(57)【要約】本発明のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、Ｓｉ基板（１０）の一部に形成されたコレクタ層（１２）の上には、ＳｉＧｅスペーサ層（４０）と、一部がベース層として機能し、Ｇｅ組成比の異なる複数の分割層からなるＳｉＧｅ傾斜層（４１）と、Ｓｉキャップ層（４２）とが形成されている。ＳｉＧｅ傾斜層（４１）においては、各分割層の膜厚は厚く、分割層の数は少なく、隣接する分割層間のＧｅ組成比の変化が大きい方が膜厚の測定は容易となる。ただし、デバイスの遮断周波数特性などの劣化を回避するため、各分割層の膜厚は２０ｎｍ程度以下であることが必要であり、分割層の数は２以上であることが好ましい。
2003050880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第３半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記第２半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、および炭素を含む層である請求の範囲第１項に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記第２半導体層は、ゲルマニウムの組成比が異なる複数の分割層から構成されており、前記分割層の数が２以上６以下である請求の範囲第１項に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間には、前記第１半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上低いまたは２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されている請求の範囲第１項に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記第２半導体層と前記第３半導体層との間には、前記第３半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されている請求の範囲第１項に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項８】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにバンドギャップの差が１８ｍｅＶ以上に相当するようにバンドギャップが段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、基板とは異なる結晶をエピタキシャル成長させることにより製造されるヘテロバイポーラトランジスタに関する。
〔技術背景〕
近年、シリコン基板上に形成されるバイポーラトランジスタに、Ｓｉ（シリコン）／ＳｉＧｅ（シリコン・ゲルマニウム），Ｓｉ／ＳｉＣ（シリコン・カーボン）等のヘテロ接合構造を含ませることにより、より優れた伝導特性を持たせてさらに高周波領域の動作を実現させるヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の開発が急ピッチで進められている。このＨＢＴは、Ｓｉ基板上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させて、このＳｉＧｅヘテロ接合構造を用いて構成される。これにより、それまでＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）等の化合物半導体基板を用いたトランジスタでないと動作させることができなかった高周波領域においても動作可能なトランジスタを実現することができる。このＨＢＴは、Ｓｉ基板，ＳｉＧｅ層という汎用のシリコンプロセスと親和性のよい材料で構成されるので、高集積度化、低コスト化が可能であるという大きな利点を有している。
以下に、従来のＨＢＴの構造について、第１７図を参照しながら説明する。第１７図は、従来のヘテロバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
第１７図に示すように、従来のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、Ｓｉ基板１００の上部は、Ｎ型不純物を含む、深さ１μｍのレトログレードウェル１０１となっている。そして、素子分離として、酸化シリコンが埋め込まれたシャロートレンチ１０３と、アンドープポリシリコン膜１０５およびこれを取り囲むシリコン酸化膜１０６により構成されるディープトレンチ１０４とが設けられている。
また、Ｓｉ基板１００内におけるシャロートレンチ１０３によって挟まれる領域にコレクタ層１０２が設けられている。シャロートレンチ１０３によりＳｉ基板１００内のコレクタ層１０２と分離された領域には、レトログレードウェル１０１を介してコレクタ層１０２の電極とコンタクトするためのｎ＋コレクタ引き出し層１０７が設けられている。
また、Ｓｉ基板１００の上には、コレクタ開口部１１０を有する厚さ約３０ｎｍの第１の堆積酸化膜１０８が設けられている。Ｓｉ基板１００の上面のうちコレクタ開口部１１０に露出する部分の上には、ＳｉＧｅスペーサ層１３０と、ＳｉＧｅ傾斜層１３１と、Ｓｉキャップ層１３２とからなるベース形成層１１１が形成されている。ベース形成層１１１は、選択成長により、Ｓｉ基板１００のうちコレクタ開口部に露出している部分の上のみに形成されている。そして、ベース形成層１１１のうち中央部の下部が内部ベース１１９として機能している。また、ベース形成層１１１の中央部の上部がエミッタ層として機能している。また、ベース形成層１１１のうちＳｉＧｅスペーサ層１３０とＳｉＧｅ傾斜層１３１との大部分は、ボロン（Ｂ）などのｐ型不純物によって２×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度にドーピングされている。一方、Ｓｉキャップ層１３２は、Ｎ＋ポリシリコン層１２９からのリン（Ｐ）等のＮ型不純物の拡散によって、基板の深さ方向に向かって１×１０２０ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３から１×１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度までの分布をもってドーピングされている。
第１の堆積酸化膜１０８およびベース形成層１１１の上には、厚さ約３０ｎｍのエッチストッパ用の第２の堆積酸化膜１１２が設けられている。この第２の堆積酸化膜１１２には、ベース接合用開口部１１４およびベース開口部１１８が設けられている。そして、ベース接合用開口部１１４を埋めて第２の堆積酸化膜１１２の上に延びる厚さ約１５０ｎｍのｐ＋ポリシリコン層１１５と第３の堆積酸化膜１１７とが設けられている。ベース形成層１１１のうちベース開口部１１８の下方領域を除く部分とｐ＋ポリシリコン層１１５とによって外部ベース１１６が構成されている。
また、ｐ＋ポリシリコン層１１５および第３の堆積酸化膜１１７のうち、第２の堆積酸化膜１１２のベース開口部１１８の上方に位置する部分は開口されていて、ｐ＋ポリシリコン層１１５の側面には厚さ約３０ｎｍの第４の堆積酸化膜１２０が形成されている。この、第４の堆積酸化膜１２０の上には厚さ約１００ｎｍのポリシリコンからなるサイドウォール１２１が設けられている。そして、ベース開口部１１８を埋めて第３の堆積酸化膜の上に延びるｎ＋ポリシリコン層１２９が設けられており、このｎ＋ポリシリコン層１２９はエミッタ引き出し電極として機能する。ｎ＋ポリシリコン層１２９およびｐ＋ポリシリコン層１１５の外側面はサイドウォール１２３により覆われている。
さらに、コレクタ引さ出し層１０７、ｐ＋ポリシリコン層１１５およびｎ＋ポリシリコン層１２９の表面には、それぞれＴｉ（チタン）シリサイド層１２４が形成されている。
また、基板全体は、層間絶縁膜１２５によって覆われており、この層間絶縁膜１２５を貫通してｎ＋コレクタ引き出し層１０７、外部ベースの一部であるｐ＋ポリシリコン層１１５、およびエミッタ引き出し電極であるｎ＋ポリシリコン層１２９のＴｉシリサイド層１２４に到達する接続孔がそれぞれ形成されている。そして、この接続孔を埋めるＷプラグ１２６と、各Ｗプラグ１２６に接続されて、層間絶縁膜１２５の上に延びる金属配線１２７とが設けられている。
ここで、ベースとして機能するベース形成層１１１のうちのＳｉＧｅ傾斜層１３１においては、ＳｉＧｅスペーサ層１３０からＳｉキャップ層１３２へ向かう方向にＧｅ組成比が減少している。これにより、ベース領域のバンドギャップがエミッタ領域からコレクタ領域に向かうにしたがって徐々に小さくなるような傾斜を有する組成によってベース領域を構成することが可能になる。このような傾斜を有する組成によって生じる電界により、ベース層中に注入されたキャリアが加速されベース層内をドリフト走行する。このドリフト電界によって、拡散によるキャリアの速度より高速にできるため、ベース走行時間の短縮が図られ遮断周波数（ｆＴ）を向上させることができる。
しかしながら、前述したような従来のヘテロバイポーラトランジスタにおいては．以下に述べるような不具合が生じていた。
第１７図に示すように、ベースとして機能するベース形成層１１１が、ＳｉＧｅスペーサ層１３０、ＳｉＧｅ傾斜層１３１およびＳｉキャップ層１３２の３層からなる場合には、それぞれの層の膜厚を測定することが困難であり、各層の正確な膜厚を把握しにくい状況にあった。そのため、例えば分光エリプソメータを利用することによって各層の膜厚を測定する場合には、測定誤差および測定値のばらつきなどが大きくなっていた。これにより、装置を量産する場合においては、層の形成の確認および工程の管理などが困難となっていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされており、その目的は、ベース形成層のＧｅ組成の形態を変化させることにより、ベース部を構成する各層の膜厚の測定精度を向上させることができるヘテロバイポーラトランジスタを提供することにある。
〔発明の開示〕
前述した目的を達成するために、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有している。
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第１半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有している。
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第３半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有している。
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第２半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、および炭素を含む層であることが好ましい。
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第２半導体層は、ゲルマニウムの組成比が異なる複数の分割層から構成されており、前記分割層の数が２以上６以下であることが好ましい。
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間には、前記第１半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上低いまたは２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されていることが好ましい。
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第２半導体層と前記第３半導体層との間には、前記第３半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されていることが好ましい。
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにバンドギャップの差が１８ｍｅＶ以上に相当するようにバンドギャップが段階的に変化する領域を有している。
本発明の前記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
［ベース形成層のＧｅ組成の形態についての考察と実験結果］
発明者らは、第１７図に示すような従来のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、ベース形成層１１１を構成する各層の膜厚の測定の精度を向上させるために、ベース形成層１１１におけるＧｅ組成の変化に着目し、以下のような考察を行った。その考察について、以下に、第１図（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。第１図（ａ）および（ｂ）は、従来および本発明のヘテロバイポーラトランジスタのベース部のＧｅ組成をそれぞれ示したグラフ図である。
第１図（ａ）に示すように、ベース形成層１１１のうちのＳｉＧｅ傾斜層１３１においては、ＳｉＧｅスペーサ層１３０からＳｉキャップ層１３２へ向かう方向に、連続的にＧｅ組成比が減少している。このようにＧｅ組成比が変化すると、ベース形成層１１１において、Ｓｉキャップ層１３２、ＳｉＧｅ傾斜層１３１およびＳｉＧｅスペーサ層１３０の各層の間には、組成が不連続に変化する明確な界面が存在しない。そのため、分光エリプソメータを利用することにより測定を行なう場合には、各層の界面の位置を正確に検出することができず、各層の膜厚を測定することが困難となると考えられる。
そこで、本発明においては、第１図（ｂ）に示すように、ベース形成層のうちのＳｉＧｅ傾斜層において、ＳｉＧｅスペーサ層からＳｉキャップ層へ向かう方向に、段階的にＧｅ組成比を減少させることとした。これにより、Ｓｉキャップ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の各層の間に組成が不連続に変化する界面が形成される。したがって、分光エリプソメータを利用することにより界面の位置の検出が可能となり、各層の膜厚を精度よく測定することができるようになると考えられる。
以上の考察に基づき、Ｇｅ組成比を段階的に変化させたＳｉＧｅ傾斜層を形成し、ベース形成層における各層の膜厚を測定した結果について、第２図から第５図を参照しながら説明する。測定に用いたＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比は、ＳｉＧｅスペーサ層からＳｉキャップ層への方向に０％から１５％までの範囲で段階的に変化し、ＳｉＧｅ傾斜層の膜厚の設定値は４０ｎｍである。なお、本明細書においては、Ｇｅ組成比の異なる層をｘ層だけ形成したＳｉＧｅ傾斜層をｘ分割ＳｉＧｅ傾斜層と呼び、ｘ分割ＳｉＧｅ傾斜層を構成する各層を分割層と呼ぶことにする。
第２図は、本発明における９分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。また、第３図（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第３図（ｂ）および（ｃ）は、同じくＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果をそれぞれ示す図である。第２図に示すように、９分割ＳｉＧｅ傾斜層を形成した場合には、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚は約４．４ｎｍとなり、隣接する各分割層間のＧｅ組成比の差は約１．５％となる。この場合、第３図（ａ）から（ｃ）に示すように、ベース形成層全体の膜厚の設定値が１１０ｎｍ（＝４０ｎｍ＋４０ｎｍ＋３０ｎｍ）であるのに対し、その実測値（ＡＶＥ）は１０６ｎｍ（＝２０．６ｎｍ＋４１．３ｎｍ＋４４．１ｎｍ）であった。このように、ベース形成層全体の膜厚の実測値は設定値に近い値となった。一方、Ｓｉキャップ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の各層の膜厚の実測値（ＡＶＥ）は設定値と近い値をとらなかった。
第４図は、本発明における３分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。また、第５図（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第５図（ｂ）および（ｃ）は、同じくＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果をそれぞれ示す図である。第４図に示すように、３分割ＳｉＧｅ傾斜層を形成した場合には、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚は約１３．３ｎｍとなり、隣接する各分割層間のＧｅ組成比の差は約３％から４％となる。この場合、第５図（ａ）から（ｃ）に示すように、ベース形成層全体の膜厚の設定値が１１０ｎｍ（＝４０ｎｍ＋４０ｎｍ＋３０ｎｍ）であるのに対し、その実測値（ＡＶＥ）は１１１．５ｎｍ（＝４２．１ｎｍ＋４０．３ｎｍ＋２９．１ｎｍ）であった。このように、ベース形成層全体の膜厚の実測値は設定値に近い値となった。また、Ｓｉキャップ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の各層の膜厚の実測値（ＡＶＥ）も設定値と近い値となった。
第４図では、ＳｉＧｅスペーサ層のＧｅ濃度を１５％とし、これに接するＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ濃度を１２％、８％、４％と段階的に減らしているが、この他、ＳｉＧｅスペーサ層のＧｅ濃度を２０％とし、これに接するＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ濃度を２１％、１８％、８％と段階的に減らしても良い。この時、Ｇｅ濃度が２０％であるＳｉＧｅスペーサ層の厚みは約２０ｎｍ、Ｇｅ濃度が２１％の部分のＳｉＧｅ傾斜層の厚みは約４ｎｍ、Ｇｅ濃度が１８％の部分のＳｉＧｅ傾斜層の厚みは約４ｎｍ、Ｇｅ濃度が８％の部分のＳｉＧｅ傾斜層の厚みは約５ｎｍとすることが好ましい。
以上の結果により、ＳｉＧｅ傾斜層においては、分割層数を比較的少なくして各分割層の膜厚を厚くし、隣接する各分割層間のＧｅの組成比の差の値を大きくすることにより、Ｓｉキャップ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の各層の膜厚を精度よく測定できることがわかる。
ところで、前述した測定結果により、ＳｉＧｅ傾斜層における分割層数を少なくする場合には、分割層間におけるＧｅ組成比の変化が大きくなりすぎるために、デバイス特性の劣化が生じるおそれがある。そこで、デバイス持性の劣化を伴うことなく、どの程度の分割が可能であるかを調べるために、ＳｉＧｅ傾斜層における分割層数が異なるデバイスの特性を測定した結果について、第６図から第９図を参照しながら以下に説明する。なお、測定に用いたＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比は、Ｓｉキャップ層からＳｉＧｅスペーサ層への方向に０％から１５％の範囲で変化し、ＳｉＧｅ傾斜層の膜厚の設定値は２０、３０および４０ｎｍである。
第６図は、本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割の形態を示した模式図である。また、第７図は、本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割数を変えた場合のデバイス特性の測定結果を示した表図である。第６図に示すように、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層間のＧｅの組成比および各分割層の膜厚を変化させた。ここで、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比はＳｉキャップ層からＳｉＧｅスペーサ層への方向に０％から１５％の範囲で変化させている。また、Ｓｉキャップ層の膜厚は３０ｎｍ、ＳｉＧｅスペーサ層（Ｇｅ組成比が１５％）の膜厚は４０ｎｍとしている。なお、第６図には分割層数が１から３までの場合のみ示しているが、分割層数が４以上の場合も同様にしてデバイスを作製した。
第８図（ａ）は、分割層数と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図である。これにより、ＳｉＧｅ傾斜層の膜厚が２０ｎｍ、３０ｎｍおよび４０ｎｍの場合には、分割層数が２から３程度以上でデバイスの遮断周波数がほぼ一定となることがわかる。なお、分割層数が２のときは、隣接する各分割層間のＧｅ組成比の差は５％であり、分割層数が３の場合には、隣接する各分割層間のＧｅ組成比の差は３．７５％である。
一方、第８図（ｂ）は、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図である。これにより、ＳｉＧｅ傾斜層の膜厚が２０ｎｍ、３０ｎｍおよび４０ｎｍのいずれの場合においても、デバイスの遮断周波数は、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚が２０ｎｍ程度以下においてほぼ一定に保たれていることがわかる。
第９図は、厚さ４０ｎｍのＳｉＧｅ傾斜層における分割層数と，デバイスの遮断周波数（ｆＴ）の実測値とを示した表図である。これにより、分割層数が３、５および９の場合において、デバイスの遮断周波数の値の変化は誤差の範囲内であると考えられ、デバイス特性の劣化が生じないといえる。
なお、以上はＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化範囲が０％から１５％である場合の測定結果であるが、Ｇｅ組成比の変化範囲が０％から１０％である場合、０％から２０％である場合においても、同様の測定を行った。それについて、以下に、第１０図（ａ）、（ｂ）および第１１図（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。第１０図（ａ）は０％から１０％の範囲のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ傾斜層における分割層数の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図であり、第１０図（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図である。また、第１１図（ａ）は０％から２０％の範囲のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ傾斜層における分割層数の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図であり、第１１図（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図である。
第１０図（ａ）示すように、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比が０％から１０％の範囲で変化する場合において、デバイスの遮断周波数（ｆＴ）は、分割層数が２から３程度以上のときにほぼ一定となる。更に第１０図（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比が０％から１０％の範囲で変化する場合において、デバイスの遮断周波数（ｆＴ）は、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚が２０ｎｍ程度以下でほぼ一定となる。
また、第１１図（ａ）に示すように、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比が０％から２０％の範囲で変化する場合においても、デバイスの遮断周波数（ｆＴ）は、分割層数が２から３程度以上のときにほぼ一定となる。更に第１１図（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比が０％から２０％の範囲で変化する場合において、デバイスの遮断周波数（ｆＴ）は、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚がほぼ２０ｎｍ程度以下でほぼ一定となる。
これらの結果より、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化範囲が０％から１５％，０％から１０％、または０％から２０％の何れの場合においても、デバイス特性の劣化を伴うことのないＳｉＧｅ傾斜層における分割層の数は、２から３層以上であり、分割層の膜厚は２０ｎｍ程度以下であるといえる。
以上をまとめると、本発明においては、ＳｉＧｅスペーサ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉキャップ層の膜厚を精度良く測定するためには、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚は厚く、分割層数は少なく、また、各分割層間のＧｅ組成比の差は２．５％程度以上であることが好ましいといえる。ただし、デバイスの特性の劣化を回避するためには、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚は２０ｎｍ程度以下であるか、分割層数は２層以上であることが必要である。
前述したように、分割層間のＧｅ組成比の差が２．５％程度以上であれば、各層の界面の位置を特定することができ、その結果ＳｉＧｅスペーサ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを用いて精度良く測定することができる。ところで、分光エリプソメータではバンドギャップに依存した出力によって各層の膜厚の測定が行われる。しかしながら、傾斜層に炭素が含まれている場合、その傾斜層のバンドギャップが狭くなるため、傾斜層に炭素が含まれていない場合と比べてＧｅの組成比をより高くしなければ各層の界面の位置を特定することができない。ここで、各分割層間のバンドギャップの差が１８ｍｅＶ程度以上であれば各層の界面の位置を特定することが可能であるため、そのようなバンドギャップの差を実現できるように各分割層間のＧｅの組成比を決定すればよい。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、上述の考察および測定結果に基づき、段階的にＧｅ組成比が変化するＳｉＧｅ層を有するヘテロバイポーラトランジスタについて述べる。
まず、本実施形態のヘテロバイポーラトランジスタの構造について、第１２図を参照しながら説明する。第１２図は、本発明の実施の形態１に係るヘテロバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
第１２図に示すように、本実施の形態のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、Ｓｉ基板１０の上部は、Ｎ型不純物を含む，深さ１μｍのレトログレードウェル１１となっている。そして、素子分離として、酸化シリコンが埋め込まれたシャロートレンチ１３と、アンドープポリシリコン膜１５およびこれを取り囲むシリコン酸化膜１６により構成されるディープトレンチ１４とが設けられている。
また、Ｓｉ基板１０内におけるシャロートレンチ１３によって挟まれる領域にコレクタ層１２が設けられている。シャロートレンチ１３によりＳｉ基板１０内のコレクタ層１２と分離された領域には、レトログレードウェル１１を介してコレクタ層１２の電極とコンタクトするためのｎ＋コレクタ引き出し層１７が設けられている。
また、Ｓｉ基板１１の上には、コレクタ開口部２０を有する厚さ約３０ｎｍの第１の堆積酸化膜１８が設けられている。Ｓｉ基板１０の上面のうちコレクタ開口部２０に露出する部分の上には、厚さ設定値４０ｎｍのＳｉＧｅスペーサ層４０と、厚さ設定値４０ｎｍのＳｉＧｅ傾斜層４１と、厚さ設定値３０ｎｍのＳｉキャップ層４２とからなるベース形成層２１が形成されている。ベース形成層２１は、選択成長により、Ｓｉ基板１０のうちコレクタ開口部２０に露出している部分の上のみに形成されている。そして、ベース形成層２１のうち中央部の下部が内部ベース２９として機能している。また、ベース形成層２１の中央部の上部がエミッタ層として機能している。また、ベース形成層２１のうちＳｉＧｅスペーサ層４０とＳｉＧｅ傾斜層４１との大部分は、ボロン（Ｂ）などのｐ型不純物によって２×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度にドーピングされている。一方、Ｓｉキャップ層４２は、Ｎ＋ポリシリコン層３９からのリン（Ｐ）等のＮ型不純物の拡散によって、基板の深さ方向に向かって１×１０２０ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３から１×１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度までの分布をもってドーピングされている。
ここで、本発明においては、ベース形成層２１のうちＳｉＧｅ傾斜層４１は、ほぼ同程度の厚さを有する複数の分割層から構成されている。そして、ＳｉＧｅ傾斜層４１において各分割層のＧｅ組成比は、ＳｉＧｅスペーサ層４０からＳｉキャップ層４２への方向に、０％から１５％の範囲で、ほぼ一定の割合で段階的に減少している。つまり、ＳｉＧｅ傾斜層４１は、Ｇｅ組成比が異なる複数の分割層から構成されている。
ここで、上述の考察と測定との結果により、Ｓｉキャップ層４２、ＳｉＧｅ傾斜層４１およびＳｉＧｅスペーサ層４０の膜厚を精度よく測定するためには、ＳｉＧｅ傾斜層４１おける分割層数を少なくして、各分割層の膜厚を厚くし、隣接する各分割層問のＧｅの組成比の差の値を大きくすることが好ましい。ただし、デバイスの特性を保持するためには、分割層の数が２層以上であるか、分割層の膜厚が２０ｎｍ程度以下であることが必要である。ここで分割層の数が大きすぎると各分割層の膜厚が小さくなりすぎるために各層の膜厚を精度よく測定することができなくなるので、分割層の数は６以下程度であることが好ましい。
なお、ベース形成層２１のＳｉキャップ層４２、ＳｉＧｅ傾斜層４１およびＳｉＧｅスペーサ層４０は、原料ガスとしてＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６，ＧｅＨ４などを用いたＣＶＤ法（化学気相成長法）によってエピタキシャル成長させることにより形成される。このうち、ＳｉＧｅ傾斜層４１の形成時には、原料ガスのうちでＳｉの原料ガスとＧｅの原料ガスとの供給比を段階的に変化させることにより、Ｇｅ組成比の異なる各分割層を形成する。
第１の堆積酸化膜１８およびベース形成層２１の上には、厚さ約３０ｎｍのエッチストッパ用の第２の堆積酸化膜２２が設けられている。この第２の堆積酸化膜２２には、ベース接合用開口部２４およびベース開口部２８が設けられている。そして、ベース接合用開口部２４を埋めて第２の堆積酸化膜２２の上に延びる厚さ約１５０ｎｍのｐ＋ポリシリコン層２５と第３の堆積酸化膜２７とが設けられている。ベース形成層２１のうちベース開口部２８の下方領域を除く部分とｐ＋ポリシリコン層２５とによって外部ベース２６が構成されている。
また、ｐ＋ポリシリコン層２５および第３の堆積酸化膜２７のうち、第２の堆積酸化膜２２のベース開口部２８の上方に位置する部分は関口されていて、ｐ＋ポリシリコン層２５の側面には厚さ約３０ｎｍの第４の堆積酸化膜３０が形成されている。この、第４の堆積酸化膜３０の上には厚さ約１００ｎｍのポリシリコンからなるサイドウォール３１が設けられている。そして、ベース開口部２８を埋めて第３の堆積酸化膜の上に延びるｎ＋ポリシリコン層３９が設けられており、このｎ＋ポリシリコン層３９はエミッタ引き出し電極として機能する。ｎ＋ポリシリコン層３９およびｐ＋ポリシリコン層２５の外側面はサイドウォール３３により覆われている。
さらに、コレクタ引き出し層１７、ｐ＋ポリシリコン層２５およびｎ＋ポリシリコン層３９の表面には、それぞれＴｉシリサイド層３４が形成されている。
また、基板全体は、層間絶縁膜３５によって覆われており、この層間絶縁膜３５を貫通してｎ＋コレクタ引き出し層１７、外部ベースの一部であるｐ＋ポリシリコン層２５およびエミッタ引き出し電極であるｎ＋ポリシリコン層３９のＴｉシリサイド層３４に到達する接続孔がそれぞれ形成されている。そして、この接続孔を埋めるＷプラグ３６と、各Ｗプラグ３６に接続されて、層間絶縁膜３５の上に延びる金属配線３７とが設けられている。以上により、本発明のヘテロバイポーラトランジスタが構成されている。
ここで、本実施形態のＳｉＧｅ傾斜層４１のＧｅの組成比の変化を測定した結果について、第１３図を参照しながら述べる。第１３図は、本発明の実施の形態１におけるＳｉＧｅ傾斜層４１のＧｅ組成比変化を、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定した結果を示すグラフ図である。このとき、ＳｉＧｅ傾斜層４１は、膜厚４０ｎｍであり、０％から１５％の範囲で変化するＧｅ組成比を示し、４つの分割層からなっている。
第１３図において、破線曲線（Ｉ）はＳＩＭＳの強度プロファイルを示しており、実線曲線（ＩＩ）は、破線曲線（Ｉ）を一次微分したプロファイルを示している。破線曲線（Ｉ）、実線曲線（ＩＩ）から、ＳｉＧｅ傾斜層４１におけるＧｅの組成比は不連続に変化しており、各分割層の界面が検出されていることがわかる。
ここで、本実施の形態のヘテロバイポーラトランジスタにおいて得られる効果について述べる。
本実施の形態のヘテロバイポーラトランジスタにおいては、ベース形成層２１のうちのＳｉＧｅ傾斜層４１において、Ｓｉキャップ層４２からＳｉＧｅスペーサ層４０へ向かう方向に、段階的にＧｅ組成比を増加させることとした。これにより、Ｓｉキャップ層４２、ＳｉＧｅ傾斜層４１およびＳｉＧｅスペーサ層４０の各層の間に組成の相違による界面が形成されるため、分光エリプソメータを利用することにより界面位置の検出が可能となり、各層の膜厚を精度よく測定することが容易になると考えられる。このことにより、装置の量産段階において、層の形成の確認および管理などを正確に行なうことが容易となる。
なお、本実施の形態においては、ＳｉＧｅ傾斜層４１のＧｅ組成比の変化の範囲は、上述の０％から１５％に限られるわけではなく、例えば、０％から１０％の範囲、または０％から３０％の範囲であってもよい。
また、ベース形成層２１におけるＳｉＧｅスペーサ層４０、ＳｉＧｅ傾斜層４１およびＳｉキャップ層４２の膜厚の設定値は、上述の膜厚の設定値に限られるものではなく、他の設定値であってもよい。
（実施の形態２）
実施の形態２においては、実施の形態１で述べたヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）におけるベース形成層の形態を変形した例について述べる。
本実施の形態のＨＢＴは、ベース形成層２１の形態が異なる点を除いて、実施の形態１で述べたＨＢＴの横造と同様の構造を有している。
以下に、本実施の形態のベース形成層２１の第１の実施例から第３の実施例について第１４図（ａ）から第１６図（ｃ）、および第１１図を参照しながら説明する。
第１４図（ａ）はベース形成層２１の第１の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、第１４図（ｂ）はその第１の実施例におけるデバイス特性を示す表図、第１４図（ｃ）はその第１の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
第１４図（ａ）に示すように、本実施の形態における第１のベース形成層２１は、Ｓｉキャップ層４２と、ＳｉＧｅスペーサ層４０からＳｉキャップ層４２への方向にＧｅ組成比が０％から１５％の範囲で減少する各分割層から構成されるＳｉＧｅ傾斜層４１と、ＳｉＧｅスペーサ層４０と、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間に介在するマーカ層とからなる。ここで、マーカ層は、Ｓｉからなる層であるか、またはＧｅ組成比が５％あるいは１０％であるＳｉＧｅ層からなる層である。このように、ＳｉＧｅスペーサ層４０と比較してＧｅ組成比の低いマーカ層をＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間に介在させることにより、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間の界面を明確にすることができる。なお、マーカ層のＧｅ組成比は、ＳｉＧｅスペーサ層４０のＧｅ組成比より高くてもよい。前述したように、Ｇｅ組成比の差が２．５％程度以上であれば各層の界面の位置を精度良く測定することができる。したがって、この第１の実施例において、マーカ層のＧｅ組成比とＳｉＧｅスペーサ層のＧｅ組成比との差が２．５％程度以上であれば、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間の界面を明確にすることができる。
この場合には、第１４図（ｂ）および（ｃ）に示すように、マーカ層の膜厚は３ｎｍ程度以下であるときには、デバイスの特性の劣化はほとんど起こっていない。
第１５図（ａ）はベース形成層２１の第２の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、第１５図（ｂ）はその第２の実施例におけるデバイス特性を示す表図、第１５図（ｃ）はその第２の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
第１５図（ａ）に示すように、本実施の形態における第２のベース形成層は、Ｓｉキャップ層４２と、ＳｉＧｅスペーサ層４０からＳｉキャップ層４２への方向にＧｅ組成比が０％から１５％の範囲で減少する各分割層から構成されるＳｉＧｅ傾斜層４１と、ＳｉＧｅスペーサ層４０と、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間に介在するマーカ層とからなる。ここで、マーカ層は、Ｇｅ組成比が５％、１０％または１５％であるＳｉＧｅ層からなる。このように、Ｓｉキャップ層４２と比較してＧｅ組成比の高いマーカ層をＳｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間に介在させることにより、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間の界面を明確にすることができる。前述したように、Ｇｅ組成比の差が２．５％程度以上であれば各層の界面の位置を精度良く測定することができる。したがって、この第２の実施例において、マーカ層のＧｅ組成比とＳｉＧｅ傾斜層４１のＧｅ組成比との差が２．５％程度以上であれば、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間の界面を明確にすることができる。
この場合には、第１５図（ｂ）および（ｃ）に示すように、特に、マーカ層のＧｅ組成比が低い場合には、マーカ層の膜厚が３ｎｍ程度以下であれば、デバイスの特性の劣化はほとんど起こっていない。
第１６図（ａ）はベース形成層２１の第３の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、第１６図（ｂ）はその第３の実施例におけるデバイス特性を示す表図、第１６図（ｃ）はその第３の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
第１６図（ａ）に示すように、本実施の形態における第３のベース形成層は、Ｓｉキャップ層４２と、ＳｉＧｅスペーサ層４０からＳｉキャップ層４２への方向にＧｅ組成比が０％から１５％の範囲で減少する各分割層から構成されるＳｉＧｅ傾斜層４１と、１５％以上のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅスペーサ層４０とからなる。ここで、ＳｉＧｅスペーサ層４０のＧｅ組成比は、１５％から１８％の範囲内である。このように、Ｇｅ組成比の高いＳｉＧｅスペーサ層４０を用いることにより、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間のＧｅ組成比の差を大きくすることができるため、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間の界面を明確にすることができる。
この場合には、第１６図（ｂ）および（ｃ）に示すように、ＳｉＧｅスペーサ層４０のＧｅ組成比を１８％にまで増加させてもデバイス特性の劣化が起こっていない。そのため、デバイスの劣化を伴うことなく、ベース形成層を構成する層の膜厚をより正確に測定することが可能となる。
（その他の実施形態）
上記実施の形態においては、ベース部を形成する傾斜層４１としてＳｉＧｅ層を用いているが、ＳｉＧｅＣ（シリコン・ゲルマニウム・カーボン）層を用いることもできる。
上記の実施の形態においては、ＳｉＧｅ傾斜層４１における各分割層の膜厚は、ほぼ一定である場合について述べたが、本発明においては、ＳｉＧｅ傾斜層４１における各分割層の膜厚は同じであってもよいし、各分割層で異なっていてもよい。
上記の実施の形態においては、ＳｉＧｅ傾斜層４１における各分割層のＧｅ組成比が、Ｓｉキャップ層４２からＳｉＧｅスペーサ層４０への方向に向かって一定の割合で増加している場合について述べたが、本発明においては、一定の割合で増加しなくてもよい。例えば、各分割層のうちＳｉキャップ層４２と接する分割層のＧｅ組成比が、Ｓｉキャップ層４２のＧｅ組成比よりも２．５％程度以上高い値であれば、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間の界面を正確に観測することができる。同様に、各分割層のうちＳｉＧｅスペーサ層４０と接する分割層のＧｅ組成比が、ＳｉＧｅスペーサ層４０と比較して２．５％程度以上低い値であれば、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間の界面を正確に観測することができる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、高周波領域で動作可能なトランジスタとして有用である。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は従来のヘテロバイポーラトランジスタのベース部のＧｅ組成を示したグラフ図であり、第１図（ｂ）は本発明のヘテロバイポーラトランジスタのベース部のＧｅ組成を示したグラフ図である。
第２図は、本発明における９分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。
第３図（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第３図（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第３図（ｃ）は、同じくＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図である。
第４図は、本発明における３分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。
第５図（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第３図（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第３図（ｃ）は、同じくＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図である。
第６図は、本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割の形態を示した模式図である。
第７図は、本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割数を変えた場合のデバイス特性の測定結果を示した表図である。
第８図（ａ）は、分割層数と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図であり、第８図（ｂ）は、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図である。
第９図は、厚さ４０ｎｍのＳｉＧｅ傾斜層における分割層数とデバイスの遮断周波数（ｆＴ）の実測値とを示した表図である。
第１０図（ａ）は０％から１０％の範囲のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ傾斜層における分割層数の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図であり、第１０図（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図である。
第１１図（ａ）は０％から２０％の範囲のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ傾斜層における分割層数の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図であり、第１１図（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図である。
第１２図は、本発明の実施の形態１に係るヘテロバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
第１３図は、本発明の実施の形態１におけるＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比変化を、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定した結果を示すグラフ図である。
第１４図（ａ）はベース形成層の第１の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、第１４図（ｂ）はその第１の実施例におけるデバイス特性を示す表図、第１４図（ｃ）はその第１の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
第１５図（ａ）はベース形成層の第２の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、第１５図（ｂ）はその第２の実施例におけるデバイス特性を示す表図、第１５図（ｃ）はその第２の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
第１６図（ａ）はベース形成層の第３の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、第１６図（ｂ）はその第２の実施例におけるデバイス特性を示す表図、第１６図（ｃ）はその第２の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
第１７図は、従来のヘテロバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
【図１】
2003050880.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月3日(2003.7.3)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第３半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記第２半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、および炭素を含む層である請求の範囲第１項に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記第２半導体層は、ゲルマニウムの組成比が異なる複数の分割層から構成されており、前記分割層の数が２以上６以下である請求の範囲第１項に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間には、前記第１半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上低いまたは２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されている請求の範囲第１項に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記第２半導体層と前記第３半導体層との間には、前記第３半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されている請求の範囲第１項に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項８】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにバンドギャップの差が１８ｍｅＶ以上に相当するようにバンドギャップが段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項９】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含み、前記ゲルマニウムの濃度が一定である結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能し、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンからなる第３半導体層とを備えているヘテロバイポーラトランジスタにおける前記第２半導体層の厚みを測定する方法であって、
前記第２半導体層は、複数の分割層からなり、
第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と、前記第１の分割層に隣接する第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比とが異なり、
分光エリプソメータを利用することにより、前記第１半導体層と前記第１半導体層に隣接する部分の前記第２半導体層の分割層との間にゲルマニウムの組成が不連続に変化する第１界面と、前記第３半導体層と前記第３の半導体層に隣接する部分の前記第２の半導体層の分割層との間にゲルマニウムの組成が不連続に変化する第２界面とを検出することにより、前記第１界面と前記第２界面との間の距離を前記第２半導体の厚みと規定する、ヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法。
【請求項１０】
前記複数の分割層はそれぞれ組成比が１．５％以上のゲルマニウムを含み、前記第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と前記第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比との差が１．５％以上である、請求の範囲第９項に記載のヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法。
【請求項１１】
前記複数の分割層はそれぞれ組成比が２．５％以上のゲルマニウムを含み、前記第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と前記第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比との差が２．５％以上である、請求の範囲第９項に記載のヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法。
【手続補正００２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ことが好ましい。
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第２半導体層は、ゲルマニウムの組成比が異なる複数の分割層から構成されており、前記分割層の数が２以上６以下であることが好ましい。
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間には、前記第１半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上低いまたは２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されていることが好ましい。
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第２半導体層と前記第３半導体層との間には、前記第３半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されていることが好ましい。
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにバンドギャップの差が１８ｍｅＶ以上に相当するようにバンドギャップが段階的に変化する領域を有している。
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含み、前記ゲルマニウムの濃度が一定である結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能し、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンからなる第３半導体層とを備えているヘテロバイポーラトランジスタにおける前記第２半導体層の厚みを測定する方法であって、前記第２半導体層は、複数の分割層からなり、第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と、前記第１の分割層に隣接する第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比とが異なり、分光エリプソメータを利用することにより、前記第１半導体層と前記第１半導体層に隣接する部分の前記第２半導体層の分割層との間にゲルマニウムの組成が不連続に変化する第１界面と、前記第３半導体層と前記第３の半導体層に隣接する部分の前記第２の半導体層の分割層との間にゲルマニウムの組成が不連続に変化する第２界面とを検出することにより、前記第１界面と前記第２界面との間の距離を前記第２半導体の厚みと規定する。
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法において、前記複数の分割層はそれぞれ組成比が１．５％以上のゲルマニウムを含み、前記第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と前記第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比との差が１．５％以上であることが好ましい。
さらに、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法において、前記複数の分割層はそれぞれ組成比が２．５％以上のゲルマニウムを含み、前記第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と前記第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比との差が２．５％以上であることが好ましい。
本発明の前記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
〔図面の簡単な説明〕


【手続補正００３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
第１図（ａ）は従来のヘテロバイポーラトランジスタのベース部のＧｅ組成を示したグラフ図であり、第１図（ｂ）は本発明のヘテロバイポーラトランジスタのベース部のＧｅ組成を示したグラフ図である。
第２図は、本発明における９分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。
第３図（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第３図（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第３図（ｃ）は、同じくＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図である。
第４図は、本発明における３分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。
第５図（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第５図（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、第５図（ｃ）は、同じくＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図である。
第６図は、本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割の形態を示した模式図である。
第７図は、本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割数を変えた場合のデバイス特性の測定結果を示した表図である。
第８図（ａ）は、分割層数と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図であり、第８図（ｂ）は、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図で




【手続補正書】
【提出日】平成15年11月4日(2003.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第３半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記第２半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、および炭素を含む層である請求項１に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記第２半導体層は、ゲルマニウムの組成比が異なる複数の分割層から構成されており、前記分割層の数が２以上６以下である請求項１に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間には、前記第１半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上低いまたは２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されている請求項１に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記第２半導体層と前記第３半導体層との間には、前記第３半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されている請求項１に記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項８】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにバンドギャップの差が１８ｍｅＶ以上に相当するようにバンドギャップが段階的に変化する領域を有しているヘテロバイポーラトランジスタ。
【請求項９】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含み、前記ゲルマニウムの濃度が一定である結晶からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能し、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンからなる第３半導体層とを備えているヘテロバイポーラトランジスタにおける前記第２半導体層の厚みを測定する方法であって、
前記第２半導体層は、複数の分割層からなり、
第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と、前記第１の分割層に隣接する第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比とが異なり、
分光エリプソメータを利用することにより、前記第１半導体層と前記第１半導体層に隣接する部分の前記第２半導体層の分割層との間にゲルマニウムの組成が不連続に変化する第１界面と、前記第３半導体層と前記第３の半導体層に隣接する部分の前記第２の半導体層の分割層との間にゲルマニウムの組成が不連続に変化する第２界面とを検出することにより、前記第１界面と前記第２界面との間の距離を前記第２半導体の厚みと規定する、ヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法。
【請求項１０】
前記複数の分割層はそれぞれ組成比が１．５％以上のゲルマニウムを含み、前記第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と前記第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比との差が１．５％以上である、請求項９に記載のヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法。
【請求項１１】
前記複数の分割層はそれぞれ組成比が２．５％以上のゲルマニウムを含み、前記第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と前記第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比との差が２．５％以上である、請求項９に記載のヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に成長したフォトニック結晶を用いた垂直出射型の半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基板上に形成されるバイポーラトランジスタに、Ｓｉ（シリコン）／ＳｉＧｅ（シリコン・ゲルマニウム），Ｓｉ／ＳｉＣ（シリコン・カーボン）等のヘテロ接合構造を含ませることにより、より優れた伝導特性を持たせてさらに高周波領域の動作を実現させるヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の開発が急ピッチで進められている。このＨＢＴは、Ｓｉ基板上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させて、このＳｉＧｅヘテロ接合構造を用いて構成される。これにより、それまでＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）等の化合物半導体基板を用いたトランジスタでないと動作させることができなかった高周波領域においても動作可能なトランジスタを実現することができる。このＨＢＴは、Ｓｉ基板，ＳｉＧｅ層という汎用のシリコンプロセスと親和性のよい材料で構成されるので、高集積度化、低コスト化が可能であるという大きな利点を有している。
【０００３】
以下に、従来のＨＢＴの構造について、図１７を参照しながら説明する。図１７は、従来のへテロバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
【０００４】
図１７に示すように、従来のへテロバイポーラトランジスタにおいて、Ｓｉ基板１００の上部は、Ｎ型不純物を含む、深さ１μｍのレトログレードウェル１０１となっている。そして、素子分離として、酸化シリコンが埋め込まれたシャロートレンチ１０３と、アンドープポリシリコン膜１０５およびこれを取り囲むシリコン酸化膜１０６により構成されるディープトレンチ１０４とが設けられている。
【０００５】
また、Ｓｉ基板１００内におけるシャロートレンチ１０３によって挟まれる領域にコレクタ層１０２が設けられている。シャロートレンチ１０３によりＳｉ基板１００内のコレクタ層１０２と分離された領域には、レトログレードウェル１０１を介してコレクタ層１０２の電極とコンタクトするためのｎ＋コレクタ引き出し層１０７が設けられている。
【０００６】
また、Ｓｉ基板１００の上には、コレクタ開口部１１０を有する厚さ約３０ｎｍの第１の堆積酸化膜１０８が設けられている。Ｓｉ基板１００の上面のうちコレクタ開口部１１０に露出する部分の上には、ＳｉＧｅスペーサ層１３０と、ＳｉＧｅ傾斜層１３１と、Ｓｉキャップ層１３２とからなるベース形成層１１１が形成されている。ベース形成層１１１は、選択成長により、Ｓｉ基板１００のうちコレクタ開口部に露出している部分の上のみに形成されている。そして、ベース形成層１１１のうち中央部の下部が内部ベース１１９として機能している。また、ベース形成層１１１の中央部の上部がエミッタ層として機能している。また、ベース形成層１１１のうちＳｉＧｅスペーサ層１３０とＳｉＧｅ傾斜層１３１との大部分は、ボロン（Ｂ）などのｐ型不純物によって２×１０１８atoms・cm−３程度にドーピングされている。一方、Ｓｉキャップ層１３２は、Ｎ＋ポリシリコン層１２９からのリン（Ｐ）等のＮ型不純物の拡散によって、基板の深さ方向に向かって１×１０２０atoms・cm−３から１×１０１７atoms・cm−３程度までの分布をもってドーピングされている。
【０００７】
第１の堆積酸化膜１０８およびベース形成層１１１の上には、厚さ約３０ｎｍのエッチストッパ用の第２の堆積酸化膜１１２が設けられている。この第２の堆積酸化膜１１２には、ベース接合用開口部１１４およびベース開口部１１８が設けられている。そして、ベース接合用開口部１１４を埋めて第２の堆積酸化膜１１２の上に延びる厚さ約１５０ｎｍのｐ＋ポリシリコン層１１５と第３の堆積酸化膜１１７とが設けられている。ベース形成層１１１のうちベース開口部１１８の下方領域を除く部分とｐ＋ポリシリコン層１１５とによって外部ベース１１６が構成されている。
【０００８】
また、ｐ＋ポリシリコン層１１５および第３の堆積酸化膜１１７のうち、第２の堆積酸化膜１１２のべース開口部１１８の上方に位置する部分は開口されていて、ｐ＋ポリシリコン層１１５の側面には厚さ約３０ｎｍの第４の堆積酸化膜１２０が形成されている。この、第４の堆積酸化膜１２０の上には厚さ約１００ｎｍのポリシリコンからなるサイドウォール１２１が設けられている。そして、ベース開口部１１８を埋めて第３の堆積酸化膜の上に延びるｎ＋ポリシリコン層１２９が設けられており、このｎ＋ポリシリコン層１２９はエミッタ引き出し電極として機能する。ｎ＋ポリシリコン層１２９およびｐ＋ポリシリコン層１１５の外側面はサイドウォール１２３により覆われている。
【０００９】
さらに、コレクタ引さ出し層１０７、ｐ＋ポリシリコン層１１５およびｎ＋ポリシリコン層１２９の表面には、それぞれＴｉ（チタン）シリサイド層１２４が形成されている。
【００１０】
また、基板全体は、層間絶縁膜１２５によって覆われており、この層間絶縁膜１２５を貫通してｎ＋コレクタ引き出し層１０７、外部ベースの一部であるｐ＋ポリシリコン層１１５、およびエミッタ引き出し電極であるｎ＋ポリシリコン層１２９のＴｉシリサイド層１２４に到達する接続孔がそれぞれ形成されている。そして、この接続孔を埋めるＷプラグ１２６と、各Ｗプラグ１２６に接続されて、層間絶縁膜１２５の上に延びる金属配線１２７とが設けられている。
【００１１】
ここで、ベースとして機能するベース形成層１１１のうちのＳｉＧｅ傾斜層１３１においては、ＳｉＧｅスペーサ層１３０からＳｉキャップ層１３２へ向かう方向にＧｅ組成比が減少している。これにより、ベース領域のバンドギャップがエミッタ領域からコレクタ領域に向かうにしたがって徐々に小さくなるような傾斜を有する組成によってベース領域を構成することが可能になる。このような傾斜を有する組成によって生じる電界により、ベース層中に注入されたキャリアが加速されベース層内をドリフト走行する。このドリフト電界によって、拡散によるキャリアの速度より高速にできるため、ベース走行時間の短縮が図られ遮断周波数（ｆＴ）を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述したような従来のへテロバイポーラトランジスタにおいては．以下に述べるような不具合が生じていた。
【００１３】
図１７に示すように、ベースとして機能するベース形成層１１１が、ＳｉＧｅスペーサ層１３０、ＳｉＧｅ傾斜層１３１およびＳｉキャップ層１３２の３層からなる場合には、それぞれの層の膜厚を測定することが困難であり、各層の正確な膜厚を把握しにくい状況にあった。そのため、例えば分光エリプソメータを利用することによって各層の膜厚を測定する場合には、測定誤差および測定値のばらつきなどが大きくなっていた。これにより、装置を量産する場合においては、層の形成の確認および工程の管理などが困難となっていた。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされており、その目的は、ベース形成層のＧｅ組成の形態を変化させることにより、ベース部を構成する各層の膜厚の測定精度を向上させることができるヘテロバイポーラトランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述した目的を達成するために、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有している。
【００１６】
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第１半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有している。
【００１７】
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第３半導体層との界面の近傍にゲルマニウムの組成比の差が２．５％以上に相当するようにゲルマニウムの組成比が段階的に変化する領域を有している。
【００１８】
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第２半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、および炭素を含む層であることが好ましい。
【００１９】
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第２半導体層は、ゲルマニウムの組成比が異なる複数の分割層から構成されており、前記分割層の数が２以上６以下であることが好ましい。
【００２０】
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間には、前記第１半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上低いまたは２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されていることが好ましい。
【００２１】
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記第２半導体層と前記第３半導体層との間には、前記第３半導体層と比べてゲルマニウムの組成比が２．５％以上高い、少なくともシリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなるマーカ層が形成されていることが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能する、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンを含む結晶からなる第３半導体層とを備え、前記第２半導体層は、前記第１半導体層および第３半導体層との界面の近傍それぞれにバンドギャップの差が１８ｍｅＶ以上に相当するようにバンドギャップが段階的に変化する領域を有している。
【００２３】
また、本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、シリコンおよびゲルマニウムを含み、前記ゲルマニウムの濃度が一定である結晶からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成され、少なくとも一部がベース層として機能し、シリコンおよびゲルマニウムを含む結晶からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成され、少なくとも一部がエミッタ層として機能する、シリコンからなる第３半導体層とを備えているヘテロバイポーラトランジスタにおける前記第２半導体層の厚みを測定する方法であって、前記第２半導体層は、複数の分割層からなり、第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と、前記第１の分割層に隣接する第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比とが異なり、分光エリプソメータを利用することにより、前記第１半導体層と前記第１半導体層に隣接する部分の前記第２半導体層の分割層との間にゲルマニウムの組成が不連続に変化する第１界面と、前記第３半導体層と前記第３の半導体層に隣接する部分の前記第２の半導体層の分割層との間にゲルマニウムの組成が不連続に変化する第２界面とを検出することにより、前記第１界面と前記第２界面との間の距離を前記第２半導体の厚みと規定する。
【００２４】
また、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法において、前記複数の分割層はそれぞれ組成比が１．５％以上のゲルマニウムを含み、前記第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と前記第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比との差が１．５％以上であることが好ましい。
【００２５】
さらに、前記発明に係るヘテロバイポーラトランジスタにおける半導体層の厚みを測定する方法において、前記複数の分割層はそれぞれ組成比が２．５％以上のゲルマニウムを含み、前記第１の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比と前記第２の分割層に含まれるゲルマニウムの組成比との差が２．５％以上であることが好ましい。
【００２６】
本発明の前記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のヘテロバイポーラトランジスタは、ベース形成層のＧｅ組成の形態を変化させることにより、ベース部を構成する各層の膜厚の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
［ベース形成層のＧｅ組成の形態についての考察と実験結果］
発明者らは、図１７に示すような従来のへテロバイポーラトランジスタにおいて、ベース形成層１１１を構成する各層の膜厚の測定の精度を向上させるために、ベース形成層１１１におけるＧｅ組成の変化に着目し、以下のような考察を行った。その考察について、以下に、図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、従来および本発明のへテロバイポーラトランジスタのべース部のＧｅ組成をそれぞれ示したグラフ図である。
【００３０】
図１（ａ）に示すように、ベース形成層１１１のうちのＳｉＧｅ傾斜層１３１においては、ＳｉＧｅスペーサ層１３０からＳｉキャップ層１３２へ向かう方向に、連続的にＧｅ組成比が減少している。このようにＧｅ組成比が変化すると、ベース形成層１１１において、Ｓｉキャップ層１３２、ＳｉＧｅ傾斜層１３１およびＳｉＧｅスペーサ層１３０の各層の間には、組成が不連続に変化する明確な界面が存在しない。そのため、分光エリプソメータを利用することにより測定を行なう場合には、各層の界面の位置を正確に検出することができず、各層の膜厚を測定することが困難となると考えられる。
【００３１】
そこで、本発明においては、図１（ｂ）に示すように、ベース形成層のうちのＳｉＧｅ傾斜層において、ＳｉＧｅスペーサ層からＳｉキャップ層へ向かう方向に、段階的にＧｅ組成比を減少させることとした。これにより、Ｓｉキャップ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の各層の間に組成が不連続に変化する界面が形成される。したがって、分光エリプソメータを利用することにより界面の位置の検出が可能となり、各層の膜厚を精度よく測定することができるようになると考えられる。
【００３２】
以上の考察に基づき、Ｇｅ組成比を段階的に変化させたＳｉＧｅ傾斜層を形成し、ベース形成層における各層の膜厚を測定した結果について、図２から図５を参照しながら説明する。測定に用いたＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比は、ＳｉＧｅスペーサ層からＳｉキャップ層への方向に０％から１５％までの範囲で段階的に変化し、ＳｉＧｅ傾斜層の膜厚の設定値は４０ｎｍである。なお、本明細書においては、Ｇｅ組成比の異なる層をｘ層だけ形成したＳｉＧｅ傾斜層をｘ分割ＳｉＧｅ傾斜層と呼び、ｘ分割ＳｉＧｅ傾斜層を構成する各層を分割層と呼ぶことにする。
【００３３】
図２は、本発明における９分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。また、図３（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、図３（ｂ）および（ｃ）は、同じくＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果をそれぞれ示す図である。図２に示すように、９分割ＳｉＧｅ傾斜層を形成した場合には、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚は約４．４ｎｍとなり、隣接する各分割層間のＧｅ組成比の差は約１．５％となる。この場合、図３（ａ）から（ｃ）に示すように、ベース形成層全体の膜厚の設定値が１１０ｎｍ（＝４０ｎｍ＋４０ｎｍ＋３０ｎｍ）であるのに対し、その実測値（ＡＶＥ）は１０６ｎｍ（＝２０．６ｎｍ＋４１．３ｎｍ＋４４．１ｎｍ）であった。このように、ベース形成層全体の膜厚の実測値は設定値に近い値となった。一方、Ｓｉキャップ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の各層の膜厚の実測値（ＡＶＥ）は設定値と近い値をとらなかった。
【００３４】
図４は、本発明における３分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。また、図５（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、図５（ｂ）および（ｃ）は、同じくＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果をそれぞれ示す図である。図４に示すように、３分割ＳｉＧｅ傾斜層を形成した場合には、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚は約１３．３ｎｍとなり、隣接する各分割層間のＧｅ組成比の差は約３％から４％となる。この場合、図５（ａ）から（ｃ）に示すように、ベース形成層全体の膜厚の設定値が１１０ｎｍ（＝４０ｎｍ＋４０ｎｍ＋３０ｎｍ）であるのに対し、その実測値（ＡＶＥ）は１１１．５ｎｍ（＝４２．１ｎｍ＋４０．３ｎｍ＋２９．１ｎｍ）であった。このように、ベース形成層全体の膜厚の実測値は設定値に近い値となった。また、Ｓｉキャップ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の各層の膜厚の実測値（ＡＶＥ）も設定値と近い値となった。
【００３５】
図４では、ＳｉＧｅスペーサ層のＧｅ濃度を１５％とし、これに接するＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ濃度を１２％、８％、４％と段階的に減らしているが、この他、ＳｉＧｅスペーサ層のＧｅ濃度を２０％とし、これに接するＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ濃度を２１％、１８％、８％と段階的に減らしても良い。この時、Ｇｅ濃度が２０％であるＳｉＧｅスペーサ層の厚みは約２０ｎｍ、Ｇｅ濃度が２１％の部分のＳｉＧｅ傾斜層の厚みは約４ｎｍ、Ｇｅ濃度が１８％の部分のＳｉＧｅ傾斜層の厚みは約４ｎｍ、Ｇｅ濃度が８％の部分のＳｉＧｅ傾斜層の厚みは約５ｎｍとすることが好ましい。
【００３６】
以上の結果により、ＳｉＧｅ傾斜層においては、分割層数を比較的少なくして各分割層の膜厚を厚くし、隣接する各分割層間のＧｅの組成比の差の値を大きくすることにより、Ｓｉキャップ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉＧｅスペーサ層の各層の膜厚を精度よく測定できることがわかる。
【００３７】
ところで、前述した測定結果により、ＳｉＧｅ傾斜層における分割層数を少なくする場合には、分割層間におけるＧｅ組成比の変化が大きくなりすぎるために、デバイス特性の劣化が生じるおそれがある。そこで、デバイス持性の劣化を伴うことなく、どの程度の分割が可能であるかを調べるために、ＳｉＧｅ傾斜層における分割層数が異なるデバイスの特性を測定した結果について、図６から図９を参照しながら以下に説明する。なお、測定に用いたＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比は、Ｓｉキャップ層からＳｉＧｅスペーサ層への方向に０％から１５％の範囲で変化し、ＳｉＧｅ傾斜層の膜厚の設定値は２０、３０および４０ｎｍである。
【００３８】
図６は、本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割の形態を示した模式図である。また、図７は、本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割数を変えた場合のデバイス特性の測定結果を示した表図である。図６に示すように、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層間のＧｅの組成比および各分割層の膜厚を変化させた。ここで、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比はＳｉキャップ層からＳｉＧｅスペーサ層への方向に０％から１５％の範囲で変化させている。また、Ｓｉキャップ層の膜厚は３０ｎｍ、ＳｉＧｅスペーサ層（Ｇｅ組成比が１５％）の膜厚は４０ｎｍとしている。なお、図６には分割層数が１から３までの場合のみ示しているが、分割層数が４以上の場合も同様にしてデバイスを作製した。
【００３９】
図８（ａ）は、分割層数と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図である。これにより、ＳｉＧｅ傾斜層の膜厚が２０ｎｍ、３０ｎｍおよび４０ｎｍの場合には、分割層数が２から３程度以上でデバイスの遮断周波数がほぼ一定となることがわかる。なお、分割層数が２のときは、隣接する各分割層間のＧｅ組成比の差は５％であり、分割層数が３の場合には、隣接する各分割層間のＧｅ組成比の差は３．７５％である。
【００４０】
一方、図８（ｂ）は、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図である。これにより、ＳｉＧｅ傾斜層の膜厚が２０ｎｍ、３０ｎｍおよび４０ｎｍのいずれの場合においても、デバイスの遮断周波数は、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚が２０ｎｍ程度以下においてほぼ一定に保たれていることがわかる。
【００４１】
図９は、厚さ４０ｎｍのＳｉＧｅ傾斜層における分割層数と，デバイスの遮断周波数（ｆＴ）の実測値とを示した表図である。これにより、分割層数が３、５および９の場合において、デバイスの遮断周波数の値の変化は誤差の範囲内であると考えられ、デバイス特性の劣化が生じないといえる。
【００４２】
なお、以上はＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化範囲が０％から１５％である場合の測定結果であるが、Ｇｅ組成比の変化範囲が０％から１０％である場合、０％から２０％である場合においても、同様の測定を行った。それについて、以下に、図１０（ａ）、（ｂ）および図１１（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図１０（ａ）は０％から１０％の範囲のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ傾斜層における分割層数の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図であり、図１０（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図である。また、図１１（ａ）は０％から２０％の範囲のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ傾斜層における分割層数の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図であり、図１１（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図である。
【００４３】
図１０（ａ）示すように、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比が０％から１０％の範囲で変化する場合において、デバイスの遮断周波数（ｆＴ）は、分割層数が２から３程度以上のときにほぼ一定となる。更に図１０（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比が０％から１０％の範囲で変化する場合において、デバイスの遮断周波数（ｆＴ）は、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚が２０ｎｍ程度以下でほぼ一定となる。
【００４４】
また、図１１（ａ）に示すように、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比が０％から２０％の範囲で変化する場合においても、デバイスの遮断周波数（ｆＴ）は、分割層数が２から３程度以上のときにほぼ一定となる。更に図１１（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比が０％から２０％の範囲で変化する場合において、デバイスの遮断周波数（ｆＴ）は、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚がほぼ２０ｎｍ程度以下でほぼ一定となる。
【００４５】
これらの結果より、ＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化範囲が０％から１５％，０％から１０％、または０％から２０％の何れの場合においても、デバイス特性の劣化を伴うことのないＳｉＧｅ傾斜層における分割層の数は、２から３層以上であり、分割層の膜厚は２０ｎｍ程度以下であるといえる。
【００４６】
以上をまとめると、本発明においては、ＳｉＧｅスペーサ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉキャップ層の膜厚を精度良く測定するためには、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚は厚く、分割層数は少なく、また、各分割層間のＧｅ組成比の差は２．５％程度以上であることが好ましいといえる。ただし、デバイスの特性の劣化を回避するためには、ＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚は２０ｎｍ程度以下であるか、分割層数は２層以上であることが必要である。
【００４７】
前述したように、分割層間のＧｅ組成比の差が２．５％程度以上であれば、各層の界面の位置を特定することができ、その結果ＳｉＧｅスペーサ層、ＳｉＧｅ傾斜層およびＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを用いて精度良く測定することができる。ところで、分光エリプソメータではバンドギャップに依存した出力によって各層の膜厚の測定が行われる。しかしながら、傾斜層に炭素が含まれている場合、その傾斜層のバンドギャップが狭くなるため、傾斜層に炭素が含まれていない場合と比べてＧｅの組成比をより高くしなければ各層の界面の位置を特定することができない。ここで、各分割層間のバンドギャップの差が１８ｍｅＶ程度以上であれば各層の界面の位置を特定することが可能であるため、そのようなバンドギャップの差を実現できるように各分割層間のＧｅの組成比を決定すればよい。
【００４８】
（実施の形態１）
本実施の形態においては、上述の考察および測定結果に基づき、段階的にＧｅ組成比が変化するＳｉＧｅ層を有するヘテロバイポーラトランジスタについて述べる。
【００４９】
まず、本実施形態のへテロバイポーラトランジスタの構造について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、本発明の実施の形態１に係るヘテロバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
【００５０】
図１２に示すように、本実施の形態のへテロバイポーラトランジスタにおいて、Ｓｉ基板１０の上部は、Ｎ型不純物を含む，深さ１μｍのレトログレードウェル１１となっている。そして、素子分離として、酸化シリコンが埋め込まれたシャロートレンチ１３と、アンドープポリシリコン膜１５およびこれを取り囲むシリコン酸化膜１６により構成されるディープトレンチ１４とが設けられている。
【００５１】
また、Ｓｉ基板１０内におけるシャロートレンチ１３によって挟まれる領域にコレクタ層１２が設けられている。シャロートレンチ１３によりＳｉ基板１０内のコレクタ層１２と分離された領域には、レトログレードウェル１１を介してコレクタ層１２の電極とコンタクトするためのｎ＋コレクタ引き出し層１７が設けられている。
【００５２】
また、Ｓｉ基板１１の上には、コレクタ開口部２０を有する厚さ約３０ｎｍの第１の堆積酸化膜１８が設けられている。Ｓｉ基板１０の上面のうちコレクタ開口部２０に露出する部分の上には、厚さ設定値４０ｎｍのＳｉＧｅスペーサ層４０と、厚さ設定値４０ｎｍのＳｉＧｅ傾斜層４１と、厚さ設定値３０ｎｍのＳｉキャップ層４２とからなるベース形成層２１が形成されている。ベース形成層２１は、選択成長により、Ｓｉ基板１０のうちコレクタ開口部２０に露出している部分の上のみに形成されている。そして、ベース形成層２１のうち中央部の下部が内部ベース２９として機能している。また、ベース形成層２１の中央部の上部がエミッタ層として機能している。また、ベース形成層２１のうちＳｉＧｅスペーサ層４０とＳｉＧｅ傾斜層４１との大部分は、ボロン（Ｂ）などのｐ型不純物によって２×１０１８atoms・cm−３程度にドーピングされている。一方、Ｓｉキャップ層４２は、Ｎ＋ポリシリコン層３９からのリン（Ｐ）等のＮ型不純物の拡散によって、基板の深さ方向に向かって１×１０２０atoms・cm−３から１×１０１７atoms・cm−３程度までの分布をもってドーピングされている。
【００５３】
ここで、本発明においては、ベース形成層２１のうちＳｉＧｅ傾斜層４１は、ほぼ同程度の厚さを有する複数の分割層から構成されている。そして、ＳｉＧｅ傾斜層４１において各分割層のＧｅ組成比は、ＳｉＧｅスペーサ層４０からＳｉキャップ層４２への方向に、０％から１５％の範囲で、ほぼ一定の割合で段階的に減少している。つまり、ＳｉＧｅ傾斜層４１は、Ｇｅ組成比が異なる複数の分割層から構成されている。
【００５４】
ここで、上述の考察と測定との結果により、Ｓｉキャップ層４２、ＳｉＧｅ傾斜層４１およびＳｉＧｅスペーサ層４０の膜厚を精度よく測定するためには、ＳｉＧｅ傾斜層４１おける分割層数を少なくして、各分割層の膜厚を厚くし、隣接する各分割層問のＧｅの組成比の差の値を大きくすることが好ましい。ただし、デバイスの特性を保持するためには、分割層の数が２層以上であるか、分割層の膜厚が２０ｎｍ程度以下であることが必要である。ここで分割層の数が大きすぎると各分割層の膜厚が小さくなりすぎるために各層の膜厚を精度よく測定することができなくなるので、分割層の数は６以下程度であることが好ましい。
【００５５】
なお、ベース形成層２１のＳｉキャップ層４２、ＳｉＧｅ傾斜層４１およびＳｉＧｅスペーサ層４０は、原料ガスとしてＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６，ＧｅＨ４などを用いたＣＶＤ法（化学気相成長法）によってエピタキシャル成長させることにより形成される。このうち、ＳｉＧｅ傾斜層４１の形成時には、原料ガスのうちでＳｉの原料ガスとＧｅの原料ガスとの供給比を段階的に変化させることにより、Ｇｅ組成比の異なる各分割層を形成する。
【００５６】
第１の堆積酸化膜１８およびベース形成層２１の上には、厚さ約３０ｎｍのエッチストッパ用の第２の堆積酸化膜２２が設けられている。この第２の堆積酸化膜２２には、ベース接合用開口部２４およびベース開口部２８が設けられている。そして、ベース接合用開口部２４を埋めて第２の堆積酸化膜２２の上に延びる厚さ約１５０ｎｍのｐ＋ポリシリコン層２５と第３の堆積酸化膜２７とが設けられている。ベース形成層２１のうちベース開口部２８の下方領域を除く部分とｐ＋ポリシリコン層２５とによって外部ベース２６が構成されている。
【００５７】
また、ｐ＋ポリシリコン層２５および第３の堆積酸化膜２７のうち、第２の堆積酸化膜２２のべース開口部２８の上方に位置する部分は関口されていて、ｐ＋ポリシリコン層２５の側面には厚さ約３０ｎｍの第４の堆積酸化膜３０が形成されている。この、第４の堆積酸化膜３０の上には厚さ約１００ｎｍのポリシリコンからなるサイドウォール３１が設けられている。そして、ベース開口部２８を埋めて第３の堆積酸化膜の上に延びるｎ＋ポリシリコン層３９が設けられており、このｎ＋ポリシリコン層３９はエミッタ引き出し電極として機能する。ｎ＋ポリシリコン層３９およびｐ＋ポリシリコン層２５の外側面はサイドウォール３３により覆われている。
【００５８】
さらに、コレクタ引き出し層１７、ｐ＋ポリシリコン層２５およびｎ＋ポリシリコン層３９の表面には、それぞれＴｉシリサイド層３４が形成されている。
【００５９】
また、基板全体は、層間絶縁膜３５によって覆われており、この層間絶縁膜３５を貫通してｎ＋コレクタ引き出し層１７、外部ベースの一部であるｐ＋ポリシリコン層２５およびエミッタ引き出し電極であるｎ＋ポリシリコン層３９のＴｉシリサイド層３４に到達する接続孔がそれぞれ形成されている。そして、この接続孔を埋めるＷプラグ３６と、各Ｗプラグ３６に接続されて、層間絶縁膜３５の上に延びる金属配線３７とが設けられている。以上により、本発明のへテロバイポーラトランジスタが構成されている。
【００６０】
ここで、本実施形態のＳｉＧｅ傾斜層４１のＧｅの組成比の変化を測定した結果について、図１３を参照しながら述べる。図１３は、本発明の実施の形態１におけるＳｉＧｅ傾斜層４１のＧｅ組成比変化を、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）を用いて測定した結果を示すグラフ図である。このとき、ＳｉＧｅ傾斜層４１は、膜厚４０ｎｍであり、０％から１５％の範囲で変化するＧｅ組成比を示し、４つの分割層からなっている。
【００６１】
図１３において、破線曲線（I）はＳＩＭＳの強度プロファイルを示しており、実線曲線（II）は、破線曲線（I）を一次微分したプロファイルを示している。破線曲線（I）、実線曲線（II）から、ＳｉＧｅ傾斜層４１におけるＧｅの組成比は不連続に変化しており、各分割層の界面が検出されていることがわかる。
【００６２】
ここで、本実施の形態のへテロバイポーラトランジスタにおいて得られる効果について述べる。
【００６３】
本実施の形態のへテロバイポーラトランジスタにおいては、ベース形成層２１のうちのＳｉＧｅ傾斜層４１において、Ｓｉキャップ層４２からＳｉＧｅスペーサ層４０へ向かう方向に、段階的にＧｅ組成比を増加させることとした。これにより、Ｓｉキャップ層４２、ＳｉＧｅ傾斜層４１およびＳｉＧｅスペーサ層４０の各層の間に組成の相違による界面が形成されるため、分光エリプソメータを利用することにより界面位置の検出が可能となり、各層の膜厚を精度よく測定することが容易になると考えられる。このことにより、装置の量産段階において、層の形成の確認および管理などを正確に行なうことが容易となる。
【００６４】
なお、本実施の形態においては、ＳｉＧｅ傾斜層４１のＧｅ組成比の変化の範囲は、上述の０％から１５％に限られるわけではなく、例えば、０％から１０％の範囲、または０％から３０％の範囲であってもよい。
【００６５】
また、ベース形成層２１におけるＳｉＧｅスペーサ層４０、ＳｉＧｅ傾斜層４１およびＳｉキャップ層４２の膜厚の設定値は、上述の膜厚の設定値に限られるものではなく、他の設定値であってもよい。
【００６６】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、実施の形態１で述べたヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）におけるベース形成層の形態を変形した例について述べる。
【００６７】
本実施の形態のＨＢＴは、ベース形成層２１の形態が異なる点を除いて、実施の形態１で述べたＨＢＴの横造と同様の構造を有している。
【００６８】
以下に、本実施の形態のべース形成層２１の第１の実施例から第３の実施例について図１４（ａ）から図１６（ｃ）、および図１１を参照しながら説明する。
【００６９】
図１４（ａ）はベース形成層２１の第１の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、図１４（ｂ）はその第１の実施例におけるデバイス特性を示す表図、図１４（ｃ）はその第１の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
【００７０】
図１４（ａ）に示すように、本実施の形態における第１のべース形成層２１は、Ｓｉキャップ層４２と、ＳｉＧｅスペーサ層４０からＳｉキャップ層４２への方向にＧｅ組成比が０％から１５％の範囲で減少する各分割層から構成されるＳｉＧｅ傾斜層４１と、ＳｉＧｅスペーサ層４０と、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間に介在するマーカ層とからなる。ここで、マーカ層は、Ｓｉからなる層であるか、またはＧｅ組成比が５％あるいは１０％であるＳｉＧｅ層からなる層である。このように、ＳｉＧｅスペーサ層４０と比較してＧｅ組成比の低いマーカ層をＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間に介在させることにより、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間の界面を明確にすることができる。なお、マーカ層のＧｅ組成比は、ＳｉＧｅスペーサ層４０のＧｅ組成比より高くてもよい。前述したように、Ｇｅ組成比の差が２．５％程度以上であれば各層の界面の位置を精度良く測定することができる。したがって、この第１の実施例において、マーカ層のＧｅ組成比とＳｉＧｅスペーサ層のＧｅ組成比との差が２．５％程度以上であれば、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間の界面を明確にすることができる。
【００７１】
この場合には、図１４（ｂ）および（ｃ）に示すように、マーカ層の膜厚は３ｎｍ程度以下であるときには、デバイスの特性の劣化はほとんど起こっていない。
【００７２】
図１５（ａ）はベース形成層２１の第２の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、図１５（ｂ）はその第２の実施例におけるデバイス特性を示す表図、図１５（ｃ）はその第２の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
【００７３】
図１５（ａ）に示すように、本実施の形態における第２のべース形成層は、Ｓｉキャップ層４２と、ＳｉＧｅスペーサ層４０からＳｉキャップ層４２への方向にＧｅ組成比が０％から１５％の範囲で減少する各分割層から構成されるＳｉＧｅ傾斜層４１と、ＳｉＧｅスペーサ層４０と、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間に介在するマーカ層とからなる。ここで、マーカ層は、Ｇｅ組成比が５％、１０％または１５％であるＳｉＧｅ層からなる。このように、Ｓｉキャップ層４２と比較してＧｅ組成比の高いマーカ層をＳｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間に介在させることにより、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間の界面を明確にすることができる。前述したように、Ｇｅ組成比の差が２．５％程度以上であれば各層の界面の位置を精度良く測定することができる。したがって、この第２の実施例において、マーカ層のＧｅ組成比とＳｉＧｅ傾斜層４１のＧｅ組成比との差が２．５％程度以上であれば、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間の界面を明確にすることができる。
【００７４】
この場合には、図１５（ｂ）および（ｃ）に示すように、特に、マーカ層のＧｅ組成比が低い場合には、マーカ層の膜厚が３ｎｍ程度以下であれば、デバイスの特性の劣化はほとんど起こっていない。
【００７５】
図１６（ａ）はベース形成層２１の第３の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、図１６（ｂ）はその第３の実施例におけるデバイス特性を示す表図、図１６（ｃ）はその第３の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
【００７６】
図１６（ａ）に示すように、本実施の形態における第３のべース形成層は、Ｓｉキャップ層４２と、ＳｉＧｅスペーサ層４０からＳｉキャップ層４２への方向にＧｅ組成比が０％から１５％の範囲で減少する各分割層から構成されるＳｉＧｅ傾斜層４１と、１５％以上のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅスペーサ層４０とからなる。ここで、ＳｉＧｅスペーサ層４０のＧｅ組成比は、１５％から１８％の範囲内である。このように、Ｇｅ組成比の高いＳｉＧｅスペーサ層４０を用いることにより、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間のＧｅ組成比の差を大きくすることができるため、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間の界面を明確にすることができる。
【００７７】
この場合には、図１６（ｂ）および（ｃ）に示すように、ＳｉＧｅスペーサ層４０のＧｅ組成比を１８％にまで増加させてもデバイス特性の劣化が起こっていない。そのため、デバイスの劣化を伴うことなく、ベース形成層を構成する層の膜厚をより正確に測定することが可能となる。
【００７８】
（その他の実施形態）
上記実施の形態においては、ベース部を形成する傾斜層４１としてＳｉＧｅ層を用いているが、ＳｉＧｅＣ（シリコン・ゲルマニウム・カーボン）層を用いることもできる。
【００７９】
上記の実施の形態においては、ＳｉＧｅ傾斜層４１における各分割層の膜厚は、ほぼ一定である場合について述べたが、本発明においては、ＳｉＧｅ傾斜層４１における各分割層の膜厚は同じであってもよいし、各分割層で異なっていてもよい。
【００８０】
上記の実施の形態においては、ＳｉＧｅ傾斜層４１における各分割層のＧｅ組成比が、Ｓｉキャップ層４２からＳｉＧｅスペーサ層４０への方向に向かって一定の割合で増加している場合について述べたが、本発明においては、一定の割合で増加しなくてもよい。例えば、各分割層のうちＳｉキャップ層４２と接する分割層のＧｅ組成比が、Ｓｉキャップ層４２のＧｅ組成比よりも２．５％程度以上高い値であれば、Ｓｉキャップ層４２とＳｉＧｅ傾斜層４１との間の界面を正確に観測することができる。同様に、各分割層のうちＳｉＧｅスペーサ層４０と接する分割層のＧｅ組成比が、ＳｉＧｅスペーサ層４０と比較して２．５％程度以上低い値であれば、ＳｉＧｅ傾斜層４１とＳｉＧｅスペーサ層４０との間の界面を正確に観測することができる。
【００８１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係るヘテロバイポーラトランジスタは、高周波領域で動作可能なトランジスタとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】（ａ）は従来のへテロバイポーラトランジスタのべース部のＧｅ組成を示したグラフ図であり、（ｂ）は本発明のへテロバイポーラトランジスタのべース部のＧｅ組成を示したグラフ図である。
【図２】本発明における９分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。
【図３】（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、（ｃ）は、同じくＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図である。
【図４】本発明における３分割のＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比の変化を示した模式図である。
【図５】（ａ）は、本発明において、ベース形成層におけるＳｉキャップ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図であり、（ｃ）は、同じくＳｉＧｅスペーサ層の膜厚を分光エリプソメータを利用することにより測定した結果を示す図である。
【図６】本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割の形態を示した模式図である。
【図７】本発明において、ＳｉＧｅ傾斜層の分割数を変えた場合のデバイス特性の測定結果を示した表図である。
【図８】（ａ）は、分割層数と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図であり、（ｂ）は、ＳｉＧｅ傾斜層における各分割層の膜厚と、シミュレーションにより測定したデバイスの遮断周波数（ｆＴ）との関係を示したグラフ図である。
【図９】厚さ４０ｎｍのＳｉＧｅ傾斜層における分割層数とデバイスの遮断周波数（ｆＴ）の実測値とを示した表図である。
【図１０】（ａ）は０％から１０％の範囲のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ傾斜層における分割層数の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図であり、（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図である。
【図１１】（ａ）は０％から２０％の範囲のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ傾斜層における分割層数の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図であり、（ｂ）は同じくＳｉＧｅ傾斜層の各分割層の膜厚の異なるデバイス特性の測定結果を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係るヘテロバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１におけるＳｉＧｅ傾斜層のＧｅ組成比変化を、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）を用いて測定した結果を示すグラフ図である。
【図１４】（ａ）はベース形成層の第１の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、（ｂ）はその第１の実施例におけるデバイス特性を示す表図、（ｃ）はその第１の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
【図１５】（ａ）はベース形成層の第２の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、（ｂ）はその第２の実施例におけるデバイス特性を示す表図、（ｃ）はその第２の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
【図１６】（ａ）はベース形成層の第３の実施例における各分割層のＧｅ組成比を示した模式図、（ｂ）はその第２の実施例におけるデバイス特性を示す表図、（ｃ）はその第２の実施例におけるデバイス特性の測定結果を示したグラフ図である。
【図１７】従来のへテロバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０    Ｓｉ基板
１１    レトログレードウェル
１２    コレクタ層
１３    シャロートレンチ
１４    ディープトレンチ
１５    アンドープポリシリコン膜
１７    ｎ＋コレクタ引き出し層
１８    第１の堆積酸化膜
２０    コレクタ開口部
２１    ベース形成層
２２    第２の堆積酸化膜
２４    ベース接合用開口部
２５    ｐ＋ポリシリコン層
２６    外部ベース
２７    第３の堆積酸化膜
２８    ベース開口部
３０    第４の堆積酸化膜
３１    サイドウォール
３４    Ｔｉシリサイド層
３５    層間絶縁膜
３６    Ｗプラグ
３７    金属配線
３９    ｐ＋ポリシリコン層
４０    ＳｉＧｅスペーサ層
４１    ＳｉＧｅ傾斜層
４２    Ｓｉキャップ層
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2003050880.tif 000025
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2003050880.tif 000029
【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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【国際調査報告】
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