, in the base layer, the energy band can be inclined in accordance with the germanium composition ratio. Thus, the carriers injected from the emitter are accelerated in the base layer by the electric field caused by the inclined energy band, so that the transistor can operate at higher speed. As a result, by using this transistor, in addition to the effects described in the first, second, third, and fourth embodiments,
Further, the characteristics of the circuit can be improved. FIG.
As shown in the impurity concentration profile of FIG. 5B, the impurity concentration at the emitter-base junction jEB interface of this embodiment is also lower than that of the conventional example shown in FIG. Therefore, tunnel current at the emitter-base junction can be reduced.
【0062】<実施例6>図17は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第6の実施例を示す図であり、同
図(a)はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図1、図10、図1
3および図14に示したものが全て適用可能である。従
って、本実施例でも実施例5と同様に断面構造図は省略
する。<Embodiment 6> FIGS. 17A and 17B show a sixth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 17A shows a germanium composition ratio of the transistor, and FIG. 17B shows an impurity concentration. FIG. 4 is a characteristic diagram showing profiles. The structure of the transistor is shown in FIGS.
3 and FIG. 14 are all applicable. Therefore, in the present embodiment, the sectional structural view is omitted as in the fifth embodiment.
【0063】図17(a)に示すように、本実施例のト
ランジスタは真性ベース層9だけでなく、低濃度n型コ
レクタ層8を含めてゲルマニウム組成比のプロファイル
をコレクタ側からエミッタ側に向かうに従って小さくし
ている。このときのエネルギーバンド構造を、図18に
示す。図18から分かるように、ベース層中のエネルギ
ーバンドの傾斜に加え、コレクタ・ベース間の空乏層に
おいてもエネルギーバンドに傾斜をつけることができ
る。これにより、エミッタから注入されたキャリアはベ
ース層中や、コレクタ・ベース界面の空乏層に加え、低
濃度n型コレクタ層8中においても加速されるため、ト
ランジスタのより一層の高速動作が可能となる。その結
果、このトランジスタを用いることによって、実施例5
の効果に加えて、さらに回路の特性を向上させることが
できる。As shown in FIG. 17A, in the transistor of this embodiment, the profile of the germanium composition ratio including not only the intrinsic base layer 9 but also the low-concentration n-type collector layer 8 goes from the collector side to the emitter side. According to the size. FIG. 18 shows the energy band structure at this time. As can be seen from FIG. 18, the energy band can be inclined in the depletion layer between the collector and the base in addition to the inclination of the energy band in the base layer. As a result, the carriers injected from the emitter are accelerated not only in the base layer and the depletion layer at the collector-base interface, but also in the low-concentration n-type collector layer 8, so that the transistor can operate at higher speed. Become. As a result, by using this transistor, the fifth embodiment
In addition to the effect described above, the characteristics of the circuit can be further improved.
【0064】<実施例7>図19は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第7の実施例を示す図であり、同
図(a)はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図1、図10、図1
3および図14に示したものが全て適用可能であり、実
施例5と同様に断面構造図は省略する。<Embodiment 7> FIGS. 19A and 19B are views showing a seventh embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 19A shows a germanium composition ratio of the transistor, and FIG. 19B shows an impurity concentration. FIG. 4 is a characteristic diagram showing profiles. The structure of the transistor is shown in FIGS.
3 and FIG. 14 are all applicable, and a cross-sectional structural view is omitted as in the fifth embodiment.
【0065】本実施例のバイポーラトランジスタは、真
性ベース層9だけでなく、低濃度n型コレクタ層8を含
めてゲルマニウム組成比のプロファイルをコレクタ側か
らエミッタ側に向かうに従って小さくしている点は、実
施例6のトランジスタと同様である。しかし、本実施例
のバイポーラトランジスタでは、真性ベース層9中と低
濃度n型コレクタ層8中でプロファイルの傾きが異な
る。すなわち、コレクタ側のゲルマニウム組成比を、低
濃度n型コレクタ層8と真性ベース層9に歪に起因する
欠陥が入らない最大量以下としている点で、実施例6の
トランジスタと異なる。The bipolar transistor of this embodiment is characterized in that the profile of the germanium composition ratio including not only the intrinsic base layer 9 but also the low-concentration n-type collector layer 8 decreases from the collector side toward the emitter side. This is the same as the transistor of the sixth embodiment. However, in the bipolar transistor of the present embodiment, the inclination of the profile differs between the intrinsic base layer 9 and the low-concentration n-type collector layer 8. That is, the transistor is different from the transistor of the sixth embodiment in that the germanium composition ratio on the collector side is equal to or less than the maximum amount that does not cause a defect caused by strain in the low-concentration n-type collector layer 8 and the intrinsic base layer 9.
【0066】ここで、本実施例のトランジスタのエネル
ギーバンド構造を図20に示す。ベース層中のエネルギ
ーバンドの傾斜に加え、コレクタ・ベース間の空乏層に
おいてもエネルギーバンドに傾斜をつけることができる
うえ、結晶欠陥によるリーク電流を低減できる。その結
果、このトランジスタを用いることによって、実施例6
の効果に加えて、さらに回路の特性を向上させることが
できる。FIG. 20 shows the energy band structure of the transistor of this embodiment. In addition to the inclination of the energy band in the base layer, the energy band can be inclined in the depletion layer between the collector and the base, and the leakage current due to crystal defects can be reduced. As a result, by using this transistor, the embodiment 6
In addition to the effect described above, the characteristics of the circuit can be further improved.
【0067】<実施例8>図21は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第8の実施例を示す図であり、同
図(a)はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
(b)は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図1、図10、図1
3および図14に示したものが全て適用可能である。従
って、本実施例でも実施例5と同様に、断面構造図は省
略する。<Eighth Embodiment> FIGS. 21A and 21B show an eighth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention. FIG. 21A shows the composition ratio of germanium in the transistor, and FIG. 21B shows the impurity concentration. FIG. 4 is a characteristic diagram showing profiles. The structure of the transistor is shown in FIGS.
3 and FIG. 14 are all applicable. Therefore, in the present embodiment, as in the fifth embodiment, the sectional structural view is omitted.
【0068】本実施例のバイポーラトランジスタの真性
ベース層9中ではコレクタ側からエミッタ側にかけてゲ
ルマニウムの組成比を小さくし、低濃度n型コレクタ層
8中では、逆にゲルマニウム組成比をコレクタ側に向か
って小さくする。このときのエネルギーバンド構造を図
22に示す。図22に示したように、本実施例では、第
1の低濃度n型コレクタ層3および第2の低濃度n型コ
レクタ層8の界面にエネルギー障壁は存在しない。この
ため、真性ベース層9中のエネルギーバンドの傾斜によ
り加速されたキャリアは、エネルギー障壁の影響を全く
受けずにコレクタに到達する。その結果、トランジスタ
のより一層の高速動作が可能となる。このトランジスタ
を用いることによって、実施例1、実施例2、実施例
3、実施例4の効果に加えて、さらに回路の高速性を向
上させることができる。In the intrinsic base layer 9 of the bipolar transistor of this embodiment, the germanium composition ratio is reduced from the collector side to the emitter side, and in the low concentration n-type collector layer 8, the germanium composition ratio is reversed toward the collector side. And make it smaller. FIG. 22 shows the energy band structure at this time. As shown in FIG. 22, in this embodiment, there is no energy barrier at the interface between the first low-concentration n-type collector layer 3 and the second low-concentration n-type collector layer 8. For this reason, the carriers accelerated by the inclination of the energy band in the intrinsic base layer 9 reach the collector without being affected by the energy barrier at all. As a result, the transistor can operate at higher speed. By using this transistor, in addition to the effects of the first, second, third, and fourth embodiments, the speed of the circuit can be further improved.
【0069】<実施例9>図23は本発明に係るバイポ
ーラトランジスタの第9の実施例を示す図であり、光伝
送システムに用いられる前置増幅回路の回路図である。
周知のとおり、光伝送システムは数十Gb/sの高速伝
送が必要であり、その前置増幅回路は特に高速動作が要
求される。従って、この増幅回路を構成するトランジス
タとして本発明によるトランジスタを採用することによ
り、増幅回路全体での性能を著しく向上することができ
る。<Embodiment 9> FIG. 23 is a diagram showing a ninth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention, and is a circuit diagram of a preamplifier circuit used in an optical transmission system.
As is well known, an optical transmission system requires high-speed transmission of several tens of Gb / s, and its preamplifier circuit particularly requires high-speed operation. Therefore, by employing the transistor according to the present invention as a transistor constituting the amplifier circuit, the performance of the entire amplifier circuit can be significantly improved.
【0070】図23において、参照符号300は単一の
半導体基板上に形成された前置増幅回路を構成する半導
体集積回路を示す。この半導体集積回路300の入力端
子INにはフォトダイオードPDが外付けされ、電源端
子301と接地端子302間にはデカップリング容量3
03が外付けされている。フォトダイオードPDは光伝
送ケーブルを通して送信されてくる光信号を受ける受光
素子であり、デカップリング容量303は電源ラインと
接地ラインとの間の交流成分をショートするための容量
である。In FIG. 23, reference numeral 300 indicates a semiconductor integrated circuit constituting a preamplifier circuit formed on a single semiconductor substrate. A photodiode PD is externally connected to an input terminal IN of the semiconductor integrated circuit 300, and a decoupling capacitor 3 is connected between a power supply terminal 301 and a ground terminal 302.
03 is externally attached. The photodiode PD is a light receiving element that receives an optical signal transmitted through an optical transmission cable, and the decoupling capacitor 303 is a capacitor for short-circuiting an AC component between a power supply line and a ground line.
【0071】バイポーラトランジスタQ1及びQ2は、
増幅回路を構成するバイポーラトランジスタであり、実
施例1〜8で説明した構造を有する本発明に係るバイポ
ーラトランジスタのいずれでも好適に用いることができ
る。ダイオードD1はレベルシフト用ダイオードであ
り、本発明に係るバイポーラトランジスタのベース・コ
レクタ間を短絡して形成してもよい。また、必要に応じ
て複数個のダイオードを直列接続して適用することも可
能である。なお、参照符号R1、R2、R3は抵抗、O
UTは出力端子である。また、必要に応じて出力端子O
UTとトランジスタQ2のエミッタとの間に出力用バッ
ファ回路が挿入される。The bipolar transistors Q1 and Q2 are
It is a bipolar transistor constituting an amplifier circuit, and any of the bipolar transistors according to the present invention having the structure described in Embodiments 1 to 8 can be suitably used. The diode D1 is a diode for level shift, and may be formed by short-circuiting between the base and the collector of the bipolar transistor according to the present invention. Further, it is also possible to apply a plurality of diodes connected in series as needed. Reference symbols R1, R2 and R3 are resistors, O
UT is an output terminal. Also, if necessary, output terminal O
An output buffer circuit is inserted between the UT and the emitter of the transistor Q2.
【0072】本実施例の光伝送システム用前置増幅回路
を構成する半導体集積回路300は、光伝送ケーブルを
介して伝送されてきた光信号がフォトダイオードPDに
より変換された電気信号を入力端子INの入力として、
この入力された電気信号を増幅用トランジスタQ1及び
Q2により増幅して出力端子OUTから出力するように
動作する。実施例1〜8で説明した本発明に係るいずれ
かのバイポーラトランジスタを用いることにより、本実
施例の前置増幅回路は40GHz以上の帯域特性を実現
することができる。The semiconductor integrated circuit 300 constituting the preamplifier circuit for an optical transmission system according to the present embodiment converts an optical signal transmitted through an optical transmission cable, which is converted by a photodiode PD, into an input terminal IN. As input
The input electric signal operates so as to be amplified by the amplifying transistors Q1 and Q2 and output from the output terminal OUT. By using any of the bipolar transistors according to the present invention described in the first to eighth embodiments, the preamplifier circuit of the present embodiment can realize a band characteristic of 40 GHz or more.
【0073】尚、40Gb/s光伝送システム用前置増
幅回路の性能としては、周波数特性における利得の−3
dB落ちの帯域が、40Gb/sでなければならない。
このためには、バイポーラトランジスタの性能として、
遮断周波数fT≧100GHz、ベース抵抗rbb'≦10
0Ω、コレクタ接合容量CTC≦2fFが要求される。こ
のような性能を満足するには、例えば、図1の構造のバ
イポーラトランジスタでいえば、エミッタ幅WEを0.
2μm、エミッタ長LEを2μm、ベース中のキャリア
濃度NBを1×1019cm-3、ベース幅WBを30nm、
エミッタ拡散源用の高濃度n型多結晶シリコン14のド
ーピング量を2×1020cm-3とし、エミッタアニール
の条件を900℃、30秒程度の条件とすればよい。The performance of the preamplifier circuit for the 40 Gb / s optical transmission system is as follows.
The bandwidth of the dB drop must be 40 Gb / s.
For this purpose, the performance of the bipolar transistor
Cutoff frequency f T ≧ 100 GHz, base resistance r bb ′ ≦ 10
0Ω and collector junction capacitance C TC ≦ 2fF are required. To satisfy such performance, for example, in terms of the bipolar transistor structure of Figure 1, the emitter width W E 0.
30 nm 2 [mu] m, 2 [mu] m the emitter length L E, the carrier concentration in the base N B to 1 × 10 19 cm -3, the base width W B,
The doping amount of the high-concentration n-type polycrystalline silicon 14 for the emitter diffusion source may be 2 × 10 20 cm −3, and the conditions of the emitter annealing may be about 900 ° C. and about 30 seconds.
【0074】ここで、フォトダイオードPD及び前置増
幅回路が実装基板に集積された光伝送システムのフロン
トエンドモジュールの断面図を、図24に示す。図24
において、参照符号401は光ファイバー、402はレ
ンズ、403はフォトダイオード、404は前置増幅器
が形成された半導体集積回路を示す。FIG. 24 is a cross-sectional view of a front-end module of an optical transmission system in which a photodiode PD and a preamplifier circuit are integrated on a mounting substrate. FIG.
1, reference numeral 401 denotes an optical fiber, 402 denotes a lens, 403 denotes a photodiode, and 404 denotes a semiconductor integrated circuit on which a preamplifier is formed.
【0075】フォトダイオード403及び前置増幅器I
C404が基板407に実装されている。フォトダイオ
ード403及び前置増幅器IC404は、ダイオード及
び増幅器等を接続する配線405を介して出力端子40
6に接続される。また、基板407は金属ケースなどの
気密封止パッケージ408内に収納されている。図示し
ていないが、基板407上には図23に示すコンデンサ
303も実装されている。このように、フロントエンド
を構成するフォトダイオード及び前置増幅器を同一のモ
ジュールに構成することにより、信号経路を短くするこ
とができ、ノイズの乗りにくく寄生のL成分(インダク
タ成分)やC成分(容量成分)も小さく抑えることがで
きる。Photodiode 403 and preamplifier I
C404 is mounted on the substrate 407. The photodiode 403 and the preamplifier IC 404 are connected to the output terminal 40 via a wiring 405 for connecting the diode and the amplifier.
6 is connected. The substrate 407 is housed in a hermetically sealed package 408 such as a metal case. Although not shown, the capacitor 303 shown in FIG. 23 is also mounted on the substrate 407. As described above, by configuring the photodiode and the preamplifier constituting the front end in the same module, the signal path can be shortened, noise is less likely to occur, and the parasitic L component (inductor component) and C component ( Capacitance component) can also be kept small.
【0076】図24に示したフロントモジュールにおい
て、光ファイバー401から入力した光信号はレンズ4
02により集光され、フォトダイオ−ド403で電気信
号に変換される。この電気信号は、基板407上の配線
405を通して前置増幅器IC404で増幅され、出力
端子406から出力される。In the front module shown in FIG. 24, the optical signal input from the optical fiber 401
The light is condensed by an optical signal 02 and converted into an electric signal by a photodiode 403. This electric signal is amplified by the preamplifier IC 404 through the wiring 405 on the substrate 407 and output from the output terminal 406.
【0077】図25及び図26には、図23及び図24
に示した前置増幅回路及びフロントエンドモジュールを
利用した光伝送システムのシステム構成図を示す。図2
5は、光伝送システムの送信モジュール500を示して
いる。伝送すべき電気信号501はマルチプレクサMU
Xに入力され、例えば4:1などに多重化され、その出
力信号がドライバ502に伝達される。半導体レーザー
LDは、常時一定の強度の光を出力している。この半導
体レーザーLDの出力光は、ドライバ502の出力に応
じて光を吸収あるいは非吸収する外部変調器503を介
して光ファイバー504に伝送される。図25に示した
送信モジュールは、いわゆる外部変調型とよばれるもの
である。これに変えて、半導体レーザーLDの発光を直
接制御する直接変調型を採用することも可能であるが、
一般的に外部変調型での送信のほうがチャープによるス
ペクトル発振の広がりがなく、高速、長距離の伝送に適
する。FIGS. 25 and 26 show FIGS. 23 and 24, respectively.
2 is a system configuration diagram of an optical transmission system using the preamplifier circuit and the front-end module shown in FIG. FIG.
Reference numeral 5 denotes a transmission module 500 of the optical transmission system. The electric signal 501 to be transmitted is a multiplexer MU.
X is multiplexed, for example, in a ratio of 4: 1, and the output signal is transmitted to the driver 502. The semiconductor laser LD always outputs light of a constant intensity. The output light of the semiconductor laser LD is transmitted to the optical fiber 504 via an external modulator 503 that absorbs or does not absorb light according to the output of the driver 502. The transmission module shown in FIG. 25 is a so-called external modulation type. Alternatively, it is possible to employ a direct modulation type that directly controls the light emission of the semiconductor laser LD,
In general, transmission using the external modulation type has no spread of spectrum oscillation due to chirp, and is suitable for high-speed, long-distance transmission.
【0078】図26は、光伝送システムの光受信型モジ
ュール510を示している。図26において、参照符号
520はフロントエンドモジュール部を示し、このフロ
ントエンドモジュール部520は、光ファイバ544を
介して伝送されて来る光信号を受光して電気信号に変換
出力する受光器521と、受光器出力を増幅するプリア
ンプ522とから構成される。プリアンプ522により
増幅された電気信号は、メインアンプ部530に入力さ
れ増幅される。メインアンプ部530は、光伝送の距離
や製造偏差によるバラツキを避け、出力を一定に保つた
め、メインアンプ532の出力が自動利得調整器(AG
C)531に帰還されるように構成されている。なお、
メインアンプ部530は利得を調整する構成の他、出力
振幅を制限するリミットアンプを採用することもでき
る。また、参照符号580は受光器521用の電源であ
る。FIG. 26 shows an optical receiving module 510 of the optical transmission system. In FIG. 26, reference numeral 520 indicates a front-end module unit. The front-end module unit 520 receives a light signal transmitted through the optical fiber 544, converts the light signal into an electric signal, and outputs the electric signal. And a preamplifier 522 for amplifying the output of the light receiver. The electric signal amplified by the preamplifier 522 is input to the main amplifier unit 530 and amplified. The main amplifier 530 uses an automatic gain adjuster (AG) in order to keep the output constant while avoiding variations due to optical transmission distance and manufacturing deviation.
C) It is configured to be fed back to 531. In addition,
The main amplifier unit 530 may employ a limit amplifier for limiting the output amplitude, in addition to the configuration for adjusting the gain. Reference numeral 580 denotes a power supply for the light receiver 521.
【0079】識別器540は、所定のクロックに同期し
て1ビットのアナログ−ディジタル変換を行うように構
成され、メインアンプ部530の出力をディジタル化す
る。このディジタル信号は、分離器DMUXにより例え
ば1:4に分離されて後段のディジタル信号処理回路5
60に入力され、所定の処理が行われる。The discriminator 540 is configured to perform 1-bit analog-to-digital conversion in synchronization with a predetermined clock, and digitizes the output of the main amplifier section 530. This digital signal is separated into, for example, 1: 4 by a separator DMUX, and the digital signal processing circuit 5 at the subsequent stage
The data is input to the device 60 and a predetermined process is performed.
【0080】クロック抽出部550は、識別器540及
び分離器DMUXの動作タイミングを制御するためのク
ロックを、変換した電気信号から形成するためのもので
ある。クロック抽出部550では、メインアンプ部53
0の出力を全波整流器551により整流し、帯域の狭い
フィルタ552によりフィルタリングしてクロック信号
となる信号を抽出する。フィルタ552の出力は、位相
器553に入力される。この位相器553は、フィルタ
出力とアナログ信号の位相をあわせるための位相器であ
り、予め定められた遅延量に基づきフィルタ出力を遅延
させる。位相器553の出力は、リミットアンプ554
を介して識別器540とDMUX570へ入力される。The clock extracting section 550 is for forming a clock for controlling the operation timing of the discriminator 540 and the separator DMUX from the converted electric signal. The clock extraction unit 550 includes a main amplifier 53
The output of 0 is rectified by a full-wave rectifier 551 and filtered by a narrow-band filter 552 to extract a signal to be a clock signal. The output of the filter 552 is input to the phase shifter 553. The phase shifter 553 is a phase shifter for matching the phase of the filter output with the phase of the analog signal, and delays the filter output based on a predetermined delay amount. The output of the phase shifter 553 is
Are input to the discriminator 540 and the DMUX 570 via the.
【0081】ここで述べた光通信システムにおいては、
その各所に先の実施例1〜8に述べた構成の本発明に係
るバイポーラトランジスタを用いて回路を構成すること
ができる。また、同様にメインアンプ532を構成する
回路も、図23に示した回路により構成することが可能
である。In the optical communication system described here,
A circuit can be formed at each location using the bipolar transistor according to the present invention having the structure described in the first to eighth embodiments. Similarly, the circuit constituting the main amplifier 532 can also be constituted by the circuit shown in FIG.
【0082】前記実施例に従って製造した本発明に係る
バイポーラトランジスタは、遮断周波数fT、及び最大
遮断周波数fmaxが100GHzと高速動作が可能なた
め、1秒当たり40Gビットと大容量の信号を高速で送
受信することができる。また、従来このような高速動作
が必要な回路については、シリコンバイポーラトランジ
スタに比べて動作速度が速いGaAsトランジスタを用
いる必要があった。しかし、このような回路に対して、
本発明に係る安価なシリコンバイポーラトランジスタを
用いることができるため、光伝送システム全体のコスト
を低減することが可能となる。The bipolar transistor according to the present invention manufactured according to the above-described embodiment can operate at a high speed of 100 GHz with a cutoff frequency f T and a maximum cutoff frequency f max of 100 GHz. Can be sent and received. Conventionally, for a circuit requiring such a high-speed operation, it is necessary to use a GaAs transistor whose operation speed is higher than that of a silicon bipolar transistor. However, for such a circuit,
Since the inexpensive silicon bipolar transistor according to the present invention can be used, the cost of the entire optical transmission system can be reduced.
【0083】<実施例10>図27は本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第10の実施例を示す図であり、
本発明に係るバイポーラトランジスタを適用する移動体
無線携帯機のブロック構成図である。本実施例は、前記
実施例1〜8で説明した本発明に係るバイポーラトラン
ジスタを、低雑音増幅器603、シンセサイザー60
6、PLL(Phase Locked Loop:フェーズ・ロックド・
ループ)611等の移動体無線携帯機の各ブロックを構
成する回路に適用した例である。<Embodiment 10> FIG. 27 is a diagram showing a tenth embodiment of a bipolar transistor according to the present invention.
1 is a block diagram of a mobile wireless portable device to which a bipolar transistor according to the present invention is applied. In this embodiment, the bipolar transistor according to the present invention described in the first to eighth embodiments is replaced with a low-noise amplifier 603 and a synthesizer 60.
6. PLL (Phase Locked Loop)
This is an example in which the present invention is applied to a circuit constituting each block of a mobile wireless portable device such as a loop 611.
【0084】図27に示した本実施例の移動体無線携帯
機は、次のように動作する。アンテナ601からの入力
信号は低雑音増幅器603で増幅される。シンセサイザ
606で合成した周波数により発振器605で発振さ
せ、低雑音増幅器603からの信号を、発振器605で
発振した信号を用いて、ダウンミキサ604でより低い
周波数へダウンコンバージョンする。The mobile radio portable device of this embodiment shown in FIG. 27 operates as follows. An input signal from the antenna 601 is amplified by the low noise amplifier 603. Oscillator 605 oscillates at the frequency synthesized by synthesizer 606, and down-converts the signal from low noise amplifier 603 to a lower frequency using down-mixer 604 using the signal oscillated by oscillator 605.
【0085】さらに、PLL611で生成した周波数に
より発振器610で発振させ、ダウンミキサ604から
の信号を、発振器610から発振した信号を用いて、復
調器609で復調する。復調された信号は、より低周波
を扱うベースバンドユニット613において信号処理が
行なわれる。Further, the oscillator 610 oscillates at the frequency generated by the PLL 611, and the signal from the down mixer 604 is demodulated by the demodulator 609 using the signal oscillated from the oscillator 610. The demodulated signal is subjected to signal processing in a baseband unit 613 that handles lower frequencies.
【0086】また、ベースバンドユニット613から発
せられた信号は、変調器612においてPLL611か
らの信号を用いて変調される。変調された信号は、さら
に、アップミキサ608において、シンセサイザ606
で合成した信号に基づき発振器605で発振した信号を
用いて高周波へアップコンバートされる。この高周波信
号は、電力増幅器607により増幅されてアンテナ60
1より送信される。The signal emitted from baseband unit 613 is modulated by modulator 612 using the signal from PLL 611. The modulated signal is further applied to up-mixer 608 by synthesizer 606.
Is up-converted to a high frequency using the signal oscillated by the oscillator 605 based on the signal synthesized in step (1). This high frequency signal is amplified by the power amplifier 607 and
Sent from 1.
【0087】ここで、スイッチ602は信号の送信・受
信を切り換えるスイッチであり、ベースバンドユニット
613から図示しない制御信号を受けて、その送信・受
信が制御される。さらに、ベースバンドユニット613
には図示しないスピーカ、マイク等が接続され音声信号
の入出力が可能となっている。Here, the switch 602 is a switch for switching between transmission and reception of signals, and receives and transmits a control signal (not shown) from the baseband unit 613 to control transmission and reception. Further, the baseband unit 613
Are connected to a speaker, a microphone, and the like (not shown) so that audio signals can be input and output.
【0088】本実施例の移動体無線携帯機を構成する図
27に示した各ブロック、特に低雑音増幅器603、シ
ンセサイザ606およびPLL611のブロックに、前
記実施例1〜8で説明した本発明に係るいずれかのバイ
ポーラトランジスタを適用して、それぞれの回路を構成
することができる。本発明によるトランジスタは、ベー
ス抵抗およびベース・コレクタ間容量の低減が可能であ
るため、低雑音増幅器603、シンセサイザ606およ
びPLL611において、低雑音化と低消費電力化が図
れる。これにより、システム全体として低雑音かつ長時
間使用可能な移動体無線携帯機を実現することができ
る。The respective blocks shown in FIG. 27 constituting the mobile radio portable device of the present embodiment, in particular, the blocks of the low noise amplifier 603, the synthesizer 606 and the PLL 611 according to the present invention described in the first to eighth embodiments. Each circuit can be configured by applying any of the bipolar transistors. The transistor according to the present invention can reduce the base resistance and the base-collector capacitance, so that the low noise amplifier 603, the synthesizer 606, and the PLL 611 can achieve low noise and low power consumption. This makes it possible to realize a mobile wireless portable device that can be used for a long time with low noise as a whole system.
【0089】<実施例11>図28は本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第11の実施例を示す図であり、
本発明に係るバイポーラトランジスタを適用する移動体
無線携帯機のPLLのプリスケーラ用Dフリップフロッ
プの回路図である。本実施例は、前記実施例1〜8で説
明した本発明に係るバイポーラトランジスタを図28に
示した回路上のトランジスタ701から712に用いた
例である。<Embodiment 11> FIG. 28 is a diagram showing an eleventh embodiment of a bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a prescaler D flip-flop of a PLL of a mobile wireless portable device to which the bipolar transistor according to the present invention is applied. This embodiment is an example in which the bipolar transistors according to the present invention described in the above embodiments 1 to 8 are used as the transistors 701 to 712 on the circuit shown in FIG.
【0090】このDフリップフロップ回路の入力信号と
クロック信号及び出力信号は、高電位と低電位の2状態
のみを有する。入力信号と反転入力信号をそれぞれ端子
719と端子720に、また、クロック信号と反転クロ
ック信号をそれぞれ端子721と端子722に入力し、
端子723と端子724より出力信号と反転出力信号を
得る。The input signal, clock signal, and output signal of this D flip-flop circuit have only two states, a high potential and a low potential. An input signal and an inverted input signal are input to terminals 719 and 720, respectively, and a clock signal and an inverted clock signal are input to terminals 721 and 722, respectively.
An output signal and an inverted output signal are obtained from the terminals 723 and 724.
【0091】電流源718と719を流れる電流経路
は、クロック信号によりそれぞれトランジスタ709か
710、711か712のいずれかに切り替わる。さら
に、トランジスタ701から706のオンオフは入力信
号とクロック信号及び抵抗713と714を流れる電流
によって生じる抵抗下端の電位により決定される。本回
路においては出力信号は、クロック信号が低電位から高
電位に変化した場合に入力値を出力し、それ以外の場
合、前入力値を保持する。The current paths flowing through the current sources 718 and 719 are switched to one of the transistors 709 and 710 and 711 and 712, respectively, according to the clock signal. Further, the on / off of the transistors 701 to 706 is determined by the input signal, the clock signal, and the potential at the lower end of the resistor caused by the current flowing through the resistors 713 and 714. In this circuit, the output signal outputs an input value when the clock signal changes from a low potential to a high potential, and otherwise holds the previous input value.
【0092】前記実施例1〜8で説明した本発明に係る
いずれかのバイポーラトランジスタを適用して、それぞ
れの回路を構成することができる。本発明によるトラン
ジスタは、ベース抵抗およびベース・コレクタ間容量の
低減が可能であるため、移動体無線携帯機のPLLの低
消費電力化が図れる。Each circuit can be configured by applying any of the bipolar transistors according to the present invention described in the first to eighth embodiments. The transistor according to the present invention can reduce the base resistance and the base-collector capacitance, so that the power consumption of the PLL of the mobile wireless portable device can be reduced.
【0093】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes can be made without departing from the spirit of the present invention. It is.
【0094】[0094]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
レクタ・ベース界面にエネルギー障壁ができないため
に、エミッタから注入されたキャリアの走行時間が短縮
され、トランジスタの高速動作が可能となる。また、真
性ベースとベース引き出し電極がドーピングされた外部
ベースによって接続されてベース抵抗が低減できるた
め、バイポーラトランジスタを用いた回路の高速動作が
可能となる。更に、エミッタ・ベース・コレクタを自己
整合的に形成するため、エミッタ・ベースおよびコレク
タ・ベース間容量が低減でき、バイポーラトランジスタ
を用いた回路の高速動作が可能となる。As described above, according to the present invention, since there is no energy barrier at the collector-base interface, the transit time of carriers injected from the emitter is reduced, and the transistor can operate at high speed. Further, since the intrinsic base and the base lead-out electrode are connected by the doped external base and the base resistance can be reduced, high-speed operation of the circuit using the bipolar transistor becomes possible. Further, since the emitter-base-collector is formed in a self-aligned manner, the capacitance between the emitter-base and the collector-base can be reduced, and the circuit using the bipolar transistor can operate at high speed.
【0095】すなわち、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタおよびその製造方法によれば、エミッタ・ベース
間容量の低減、ベース・コレクタ間容量の低減、さらに
はベース抵抗の低減が可能となり、高速かつ高周波で動
作可能なバイポーラトランジスタを構成することが可能
となる。従って、特に高速動作が必要とされる回路やシ
ステムに本発明によるバイポーラトランジスタを用いる
ことで、回路及びシステム全体での性能の向上を図るこ
とができる。That is, according to the bipolar transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention, it is possible to reduce the emitter-base capacitance, the base-collector capacitance, and the base resistance, and operate at high speed and high frequency. It is possible to configure a possible bipolar transistor. Therefore, by using the bipolar transistor according to the present invention for a circuit or a system that requires a high-speed operation, the performance of the entire circuit and the system can be improved.
【図1】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1の
実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a bipolar transistor according to the present invention.
【図2】真性ベースに単結晶シリコン・ゲルマニウムを
用いた従来のバイポーラトランジスタを示す断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional bipolar transistor using single crystal silicon / germanium as an intrinsic base.
【図3】図2に示したバイポーラトランジスタのゲルマ
ニウム組成比および不純物濃度プロファイルを示す特性
線図である。3 is a characteristic diagram showing a germanium composition ratio and an impurity concentration profile of the bipolar transistor shown in FIG.
【図4】図3に示したプロファイルを有する従来例のバ
イポーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的
に示した図である。4 is a diagram schematically showing an energy band structure of a conventional bipolar transistor having the profile shown in FIG.
【図5】図1に示した本発明に係るバイポーラトランジ
スタのゲルマニウム組成比および不純物濃度プロファイ
ルを示す特性線図である。5 is a characteristic diagram showing a germanium composition ratio and an impurity concentration profile of the bipolar transistor according to the present invention shown in FIG.
【図6】図5に示したプロファイルを有する本発明に係
るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模
式的に示した図である。6 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor according to the present invention having the profile shown in FIG.
【図7】図1に示した本発明に係るバイポーラトランジ
スタの活性領域の製造方法を工程順に示す部分拡大断面
図である。FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing a method of manufacturing the active region of the bipolar transistor according to the present invention shown in FIG. 1 in the order of steps.
【図8】図7の次の工程以降を順に示す部分拡大断面図
である。FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view showing steps subsequent to FIG. 7 in order;
【図9】多結晶シリコン上に対して単結晶シリコン上に
選択的に成長できる単結晶シリコン・ゲルマニウムの最
大膜厚とゲルマニウム組成比との関係を示す特性線図で
ある。FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between a maximum thickness of single crystal silicon-germanium which can be selectively grown on single crystal silicon with respect to polycrystalline silicon and a germanium composition ratio.
【図10】本発明に係るバイポーラトランジスタの第2
の実施例を示す断面図である。FIG. 10 shows a second example of the bipolar transistor according to the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of (a).
【図11】図10示した本発明に係るバイポーラトラン
ジスタの活性領域の製造方法を工程順に示す部分拡大断
面図である。11 is a partial enlarged cross-sectional view showing a method of manufacturing the active region of the bipolar transistor according to the present invention shown in FIG. 10 in the order of steps.
【図12】図11の次の工程以降を順に示す部分拡大断
面図である。FIG. 12 is a partially enlarged cross-sectional view sequentially showing the steps subsequent to FIG. 11;
【図13】本発明に係るバイポーラトランジスタの第3
の実施例を示す断面図である。FIG. 13 shows a third example of the bipolar transistor according to the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of (a).
【図14】本発明に係るバイポーラトランジスタの第4
の実施例を示す断面図である。FIG. 14 shows a fourth example of the bipolar transistor according to the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of (a).
【図15】本発明に係るバイポーラトランジスタの第5
の実施例を示すゲルマニウム組成比と不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図である。FIG. 15 shows a fifth example of the bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing the example of FIG.
【図16】図15に示したプロファイルを有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造
を模式的に示した図である。16 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor according to the present invention having the profile shown in FIG.
【図17】本発明に係るバイポーラトランジスタの第6
の実施例を示すゲルマニウム組成比と不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図である。FIG. 17 shows a sixth embodiment of the bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing the example of FIG.
【図18】図17に示したプロファイルを有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造
を模式的に示した図である。18 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor according to the present invention having the profile shown in FIG.
【図19】本発明に係るバイポーラトランジスタの第7
の実施例を示すゲルマニウム組成比と不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図である。FIG. 19 shows a seventh embodiment of the bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing the example of FIG.
【図20】図19に示したプロファイルを有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造
を模式的に示した図である。20 is a diagram schematically showing the energy band structure of the bipolar transistor according to the present invention having the profile shown in FIG.
【図21】本発明に係るバイポーラトランジスタの第8
の実施例を示すゲルマニウム組成比と不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図である。FIG. 21 shows an eighth embodiment of the bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing germanium composition ratios and impurity concentration profiles showing the example of FIG.
【図22】図21に示したプロファイルを有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造
を模式的に示した図である。22 is a diagram schematically showing an energy band structure of the bipolar transistor according to the present invention having the profile shown in FIG.
【図23】本発明に係るバイポーラトランジスタの第9
の実施例を示す図であり、光伝送システムに用いられる
前置増幅回路の回路図である。FIG. 23 is a ninth embodiment of the bipolar transistor according to the present invention;
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the present invention, and is a circuit diagram of a preamplifier circuit used in an optical transmission system.
【図24】図23に示した前置増幅回路を実装基板に集
積した光伝送システムのフロントエンドモジュールの断
面図である。24 is a sectional view of a front-end module of an optical transmission system in which the preamplifier circuit shown in FIG. 23 is integrated on a mounting board.
【図25】図23及び図24に示した回路及びモジュー
ルを利用した光伝送システムの送信側モジュールのブロ
ック図である。FIG. 25 is a block diagram of a transmission-side module of an optical transmission system using the circuits and modules shown in FIGS. 23 and 24.
【図26】図23及び図24に示した回路及びモジュー
ルを利用した光伝送システムの光受信型モジュールのブ
ロック構成図である。FIG. 26 is a block diagram of an optical receiving module of an optical transmission system using the circuits and modules shown in FIGS. 23 and 24.
【図27】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1
0の実施例を示す図であり、本発明に係るバイポーラト
ランジスタを適用する移動体無線携帯機のブロック構成
図である。FIG. 27 shows a first example of a bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a mobile wireless portable device to which the bipolar transistor according to the present invention is applied according to an embodiment of the present invention.
【図28】本発明に係るバイポーラトランジスタの第1
1の実施例を示す図であり、本発明に係るバイポーラト
ランジスタを適用する移動体無線携帯機のPLLのプリ
スケーラ用Dフリップフロップの回路図である。FIG. 28 shows a first example of a bipolar transistor according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the first embodiment, and is a circuit diagram of a D flip-flop for a prescaler of a PLL of a mobile wireless portable device to which a bipolar transistor according to the present invention is applied.
1,21…シリコン基板、2,22…高濃度n型埋込
層、3,23…低濃度n型コレクタ層(単結晶シリコ
ン)、4,24…素子分離絶縁膜、5,25…コレクタ
・ベース分離絶縁膜、6,26…ベース引き出し電極
(多結晶シリコンもしくは多結晶シリコン・ゲルマニウ
ム)、7,7a,13,16,27,27a,30,3
3…エミッタ・ベース分離絶縁膜、8…低濃度n型コレ
クタ層(単結晶シリコン・ゲルマニウム)、9,28…
p型真性ベース層(単結晶シリコン・ゲルマニウム)、
10,29…p型外部ベース層(多結晶シリコン・ゲル
マニウム)、11…低濃度キャップ層(単結晶シリコン
もしくは単結晶シリコン・ゲルマニウム)、12…低濃
度多結晶シリコン(もしくは低濃度多結晶シリコン・ゲ
ルマニウム)、14,31…エミッタ電極(高濃度n型
多結晶シリコン)、15,32…エミッタ領域、16…
絶縁膜、17,34…高濃度n型コレクタ引き出し層、
18,35…電極、19…エミッタ層(単結晶シリコン
もしくは単結晶シリコン・ゲルマニウム)。1, 21: silicon substrate; 2, 22: high-concentration n-type buried layer; 3, 23: low-concentration n-type collector layer (single-crystal silicon); 4, 24: element isolation insulating film; Base isolation insulating film, 6, 26... Base extraction electrode (polycrystalline silicon or polycrystalline silicon / germanium), 7, 7a, 13, 16, 27, 27a, 30, 3
3: Emitter / base isolation insulating film, 8: Low concentration n-type collector layer (single crystal silicon / germanium), 9, 28 ...
p-type intrinsic base layer (single-crystal silicon / germanium),
10, 29: p-type external base layer (polycrystalline silicon / germanium), 11: low concentration cap layer (single crystal silicon or single crystal silicon / germanium), 12: low concentration polycrystalline silicon (or low concentration polycrystalline silicon) Germanium), 14, 31 ... emitter electrode (high-concentration n-type polycrystalline silicon), 15, 32 ... emitter region, 16 ...
Insulating film, 17, 34 ... high-concentration n-type collector lead-out layer,
18, 35 ... electrodes, 19 ... emitter layers (single-crystal silicon or single-crystal silicon-germanium).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷲尾 勝由 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Katsuyoshi Washio 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.
Claims (15)
電型単結晶シリコン層表面上に設けられた開口部を有す
る第1の絶縁膜と前記第1導電型と反対導電型の第2導
電型多結晶層と第2の絶縁膜とからなる多層膜と、前記
開口部に設けられた第1導電型単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層と、該第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層上に設けられた第2導電型単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層と、該第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層と前記第2導電型多結晶層との双方に接して設けら
れた第2導電型多結晶シリコン・ゲルマニウム層と、を
少なくとも有することを特徴とするバイポーラトランジ
スタ。A first conductivity type single crystal silicon layer, a first insulating film having an opening provided on a surface of the first conductivity type single crystal silicon layer, and a first conductivity type opposite to the first conductivity type. A multilayer film comprising a second conductivity type polycrystalline layer and a second insulating film; a first conductivity type single crystal silicon / germanium layer provided in the opening; and a first conductivity type single crystal silicon / germanium layer A second conductivity type single crystal silicon-germanium layer provided thereon, and a second conductivity type provided in contact with both the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer and the second conductivity type polycrystalline layer And a polycrystalline silicon-germanium layer.
ン層または多結晶シリコン・ゲルマニウム層である請求
項1記載のバイポーラトランジスタ。2. The bipolar transistor according to claim 1, wherein said second conductivity type polycrystalline layer is a polycrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon / germanium layer.
ウム層の厚さが少なくとも5nmである請求項1または
請求項2に記載のバイポーラトランジスタ。3. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the thickness of the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer is at least 5 nm.
ウム層上に設けられ、かつ第2導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層よりも不純物濃度の低い第2の第2導電
型単結晶層を更に設けてなる請求項1〜3のいずれか1
項に記載のバイポーラトランジスタ。4. A second conductivity type single crystal silicon layer provided on the second conductivity type single crystal silicon germanium layer.
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second second conductivity type single crystal layer having a lower impurity concentration than the germanium layer.
13. The bipolar transistor according to item 9.
シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層であ
る請求項4記載のバイポーラトランジスタ。5. The bipolar transistor according to claim 4, wherein said second second conductivity type single crystal layer is a single crystal silicon layer or a single crystal silicon / germanium layer.
ウム層上に設けられた第2の第1導電型単結晶層を更に
設けてなる請求項1〜5のいずれか1項に記載のバイポ
ーラトランジスタ。6. The bipolar device according to claim 1, further comprising a second first conductivity type single crystal layer provided on the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer. Transistor.
シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層であ
る請求項6記載のバイポーラトランジスタ。7. The bipolar transistor according to claim 6, wherein said second first conductivity type single crystal layer is a single crystal silicon layer or a single crystal silicon / germanium layer.
ウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電型単
結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少して成る
請求項1〜7のいずれか1項に記載のバイポーラトラン
ジスタ。8. The method according to claim 1, wherein the composition ratio of germanium in said second conductivity type single crystal silicon-germanium layer decreases from said first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface. 2. The bipolar transistor according to claim 1.
ウム層および前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電型単
結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少して成る
請求項1〜7のいずれか1項に記載のバイポーラトラン
ジスタ。9. The composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer is from the first conductivity type single crystal silicon layer to the surface. The bipolar transistor according to any one of claims 1 to 7, wherein the bipolar transistor decreases in accordance with the following equation.
ニウム層および前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電型
単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、そ
の傾きが前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
層中と前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層
中とで異なる請求項1〜7のいずれか1項に記載のバイ
ポーラトランジスタ。10. The composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer and the first conductivity type single crystal silicon / germanium layer is from the first conductivity type single crystal silicon layer to the surface. The bipolar transistor according to any one of claims 1 to 7, wherein the inclination decreases in the second conductivity type single crystal silicon-germanium layer and in the first conductivity type single crystal silicon-germanium layer. .
ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第1導電型
単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、前
記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層中のゲル
マニウムの組成比が表面から前記第1導電型単結晶シリ
コン層側に向かうに従い減少して成る請求項1〜7のい
ずれか1項に記載のバイポーラトランジスタ。11. The first conductivity type single crystal silicon, wherein a composition ratio of germanium in the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer decreases from the first conductivity type single crystal silicon layer side toward the surface. 8. The bipolar transistor according to claim 1, wherein a composition ratio of germanium in the germanium layer decreases from a surface toward the first conductivity type single crystal silicon layer. 9.
口部を有する第1の絶縁膜と、前記第1導電型と反対導
電型の第2導電型多結晶層と、第2の絶縁膜とからなる
多層膜を形成する工程と、前記開口部に第1導電型単結
晶シリコン・ゲルマニウム層を形成する工程と、該第1
導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に第2導電型
単結晶シリコン・ゲルマニウム層と、該第2導電型単結
晶シリコン・ゲルマニウム層および前記第2導電型多結
晶層の双方に接する第2導電型多結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層とを同時に形成する工程と、を少なくとも有す
るバイポーラトランジスタの製造方法であって、 前記第1導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を形成
する工程と、前記第2導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層を形成する工程が、それぞれエピタキシャル成長
によって形成する工程であって、前記エピタキシャル成
長を、成長時の温度が500℃〜700℃で、かつ、成
長時の圧力が100Paを越えない条件で行うことを特
徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。12. A first insulating film having an opening on a surface of a first conductivity type single crystal silicon layer, a second conductivity type polycrystalline layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type, and a second insulation film. Forming a multilayer film composed of a film, forming a first conductivity type single crystal silicon-germanium layer in the opening,
A second conductivity type single crystal silicon / germanium layer on the conductivity type single crystal silicon / germanium layer, and a second conductivity type contacting both the second conductivity type single crystal silicon / germanium layer and the second conductivity type polycrystalline layer A method of manufacturing a bipolar transistor having at least a step of simultaneously forming a polycrystalline silicon-germanium layer, wherein the step of forming the first conductivity type single-crystal silicon-germanium layer and the second conductivity type single-crystal The step of forming a silicon-germanium layer is a step of forming each layer by epitaxial growth, and the epitaxial growth is performed under the conditions that the temperature during growth is 500 ° C. to 700 ° C. and the pressure during growth does not exceed 100 Pa. A method for manufacturing a bipolar transistor.
子と、該受光素子からの電気信号を受ける第1の増幅回
路と、該第1の増幅回路の出力を受ける第2の増幅回路
と、所定のクロック信号に同期して前記第2の増幅回路
の出力をディジタル信号に変換する識別器とを有する光
受信システムであって、 前記第1の増幅回路は、前記受光素子にそのベースが接
続された第1のバイポーラトランジスタと、該第1のバ
イポーラトランジスタのコレクタにベースが接続される
と共にコレクタが前記第2の増幅回路の入力に接続され
た第2のバイポーラトランジスタとを有し、前記第1又
は第2のバイポーラトランジスタの少なくとも一つが請
求項1〜11のいずれか1項に記載のバイポーラトラン
ジスタにより構成されたことを特徴とする光受信システ
ム。13. A light-receiving element for receiving an optical signal and outputting an electric signal, a first amplifier circuit for receiving an electric signal from the light-receiving element, and a second amplifier circuit for receiving an output of the first amplifier circuit. An optical discriminator that converts an output of the second amplifier circuit into a digital signal in synchronization with a predetermined clock signal, wherein the first amplifier circuit has a base on the light receiving element. A first bipolar transistor connected, a second bipolar transistor having a base connected to a collector of the first bipolar transistor and a collector connected to an input of the second amplifier circuit, 12. An optical receiver, wherein at least one of the first and second bipolar transistors is constituted by the bipolar transistor according to claim 1. system.
スタのいずれもが、請求項1〜11のいずれか1項に記
載のバイポーラトランジスタにより構成されて成る請求
項13記載の光受信システム。14. An optical receiving system according to claim 13, wherein each of said first and second bipolar transistors comprises the bipolar transistor according to any one of claims 1 to 11.
スタが単一の半導体チップ上に形成されると共に、該半
導体チップと前記受光素子とが単一の基板上に実装され
て成る請求項13または請求項14に記載の光受信シス
テム。15. The semiconductor device according to claim 13, wherein said first and second bipolar transistors are formed on a single semiconductor chip, and said semiconductor chip and said light receiving element are mounted on a single substrate. The optical receiving system according to claim 14.
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KR100866924B1 (en) | 2008-05-02 | 2008-11-04 | 주식회사 시지트로닉스 | A bipolar transistor fabricating method |
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1997
- 1997-07-08 JP JP18241797A patent/JP3534576B2/en not_active Expired - Fee Related
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