(57)【要約】【課題】  スペクトル拡散方式やマルチキャリア方式といった広帯域デジタル変調方式のように線形増幅が必要とされる電力増幅器にＳｉＧｅ  ＨＢＴを使用した場合、ＳｉＧｅ  ＨＢＴによる増幅歪みを抑制して消費電力を低減できる技術を提供する。【解決手段】  デジタル携帯電話機の電力増幅器に用いられるＳｉＧｅ  ＨＢＴにおいて、シリコン−ゲルマニウム層のホウ素（Ｂ）を導入してベース領域を形成する。また、シリコン−ゲルマニウム層上にシリコンキャップ層を形成し、このシリコンキャップ層にリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）を導入してエミッタ領域を形成する。そして、ベース領域とエミッタ領域との接合領域近傍において、ｐ型不純物とｎ型不純物のそれぞれの濃度を５×１０１７／ｃｍ３以下にする。【選択図】  図９
2006210544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル拡散方式またはマルチキャリア方式による無線通信装置に使用される電力増幅器に含まれ、シリコン層およびシリコン−ゲルマニウム層を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタを備える半導体装置であって、
前記へテロ接合バイポーラトランジスタは、
（ａ）第１導電型の第１不純物を導入したエミッタ領域と、
（ｂ）前記第１不純物とは異なる第２導電型の第２不純物を導入したベース領域と、
（ｃ）ポリシリコン膜を含み前記エミッタ領域に接続するエミッタ電極と、
（ｄ）ポリシリコン膜を含み前記ベース領域に接続するベース電極とを有し、
前記エミッタ領域と前記ベース領域との接合境界において前記第１不純物の濃度および前記第２不純物の濃度がそれぞれ５×１０１７／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ベース領域は前記シリコン−ゲルマニウム層に形成され、前記シリコン−ゲルマニウム層の少なくとも一部に炭素が添加されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ベース領域が形成された前記シリコン−ゲルマニウム層上に前記エミッタ領域が形成された前記シリコン層を有し、前記シリコン層の少なくとも一部に炭素が添加されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ベース領域が形成された前記シリコン−ゲルマニウム層の少なくとも一部と、前記シリコン−ゲルマニウム層上に形成され、前記エミッタ領域が形成された前記シリコン層の少なくとも一部とに炭素が添加されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記エミッタ領域が形成された前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に第２導電型の第３不純物が添加されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記エミッタ領域が形成された前記シリコン層の表面から所定の深さまで炭素と第２導電型の第３不純物が添加されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２不純物および前記第３不純物はホウ素であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
シリコン層およびシリコン−ゲルマニウム層を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタを含む半導体装置であって、
前記へテロ接合バイポーラトランジスタは、
（ａ）第１導電型の第１不純物を導入したエミッタ領域と、
（ｂ）前記第１不純物とは異なる第２導電型の第２不純物を導入したベース領域と、
（ｃ）ポリシリコン膜を含み前記エミッタ領域に接続するエミッタ電極と、
（ｄ）ポリシリコン膜を含み前記ベース領域に接続するベース電極とを有し、
前記エミッタ領域と前記ベース領域との接合境界において前記第１不純物の濃度および前記第２不純物の濃度がそれぞれ５×１０１７／ｃｍ３以下であり、
前記ベース領域が形成された前記シリコン−ゲルマニウム層の少なくとも一部と、前記シリコン−ゲルマニウム層上に形成され、前記エミッタ領域が形成された前記シリコン層のうち前記ベース領域と前記エミッタ領域の間の領域とに炭素が添加されており、前記ベース領域と前記エミッタ領域との間に添加されている炭素の平均濃度が、前記ベース領域に添加されている炭素の最大濃度よりも低くなっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に５×１０１７／ｃｍ３以上の第２導電型の第３不純物が添加されていることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２不純物および前記第３不純物はボロンであることを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に炭素が添加され、その最大濃度が前記ベース領域と前記エミッタ領域との間に添加されている炭素の平均濃度よりも高くなっていることを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ベース領域と前記エミッタ領域との間に添加されている炭素の平均濃度が０．０３％以上０．１％以下であることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
シリコン層およびシリコン−ゲルマニウム層を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタを含む半導体装置であって、
前記へテロ接合バイポーラトランジスタは、
（ａ）第１導電型の第１不純物を導入したエミッタ領域と、
（ｂ）前記第１不純物とは異なる第２導電型の第２不純物を導入したベース領域と、
（ｃ）ポリシリコン膜を含み前記エミッタ領域に接続するエミッタ電極と、
（ｄ）ポリシリコン膜を含み前記ベース領域に接続するベース電極とを有し、
前記エミッタ領域と前記ベース領域との接合境界において前記第１不純物の濃度および前記第２不純物の濃度がそれぞれ５×１０１７／ｃｍ３以下であり、
前記ベース領域が形成された前記シリコン−ゲルマニウム層の少なくとも一部と、前記シリコン−ゲルマニウム層上に形成され、前記エミッタ領域が形成された前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域とに炭素が添加され、さらに、前記シリコン層の表面から所定の深さの領域に５×１０１７／ｃｍ３以上の第２導電型の第３不純物が添加されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
前記第２不純物および前記第３不純物はホウ素であることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１５】
スペクトル拡散方式またはマルチキャリア方式による無線通信装置に使用される電力増幅器に含まれ、シリコン層およびシリコン−ゲルマニウム層を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタを備える半導体装置の製造方法であって、
（ａ）半導体基板上に第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１絶縁膜上に第２導電型の第２不純物を導入した第１ポリシリコン膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第１ポリシリコン膜をパターニングする工程と、
（ｄ）パターニングした前記第１ポリシリコン膜上に第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）前記第１ポリシリコン膜および前記第２絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、
（ｆ）前記開口部から露出した前記第１絶縁膜を除去する工程と、
（ｇ）前記開口部内に第２導電型の第３不純物を導入した前記シリコン−ゲルマニウム層を形成することによりベース領域を形成する工程と、
（ｈ）前記開口部内の前記シリコン−ゲルマニウム層上に前記シリコン層を形成する工程と、
（ｉ）前記シリコン層上に第２導電型とは異なる第１導電型の第１不純物を導入した第２ポリシリコン膜を形成する工程と、
（ｊ）前記第２ポリシリコン膜に導入した前記第１不純物の一部を前記シリコン層に拡散させることによりエミッタ領域を形成する工程とを備え、
前記ベース領域と前記エミッタ領域との接合境界において前記第１不純物および前記第３不純物の濃度をそれぞれ５×１０１７／ｃｍ３以下にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
さらに、前記シリコン−ゲルマニウム層の少なくとも一部に炭素を添加する工程を備えることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
さらに、前記シリコン層の少なくとも一部に炭素を添加する工程を備えることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
さらに、前記シリコン−ゲルマニウム層の少なくとも一部と、前記シリコン層の少なくとも一部とに炭素を添加する工程を備えることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
さらに、前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に第２導電型の第４不純物を導入する工程を備えることを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
さらに、前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に炭素と第２導電型の第４不純物を導入する工程を備えることを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
シリコン層およびシリコン−ゲルマニウム層を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタを備える半導体装置の製造方法であって、
（ａ）半導体基板上に第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１絶縁膜上に第２導電型の第２不純物を導入した第１ポリシリコン膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第１ポリシリコン膜をパターニングする工程と、
（ｄ）パターニングした前記第１ポリシリコン膜上に第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）前記第１ポリシリコン膜および前記第２絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、
（ｆ）前記開口部から露出した前記第１絶縁膜を除去する工程と、
（ｇ）前記開口部内に第２導電型の第３不純物を導入したシリコン−ゲルマニウム層を形成することによりベース領域を形成する工程と、
（ｈ）前記シリコン−ゲルマニウム層の少なくとも一部に炭素を導入する工程と、
（ｉ）前記開口部内の前記シリコン−ゲルマニウム層上に前記シリコン層を形成する工程と、
（ｊ）前記シリコン層の少なくとも一部に炭素を導入する工程と、
（ｋ）前記シリコン層上に第２導電型と異なる第１導電型の第１不純物を導入した第２ポリシリコン膜を形成する工程と、
（ｌ）前記第２ポリシリコン膜に導入した前記第１不純物の一部を前記シリコン層に拡散させることによりエミッタ領域を形成する工程とを備え、
前記ベース領域と前記エミッタ領域との接合境界において前記第１不純物および前記第３不純物の濃度をそれぞれ５×１０１７／ｃｍ３以下にし、さらに、前記シリコン層に導入した炭素の平均濃度を前記シリコン−ゲルマニウム層に導入した炭素の最大濃度よりも低くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
さらに、前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に第２導電型で５×１０１７／ｃｍ３以上の第４不純物を導入する工程を備えることを特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記（ｊ）工程は、前記ベース領域と前記エミッタ領域の間の領域に炭素を導入する工程であり、さらに、前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に炭素を導入する工程を備え、
前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に導入される炭素の最大濃度を前記ベース領域と前記エミッタ領域の間の領域に導入される炭素の平均濃度よりも高くすることを特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記ベース領域とエミッタ領域の間の領域に導入される炭素の濃度を０．０３％以上０．１％以下にすることを特徴とする請求項２３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記（ｊ）工程は、前記シリコン層の表面から所定の深さまでの領域に炭素を導入する工程であることを特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、シリコン層とシリコン−ゲルマニウム層を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン層とゲルマニウム層とを用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＳｉＧｅ  ＨＢＴ（Heterojunction Bipolar Transistor）という）における真性領域の不純物濃度プロファイル（不純物の深さ方向の濃度分布）は、例えば、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ３、１９９５、ｐ．４５５−４６８（非特許文献１）に記載されている。これを模式的に図２６に示す。図２６において、シリコンにゲルマニウムが導入されている領域がベース領域となっており、このベース領域にはｐ型不純物であるホウ素（Ｂ）が導入されている。一方、ベース領域より浅い領域には、ｎ型不純物である砒素（Ａｓ）が導入されてエミッタ領域が形成されている。従来技術では、不純物であるホウ素の拡散によりベース領域の幅が広くなって遮断周波数ｆＴもしくは最大発振周波数ｆｍａｘが低下することを防止するため、エミッタ領域とベース領域との距離をある程度以下にしている。すなわち、エミッタ領域の広がりが、ベース領域のエミッタ領域側に広がった部分を一部補償して、ベース領域幅の拡張を抑制するように設計されている。図２６に示すように、通常、ベース領域に導入されているホウ素（ｐ型不純物）のピーク濃度は約５×１０１８／ｃｍ３であるが、エミッタ領域とベース領域との接合部分における不純物濃度は、ピーク濃度と同等か、少なくてもピーク濃度の１／２〜１／３程度となっている。
【０００３】
また、ＳｉＧｅ  ＨＢＴにおいて、エミッタ領域とベース領域との接合部分の不純物濃度を低くし、かつベース領域が形成されているシリコン−ゲルマニウム層の少なくとも一部に炭素を添加する技術が、ＩＥＤＭ２００３、ｐ．１２５−１２８（非特許文献２）に記載されている。このＳｉＧｅ  ＨＢＴの真性領域の不純物濃度プロファイル（不純物の深さ方向の濃度分布）を模式的に図２７に示す。図２７に示すように、ベース領域のエミッタ領域に隣接する領域に、相対的に低不純物濃度の厚いシリコン−ゲルマニウム層を設け、この相対的に低不純物濃度のシリコン−ゲルマニウム層と相対的に高不純物濃度のシリコン−ゲルマニウム層に均一に炭素を添加している。相対的に低不純物濃度で厚いシリコン−ゲルマニウム層をエミッタ領域とベース領域の間に設け、かつこの低不純物濃度で厚いシリコン−ゲルマニウム層に炭素を添加することにより、ベース領域とエミッタ領域からの不純物の拡散を抑制し、ベース−エミッタ間容量（以下、ＣｊＥという）を小さくなるようにしている。
【０００４】
日本特開２００２−１５８２３２号公報（特許文献１）には、ＳｉＧｅＣ層を利用することにより低駆動電圧化を図るとともに、エミッタ・ベ−ス間の再結合電流を抑制して電流増倍率などの特性の高いヘテロ接合バイポーラトランジスタを得ることができる技術が記載されている。具体的には、シリコン基板に、コレクタ埋め込み層と、炭素含有率の高いＳｉＧｅＣ層からなる第１ベース領域と、炭素含有率の低いＳｉＧｅＣ層またはＳｉＧｅ層からなる第２ベース領域と、エミッタ領域を含むＳｉキャップ層とを積層している。ここで、第２ベース領域の少なくともエミッタ領域側端部においては、炭素含有率を０．８％未満とする。これにより、エミッタ・ベース接合部の空乏層において、炭素による再結合中心の形成を抑制することができるので、低電圧駆動性を維持しつつ、再結合電流の低減による電流増倍率などの電気的特性を改善できるとしている。
【非特許文献１】「ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥＳ」、ＭＡＲＣＨ  １９９５、ＶＯＬ４２、Ｎｏ３、ｐ．４５５−４６８
【非特許文献２】「ＩＥＤＭ２００３」、ｐ．１２５−１２８
【特許文献１】特開２００２−１５８２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式あるいはＷＣＤＭＡ（Wide-band Code Division Multiple Access）方式などのスペクトル拡散方式を使用した携帯電話機やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）などのマルチキャリア方式を使用した無線ＬＡＮ装置に搭載される線形電力増幅器にＳｉＧｅ  ＨＢＴを用いた場合、化合物ＨＢＴを用いた場合と比較して増幅歪みが大きくなるという問題点がある。増幅歪みが大きいと、主信号スペクトルに隣接する側帯域への電力の漏洩が大きくなり、主信号と側帯域信号との電力の比（側帯域信号電力を主信号電力で割った値）を示す隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ：Adjacent channel power leakage ratio）が大きくなる。
【０００６】
電力増幅器の消費電力は、主に電力付加効率と隣接チャネル漏洩電力に依存する。しかし、電力増幅器の消費電力を決める主要因である電力付加効率と隣接チャネル漏洩電力とはトレードオフの関係にある。すなわち、隣接チャネル漏洩電力を低減するためには、バイアス条件や整合条件を電力付加効率が下がる方向に変化させる必要がある。また、電力付加効率とともに消費電力を決める主要因であるアイドル電流（待機電流）を小さくするとＡＣＰＲは増大する。したがって、ＡＣＰＲを一定の規格値以下にしようとすると、アイドル電流をより大きくする必要がある。このように、ＳｉＧｅ  ＨＢＴでは、増幅歪みが大きいことに起因して、電力増幅器の消費電力が化合物ＨＢＴを使用する場合に比べて大きくなるという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、スペクトル拡散方式やマルチキャリア方式といった広帯域デジタル変調方式のように線形増幅が必要とされる電力増幅器にＳｉＧｅ  ＨＢＴを使用した場合、ＳｉＧｅ  ＨＢＴによる増幅歪みを抑制して消費電力を低減できる技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
本発明による半導体装置は、スペクトル拡散方式またはマルチキャリア方式による無線通信装置に使用される電力増幅器に含まれ、シリコン層およびシリコン−ゲルマニウム層を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタを備える半導体装置であって、前記へテロ接合バイポーラトランジスタは、（ａ）第１導電型の第１不純物を導入したエミッタ領域と、（ｂ）前記第１不純物とは異なる第２導電型の第２不純物を導入したベース領域と、（ｃ）ポリシリコン膜を含み前記エミッタ領域に接続するエミッタ電極と、（ｄ）ポリシリコン膜を含み前記ベース領域に接続するベース電極とを有し、前記エミッタ領域と前記ベース領域との接合境界において前記第１不純物の濃度および前記第２不純物の濃度がそれぞれ５×１０１７／ｃｍ３以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明による半導体装置の製造方法は、スペクトル拡散方式またはマルチキャリア方式による無線通信装置に使用される電力増幅器に含まれ、シリコン層およびシリコン−ゲルマニウム層を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタを備える半導体装置の製造方法であって、（ａ）半導体基板上に第１絶縁膜を形成する工程と、（ｂ）前記第１絶縁膜上に第２導電型の第２不純物を導入した第１ポリシリコン膜を形成する工程と、（ｃ）前記第１ポリシリコン膜をパターニングする工程と、（ｄ）パターニングした前記第１ポリシリコン膜上に第２絶縁膜を形成する工程と、（ｅ）前記第１ポリシリコン膜および前記第２絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、（ｆ）前記開口部から露出した前記第１絶縁膜を除去する工程と、（ｇ）前記開口部内に第２導電型の第３不純物を導入した前記シリコン−ゲルマニウム層を形成することによりベース領域を形成する工程と、（ｈ）前記開口部内の前記シリコン−ゲルマニウム層上に前記シリコン層を形成する工程と、（ｉ）前記シリコン層上に第２導電型とは異なる第１導電型の第１不純物を導入した第２ポリシリコン膜を形成する工程と、（ｊ）前記第２ポリシリコン膜に導入した前記第１不純物の一部を前記シリコン層に拡散させることによりエミッタ領域を形成する工程とを備え、前記ベース領域と前記エミッタ領域との接合境界において前記第１不純物および前記第３不純物の濃度をそれぞれ５×１０１７／ｃｍ３以下にすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１３】
ＳｉＧｅ  ＨＢＴのベース領域とエミッタ領域との間に低不純物濃度の層を形成し、ベース領域とエミッタ領域のｐｎ接合境界において、ｐ型不純物およびｎ型不純物の濃度をそれぞれ、５×１０１７／ｃｍ３以下にするように構成したので、ベース−エミッタ間容量ＣｊＥを小さくすることができる。このため、電力利得の出力電力依存性が小さくなり、増幅歪みを抑制できる。そして、増幅歪みが抑制されるためＡＣＰＲを低減でき、アイドル電流を小さくすることができる。したがって、消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１５】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１６】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１７】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１８】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
スペクトル拡散方式とは、拡散符号系列に基づき、搬送波をデジタル変調したり搬送周波数を不連続量だけ偏移させることにより、情報を広い周波数帯域に拡散させる通信方式である。ＣＤＭＡ方式はそのうちの代表的な一群の方式の総称で、ＷＣＤＭＡ方式はさらにそのＣＤＭＡ方式の中の代表的な一群の方式の総称である。これらの方式では、単一の広帯域のチャネルを用いて情報を伝送する。マルチキャリア方式とは、広い帯域中の複数のチャネルでパラレルに情報を伝送する通信方式の総称で、ＯＦＤＭ方式はそのうちの代表的な方式である。これらスペクトル拡散方式、マルチキャリア方式を総称して、広帯域デジタル変調方式とも称されている。電力増幅器において増幅歪みがある場合、チャネルのスペクトル波形が変形する。これらの方式では、スペクトル波形中に伝送情報が織り込まれているので、それが変形することによって、復調データに誤りが生じやすくなる。そのため、増幅歪みに対する規格が厳しくなっており、歪みを低減できる本発明の適用が有効となる。
【００２０】
図１は、例えばＷＣＤＭＡ方式を使用したデジタル携帯電話機における信号送受信部のブロック図を示したものである。図１において、携帯電話機における信号送受信部は、デジタル信号処理部１、ＩＦ（Intermediate Frequency）部２、変調信号源３、ミキサ４、電力増幅器５、アンテナスイッチ６、アンテナ７、低雑音増幅器８を有している。
【００２１】
デジタル信号処理部１は、音声信号などのアナログ信号をデジタル処理してベースバンド信号を生成できるようになっており、ＩＦ部２は、デジタル信号処理部１で生成されたベースバンド信号を中間周波数の信号に変換することができるようになっている。
【００２２】
変調信号源３は、周波数が安定な水晶発振器などの基準発振器を使用して変調信号を得るようにした回路であり、ミキサ４は、周波数を変換する周波数変換器である。
【００２３】
電力増幅器５は、微弱な入力信号と相似な大電力の信号を電源から供給される電力で新たに生成して出力する回路である。
【００２４】
アンテナスイッチ６は、デジタル携帯電話機に入力される入力信号とデジタル携帯電話機から出力される出力信号とを分離するためのものである。
【００２５】
アンテナ７は、電波を送受信するためのものであり、低雑音増幅器８は、アンテナ７で受信した信号を増幅するためのものである。
【００２６】
デジタル携帯電話機は、上記のように構成されており、以下に、その動作について簡単に説明する。まず、信号を送信する場合について説明する。デジタル信号処理部１で音声信号などのアナログ信号をデジタル処理することにより生成されたベースバンド信号は、ＩＦ部２において、中間周波数の信号に変換される。続いて、この中間周波数の信号は、変調信号源３およびミキサ４によって、無線周波数（ＲＦ（Radio  Frequency）周波数）の信号に変換される。無線周波数に変換された信号は、電力増幅器５に入力される。電力増幅器５に入力した無線周波数の信号は、電力増幅器５で増幅された後、アンテナスイッチ６を介してアンテナ７より送信される。
【００２７】
次に、信号を受信する場合について説明する。アンテナ７により受信された無線周波数の信号は、低雑音増幅器８で増幅される。続いて、低雑音増幅器８で増幅された信号は、変調信号源３およびミキサ４によって、中間周波数の信号に変換された後、ＩＦ部２に入力される。ＩＦ部２では、中間周波数の信号の検波が行なわれ、ベースバンド信号が抽出される。その後、このベースバンド信号は、デジタル信号処理部１で処理され、音声信号が出力される。
【００２８】
上述したように、デジタル携帯電話機から信号を送信する際、電力増幅器５によって信号は増幅される。この電力増幅器５に入力する信号と電力増幅器５から出力する信号のスペクトルを図２および図３に示す。
【００２９】
図２は、電力増幅器５に入力する信号のスペクトルを模式的に示したものである。図２に示すように、電力増幅器５に入力する信号のスペクトルは、１．９５ＧＨｚを中心とした帯域５ＭＨｚの信号となっている。
【００３０】
一方、図３は、電力増幅器５から出力する信号のスペクトルを模式的に示したものである。図３に示すように、電力増幅器５から出力する信号のスペクトルは、入力する信号と同じ帯域の主信号とその主信号の外側±５ＭＨｚの帯域に電力を有する側帯域信号とを有するようになっている。
【００３１】
主信号と側帯域信号との電力比（側帯域信号電力を主信号電力で割った値）は、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ）と呼ばれている。この側帯域への電力の漏洩は、電力増幅器５の増幅歪みによって生じ、増幅歪みが大きいほどＡＣＰＲは大きくなる。ＡＣＰＲが一定以上になると、復調したデータにエラーが生じる確率が高くなるので、ＡＣＰＲの値を一定以下にすることが必要になっている。なお、ＷＣＤＭＡ方式以外の変調方式を使用した携帯電話機や無線機器の場合も、電力増幅器への入力信号スペクトルと電力増幅器からの出力信号スペクトルとの関係は、ＷＣＤＭＡ方式の場合と原理的に同じである。
【００３２】
次に、電力増幅器５を構成する回路の一例を図４に示す。図４に示すように、初段目の増幅段であるＳｉＧｅ  ＨＢＴ１０ａのベース電極には、整合回路１１ａが電気的に接続されており、整合回路１１ａには、伝送線路１２ａが電気的に接続されている。そして、伝送線路１２ａには、コンデンサ１３ａを介して入力端子１４が電気的に接続されている。ＳｉＧｅ  ＨＢＴ１０ａのコレクタ電極には、伝送線路１２ｂが電気的に接続されている。伝送線路１２ｂは、高電位側の電源端子１５ａと電気的に接続されているとともに、コンデンサ１３ｂを介して接地電位（ＧＮＤ）と電気的に接続されている。また、ＳｉＧｅ  ＨＢＴ１０ａのコレクタ電極は、整合回路１１ｂを介して２段目の増幅段であるＳｉＧｅ  ＨＢＴ１０ｂのベース電極と電気的に接続されている。ＳｉＧｅ  ＨＢＴ１０ｂのコレクタ電極には、伝送線路１２ｃを介して高電位側の電源端子１５ｂと電気的に接続されているとともに、伝送線路１２ｃは、コンデンサ１３ｃを介して接地電位（ＧＮＤ）と電気的に接続されている。さらに、ＳｉＧｅ  ＨＢＴ１０ｂには、伝送線路１２ｄおよびコンデンサ１３ｅを介して出力端子１６と電気的に接続されているとともに、伝送線路１２ｄの途中に配置されたコンデンサ１３ｄを介して接地電位（ＧＮＤ）と電気的に接続されている。なお、伝送線路１２ａ〜１２ｄは、インピーダンス整合用のインダクタとしての機能を有している。また、コンデンサ１３ａ〜１３ｅは、インピーダンス整合用のコンデンサとしての機能を有しており、例えばチップ部品から構成されている。
【００３３】
次に、図５は、ＳｉＧｅ  ＨＢＴが形成されたＩＣチップ２０をモジュール基板２１に搭載したＲＦパワーモジュールＰＭ（電力増幅器５）の一例を示した断面図である。図５に示すように、ＩＣチップ２０は、モジュール基板２１の主面に形成されたチップ搭載用の電極２２と接合されている。この電極２２は、複数のサーマルビア２３内の導体を通じてモジュール基板２１の裏面にある電極２４Ｇと電気的かつ熱的に接合されている。電極２４Ｇには、基準電位（例えば接地電位で０Ｖ程度）が供給される。すなわち、モジュール基板２１の裏面にある電極２４Ｇに供給された基準電位は、サーマルビア２３および電極２２を通じてＩＣチップ２０に供給されるようになっている。また、逆にＩＣチップ２０の動作時に発生した熱は、ＩＣチップ２０の裏面から電極２２およびサーマルビア２３を通じてモジュール基板２１の裏面にある電極２４Ｇに伝わり放散される。また、モジュール基板２１の裏面外周部には電極２４Ｓが形成されている。この電極２４Ｓは、信号用の電極を示している。さらにモジュール基板２１の主面には、ＩＣチップ２０の他にコンデンサなどの受動部品２５が搭載されている。なお、モジュール基板２１は、複数枚の絶縁体板を積層して一体化した多層配線構造を有している。この絶縁体板は、例えばミリ波域まで誘電損失の少ないアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３、比誘電率９〜９．７）などのようなセラミックからなるが、これに限定されるものではなく、例えばガラスエポキシ樹脂などを使用してもよい。
【００３４】
次に、ＳｉＧｅ  ＨＢＴの構成について説明する。図６はＳｉＧｅ  ＨＢＴを示した平面図であり、図７は図６のＡ−Ａ線で切断した断面図を示している。
【００３５】
図６に示すように、分離領域３５で囲まれた活性領域には、例えば４つのＳｉＧｅ  ＨＢＴが形成されている。個々のＳｉＧｅ  ＨＢＴはエミッタ電極４２、ベース電極４３およびコレクタ電極４４を有している。
【００３６】
図７に示すように、ｐ型不純物を導入した半導体基板（シリコン基板）３０の主面上には、ｎ型不純物を導入したｎ＋型不純物埋め込み層３１が形成されている。このｎ＋型不純物埋め込み層３１上にはｎ−型シリコン層３２が形成されており、ｎ−型シリコン層３２のうちコレクタ領域にはｎ＋型シリコン層３３が形成されている。
【００３７】
ｎ−型シリコン層３２およびｎ＋型シリコン層３３上には、分離領域３４が形成されており、さらに一部の分離領域３４から半導体基板３０に達するように分離領域３５が形成されている。これら分離領域３４、３５は、例えば酸化シリコン膜から形成されている。
【００３８】
分離領域３４上には、酸化シリコン膜とエッチング選択比がとれる絶縁膜３６が形成されている。この絶縁膜３６は、例えば窒化シリコン膜から形成されている。
【００３９】
分離領域３４で分離されたｎ−型シリコン層３２の表面には、シリコン層／シリコン−ゲルマニウム層／シリコン層を積層した選択エピタキシャル層３９が形成されている。この選択エピタキシャル層３９内のシリコン−ゲルマニウム層にはｐ型不純物が導入されてベース領域（半導体領域）が形成されている。そして、シリコン−ゲルマニウム層上に形成されるシリコン層（シリコンキャップ層という）には、ｎ型不純物が導入されてエミッタ領域（半導体領域）が形成されている。
【００４０】
絶縁膜３６の一部上には、ｐ＋型ポリシリコン膜３７が形成されており、このｐ＋型ポリシリコン膜３７は選択エピタキシャル層３９のベース領域に接続している。すなわち、ｐ＋型ポリシリコン膜３７はベース引出し電極としての機能を有している。
【００４１】
次に、絶縁膜３６の一部上およびｐ＋型ポリシリコン膜３７上には、酸化シリコン膜３８が形成されている一方、選択エピタキシャル層３９上にはｎ＋型ポリシリコン膜４０が形成されている。そして、半導体基板３０の主面上に酸化シリコン膜４１が形成され、この酸化シリコン膜４１を貫通するように金属電極４２〜４４が形成されている。金属電極４２は、酸化シリコン膜４１を貫通してｎ＋型ポリシリコン膜４０に接続されており、エミッタ電極として機能する。金属電極４３は、酸化シリコン膜４１および酸化シリコン膜３８を貫通してｐ＋型ポリシリコン膜３７に接続されており、ベース電極として機能する。一方、金属電極４４は、酸化シリコン膜４１、酸化シリコン膜３８および絶縁膜３６を貫通してｎ＋型シリコン層３３に接続されており、コレクタ電極として機能する。
【００４２】
このように、電力増幅器に使用されるＳｉＧｅ  ＨＢＴは、ｐ＋型ポリシリコン膜３７からなるベース引出し電極と、別層のｎ＋型ポリシリコン膜４０を含むエミッタ電極を有している。すなわち、電力増幅器に使用されるＳｉＧｅ  ＨＢＴは、２層ポリシリコン型（２層多結晶シリコン型）と呼ばれる構造が採用されている。この構造では、エミッタ領域とベース領域が自己整合的に形成することができるので、活性領域を小さくできる。すなわち、ベース−コレクタ間容量（Ｃｊｃ）を小さくするのに有利な構造をしている。つまり、２層ポリシリコン型構造は、フィードバック容量となるＣｊｃを小さくして、電力付加効率を向上することができるので、電力増幅器に採用されている。
【００４３】
２層ポリシリコン型構造のＳｉＧｅ  ＨＢＴでは、選択エピタキシャル層３９を以下のようにして形成している。すなわち、エピタキシャル成長法を使用することにより、シリコン−ゲルマニウム層を形成するとともにｐ型不純物（例えばホウ素）を導入してベース領域を形成する。そして、シリコン−ゲルマニウム層上に不純物を導入しないノンドープあるいは低不純物濃度のシリコンキャップ層を形成した後、さらに、シリコンキャップ層上にｎ＋型ポリシリコン膜４０を形成する。続いて、熱処理を施すことにより、ｎ＋型ポリシリコン膜４０に導入されているリンや砒素などのｎ型不純物をシリコンキャップ層に熱拡散させてエミッタ領域を形成する。このようにして、ベース領域とエミッタ領域とを形成することができるが、エミッタ領域を形成する際、熱処理を施している。この熱処理によって、ベース領域に導入されているｐ型不純物が拡散して広がる現象が必然的に生じる。ｐ型不純物の拡散でベース領域が広くなると、遮断周波数ｆＴもしくは最大発振周波数ｆｍａｘが低下するので、これを防止するため、非特許文献１に記載された技術ではエミッタ領域とベース領域との距離をある程度以下にしている（非特許文献１参照）。すなわち、エミッタ領域の広がりが、ベース領域のエミッタ領域側に広がった部分を一部補償して、ベース領域の幅の拡張を抑制するようにしている。この様子を図２６に示す。図２６は選択エピタキシャル層（真性領域）３９の深さ方向における不純物濃度分布を示したものである。図２６において、ホウ素（Ｂ）が導入されているｐ型領域がベース領域であり、砒素（Ａｓ）が導入されているｎ型領域がエミッタ領域である。ベース領域に導入されているホウ素のピーク濃度は約５×１０１８／ｃｍ３であり、エミッタ領域とベース領域の接合部分におけるホウ素あるいは砒素の濃度は、ホウ素のピーク濃度と同等か、少なくともピーク濃度の１／２〜１／３程度となっている。
【００４４】
選択エピタキシャル層３９の深さ方向における不純物濃度分布を図２６に示すようにしたＳｉＧｅ  ＨＢＴ（非特許文献１に記載されたＳｉＧｅ  ＨＢＴ）を、ＣＤＭＡ方式やＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機の電力増幅器に使用した場合、化合物ＨＢＴを使用した電力増幅器と比較して増幅歪みが大きいことが判明した。増幅歪みが大きいことによって、主信号に隣接する側帯域への電力の漏洩が大きくなり、ＡＣＰＲが大きくなる。ここで、電力付加効率とともに消費電力を決める主要因であるアイドル（待機）電流を小さくするとＡＣＰＲは増大する。したがって、ＡＣＰＲを一定の規格値以下にしようとすると、アイドル電流を大きくする必要がある。このため、上述したＳｉＧｅ  ＨＢＴでは、化合物ＨＢＴと比較して消費電力が大きくなっていた。このように、非特許文献１に記載されたＳｉＧｅ  ＨＢＴでは増幅歪みが大きいことによりＡＣＰＲが大きくなるため、アイドル電流を増加する必要があり、結果として携帯電話機の消費電力が大きくなっていた。
【００４５】
非特許文献１に記載されたＳｉＧｅ  ＨＢＴを電力増幅器に使用した場合、化合物ＨＢＴに比べて増幅歪みが大きくなる理由はこれまで明らかではなかった。今回、本発明者らは実験によりこの理由を明らかにした。すなわち、非特許文献１に記載されたＳｉＧｅ  ＨＢＴでは、化合物ＨＢＴと比べて単位面積当りのエミッタ−ベース間容量ＣｊＥが数倍大きいことが原因であることが判明した。以下に、その機構について説明する。
【００４６】
ＣｊＥが大きいと、動作電流が小さい場合に遮断周波数ｆＴおよび最大発振周波数ｆｍａｘが低くなる。一方、動作電流が大きい場合の遮断周波数ｆＴおよび最大発振周波数ｆｍａｘはＣｊＥには大きく依存しない。このため、ＣｊＥが大きいことにより、遮断周波数ｆＴおよび最大発振周波数ｆｍａｘの動作電流依存性が大きくなる。遮断周波数ｆＴおよび最大発振周波数ｆｍａｘは電力利得と正の相関があるので、ＣｊＥが大きいことにより、電力利得の動作電流依存性が大きくなる。通常、電力増幅器の動作は、電力付加効率を高くするため、アイドル電流の小さいＡＢ級となるように調整されているが、この場合、出力電力が大きくなると平均の動作電流が増加する。その結果、ＣｊＥが大きいことにより、電力利得の出力電力依存性が大きくなる。実際、非特許文献１に記載されたＳｉＧｅ  ＨＢＴを用いた電力増幅器の場合、図８に示すように化合物ＨＢＴと比べて電力利得の出力電力依存性が大きいことがわかる。図８において、横軸は出力電力（ｄＢｍ）を示しており、縦軸は電力利得（ｄＢ）を示している。化合物ＨＢＴでは、出力電力が約１６（ｄＢｍ）から約２９（ｄＢｍ）に変化する間に、電力利得は約９．７（ｄＢ）から約１０．２（ｄＢ）の間を変化している。一方、非特許文献１に記載されたＳｉＧｅ  ＨＢＴでは、出力電力が約１６（ｄＢｍ）から約２９（ｄＢｍ）に変化する間に、電力利得は約６．９（ｄＢ）から約８．５（ｄＢ）の間を変化している。したがって、非特許文献１に記載されたＳｉＧｅ  ＨＢＴは、化合物ＨＢＴに比べて電力利得の出力電圧依存性が大きいことがわかる。
【００４７】
ここで、非特許文献２に記載された技術がある。この技術において、選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布を図２７に示す。図２７に示すように、ゲルマニウムを導入したシリコン−ゲルマニウム層にホウ素を導入してベース領域を形成している。また、表面近傍にリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）を導入してエミッタ領域が形成されている。そして、ベース領域のエミッタ領域側に低不純物濃度の厚いシリコン−ゲルマニウム層を設け、この低不純物濃度のシリコン−ゲルマニウム層を含むシリコン−ゲルマニウム層全体に均一に炭素（Ｃ）を添加している。低不純物濃度の厚いシリコン−ゲルマニウム層をエミッタ領域とベース領域との間に設け、かつシリコン−ゲルマニウム層全体に均一に炭素を添加することにより、エミッタ領域およびベース領域からの不純物の拡散を抑制し、ＣｊＥが小さくなるようにしている。
【００４８】
しかし、非特許文献２に記載された技術では、エミッタ領域とベース領域との間に再結合による電流が多く流れる。このため、ベース電流のｎ値が大きくなり、低電流での電流増幅率が小さくなる。その結果、低出力電力において、ベース電流が流れることによる電力の損失が大きくなり、電力付加効率が低下する問題が判明した。エミッタ領域とベース領域との間の空乏層領域に炭素が添加されることにより、再結合準位が発生し、それによって再結合電流が増加することが明らかになっている（例えば、特許文献１参照）。非特許文献２に記載された技術では、エミッタ領域とベース領域との間に低不純物濃度のシリコン−ゲルマニウム層が挿入されているため、エミッタ領域とベース領域との間での空乏層がより広くなっている。このため、炭素を添加することにより空乏層中に発生する再結合準位がより多くなり、電力付加効率が低下する問題が顕著になっていると考えられる。
【００４９】
また、電力増幅器の消費電力低減のためには、動作電流の大きい領域での遮断周波数ｆＴおよび最大発振周波数ｆｍａｘの向上により電力付加効率の最大値を改善することが最優先と考えられていた。エミッタ領域とベース領域との間に低不純物濃度で厚いシリコン−ゲルマニウム層を設けることは、電子の走行時間が長くなることから、動作電流の大きい領域での電力付加効率を向上させる目的には不利であった。このような理由から、非特許文献２に記載されたＳｉＧｅ  ＨＢＴは電力増幅器に使用されていなかった。
【００５０】
そこで、以下に述べる手段によりエミッタ領域の面積を変化させずにＣｊＥを大幅に低減したＳｉＧｅ  ＨＢＴを作成し、電力増幅特性を評価した結果、電力利得の出力電力依存性が小さくなり、それに伴って隣接チャネル漏洩電力比ＡＣＰＲが大幅に減少することが判明した。その手段を以下に説明する。
【００５１】
本実施の形態１におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構成は図６および図７に示したとおりであり、選択エピタキシャル層（真性領域）３９の深さ方向の不純物濃度分布に特徴がある。図９は、本実施の形態１のＳｉＧｅ  ＨＢＴにおいて、選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布を示したものである。図９において、横軸は選択エピタキシャル層３９の表面からの深さ（ｎｍ）を示したものである。また、縦軸のうち左側のものはホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）の不純物濃度（／ｃｍ３）を示しており、右側のものはゲルマニウムの濃度を示している。図９に示すように、深さ６０ｎｍから深さ１００ｎｍにわたって厚さ４０ｎｍのシリコン−ゲルマニウム層が形成されている。このシリコン−ゲルマニウム層のエミッタ側の端部（深さ約６０ｎｍ付近）には、厚さ１０ｎｍのベース領域が形成されている。すなわち、シリコン−ゲルマニウム層のエミッタ側の端部近傍にホウ素（Ｂ）が導入されてベース領域が形成されている。また、シリコン−ゲルマニウム層の上部にはシリコンキャップ層が形成されており、このシリコンキャップ層の厚さは約６０ｎｍとなっている。さらに、シリコンキャップ層上にはｎ＋型ポリシリコン膜４０（図９では図示せず）が形成されており、このｎ＋型ポリシリコン膜４０からリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）がシリコンキャップ層に拡散され、エミッタ領域が形成されている。エミッタ領域とベース領域の境界でｎ型不純物濃度とｐ型不純物濃度が一致する部分（接合位置）において、ｎ型不純物濃度およびｐ型不純物濃度が約１×１０１７／ｃｍ３となっている。このように接合位置におけるそれぞれの不純物濃度を約５×１０１７／ｃｍ３、好ましくは約１×１０１７／ｃｍ３以下とすることにより、エミッタ領域とベース領域との間の容量ＣｊＥを低減することができる。具体的に、接合位置における不純物濃度を約１×１０１７／ｃｍ３とすることにより、接合位置における不純物濃度が約３×１０１８／ｃｍ３の場合に比べてＣｊＥを約１／３に低減できる。このため、アイドル電流を１／４に低減でき、その結果、携帯電話機の平均消費電力を約１５％低減することができる。
【００５２】
図１０は、電力増幅器の出力段に用いられるＳｉＧｅ  ＨＢＴにおいて、エミッタ領域とベース領域との接合境界での不純物濃度（ｎ型不純物またはｐ型不純物のうちの片方）と単位面積当りのＣｊＥの関係を示したグラフである。横軸は接合境界における不純物濃度（／ｃｍ３）を示しており、縦軸はエミッタ領域とベース領域との間の容量ＣｊＥ（ｆＦ／μｍ２）を示している。不純物濃度とＣｊＥとの関係は、エミッタ領域を形成するための熱処理を共通とし、ベース領域が形成されているシリコン−ゲルマニウム層上のシリコンキャップ層の膜厚を変化させた場合の結果である。
【００５３】
不純物濃度が３×１０１８／ｃｍ３の従来例では、ＣｊＥは１０ｆＦ／μｍ２であるのに対し、不純物濃度が５×１０１７／ｃｍ３の場合、ＣｊＥは約２／３の７ｆＦ／μｍ２である。さらに、不純物濃度が１×１０１７／ｃｍ３の場合、ＣｊＥは約１／３の３．５ｆＦ／μｍ２となる。このように接合境界の不純物濃度を小さくすることにより、ＣｊＥを小さくできることがわかる。
【００５４】
図１１は、ＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機に搭載される電力増幅器において、低出力でのＡＣＰＲとＣｊＥとの関係を示したグラフである。条件は、低出力の一例として出力電力Ｐｏｕｔ＝１０ｄＢｍとし、アイドル電流を４０ｍＡで一定とした。横軸はエミッタ領域とベース領域との間の容量ＣｊＥ（ｆＦ／μｍ２）を示しており、縦軸はＡＣＰＲ（−ｄＢｃ）を示している。この−ｄＢｃはわかり易くいうと主信号に対して側帯域信号が何分の１になったかを示すものである。
【００５５】
図１１に示すように、従来例を示すＣｊＥが１０ｆＦ／μｍ２の場合、ＡＣＰＲは規格上限である−４０ｄＢｃを上回っているのに対し、ＣｊＥが約２／３の７ｆＦ／μｍ２の場合、−４３．３ｄＢｃとなっている。したがって、ＣｊＥが７ｆＦ／μｍ２では、規格上限である−４０ｄＢｃを下回っており、温度に依存する特性変動や製造ばらつきに対して余裕を見込んでも実用可能な値となる。さらに、ＣｊＥが約１／３の３．５ｆＦ／μｍ２では、ＡＣＰＲは−４８ｄＢｃと減少する。このようにＣｊＥを小さくすることにより、ＡＣＰＲを低減できることがわかる。
【００５６】
次に、図１２は、ＣｊＥが３．５ｆＦ／μｍ２の場合におけるＡＣＰＲとアイドル電流との関係を示したグラフである。条件は、低出力の一例として出力電力Ｐｏｕｔ＝１０ｄＢｍとしている。横軸はアイドル電流（ｍＡ）を示しており、縦軸はＡＣＰＲ（−ｄＢｃ）を示している。図１２に示すように、アイドル電流を低減するにつれてＡＣＰＲは増加するが、アイドル電流を１０ｍＡまで低減してもＡＣＰＲは規格上限の−４０ｄＢｃを下回っていることがわかる。
【００５７】
図１３は、ＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機に搭載される電力増幅器の必要最大出力である２７．５ｄＢｍ以下において、ＡＣＰＲが規格上限である−４０ｄＢｃを満たす最小アイドル電流とＣｊＥとの関係を示したグラフである。横軸はエミッタ領域とベース領域との間の容量ＣｊＥ（ｆＦ／μｍ２）を示しており、縦軸はアイドル電流（ｍＡ）を示している。図１３に示すように、ＣｊＥが１０ｆＦ／μｍ２の場合（従来例の場合）、アイドル電流は４５ｍＡとなる。一方、ＣｊＥが約２／３の７ｆＦ／μｍ２の場合、アイドル電流は２５ｍＡとなり、さらに、ＣｊＥが約１／３の３．５ｆＦ／μｍ２の場合、アイドル電流は１０ｍＡとなる。このことから、ＣｊＥが約１／３になることにより、アイドル電流は約１／４に低減できることがわかる。その結果、従来例の場合と比較して携帯電話機の平均消費電力を約１５％低減することができる。
【００５８】
上述したように、本実施の形態１におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴによれば、エミッタ領域とベース領域との接合境界における不純物濃度を５×１０１７／ｃｍ３以下にしているので、ＣｊＥを低減することができる。そして、ＣｊＥの増加によるＡＣＰＲの増加とは逆の機構により、ＣｊＥを低減することで、ＡＣＰＲを減少することができる。すなわち、ＣｊＥが小さいと、遮断周波数ｆＴおよび最大発振周波数ｆｍａｘの動作電流依存性が小さくなる。この結果、電力増幅器における電力利得の動作電流依存性、さらには電力利得の出力電力依存性が小さくなる。電力利得の出力電力依存性が小さくなると、増幅歪みが小さくなるので、ＡＣＰＲが小さくなる。
【００５９】
図１４は、電力利得と出力電力との関係を示したグラフである。図１４には、ＣｊＥが１０ｆＦ／μｍ２の場合（従来例の場合）、７ｆＦ／μｍ２の場合および３．５ｆＦ／μｍ２の場合の電力利得と出力電力との関係を示す。横軸は出力電力（ｄＢｍ）を示しており、縦軸は電力利得（ｄＢ）を示している。図１４に示すように、ＣｊＥが小さくなるほど、曲線がなだらかになり、出力電力依存性が小さくなっていることがわかる。すなわち、曲線がなだらかになるということは、出力電圧が変化しても電力利得はあまり変化しなくなることを意味しており、電力利得の出力電圧依存性が小さくなっていることがわかる。
【００６０】
本実施の形態１によればＡＣＰＲを低減できるが、特に低出力から中出力でのＡＣＰＲを低減できる点が有用である。低出力から中出力のＡＣＰＲはアイドル電流を小さくすると増加し、アイドル電流の下限を決めている。したがって、本実施の形態１によって低出力から中出力でのＡＣＰＲを低減できることは、アイドル電流を低減できることを意味する。
【００６１】
図１５は、ＷＣＤＭＡ方式あるいはＣＤＭＡ方式の携帯電話機における出力出現確率と出力電力との関係を示している。さらに、図１５は電力付加効率と出力電力との関係も示している。実線が出力出現確率と出力電力との関係を示したものであり、破線が電力付加効率と出力電力との関係を示している。図１５において、横軸は出力電力（ｄＢｍ）を示しており、縦軸は電力付加効率（％）および出力出現確率（％×１０）を示している。図１５を見てわかるように、出力出現確率（発生頻度）が最も高いのは、−１０ｄＢｍ〜１０ｄＢｍの低出力および中出力である。この領域において、電力付加効率は１０％以下で、携帯電話機の消費電力は主にアイドル電流により決まる。本実施の形態１によれば、アイドル電流を従来のＳｉＧｅ  ＨＢＴに比べて２／３〜１／４に低減できるので、中出力以下の領域での消費電力は、アイドル電流の低減の度合にほぼ比例して低減できる。この低減効果と図１５の出力出現確率の両方を考慮すると、従来に比べて携帯電話機の平均消費電力を約１０％〜１５％低減できる。
【００６２】
なお、本実施の形態１ではエミッタ領域とベース領域との間の接合境界近傍に低不純物濃度の領域が形成されている。この場合、動作電流が大きいと遮断周波数ｆＴおよび最大発振周波数ｆｍａｘが低下し電力付加効率の最大値が低下する懸念がある。しかし、実際にはその影響は大きくなく、むしろ低出力から中出力でのＡＣＰＲの減少によるアイドル電流の低減効果がそれを上回っている。すなわち、本実施の形態１によれば、総合の消費電力を低減できる効果が得られる。
【００６３】
次に、本実施の形態１におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００６４】
まず、図１６に示すように、ｐ型不純物を導入した半導体基板３０にｎ型不純物を導入したｎ＋型不純物埋め込み層３１を形成する。続いて、エピタキシャル成長法を使用して、ｎ＋型不純物埋め込み層３１上にｎ−型シリコン層３２を形成する。そして、ｎ−型シリコン層３２のうちコレクタ形成領域にｎ＋型シリコン層３３を形成する。ｎ＋型シリコン層３３は、例えばフォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して形成することができる。
【００６５】
次に、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）法およびＳＴＩ（shallow trench isolation）を使用して分離領域３４および分離領域３５を形成する。その後、半導体基板３０の主面上に絶縁膜（第１絶縁膜）３６を形成する。絶縁膜３６は、例えば窒化シリコン膜よりなり、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法を使用して形成することができる。
【００６６】
続いて、絶縁膜３６上に例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物（第２導電型の第２不純物）を導入したｐ＋型ポリシリコン膜３７を形成する。ｐ＋型ポリシリコン膜３７は、例えばＣＶＤ法を使用して形成することができる。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してｐ＋型ポリシリコン膜３７をパターニングする。パターニングは図１７に示すように行なわれる。
【００６７】
次に、絶縁膜３６およびｐ＋型ポリシリコン膜３７上に酸化シリコン膜（第２絶縁膜）３８を形成する。酸化シリコン膜３８は、例えばＣＶＤ法を使用して形成することができる。そして、図１８に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して酸化シリコン膜３８およびｐ＋型ポリシリコン膜３７を貫通する開口部を形成する。
【００６８】
続いて、側面が露出したｐ＋型ポリシリコン膜３７上に酸化シリコン膜３８ａを形成した後、開口部から露出する絶縁膜３６をエッチング技術により除去する。このとき、絶縁膜３６は窒化シリコン膜から形成されており、酸化シリコン膜とのエッチング選択比がとれた状態でエッチングが行なわれるので、開口部から露出する絶縁膜３６だけを除去することができる。
【００６９】
次に、図１９に示すように、絶縁膜３６を除去した開口部にエピタキシャル成長法を使用してシリコン層／シリコン−ゲルマニウム層／シリコン層からなる選択エピタキシャル層３９を形成する。この選択エピタキシャル層３９内のシリコン−ゲルマニウム層を形成する際には、ホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物（第２導電型の第３不純物）を導入して半導体領域であるベース領域を形成する。
【００７０】
続いて、酸化シリコン膜３８および選択エピタキシャル層３９上にリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などのｎ型不純物（第１導電型の第１不純物）を導入したｎ＋型ポリシリコン膜４０を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してｎ＋型ポリシリコン膜４０をパターニングする。パターニングは図１９に示すように行なわれる。
【００７１】
次に、半導体基板３０に対して熱処理を施すことによりｎ＋型ポリシリコン膜４０に導入されているｎ型不純物を選択エピタキシャル層３９内に拡散させる。すなわち、ベース領域が形成されているシリコン−ゲルマニウム層上に形成されているシリコン層（シリコンキャップ層）内にｎ型不純物を拡散してエミッタ領域を形成する。エミッタ領域を形成する工程およびベース領域を形成する工程をうまく調整することにより、図９に示す不純物濃度分布を有する選択エピタキシャル層（真性領域）３９を形成することができる。つまり、エミッタ領域とベース領域との接合境界におけるｐ型不純物濃度あるいはｎ型不純物濃度を５×１０１７／ｃｍ３以下にすることができる。
【００７２】
続いて、半導体基板３０の主面上に、例えばＣＶＤ法を使用して酸化シリコン膜４１を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して開口部を形成する。そして、開口部を埋め込むように金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより金属電極４２〜４４を形成する。金属電極４２はｎ＋型ポリシリコン膜４０に接続されており、エミッタ電極として機能する。また、金属電極４３は、ｐ＋型ポリシリコン膜３７に接続されており、ベース電極として機能する。さらに、金属電極４４は、ｎ＋型シリコン層３３に接続されており、コレクタ電極として機能する。このようにして、図７に示すような本実施の形態１のＳｉＧｅ  ＨＢＴを形成することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態１では、エミッタ領域とベース領域との間の接合領域はシリコン層に形成されているが、接合領域がシリコン−ゲルマニウム層にあってもよく、その場合でも本実施の形態１と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００７４】
（実施の形態２）
本実施の形態２におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴは前記実施の形態１におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴのベース領域にさらに炭素を導入した構成をしている。以下、このＳｉＧｅ  ＨＢＴについて説明する。
【００７５】
本実施の形態２におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴも前記実施の形態１と同様に電力増幅器に使用される。そして、この電力増幅器は前記実施の形態１と同様にＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機の信号送受信部に使用される。また、電力増幅器の回路図も図４に示した回路図と同様である。さらに、本実施の形態２におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構造も図７に示した構造と同じである。異なる点は、図７に示す選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布である。
【００７６】
図２０は、選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布を示した図である。横軸は選択エピタキシャル層３９の表面からの深さ（ｎｍ）を示している。縦軸のうち左側の軸は不純物濃度、すなわちホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）の濃度（／ｃｍ３）を示しており、縦軸のうち右側の軸は炭素の導入量（添加量）を示している。炭素の導入量は、シリコン原子数に対する炭素原子の割合を％で表している。
【００７７】
図２０に示すように、選択エピタキシャル層３９には、深さ４０（ｎｍ）から深さ８０（ｎｍ）にわたって厚さ４０ｎｍのシリコン−ゲルマニウム層が形成されており、このシリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部にベース領域が形成されている。すなわち、シリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部に約１０ｎｍにわたってホウ素（Ｂ）が導入されており、この領域がベース領域となっている。また、シリコン−ゲルマニウム層内には、炭素が濃度０．２％で均一に添加されている。
【００７８】
シリコン−ゲルマニウム層上に形成されたシリコンキャップ層は厚さが４０ｎｍで、このシリコンキャップ層上に形成されたｎ＋型ポリシリコン膜４０からリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）が拡散されてエミッタ領域が形成されている。
【００７９】
本実施の形態２では、ベース領域中にホウ素（Ｂ）とともに炭素（Ｃ）が導入されている。この炭素はホウ素の拡散を抑制する効果があるので、エミッタ領域を形成する際の熱処理によるホウ素の拡散を抑制することができる。すなわち、前記実施の形態１の場合に比べてホウ素の拡散を抑制することができるので、ベース領域の幅を狭くできる。したがって、遮断周波数ｆＴや最大発振周波数ｆｍａｘを前記実施の形態１に比べて大きくできるので、電力付加効率を向上させることができる。また、エミッタ領域とベース領域との接合境界において、ｎ型不純物およびｐ型不純物の濃度がそれぞれ１×１０１７／ｃｍ３以下となる領域の厚さを約１０ｎｍと前記実施の形態１よりも大きくできるので、ＣｊＥをさらに小さくすることができる。このため、アイドル電流を低減でき、その結果、従来に比べて携帯電話機の平均消費電力を約１７％低減できる。
【００８０】
本実施の形態２におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造方法は前記実施の形態１と基本的に同じであるが、さらに炭素を導入する工程が追加される。この炭素を導入する工程は、例えばエピタキシャル成長法でシリコン−ゲルマニウム層を形成する際に炭素を添加することで実現できる。
【００８１】
なお、本実施の形態２では、エミッタ領域とベース領域との間の接合領域はシリコン層に形成されているが、接合領域がシリコン−ゲルマニウム層にあってもよく、その場合でも本実施の形態２と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００８２】
（実施の形態３）
本実施の形態３におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴは前記実施の形態２におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴのシリコンキャップ層の一部にも炭素を導入した構成をしている。以下、このＳｉＧｅ  ＨＢＴについて説明する。
【００８３】
本実施の形態３におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴも前記実施の形態１と同様に電力増幅器に使用される。そして、この電力増幅器は前記実施の形態１と同様にＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機の信号送受信部に使用される。また、電力増幅器の回路図も図４に示した回路図と同様である。さらに、本実施の形態３におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構造も図７に示した構造と同じである。異なる点は、図７に示す選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布である。
【００８４】
図２１は、選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布を示した図である。横軸は選択エピタキシャル層３９の表面からの深さ（ｎｍ）を示している。縦軸のうち左側の軸は不純物濃度、すなわちホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）の濃度（／ｃｍ３）を示しており、縦軸のうち右側の軸は炭素の導入量（添加量）を示している。炭素の導入量は、シリコン原子数に対する炭素原子の割合を％で表している。
【００８５】
図２１に示すように、選択エピタキシャル層３９には、深さ４０（ｎｍ）から深さ８０（ｎｍ）にわたって厚さ４０ｎｍのシリコン−ゲルマニウム層が形成されており、このシリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部にベース領域が形成されている。すなわち、シリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部に約１０ｎｍにわたってホウ素（Ｂ）が導入されており、この領域がベース領域となっている。また、シリコン−ゲルマニウム層内には、炭素が濃度０．２％で均一に添加されている。
【００８６】
シリコン−ゲルマニウム層上に形成されたシリコンキャップ層は厚さが４０ｎｍで、シリコン−ゲルマニウム層の境界から深さ２０ｎｍまでの領域にも炭素が０．０８％で均一に導入されている。さらに、このシリコンキャップ層上に形成されたｎ＋型ポリシリコン膜４０からリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）が拡散されてエミッタ領域が形成されている。
【００８７】
本実施の形態３では、シリコン−ゲルマニウム層に炭素が導入されている。この炭素は、ホウ素（Ｂ）の拡散を抑制する効果があるので、ベース領域の幅を前記実施の形態１に比べて狭くすることができる。また、シリコンキャップ層内のエミッタ領域とベース領域との接合境界近傍にも炭素が導入されているので、エミッタ領域を形成しているリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）の拡散を前記実施の形態１および前記実施の形態２に比べて抑制することができる。このため、エミッタ領域とベース領域との接合境界において、ｎ型不純物およびｐ型不純物の濃度がそれぞれ１×１０１７／ｃｍ３以下となる領域の厚さを約１５ｎｍと前記実施の形態１および前記実施の形態２よりも大きくできるので、ＣｊＥをさらに小さくすることができる。これにより、アイドル電流を低減でき、その結果、従来に比べて携帯電話機の平均消費電力を約２０％低減できる。
【００８８】
本実施の形態３におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造方法は前記実施の形態２と基本的に同じであるが、さらにシリコンキャップ層に炭素を導入する工程が追加される。この炭素を導入する工程は、例えばエピタキシャル成長法でシリコンキャップ層を形成する際に炭素を添加することで実現できる。
【００８９】
本実施の形態３におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの電圧−電流特性（ガンメルプロット）を図２２に示す。横軸はベース領域とエミッタ領域との間に印加される電圧ＶＢＥを示しており、縦軸はベース電流ＩＢおよびコレクタ電流ＩＣを示している。図２２には、本実施の形態３のＳｉＧｅ  ＨＢＴと比較するため、シリコンキャップ層の一部に導入される炭素の濃度を０．０８％ではなく、シリコン−ゲルマニウム層に導入される炭素の濃度と同じ０．２％にしたＳｉＧｅ  ＨＢＴの電圧−電流特性も記載している。実線で表示している曲線が本実施の形態３におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの電圧−電流特性であり、破線で表示している曲線が比較例におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの電圧−電流特性である。
【００９０】
図２２に示すように、比較例においてベース電流のｎ値は約１．３であるのに対し、本実施の形態３では約１．１５となっている。ここで、ベース電流のｎ値が低いほど、ベース電流に占める再結合電流が低くなるので、本実施の形態３では比較例に比べて再結合電流の割合を低減することができる。すなわち、本実施の形態３では、シリコンキャップ層にも炭素を導入することで、エミッタ領域およびベース領域に導入されている不純物の拡散を抑制する一方、シリコンキャップ層に導入した炭素の平均濃度（０・０８％）をシリコン−ゲルマニウム層に導入した炭素の最大濃度（０．２％）よりも低くすることにより、再結合電流の発生を抑制している。具体的に、コレクタ電流Ｉｃがアイドル電流とほぼ同じ３０ｍＡの場合の電流増幅率は、比較例の場合は約２５であったのに対し、本実施の形態３では約８０まで増加した。この電流増幅率の増加に起因したベース電流ＩＢの低減により、携帯電話機の平均消費電力を低減することができた。
【００９１】
なお、本実施の形態３では、エミッタ領域とベース領域との間の接合領域はシリコン層に形成されているが、接合領域がシリコン−ゲルマニウム層にあってもよく、その場合でも本実施の形態３と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００９２】
（実施の形態４）
本実施の形態４におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴは前記実施の形態３におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構成を備えるほかに、シリコンキャップ層の表面近傍にホウ素（第２導電型の第４不純物）を導入した構成をしている。以下、このＳｉＧｅ  ＨＢＴについて説明する。
【００９３】
本実施の形態４におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴも前記実施の形態１と同様に電力増幅器に使用される。そして、この電力増幅器は前記実施の形態１と同様にＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機の信号送受信部に使用される。また、電力増幅器の回路図も図４に示した回路図と同様である。さらに、本実施の形態４におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構造も図７に示した構造と同じである。異なる点は、図７に示す選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布である。
【００９４】
図２３は、選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布を示した図である。横軸は選択エピタキシャル層３９の表面からの深さ（ｎｍ）を示している。縦軸のうち左側の軸は不純物濃度、すなわちホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）の濃度（／ｃｍ３）を示しており、縦軸のうち右側の軸は炭素の導入量（添加量）を示している。炭素の導入量は、シリコン原子数に対する炭素原子の割合を％で表している。
【００９５】
図２３に示すように、選択エピタキシャル層３９には、深さ４０（ｎｍ）から深さ８０（ｎｍ）にわたって厚さ４０ｎｍのシリコン−ゲルマニウム層が形成されており、このシリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部にベース領域が形成されている。すなわち、シリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部に約１０ｎｍにわたってホウ素（Ｂ）が導入されており、この領域がベース領域となっている。また、シリコン−ゲルマニウム層内には、炭素が濃度０．２％で均一に添加されている。
【００９６】
シリコン−ゲルマニウム層上に形成されたシリコンキャップ層は厚さが４０ｎｍで、シリコン−ゲルマニウム層との境界から深さ２０ｎｍまでの領域にも炭素が０．０８％で均一に導入されている。さらに、シリコンキャップ層の表面から深さ２０ｎｍまでの領域には、濃度が２×１０１８／ｃｍ３のホウ素（Ｂ）が導入されている。この濃度は、２×１０１８／ｃｍ３に限定されるものではなく、５×１０１７／ｃｍ３以上であればよい。また、このシリコンキャップ層上に形成されたｎ＋型ポリシリコン膜４０からリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）が拡散されてエミッタ領域が形成されている。
【００９７】
本実施の形態４によれば、前記実施の形態３と同様の効果を有するとともに、ベース電流のリーク電流（再結合電流）成分を小さくすることができ、従来に比べて携帯電話機の平均消費電力を約２３％低減することができる。これは、シリコンキャップ層の表面近傍（表面から所定の深さまで）にホウ素（Ｂ）が導入されていることにより、エミッタ領域周辺のエミッタ−ベース接合の空乏層幅が狭くしているためである。すなわち、空乏層を狭くすることにより、空乏層内での再結合によるリーク電流の発生を低減できるのである。
【００９８】
本実施の形態４におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造方法は前記実施の形態３と基本的に同じであるが、さらにシリコンキャップ層の表面近傍にホウ素を導入する工程が追加される。このホウ素を導入する工程は、例えばエピタキシャル成長法でシリコンキャップ層を形成する際にホウ素を添加することで実現できる。
【００９９】
なお、本実施の形態４では、エミッタ領域とベース領域との間の接合領域はシリコン層に形成されているが、接合領域がシリコン−ゲルマニウム層にあってもよく、その場合でも本実施の形態４と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【０１００】
（実施の形態５）
本実施の形態５におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴは前記実施の形態２におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構成を備えるほかに、シリコンキャップ層の表面近傍にホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を導入した構成をしている。以下、このＳｉＧｅ  ＨＢＴについて説明する。
【０１０１】
本実施の形態５におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴも前記実施の形態１と同様に電力増幅器に使用される。そして、この電力増幅器は前記実施の形態１と同様にＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機の信号送受信部に使用される。また、電力増幅器の回路図も図４に示した回路図と同様である。さらに、本実施の形態５におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構造も図７に示した構造と同じである。異なる点は、図７に示す選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布である。
【０１０２】
図２４は、選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布を示した図である。横軸は選択エピタキシャル層３９の表面からの深さ（ｎｍ）を示している。縦軸のうち左側の軸は不純物濃度、すなわちホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）の濃度（／ｃｍ３）を示しており、縦軸のうち右側の軸は炭素の導入量（添加量）を示している。炭素の導入量は、シリコン原子数に対する炭素原子の割合を％で表している。
【０１０３】
図２４に示すように、選択エピタキシャル層３９には、深さ４０（ｎｍ）から深さ８０（ｎｍ）にわたって厚さ４０ｎｍのシリコン−ゲルマニウム層が形成されており、このシリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部にベース領域が形成されている。すなわち、シリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部に約１０ｎｍにわたってホウ素（Ｂ）が導入されており、この領域がベース領域となっている。また、シリコン−ゲルマニウム層内には、炭素が濃度０．２％で均一に添加されている。
【０１０４】
シリコンキャップ層の表面から深さ２０ｎｍまでの領域には、濃度５×１０１７／ｃｍ３以上（例えば、２×１０１８／ｃｍ３）のホウ素（Ｂ）と濃度０．１５％の炭素（Ｃ）が導入されている。シリコンキャップ層の表面近傍に炭素が導入されているのは、表面近傍に導入されているホウ素（Ｂ）の拡散を抑制するためである。また、表面近傍にホウ素（Ｂ）が導入されているのは、ベース領域とエミッタ領域の間に形成される空乏層の幅を狭くするためである。また、このシリコンキャップ層上に形成されたｎ＋型ポリシリコン膜４０からリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）が拡散されてエミッタ領域が形成されている。
【０１０５】
本実施の形態５によれば、シリコンキャップ層の表面近傍に炭素を添加しているため、前記実施の形態２に比べてベース電流のリーク電流成分が増加する。しかし、シリコンキャップ層の表面近傍にホウ素（Ｂ）を導入しているので、エミッタ領域周辺での空乏層の広がりを抑制でき、ベース電流のリーク電流成分を大幅に減少できる。ここで、前者の効果に比べて後者の効果の方が勝っているので、全体としてはベース電流のリーク電流成分を低減することができる。
【０１０６】
また、シリコンキャップ層の表面近傍に導入された炭素により、同じ領域に導入されたホウ素（Ｂ）やエミッタ領域に導入されているリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）の拡散を抑制することができるので、前記実施の形態２に比べてＣｊＥが低減できる。これらの結果、本実施の形態５によれば、従来と比べて携帯電話機の平均消費電力を約２０％低減することができる。
【０１０７】
本実施の形態５におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造方法は前記実施の形態２と基本的に同じであるが、さらにシリコンキャップ層の表面近傍にホウ素と炭素を導入する工程が追加される。このホウ素および炭素を導入する工程は、例えばエピタキシャル成長法でシリコンキャップ層を形成する際にホウ素および炭素を添加することで実現できる。
【０１０８】
なお、本実施の形態５では、エミッタ領域とベース領域との間の接合領域はシリコン層に形成されているが、接合領域がシリコン−ゲルマニウム層にあってもよく、その場合でも本実施の形態５と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【０１０９】
（実施の形態６）
本実施の形態６におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴは前記実施の形態４におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構成を備えるほかに、シリコンキャップ層の表面近傍に炭素（Ｃ）を導入した構成をしている。以下、このＳｉＧｅ  ＨＢＴについて説明する。
【０１１０】
本実施の形態６におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴも前記実施の形態１と同様に電力増幅器に使用される。そして、この電力増幅器は前記実施の形態１と同様にＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機の信号送受信部に使用される。また、電力増幅器の回路図も図４に示した回路図と同様である。さらに、本実施の形態６におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの構造も図７に示した構造と同じである。異なる点は、図７に示す選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布である。
【０１１１】
図２５は、選択エピタキシャル層３９の深さ方向の不純物濃度分布を示した図である。横軸は選択エピタキシャル層３９の表面からの深さ（ｎｍ）を示している。縦軸のうち左側の軸は不純物濃度、すなわちホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）の濃度（／ｃｍ３）を示しており、縦軸のうち右側の軸は炭素の導入量（添加量）を示している。炭素の導入量は、シリコン原子数に対する炭素原子の割合を％で表している。
【０１１２】
図２５に示すように、選択エピタキシャル層３９には、深さ４０（ｎｍ）から深さ８０（ｎｍ）にわたって厚さ４０ｎｍのシリコン−ゲルマニウム層が形成されており、このシリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部にベース領域が形成されている。すなわち、シリコン−ゲルマニウム層のエミッタ領域側の端部に約１０ｎｍにわたってホウ素（Ｂ）が導入されており、この領域がベース領域となっている。また、シリコン−ゲルマニウム層内には、炭素が濃度０．２％で均一に添加されている。
【０１１３】
シリコン−ゲルマニウム層上に形成されたシリコンキャップ層は厚さが４０ｎｍで、シリコン−ゲルマニウム層との境界から深さ２０ｎｍまでの領域にも炭素が０．０８％で均一に導入されている。さらに、シリコンキャップ層の表面から深さ２０ｎｍまでの領域には、濃度が５×１０１７／ｃｍ３以上（例えば２×１０１８／ｃｍ３）のホウ素（Ｂ）および濃度０．１５％の炭素が導入されている。また、このシリコンキャップ層上に形成されたｎ＋型ポリシリコン膜４０からリン（Ｐ）あるいは砒素（Ａｓ）が拡散されてエミッタ領域が形成されている。
【０１１４】
シリコンキャップ層の表面近傍に導入されているホウ素（Ｂ）は、エミッタ領域とベース領域の接合境界に生じる空乏層の幅を狭くする機能を有する。そして、シリコンキャップ層の表面近傍に導入されている炭素は、同じ領域に形成されているホウ素（Ｂ）およびエミッタ領域に導入されているリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）の拡散を抑制する機能を有している。
【０１１５】
また、シリコンキャップ層とシリコン−ゲルマニウム層との境界から深さ２０ｎｍまでの領域に導入された炭素の平均濃度（０．０８％）は、シリコン−ゲルマニウム層内に導入された炭素の最大濃度（０．２％）やシリコンキャップ層の表面近傍に導入された炭素の最大濃度（０．１５％）に比べて低くなっている。これは、接合境界近傍におけるリーク電流（再結合電流）を低減するためである。
【０１１６】
本実施の形態６によれば、シリコンキャップ層の表面近傍に炭素を導入しているので、電流増幅率は若干低下する。しかし、シリコンキャップ層の表面近傍に導入されたホウ素（Ｂ）の拡散が抑制できるので、ＣｊＥを低減できる。この結果、従来に比べて携帯電話機の平均消費電力を約２５％低減することができる。
【０１１７】
本実施の形態６におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造方法は前記実施の形態４と基本的に同じであるが、さらにシリコンキャップ層の表面近傍に炭素を導入する工程が追加される。この炭素を導入する工程は、例えばエピタキシャル成長法でシリコンキャップ層を形成する際に炭素を添加することで実現できる。
【０１１８】
なお、本実施の形態６では、エミッタ領域とベース領域との間の接合領域はシリコン層に形成されているが、接合領域がシリコン−ゲルマニウム層にあってもよく、その場合でも本実施の形態６と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【０１１９】
前記実施の形態２〜６では、シリコン中に炭素を導入しているが、シリコン中に導入された炭素は、ベース領域のホウ素（Ｂ）やエミッタ領域のリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）の拡散を抑制する効果がある。したがって、ＳｉＧｅ  ＨＢＴのベース領域、エミッタ領域あるいはエミッタ−ベース接合のそれぞれの近傍に炭素を導入すると、ベース領域あるいはエミッタ領域からの不純物の拡散を抑制することができる。これにより、ＣｊＥを減少することができ、ＡＣＰＲを低減できる。また、ベース領域の幅を薄くすることが可能となり、より高い遮断周波数ｆＴと最大発振周波数ｆｍａｘを実現できる。その結果、アイドル電流を低減できるとともに、高い電力利得を得ることができる。また、電力付加効率も高くすることができる。
【０１２０】
エミッタ領域とベース領域との間のリーク電流は空乏層が広いほど大きい。前記実施の形態４〜６のＳｉＧｅ  ＨＢＴでは、シリコンキャップ層の表面近傍にホウ素（Ｂ）を導入している。これにより、エミッタ領域周辺において空乏層が必要以上に広がることを抑制できる。その結果、エミッタ領域とベース領域との間のリーク電流を低減できる。また、前記実施の形態５、６のようにシリコンキャップ層の表面近傍に炭素を同時に導入することにより、ホウ素（Ｂ）の拡散を抑制できるので、シリコンキャップ層の表面近傍に導入されたホウ素（Ｂ）によるＣｊＥの増加を抑制できる。
【０１２１】
ベース領域とエミッタ領域との接合境界にある低不純物濃度領域での再結合準位は、その領域に添加される炭素に起因して形成される。このため、低不純物濃度領域における炭素の濃度をゼロにするか、ゼロでないにしてもホウ素（Ｂ）が高濃度に導入されたベース領域やシリコンキャップ層の表面近傍の炭素濃度よりも低くすることにより、低不純物濃度領域の再結合準位密度を低くすることができる。すなわち、低不純物濃度領域におけるベース電流のｎ値を１に近づけることができる。このｎ値を実用上問題のない約１．２以下にするためには、低不純物濃度の領域における炭素濃度を０．１％以下にすることが望ましい。実験では、炭素濃度を０．１％以下にすることにより、再結合準位によるベース電流の増加やｎ値の増大は無視できるレベルになることが明らかになった。また、低不純物濃度領域の炭素濃度が少なくても０．０３％以上あれば、ベース領域やエミッタ領域からの不純物の拡散を強く抑制できることが判明した。したがって、低不純物濃度領域の炭素濃度が０．０３％以上あれば、ベース領域とエミッタ領域の接合領域における不純物濃度の増大を防ぐことができることが判明した。これらの結果から低不純物濃度領域の炭素濃度を０．０３％以上０．１％以下にすることにより、ＣｊＥの低減効果を保ったままリーク電流による電力損失を防ぐことができるので、携帯電話機の平均消費電力を低減できる。
【０１２２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１２３】
前記実施の形態では、ＣＤＭＡ方式やＷＣＤＭＡ方式などのスペクトル拡散方式を使用した携帯電話機を例にして説明したが、これに限らず、マルチキャリア方式を使用した無線ＬＡＮ用電力増幅器にも適用することができる。
【０１２４】
スペクトル拡散方式やマルチキャリア方式といった広帯域デジタル変調方式の電力増幅器では、特定の帯域において大容量のデータを伝送する。このため、増幅歪みによって隣接する周波数信号の影響を受けて復調データに誤りが生じやすい。したがって、増幅歪みに対する規格が厳しくなっており、増幅歪みを低減できる前記実施の形態のＳｉＧｅ  ＨＢＴが有用である。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】携帯電話機における信号送受信部のブロック図である。
【図２】電力増幅器に入力する信号のスペクトルを模式的に示した図である。
【図３】電力増幅器から出力する信号のスペクトルを模式的に示した図である。
【図４】電力増幅器を構成する回路の一例を示した図である。
【図５】電力増幅器の一例を示した断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴを示した平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図８】出力電力と電力利得との関係を示したグラフである。
【図９】実施の形態１において選択エピタキシャル層の不純物濃度分布を示した図である。
【図１０】不純物濃度とＣｊＥとの関係を示したグラフである。
【図１１】ＣｊＥとＡＣＰＲとの関係を示したグラフである。
【図１２】アイドル電流とＡＣＰＲとの関係を示したグラフである。
【図１３】ＣｊＥと最小アイドル電流との関係を示したグラフである。
【図１４】出力電力と電力利得との関係を示したグラフである。
【図１５】出力電力と電力付加効率との関係および出力電力と出力出現確率との関係を示した図である。
【図１６】実施の形態１におけるＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造工程を示した断面図である。
【図１７】図１６に続くＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造工程を示した断面図である。
【図１８】図１７に続くＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造工程を示した断面図である。
【図１９】図１８に続くＳｉＧｅ  ＨＢＴの製造工程を示した断面図である。
【図２０】実施の形態２において選択エピタキシャル層の不純物濃度分布を示した図である。
【図２１】実施の形態３において選択エピタキシャル層の不純物濃度分布を示した図である。
【図２２】ベース−エミッタ間電圧とコレクタ電流およびベース−エミッタ間電圧とベース電流との関係を示したグラフである
【図２３】実施の形態４において選択エピタキシャル層の不純物濃度分布を示した図である。
【図２４】実施の形態５において選択エピタキシャル層の不純物濃度分布を示した図である。
【図２５】実施の形態６において選択エピタキシャル層の不純物濃度分布を示した図である。
【図２６】本発明者らが検討した選択エピタキシャル層の不純物濃度分布を示した図である。
【図２７】本発明者らが検討した選択エピタキシャル層の不純物濃度分布を示した図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１  デジタル信号処理部
２  ＩＦ部
３  変調信号源
４  ミキサ
５  電力増幅器
６  アンテナスイッチ
７  アンテナ
８  低雑音増幅器
１０ａ  ＳｉＧｅ  ＨＢＴ
１０ｂ  ＳｉＧｅ  ＨＢＴ
１１ａ  整合回路
１１ｂ  整合回路
１２ａ〜１２ｄ  伝送線路
１３ａ〜１３ｅ  コンデンサ
１４  入力端子
１５ａ  電源端子
１５ｂ  電源端子
１６  出力端子
２０  ＩＣチップ
２１  モジュール基板
２２  電極
２３  サーマルビア
２４Ｇ  電極
２４Ｓ  電極
２５  受動部品
３０  半導体基板
３１  ｎ＋型不純物埋め込み層
３２  ｎ−型シリコン層
３３  ｎ＋型シリコン層
３４  分離領域
３５  分離領域
３６  絶縁膜
３７  ｐ＋型ポリシリコン膜
３８  酸化シリコン膜
３８ａ  酸化シリコン膜
３９  選択エピタキシャル層
４０  ｎ＋型ポリシリコン膜
４１  酸化シリコン膜
４２  電極
４３  電極
４４  電極
ＰＭ  ＲＦパワーモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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