(57)【要約】【課題】高いアーリー電圧を有し、かつｈＦＥのバラツキの少ないＳｉＧｅへテロ接合バイポーラトランジスタを提供する。【解決手段】ＳｉＧｅ混晶からなるベース層は、コレクタ層３に接し、ベース不純物が拡散されていないスペーサ層４と、エミッタ層９に接し、ベース不純物が拡散されている真性ベース層５とを備え、スペーサ層４は、低濃度のＣを含有し、真性ベース層５は、コレクタ層３側にあって、低濃度のＣを含有する第１の領域と、エミッタ層９側にあって、高濃度のＣを含有する第２の領域とを備えている。【選択図】図２
2008235560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース層がＳｉＧｅ混晶からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタであって、
前記ベース層は、
コレクタ層に接し、ベース不純物が拡散されていないスペーサ層と、
エミッタ層に接し、ベース不純物が拡散されている真性ベース層とを備え、
前記スペーサ層は、第１の濃度のＣを含有し、
前記真性ベース層は、
コレクタ層側にあって、第２の濃度のＣを含有する第１の領域と、
エミッタ層側にあって、第３の濃度のＣを含有する第２の領域とを備え、
前記第３の濃度は、前記第１の濃度及び前記第２の濃度よりも高濃度である、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記第２の領域は、エミッタ層に接している、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記第２の領域は、前記第１の領域側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に減少する領域を有している、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記真性ベース層は、前記第２の領域とエミッタ層との間に第３の領域をさらに備え、
前記第３の領域は、第４の濃度のＣを含有し、該第４の濃度は、前記第３の濃度よりも低濃度である、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記第２の領域は、前記第３の領域側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に増加する領域を有している、請求項４に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記スペーサ層は、コレクタ層側において、前記第１の濃度よりも高濃度なＣを含有する高濃度領域を有している、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記高濃度領域は、前記真性ベース層側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に増加する傾斜領域を有している、請求項６に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項８】
前記第１の濃度及び前記第２の濃度は、０．０５〜０．３ａｔ％の範囲である、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項９】
前記第３の濃度は、０．４〜２．０ａｔ％の範囲である、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１０】
前記第４の濃度は、０．４〜２．０ａｔ％の範囲である、請求項４に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１１】
前記ベース層上に、Ｓｉからなるキャップ層が形成され、
前記キャップ層上に、エミッタ不純物が拡散された多結晶Ｓｉからなるエミッタ電極が形成されており、
前記キャップ層には、前記エミッタ電極から拡散されたエミッタ不純物を含有するエミッタ層が形成されている、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１２】
前記ベース層の側方に、ＳｉＧｅ混晶からなる外部ベース層が形成されており、
前記外部ベース層は、前記エミッタ電極をマスクとして、イオン注入により自己整合的に形成されたものである、請求項１１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタに関し、特に、高いアーリー電圧を維持しつつ、ｈＦＥのバラツキの小さいヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基板を利用して形成されるバイポーラトランジスタは、微細加工技術・セルフアライン技術の進歩によって高速化・高性能化が図られている。特に、シリコン基板上にＳｉとＧｅの混晶であるＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させ、このＳｉＧｅ層をベース層として用いたＳｉＧｅへテロ接合バイポーラトランジスタ（ＳｉＧｅ−ＨＢＴ））は、従来のＳｉホモ接合バイポーラトランジスタ（Ｓｉ−ＢＪＴ）に比較して、より一層の高速化・高性能化が可能なバイポーラトランジスタとして有望視されている。
【０００３】
すなわち、ＳｉＧｅ−ＨＢＴでは、Ｇｅのバンドギャップ（室温時０．６６ｅＶ）が、Ｓｉのバンドギャップ（室温時１．１２ｅＶ）より小さいため、ＳｉＧｅ混晶のバンドギャップはＳｉのバンドギャップより小さくなる。そのため、ベース層にＳｉよりもバンドギャップの小さいＳｉＧｅ混晶を用いることによって、ベース層からエミッタ層に注入される正孔に対するエネルギー障壁高さを、エミッタ層からベース層へ注入される電子に対するエネルギー障壁高さよりも大きくすることができる。これにより、エミッタ層およびベース層の不純物濃度をＳｉ−ＢＪＴと同じにしても、ＳｉＧｅ−ＨＢＴのベース電流は、Ｓｉ−ＢＪＴのベース電流よりも小さくなり、電流増幅率（ｈＦＥ）を増加させることができる。
【０００４】
ＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造では、ＳｉＧｅエピタキシャル層の成長以外は従来のＳｉ微細プロセスを使用できるため、ＧａＡｓなどの化合物半導体に対するＳｉプロセスのメリット（高集積化、低コスト）を維持しつつ、高性能化が可能であり、特に、携帯電話や無線ＬＡＮなどの高速・高周波の通信システム向けデバイスとして有用である。更に、最近では、ＳｉＧｅの低コスト性に注目して、従来はＧａＡｓに代表される化合物半導体を用いていた携帯電話システムの出力用トランジスタとしても注目されている。
【０００５】
また、ポリシリコンを引き出し電極として用いた自己整合型バイポーラトランジスタは、微細化による寄生容量の低減が容易なため、高速化に適したトランジスタ構造として高周波分野で盛んに実用化されており、ＳｉＧｅ−ＨＢＴと組み合わせることで、より一層の高速・高性能化が可能である。
【０００６】
図９は、ポリシリコンを引き出し電極として用いた従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴの一般的な構成を示した断面図で、図１０は、図９のＸ−Ｘに沿った断面におけるエミッタ、ベース、及びコレクタの不純物濃度、及びＳｉＧｅ混晶におけるＧｅ組成（Ｇｅ濃度）の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【０００７】
図９に示すように、Ｓｉ基板１０１上に、ｎ＋コレクタ埋め込み層１０２、ｎ−コレクタ層１０３、ノンドープＳｉＧｅスペーサ層１０４、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層１０５、及びノンドープＳｉ−Ｃａｐ層１０６が、順次エピタキシャル成長されている。
【０００８】
ここで、ノンドープＳｉＧｅスペーサ層１０４及びｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層１０５は、真性ベース層を構成している。また、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層１０５中のＧｅ含有率は、エミッタ層からコレクタ層の方向に徐々に増加している。これにより、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層１０５中には、図１１に示すように、内部電界が発生し、エミッタ層からベース層に注入された少数キャリア（電子）が、内部電界により加速されることによって、ベース走行時間が短縮され、高周波特性を実現することができる。
【０００９】
また、ノンドープＳｉＧｅスペーサ層１０４およびｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層１０５には、微量（例えば、０．１〜０．２ａｔ％程度）の炭素（Ｃ）原子がドーピングされている。ＳｉＧｅエピ中のＣ原子は、格子歪みを低減する共に、Ｂの増速拡散を抑制する効果を発揮する。これは、Ｂ増速拡散がＳｉ結晶中に発生した格子間ＳｉとＢとがペアを作ることにより起きることが知られているが、Ｃ原子が、格子間Ｓｉを効果的に捕獲する作用があるためである。
【００１０】
真性ベース層１０４、１０５の周囲のＳｉＧｅ層内には、ｐ＋外部ベース層１０８、及びベースポリシリコン電極１０７が形成されている。また、ノンドープＳｉ−Ｃａｐ層１０６上には、開口部を有する絶縁膜１１２が形成され、絶縁膜１１２上には、ｎ＋エミッタポリシリコン電極１１０が形成されている。また、Ｓｉ−Ｃａｐ層１０６の表面には、エミッタポリシリコン電極１１０中のｎ型不純物を熱処理によりドライブインされたエミッタ拡散層１０９が形成されている。また、ベースポリシリコン電極１０７及びエミッタポリシリコン電極１０８の表面には、シリサイド層１１３が形成されており、コンタクトプラグ１１４を通じて金属電極１１５と接続されている。
【００１１】
ところで、エミッタポリシリコン電極１０８は、通常、減圧ＣＶＤ法で形成されるため、Ｓｉ−Ｃａｐ層１０６とエミッタポリシリコン電極１０８との界面には、成膜前の洗浄および成膜時の巻き込み酸化等により、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、０．１〜１．０ｎｍ程度の自然酸化膜１２０が不均一に形成されている。一方、図１１に示したように、このような界面酸化膜１２０は、ベース層からエミッタ層に注入される少数キャリア（ホール）のエネルギー障壁となるため、界面酸化膜１２０が形成されている部分では、形成されていない部分よりもベース電流が減少する。このため、トランジスタ全体のベース電流が、界面酸化膜１２０の存在状態により変動し、その結果、ｈＦＥがばらついてしまうという問題が生じる。特に、エミッタ開口部の面積が小さくなるにつれ不均一性の影響が大きくなり、界面酸化膜１２０に起因するｈＦＥのバラツキが顕著になる。また、隣接トランジスタ間の相対バラツキも大きくなり、回路特性にも大きな影響を与えることになる。
【００１２】
このような問題に対して、エミッタドライブインの熱処理温度を上げることによって、界面酸化膜１２０を部分的に破壊して（ボールアップ現象）、界面酸化膜１２０に起因するｈＦＥのバラツキを低減する方法が、特許文献１に記載されている。
【００１３】
しかしながら、界面酸化膜１２０を破壊するためには、例えば、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）を用いてドライブインを行う場合、１０５０〜１１５０℃程度の熱処理が必要と考えられるが、ＳｉＧｅエピ膜はＳｉＧｅ／Ｓｉ界面に歪みを内在しており、１０００℃以上の熱処理を行うと結晶転位等の欠陥が発生してしまう。このため、ＳｉＧｅ−ＨＢＴでは、ＳｉＧｅエピ層形成後に１０００℃以上の熱処理を行うことは難しい。また、仮に、ドライブイン温度を上げても、界面酸化膜１２０を完全に無くすことは不可能であり、バラツキの程度は改善しても、本質的な解決策とはならない。
【００１４】
一方、特許文献２には、ベース層１０４、１０５に導入するＣ原子の濃度を高くすることによって、界面酸化膜１２０に起因するｈＦＥのバラツキを低減する方法が記載されている。すなわち、図１３に示すように、ベース層に高濃度（例えば、０．５〜１．０ａｔ％程度）にドーピングされたＣは、ベース層中で電子（エミッタ層からベース層に注入）とホールとの再結合（中性ベース再結合：ＮＢＲ（Neutral Base Recombination））中心として作用する。このため、Ｃドーピング量が増加するに従い、ＳｉＧｅ−ＨＢＴのベース電流は増加する。このＮＢＲによるベース電流の増加は、エミッタポリシリコン電極／エミッタ拡散層界面の自然酸化膜１２０とは無関係なため、ＮＢＲによりベース電流が増加し、全ベース電流に占めるＮＢＲの割合が大きくなるに従い、界面酸化膜１２０によるベース電流のバラツキは相対的に小さくなる。つまり、界面酸化膜１２０によるベース電流のバラツキは同程度でも、ＮＢＲにより全ベース電流が大きくなっているため、ベース電流バラツキは小さくなり、その結果、ｈＦＥのバラツキを低減することができる。
【００１５】
しかしながら、ベース層に高濃度のＣを導入した場合（ＮＢＲあり）、ベース層に低濃度のＣを導入（もしくは、Ｃを導入しない）場合（ＮＢＲなし）に比べて、図１４に示すように、アーリー電圧が低下するという不具合が生じる。これは、以下のような理由によるものと考えられる。
【００１６】
図１５は、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおけるエミッタ接地でのベース／コレクタおよびエミッタ／ベース接合部の空乏層の広がりを示した図であり、（ａ）は停止時、（ｂ）は動作時の状態をそれぞれ示したものである。動作時において、コレクタ電位が増加するにつれて、コレクタ／ベース間が逆バイアスされ、中性ベース層（真性ベース層の内、空乏化していない電気的に中性な領域）のベース幅Ｗｂが縮小する（アーリー効果）。これにより、中性ベース層中のトータルのＣ含有量が減少するため、Ｃを再結合中心としたベース電流が減少する。このとき、ベース電流を一定にするために、ベース電位（Ｖｂｅ）が増加し、これにより、エミッタからベースへの少数キャリア（電子）の注入が増加し、その結果、コレクタ電流が増加する。すなわち、コレクタ電流は、通常のベース幅Ｗｂ縮小（アーリー効果）以外に、Ｃ再結合に起因したコレクタ電圧依存性が生じるため、ＮＢＲがない場合に比べてアーリー電圧が低下することになる。
【００１７】
ところで、エミッタドライブイン時に、エミッタポリシリコン電極１１０から大量の格子間Ｓｉが、エミッタ拡散層１０９、Ｓｉ−Ｃａｐ層１０６、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層（真性ベース層）１０５に注入されるが、このとき、格子間ＳｉによりＢの増速拡散が生じ、真性ベース層１０５のＢは、図１７（ａ）に示すように、コレクタ側およびエミッタ側に広がってしまう。ベース／コレクタ接合近辺に、Ｂ濃度の低い領域が形成されると、これらの領域は、コレクタ電位に対する空乏層の変化が大きくなるため、ＮＢＲによるアーリー電圧の低下が一層大きくなる。
【００１８】
このような問題に対して、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層（Ｂドープ層）１０５には高濃度（例えば、０．５〜１．０ａｔ％程度）のＣをドーピングし、ＳｉＧｅスペーサ層（Ｂノンドープ層）１０４には低濃度（０．１〜０．２ａｔ％程度）のＣをドーピングすることによって、ｈＦＥのバラツキを低減しつつ、アーリー電圧の低下を抑制する方法が、特許文献３に記載されている。
【００１９】
すなわち、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層（Ｂドープ層）１０５の高濃度Ｃによりベース電流を増加させ、界面酸化膜の影響度を小さくするとともに、Ｂ増速拡散によりコレクタ側にＢが広がった領域のＣ濃度を低下させ、ＮＢＲの影響を小さくすることによって、ｈＦＥのバラツキを低減しつつ、アーリー電圧の低下を抑制することができる。
【特許文献１】特開平６−６９２２５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８３４３号公報
【特許文献３】特開２００４−１２８３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記の特許文献３に記載された方法では、トランジスタの微細化が進むにつれて生じる下記のような不具合に対しては効果が十分でないため、微細なトランジスタにおいて高いアーリー電圧を実現することが難しい。
【００２１】
一般的に、外部ベース層１０８およびベースポリシリコン電極１０７へのｐ型不純物のドーピングは、エミッタポリシリコン電極１１０をパターンニングした後、エミッタポリシリコン電極１１０をマスクとして、イオン注入により自己整合的に行われることが多い。この際、１〜５Ｅ１５ｃｍ−３程度のドーズ量でイオン注入が行われるため、外部ベース層１０８、及び外部ベース層１０８と真性ベース層１０５との境界付近では、結晶格子が乱され、大量の格子間Ｓｉが発生する。この格子間Ｓｉにより、外部ベース層１０８の深さ方向へのＢ増速拡散が促進されるとともに、格子間Ｓｉが横方向（真性ベース層１０５）へも拡散することにより、図１６に示すように、外部ベース層１０８近傍の真性ベース層１０５付近（図１６の領域Ａ）で、Ｂ増速拡散が特に顕著になる。
【００２２】
このため、図１６のXIVａ−XIVａに沿った領域には、図１７（ａ）に示すようなベース幅の広がったトランジスタが形成されるとともに、図１６のにXIVb−XIVbに沿った領域Ａには、図１７（ｂ）に示すように、Ｂ濃度が低くベース幅の広がったトランジスタが並列に形成されることになる。特に、領域Ａに形成されたトランジスタは、Ｂ濃度が低くベース幅が広がっているため、コレクタ電位に対する空乏層の変化が大きく、ＮＢＲによるアーリー電圧の低下が著しい。加えて、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層（Ｂドープ層）１０５に、高濃度のＣがドーピングされていると、領域Ａにおいて、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層１０５のＢ濃度が大幅に低下しているため、ＮＢＲによるアーリー電圧の低下はさらに大きくなる。
【００２３】
このように、外部ベース層１０８がエミッタポリシリコン電極１１０に対して自己整合的に形成された構造のＳｉＧｅ−ＨＢＴでは、ｐ−ＳｉＧｅ傾斜組成層１０５に高濃度のＣをドーピングすることによって、ｈＦＥのバラツキを低減する効果を得る一方、ＮＢＲによるアーリー電圧の低下が顕在化するという問題が生じる。特に、微細化が進むにつれ、図１６に示すように、真性ベース層と外部ベース層との距離Ｘが小さくなると、アーリー電圧の低下はさらに顕著になる。
【００２４】
本願発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいて、Ｂ増速拡散に起因したＮＢＲによるアーリー電圧の低下を抑制しつつ、ｈＦＥバラツキの小さいヘテロ接合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】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明に係わるヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ベース層がＳｉＧｅ混晶からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタであって、ベース層は、コレクタ層に接し、ベース不純物が拡散されていないスペーサ層と、エミッタ層に接し、ベース不純物が拡散されている真性ベース層とを備え、スペーサ層は、第１の濃度のＣを含有し、真性ベース層は、コレクタ層側であって、第２の濃度のＣを含有する第１の領域と、エミッタ層側であって、第３の濃度のＣを含有する第２の領域とを備え、第３の濃度は、第１の濃度及び第２の濃度よりも高濃度であることを特徴とするものである。
【００２６】
ここで、第２の領域は、エミッタ層に接していてもよい。また、第２の領域は、第１の領域側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に減少する領域を有していてもよい。
【００２７】
ある好適な実施形態において、真性ベース層は、第２の領域とエミッタ層との間に第３の領域をさらに備え、第３の領域は、第４の濃度のＣを含有し、該第４の濃度は、第３の濃度よりも低濃度である。
【００２８】
ここで、第２の領域は、第３の領域側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に増加する領域を有していてもよい。
【００２９】
ある好適な実施形態において、スペーサ層は、コレクタ層側において、第１の濃度よりも高濃度なＣを含有する高濃度領域を有している。
【００３０】
ここで、高濃度領域は、真性ベース層側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に増加する傾斜領域を有していてもよい。
【００３１】
ある好適な実施形態において、第１の濃度及び第２の濃度は、０．０５〜０．３ａｔ％の範囲である。また、第３の濃度は、０．４〜２．０ａｔ％の範囲である。また、第４の濃度は、０．４〜２．０ａｔ％の範囲である。
【００３２】
ある好適な実施形態において、ベース層上にＳｉからなるキャップ層が形成され、キャップ層上に、エミッタ不純物が拡散された多結晶Ｓｉからなるエミッタ電極が形成されており、キャップ層には、エミッタ電極から拡散されたエミッタ不純物を含有するエミッタ層が形成されている。
【００３３】
ここで、ベース層の側方に、ＳｉＧｅ混晶からなる外部ベース層が形成されており、外部ベース層は、エミッタ電極をマスクとして、イオン注入により自己整合的に形成されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタによれば、ベース層がＳｉＧｅ混晶からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、高いアーリー電圧を有し、かつｈＦＥのバラツキの少ないヘテロ接合バイポーラトランジスタを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００３６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【００３７】
図１に示すように、Ｓｉ基板１上にリン（Ｐ）などの不純物が高濃度（例えば、１Ｅ２０ｃｍ−３程度）にドープされたｎ＋コレクタ埋め込み層２、エピタキシャル成長によりＰなどの不純物が低濃度（例えば、１Ｅ１６ｃｍ−３程度）にドープされたｎ−コレクタ層３が形成されている。さらに、ｎ−コレクタ層３上には、ノンドープＳｉＧｅスペーサ層４、ボロン（Ｂ）などの不純物がドープされたｐ−ＳｉＧｅ真性ベース層５、及びノンドープＳｉ−Ｃａｐ層６が順次形成されている。
【００３８】
Ｓｉ−Ｃａｐ層６上には、開口部を有する絶縁膜１２が形成され、さらに、絶縁膜１２上には、Ｐなどのｎ型不純物が高濃度（例えば、１Ｅ２０ｃｍ−３以上）にドーピングされたエミッタポリシリコン電極１０が形成されている。また、ノンドープＳｉ−Ｃａｐ層６の一部には、エミッタポリシリコン電極１０を形成した後に、９００℃〜１０００℃程度の温度で熱処理を行うことによって、エミッタポリシリコン電極１０からｎ型不純物が拡散して形成されたエミッタ拡散層９が形成されている。
【００３９】
なお、この熱処理によって、ＳｉＧｅ真性ベース層５からｐ型不純物がｎ−コレクタ層３にはみ出して拡散しないよう、ＳｉＧｅスペーサ層４の厚みが設定されている。それ故、ＳｉＧｅスペーサ層４もベース層として機能する。
【００４０】
ＳｉＧｅ真性ベース層５の周囲のＳｉＧｅ層内には、Ｂなどのｐ型不純物がドーピングされた外部ベース層８、及びベース引き出し電極（ベースポリシリコン電極）７が形成されている。ここで、外部ベース層８およびベース引出し電極７中のＢ濃度は、バイポーラトランジスタのベース寄生抵抗を低減するため、ＳｉＧｅ真性ベース層中の濃度（例えば、５Ｅ１８〜５Ｅ１９ｃｍ−３程度）よりも高濃度（例えば、１Ｅ２０ｃｍ−３以上）にドーピングされている。
【００４１】
ベースポリシリコン電極７及びエミッタポリシリコン電極１０の表面には、金属電極１５とのコンタクト抵抗を低減するためにＣｏ（コバルト）シリサイドなどのシリサイド層１３が形成されており、Ｗ（タングステン）等で埋め込まれたコンタクトプラグ１４を通じて金属電極１５と接続されている。
【００４２】
ここで、ｎ−コレクタ層３は０．１μｍ〜１．０μｍ、ＳｉＧｅスペーサ層４は５ｎｍ〜５０ｎｍ、ｐ−ＳｉＧｅ真性ベース層５は５ｎｍ〜５０ｎｍ、Ｓｉ−Ｃａｐ層６は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さに、それぞれエピタキシャル成長で形成される。
【００４３】
図２は、図１のII−IIに沿った断面におけるＳｉＧｅ混晶からなるベース層のＢ不純物濃度、ＳｉＧｅ混晶におけるＧｅ組成（Ｇｅ濃度）、及びＳｉＧｅ混晶内に含有されたＣ濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【００４４】
図２に示すように、ＳｉＧｅスペーサ層４は、低濃度（第１の濃度）のＣを含有し、ＳｉＧｅ真性ベース層５は、コレクタ層側にあって、低濃度（第２の濃度）のＣを含有する第１の領域５ａと、エミッタ層側にあって、高濃度（第３の濃度）のＣを含有する第２の領域５ｂとを備えている。なお、ＳｉＧｅ真性ベース層５は、エミッタ層からコレクタ層に向かい、Ｇｅ組成比が増加するＧｅ傾斜層をなしているが、必ずしもＧｅ傾斜層をなしていなくてもよい。
【００４５】
ＳｉＧｅスペーサ層４及びＳｉＧｅ真性ベース層５内に、上記のような濃度プロファイルをもつＣを含有させることによって得られる効果を、以下に説明する。
【００４６】
ＳｉＧｅ真性ベース層５のエミッタ層側の第２の領域５ｂ内に高濃度に含有されたＣは、電子とホールとのＮＢＲ中心として効果的に作用する。このため、ＳｉＧｅ−ＨＢＴのベース電流が増加し、全ベース電流に占めるＮＢＲの割合が大きくなることにより、界面酸化膜によるベース電流のバラツキは相対的に小さくなる、つまり、界面酸化膜によるベース電流のバラツキは同程度でも、ＮＢＲにより全ベース電流が大きくなっているため、ベース電流のバラツキは小さくなり、その結果、ｈＦＥのバラツキも小さくなる。
【００４７】
また、ＳｉＧｅスペーサ層４内に低濃度に含有されたＣは、ＳｉＧｅ真性ベース層５の深さ方向へのＢ増速拡散を抑制するとともに、外部ベース層８から横方向に拡散する格子間Ｓｉを捕獲することにより、外部ベース層８周辺のＢ増速拡散も効果的に抑制することができる。
【００４８】
さらに、高濃度にＢがドーピングされているＳｉＧｅ真性ベース層５においても、ＳｉＧｅスペーサ層４側の第１の領域５ａでは、Ｃが低濃度に含有されているため、外部ベース層８から横方向に拡散する格子間Ｓｉを捕獲することによりＢ増速拡散を抑制する効果も得られる。
【００４９】
なお、第１の領域５ａ内のＣ濃度は低く設定されているため、コレクタ電位の増加による空乏層の広がりによってベース幅が変化しても、中性ベース層に含まれるＣ濃度の変動量が小さいため、ＮＢＲによるアーリー電圧の低下は小さく、実質的な影響はない。
【００５０】
ここで、ＳｉＧｅスペーサ層４及びＳｉＧｅ真性ベース層５の第１の領域５ａ内のＣ濃度は、０．０５〜０．３ａｔ％の範囲であることが好ましい。０．０５ａｔ％以上であれば、Ｂ増速拡散を抑制する効果を得ることができ、０．３ａｔ％以下であれば、実質的にＮＢＲによるアーリー電圧の低下が問題となることはない。
【００５１】
また、ＳｉＧｅ真性ベース層５の第２の領域５ｂ内のＣ濃度は、０．４〜２．０ａｔ％の範囲であることが好ましい。０．４ａｔ％以上であれば、ＮＢＲによるｈＦＥのバラツキ低減の効果を得ることができ、２．０ａｔ%以下であれば、ＳｉＧｅエピ膜の結晶性の劣化が問題になることはない。
【００５２】
また、ＳｉＧｅスペーサ層４とＳｉＧｅ真性ベース層５の第１の領域５ａとのＣ濃度は同じである必要はない。Ｂ増速拡散後のＢ濃度は、ＳｉＧｅスペーサ層４の方がＳｉＧｅ真性ベース層５の第１の領域５ａより小さいため、コレクタ電位による空乏層の変化率はＳｉＧｅスペーサ層４の方が大きい。このため、ＳｉＧｅスペーサ層４のＣ濃度は、ＳｉＧｅ真性ベース層５の第１の領域５ａのＣ濃度より小さいことが好ましい。
【００５３】
さらに、ＳｉＧｅスペーサ層４にＣを含有していない場合でも、Ｂ増速拡散抑制の効果は減少するものの、ＢドープＧｅ傾斜層にＣ低濃度層５ａとＣ高濃度層５ｂを形成することによりアーリー電圧低下を抑制する効果を得ることができる。
【００５４】
図３は、本実施形態の変形例を示した図である。図３に示すように、ＳｉＧｅ真性ベース層５の第２の領域５ｂは、第１の領域５ａ側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に減少する領域５ｂ’を有している。このようなＣ濃度が傾斜する領域５ｂ’を設けることによって、Ｃ高濃度領域のコレクタ側のＣ濃度がエミッタからコレクタに向けて徐々に減少するため、Ｂ増速拡散を抑制する効果を維持しつつ、コレクタ電位が増加するにともない空乏層が広がった場合の中性ベース層に含まれるＣ濃度の変動量を小さくすることが可能となり、さらにアーリー電圧低下を抑制することができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態におけるＳｉＧｅ混晶からなるベース層のＢ不純物濃度、ＳｉＧｅ混晶におけるＧｅ濃度、及びＳｉＧｅ混晶内に含有されたＣ濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。第１の実施形態では、ＳｉＧｅ真性ベース層５の第２の領域５ｂを、Ｓｉ−Ｃａｐ層（エミッタ層）６に接して形成したが、本実施形態では、Ｓｉ−Ｃａｐ層６から離れたところに形成した点が異なる。
【００５６】
本実施形態では、第１の実施形態で得られた効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
【００５７】
すなわち、ＳｉＧｅ真性ベース層５のＳｉ−Ｃａｐ層（エミッタ層）６側に、Ｃを含有しない領域が設けられているため、エミッタ・ベース間の電位変化により空乏層が変化しても、中性ベース層中のＣ濃度は変動しない。これにより、アーリー電圧の低下をさらに抑制することができる。
【００５８】
図５は、本実施形態の変形例を示した図で、ＳｉＧｅ真性ベース層５のＳｉ−Ｃａｐ層（エミッタ層）６側に、低濃度（第４の濃度）のＣが含有された第３の領域５ｃを設けられている。第３の領域５ｃ内のＣによって、Ｂの増速拡散を抑制する効果を得ることができ、アーリー電圧の低下をさらに抑制することができる。
【００５９】
また、図６に示すように、ＳｉＧｅ真性ベース層５の第２の領域５ｂは、第３の領域５ｃ側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に増加する領域５ｂ’を有していてもよい。これにより、Ｂの増速拡散を抑制する効果を維持しつつ、エミッタ・ベース間の電位変化により空乏層が変化しても、中性ベース層中のＣ濃度の変動を抑制することができるため、アーリー電圧の低下をさらに抑制することができる。
【００６０】
ここで、ＳｉＧｅ真性ベース層５の第３の領域５ｃ内のＣ濃度は、０．０５〜０．３ａｔ％の範囲であることが好ましい。０．０５ａｔ％以上であれば、Ｂ増速拡散を抑制する効果を得ることができ、０．３ａｔ％以下であれば、実質的にＮＢＲによるアーリー電圧の低下が問題となることはない。
【００６１】
なお、ＳｉＧｅスペーサ層４、及びＳｉＧｅ真性ベース層５の領域５ａ、５ｂ内のＣ濃度は、第１の実施形態と同様の範囲の値を用いることができる。
【００６２】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態におけるＳｉＧｅ混晶からなるベース層のＢ不純物濃度、ＳｉＧｅ混晶におけるＧｅ濃度、及びＳｉＧｅ混晶内に含有されたＣ濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。第１の実施形態では、ＳｉＧｅスペーサ層４内のＣ濃度（第１の濃度）を一定にしていたが、本実施形態では、コレクタ層側において、第１の濃度よりも高濃度なＣを含有する高濃度領域４ａを有している点が異なる。
【００６３】
本実施形態では、第１の実施形態で得られた効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
【００６４】
すなわち、ＳｉＧｅ−ＨＢＴでは、ｎ−コレクタ層３とＳｉＧｅスペーサ層４との界面でＧｅ組成が急峻に大きくなるため、大きな格子歪みが生じており、この界面で転位などの結晶欠陥が発生しやすいが、この界面付近に、原子半径の小さいＣを導入することによって、格子歪みを低減することができる。これにより、高品質なＳｉＧｅ−ＨＢＴを実現することができる。なお、高濃度領域４ａは、Ｂドープ領域（ＳｉＧｅ真性ベース層５）から十分に距離が離れているため、Ｂ増速拡散が高濃度領域４ａまで到達することはなく、ＮＢＲによるアーリー電圧低下を生じさせることはない。
【００６５】
ここで、ＳｉＧｅスペーサ層４内の高濃度領域４ａのＣ濃度は、Ｇｅ組成により生じる格子歪み量に合わせて決定することができるが、Ｃが高濃度になるとＳｉＣ微結晶の生成などにより結晶性が劣化するため、Ｃ濃度は２ａｔ％以下であることが好ましい。
【００６６】
図８は、本実施形態の変形例を示した図で、高濃度領域４ａは、ＳｉＧｅ真性ベース層５側において、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に増加する傾斜領域４ａ’を有している。このようなＣ濃度が傾斜を有する傾斜領域４ａ’を設けることによって、Ｂ増速拡散を抑制する効果を維持しつつ、コレクタ電位の増加による空乏層の広がりによってベース幅が変化しても、中性ベース層に含まれるＣ濃度の変動量を小さくすることができる。これにより、ＮＢＲによるアーリー電圧の低下を抑制することができる。
【００６７】
また、ＳｉＧｅスペーサ層４内の傾斜領域４ａ’のＣ濃度は、ベースからの距離が大きくなる（深くなる）にともない増加するため、Ｂが増速拡散により深く拡散する領域で、Ｂの増速拡散を抑制する効果が得られる。このため、ベース層全体でＢ拡散深さを均一にする（真性ベース周辺と外部ベース周辺のＢ拡散深さの違いを小さくする）効果も併せ得ることができる。
【００６８】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、各実施形態において説明した変形例は、他の実施形態においても適用することができる。例えば、第１の実施形態において、ＳｉＧｅ真性ベース層５の第２の領域５ｂの一部に、Ｃ濃度が傾斜する領域５ｂ’を設けたが、第２の実施形態においても、ＳｉＧｅ真性ベース層５の第２の領域５ｂの一部に、Ｃ濃度がエミッタ層からコレクタ層の方向に減少する領域を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、ベース層がＳｉＧｅ混晶からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、高いアーリー電圧を有し、かつｈＦＥのバラツキの少ないヘテロ接合バイポーラトランジスタに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示した断面図である。
【図２】図１のII−IIに沿ったＳｉＧｅベース層内のＢ不純物濃度、Ｇｅ濃度、及びＣ濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図３】第１の実施形態における変形例を示した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるＳｉＧｅベース層内のＢ不純物濃度、Ｇｅ濃度、及びＣ濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図５】第２の実施形態における変形例を示した図である。
【図６】第２の実施形態における他の変形例を示した図である。
【図７】本発明の第３の実施形態におけるＳｉＧｅベース層内のＢ不純物濃度、Ｇｅ濃度、及びＣ濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図８】第３の実施形態における変形例を示した図である。
【図９】従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴの構成を示した断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘに沿ったＳｉＧｅベース層内のＢ不純物濃度、Ｇｅ濃度、及びＣ濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図１１】従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴのエネルギーバンドを示した図である。
【図１２】（ａ）は、従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴにおけるポリシリコン／エミッタ層の境界の平面図、（ｂ）は、（ａ）のXIIb−XIIbに沿った断面図である。
【図１３】従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴのエネルギーバンドを示した図である。
【図１４】従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴの出力特性を示した図である。
【図１５】（ａ）は、従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴの停止時におけるベース／コレクタおよびエミッタ／ベース接合部の空乏層の広がりを示した図、（ｂ）は、動作時におけるベース／コレクタおよびエミッタ／ベース接合部の空乏層の広がりを示した図である。
【図１６】従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴの外部ベース層周辺の構成を示した部分断面図である。
【図１７】（ａ）は、図１６のXIVa−XIVaに沿った断面におけるＢの増速拡散を示した図、（ｂ）は、図１６のXIVa−XIVaに沿った断面におけるＢの増速拡散を示した図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      Ｓｉ基板
２      ｎ＋コレクタ埋め込み層
３      ｎ−コレクタ層
４      ＳｉＧｅスペーサ層
４ａ    高濃度領域
４ａ’  傾斜領域
５      ＳｉＧｅ真性ベース層
５ａ    第１の領域
５ｂ    第２の領域
５ｃ    第３の領域
６      Ｓｉ−Ｃａｐ層
７      ベースポリシリコン電極
８      外部ベース層
９      エミッタ拡散層
１０    エミッタポリシリコン電極
１２    絶縁膜
１３    シリサイド層
１４    コンタクトプラグ
１５    金属電極
【図１】
2008235560.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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