(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
前記ベース層上に形成されたエミッタ層とよりなるヘテロバイポーラトランジスタであって、
前記ベース層はＳｉＧｅＣ系の混晶よりなり、
前記ベース層においてＧｅの濃度が、Ｃの濃度に対し一定の割合で、Ｃの濃度と共に変化し、
前記ベース層中においてＣの濃度が、前記エミッタ層に面する第１の界面から前記コレクタ層に面する第２の界面まで増加し、
前記エミッタ層のうち前記ベース層に接する第１の領域と、前記コレクタ層のうち前記ベース層に接する第２の領域の少なくとも一方が、Ｃを含むことを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特にＳｉＧｅＣ三元系混晶半導体層を有する高速半導体装置に関する。
【０００２】
Ｓｉバイポーラトランジスタは今日では古典的な半導体装置であるが、従来のＳｉバイポーラトランジスタではＳｉ中のキャリア移動度が限られているため動作速度に限界があり、数十ＧＨｚ帯域での高速動作が要求される光通信システムや携帯電話等の無線通信システムでは、もっぱら電子移動度の大きい化合物半導体を活性領域に使った化合物半導体装置が使われていた。
【０００３】
一方、化合物半導体装置はＳｉ基板上への集積化が困難で、このため従来の高速通信システムでは、ＧＨｚ帯域で動作する高周波回路をＳｉ集積回路により構成された信号処理部とは別に設ける必要があった。
【０００４】
ＳｉはＧｅとの間で広範な混晶を形成することが知られており、かかるＳｉＧｅ二元系混晶を活性層に使った高速半導体装置が提案されている。ＳｉＧｅ二元系混晶では、ＳｉとＧｅの原子半径の差に起因して歪が生じるが、かかる歪の存在の結果、混晶を構成する結晶の対称性が低下し、電子の散乱が制限され、その結果キャリア移動度が大きく増大する。かかるＳｉＧｅ二元系混晶を使った高速半導体装置は他のＳｉ半導体装置と共に共通のＳｉ基板上に集積化することができるため、好都合である。
【０００５】
ＳｉＧｅ二元系混晶ではＳｉ結晶中におけるＧｅによる置換の結果バンドギャップが減少するが、かかるＳｉＧｅ混晶をｐ型にドープしてＳｉバイポーラトランジスタのベース層に使うことにより、エミッタ領域中への少数キャリアの注入を阻止するバンド不連続をベース−エミッタ間の価電子帯側に形成することができ、その結果、かかるＳｉＧｅ系のヘテロバイポーラトランジスタでは、従来の化合物半導体へテロバイポーラトランジスタと同様に、エミッタ注入効率を向上させ高速応答特性を実現することができる。
【０００６】
【従来の技術】
図１（Ａ）は従来のＳｉＧｅ二元系混晶を使ったヘテロバイポーラトランジスタ１０の構成を、また図１（Ｂ）は図１（Ａ）のヘテロバイポーラトランジスタ１０のバンド構造を示す。
【０００７】
図１（Ａ）を参照するに、前記ヘテロバイポーラトランジスタ１０は素子分離溝１１Ａおよびｎ+型ウェル１１Ｂが形成されたＳｉ基板１１上に形成されており、前記ｎ+型ウェル１１Ｂ上にはｎ型Ｓｉコレクタ層１２と、ｐ型ＳｉＧｅ二元系混晶よりなる薄いベース層１３とが順次形成されている。前記コレクタ層１２とベース層１３とはメサ構造を形成し、前記ベース層１３上にはｎ+型Ｓｉエミッタ層１４が形成される。典型的には前記コレクタ層１２およびエミッタ層１４はＰまたはＡｓにより、それぞれ５×１０17ｃｍ-3および３×１０20ｃｍ-3程度のキャリア密度にドープされており、一方前記ベース層はＢにより、５×１０19ｃｍ-3程度のキャリア密度にドープされている。前記エミッタ層１４上にはエミッタ電極１５が、ベース層１３上にはベース電極１６が、さらに前記ｎ+ウェル１１Ｂ上にはコレクタ電極１７が形成される。すなわち、図１（Ａ）の構造では、前記ｎ+型ウェル１１Ｂはコレクタコンタクト層を構成する。
【０００８】
図１（Ｂ）のバンド構造図中に示すように、前記ベース層１３中においてはＧｅ濃度が厚さ方向に、前記ベース層１３とエミッタ層１４との界面から前記ベース層１３とコレクタ層１２との界面に向かって増大するように変化しており、その結果前記ベース層１３中においては伝導帯Ｅｃがコレクタ層１２に向かって傾斜する。前記ベース層１３中にかかる傾斜組成構造を設けることにより、電子は前記ベース層１３中を拡散により通過する際に伝導帯Ｅｃの傾斜に起因するドリフト電界により加速を受け、その結果バイポーラトランジスタ１０の動作速度が向上する。かかるＳｉＧｅ二元系混晶を使ったヘテロバイポーラトランジスタについては、例えば米国特許５，３５３，９１２号公報を参照。
【０００９】
図１（Ａ），（Ｂ）のヘテロバイポーラトランジスタ１０はＳｉ基板上に、Ｓｉ集積回路の分野で既に確立された技術により形成されるため、アナログ回路を含む他の情報処理回路と容易に集積化することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、図１（Ａ），（Ｂ）のヘテロバイポーラトランジスタ１０では、前記ベース層１３中にＧｅを、特に前記ベース層１３とコレクタ層１２との界面に向かって濃度が増大するようなプロファイルで含むため、特にＧｅ濃度が高い領域においてＳｉ基板１１との間で格子不整合が大きくなり、また前記ベース層１３のドーピングに使われるＢが容易に隣接するコレクタ層１２あるいはエミッタ層１４中に拡散するため、熱処理に対して不安定である問題を有している。
【００１１】
これに対し、従来より前記ＳｉＧｅ二元系混晶ベース層１３に少量のＣをドーパントとして導入することにより、前記ベース層１３から隣接するコレクタ層１２あるいはエミッタ層１４へのＢの拡散を抑制する技術が提案されている（Lanzerotti, et al., Appl. Phys. Lett. 70(23), 9 June 1997;Osten, H.J., et al., J. Vac. Sci. Technol. B16(3), May/Jun 1998, pp.1750-1753）。
【００１２】
また、従来よりＳｉＧｅ二元系混晶ベース層を有するＳｉあるいはＳｉＣ系ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記ベース層中にＣを導入し、前記ベース層をＳｉＧｅＣ三元系混晶とする提案がなされている（米国特許４，８８５，６１４号公報あるいは特開平１１−３１２６８６号公報参照）。かかるＳｉＧｅＣ三元系混晶を使うことによりＳｉ基板に対する格子不整合が緩和され、ベース-エミッタ間のヘテロ接合の設計自由度が向上すると考えられる。
【００１３】
一方、このようなＳｉＧｅＣ三元系混晶をベース層に使った従来のヘテロバイポーラトランジスタではベース層中に導入されるＣ原子の濃度が限られており、このため前記ベース層中におけるＧｅの組成勾配をさらに大きくしようとすると、Ｓｉ基板に対する格子不整合、およびかかる格子不整合に起因する欠陥がベース層中に生じてしまい、このためベース層中に望ましい十分に大きなキャリア加速電界を形成することができなかった。一方、多量のＣ原子を含んだＳｉＧｅＣ系の混晶を形成しようとすると、Ｃ原子を正しい格子位置、すなわちＳｉあるいはＧｅの格子位置に、局所的な格子歪を生じないように、また深い準位などが形成されないように導入する必要があるが、これは従来の技術では困難であった。特に、Ｇｅ濃度の高いＳｉＧｅ混晶においてＣを高濃度に導入するのは困難であることが報告されている（J.P. Liu, et al., Appl. Phys. Lett. vol.76, pp.3546-3548, 2000）。
【００１４】
また従来のＳｉＧｅＣ三元系混晶をベース層に使ったヘテロバイポーラトランジスタでは、ベース層とコレクタ層、あるいはベース層とエミッタ層との界面に対応して伝導帯上にノッチが形成されてしまうが、かかるノッチは伝導帯上の電子に対してポテンシャル障壁として作用するため、ヘテロバイポーラトランジスタの動作を低下させる。
【００１５】
そこで本発明の概括的課題は、従来のＳｉＧｅＣ三元系混晶をベース層に使ったヘテロバイポーラトランジスタにおいて、さらに設計の自由度を向上させ、動作速度を向上させることにある。
【００１６】
本発明のより具体的な課題は、ＳｉＧｅＣ三元系混晶をベース層に使ったヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記ベース層中における組成傾斜および格子不整合を最適化し、前記ベース層中におけるドリフトによるキャリアの加速を最大化することにある。
【００１７】
本発明の別の課題は、ＳｉＧｅＣ三元系混晶をベース層に使ったヘテロバイポーラトランジスタにおいて、ヘテロ接合部に生じるポテンシャル障壁を低減することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、基板と、前記基板上に形成されたコレクタ層と、前記コレクタ層上に形成されたベース層と、前記ベース層上に形成されたエミッタ層とよりなるヘテロバイポーラトランジスタであって、前記ベース層はＳｉＧｅＣ系の混晶よりなり、前記ベース層においてＧｅの濃度が、Ｃの濃度に対し一定の割合で、Ｃの濃度と共に変化し、前記ベース層中においてＣの濃度が、前記エミッタ層に面する第１の界面から前記コレクタ層に面する第２の界面まで増加し、前記エミッタ層のうち前記ベース層に接する第１の領域と、前記コレクタ層のうち前記ベース層に接する第２の領域の少なくとも一方が、Ｃを含むことを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタにより解決する。
【００１９】
本発明によれば、ＳｉＧｅＣ系混晶よりなるベース層中にＧｅおよびＣの大きな組成勾配を形成することができ、かかる組成勾配に伴うドリフト電界により、キャリアがベース層中を通過するに要する時間が短縮され、トランジスタの動作速度が向上する。
【００２０】
前記ベース層中においては、前記Ｃの濃度と前記Ｇｅの濃度とを、前記第１の界面から前記第２の界面まで、一定の比率を維持しながら変化させるのが好ましい。特に、前記比率は、前記ベース層中において、前記第１の界面から前記第２の界面まで、格子不整合に起因する欠陥の形成が生じないような値に、あるいは前記第１の界面から前記第２の界面まで、実質的に格子整合が成立するような値に設定するのが好ましい。前記Ｇｅの濃度および前記Ｃの濃度は、前記ベース層中において前記第１の界面から前記第２の界面まで、連続的に変化させるのが好ましく、前記Ｇｅの濃度および前記Ｃの濃度のうちの少なくとも一方は、前記第１の界面において実質的にゼロでない値を有するように設定するのが好ましい。
【００２１】
本発明はまた、ＳｉＧｅ混晶系あるいはＳｉＧｅＣ混晶系のベース層とこれに隣接するエミッタ層、あるいはコレクタ層との間のヘテロ界面において伝導帯に出現し、前記伝導帯に沿って前記ベース層を通過する電子に対してポテンシャル障壁として作用するスパイクの高さを低減し、ヘテロバイポーラトランジスタの動作速度を向上させる。本発明のヘテロバイポーラトランジスタはＳｉ基板上に形成することが可能である。
【００２２】
本発明はまた、上記の課題を基板表面にＳｉＧｅＣ混晶膜をＳｉ，ＧおよびＣの気相原料から形成する方法であって、前記基板表面に、ＳｉＨ4，ＧｅＨ4，および１分子中に２個以上のＣ原子を含む原料を、それぞれＳｉ，ＧｅおよびＣの気相原料として供給する工程を含むことを特徴とするＳｉＧｅＣ混晶膜の形成方法により解決する。
【００２３】
本発明によれば、Ｓｉ基板上にＳｉＧｅＣ系混晶膜を形成する際にＳｉＨ4気相原料の分圧を高く設定することにより、Ｃを前記ＳｉＧｅＣ混晶膜中の正しい格子位置に入れることができ、しかもＣの１原料分子中に多数のＣ原子が含まれるため、Ｃの気相原料の分圧が低くとも、前記ＳｉＧｅＣ混晶膜中におけるＣの濃度を増加させることができる。特に前記Ｃの気相原料としては、（ＣＨ3）2ＳｉＨ2あるいは（ＣＨ3）3ＳｉＨを使うのが好ましい。
【００２４】
前記Ｓｉ，ＧｅおよびＣの気相原料を供給する工程を、前記基板表面にＳｉＨ4を優先的に供給する第１の工程と、前記第１の工程の後で行われ前記基板表面に前記Ｃの気相原料を優先的に供給する第２の工程と、前記第２の工程の後で行われ前記基板表面にＧｅＨ4を優先的に供給する第３の工程とにより実行することにより、Ｃ原子の堆積に先立って基板表面がＳｉ原子により覆われる。このため、本発明では、通常のＳｉＧｅＣ混晶において見られる、Ｇｅの濃度が増大すると共にＣの取り込みが低下しまたＣが正しい格子位置に入らなくなる問題が、回避される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるヘテロバイポーラトランジスタ２０の構成を示す。図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２６】
図２（Ａ）を参照するに、前記へテロバイポーラトランジスタ２０は先のヘテロバイポーラトランジスタ１０と同様な構成を有するが、ベース層１３が図２（Ｂ）に示す組成勾配を有するＳｉＧｅＣ三元系混晶層に置き換えられている。前記ベース層２３は例えば５０ｎｍの厚さを有し、Ｂにより８×１０19ｃｍ-3のキャリア濃度にドープされている。
【００２７】
図２（Ｂ）を参照するに、前記ベース層２３はエミッタ層１４との接合面においてはＧｅおよびＣの濃度が実質的にゼロで、従ってホモ接合が形成されている。しかし前記ベース層２３中においては前記コレクタ層１２との界面に向かってＧｅおよびＣの濃度が一様かつ連続的に増大し、前記コレクタ層１２との界面においては前記混晶層の組成をＳｉ1-x-yＧｅxＣyで表した場合のＧｅの組成パラメータｘおよびＣの組成パラメータｙが、それぞれ０．２５および０．０３に達している。
【００２８】
また図２（Ｂ）に示すように前記ベース層２３中においてはＧｅの組成パラメータｘとＣの組成パラメータｙとはおおよそ一定に維持されており、従って前記コレクタ層１２との界面においては、ＧｅとＣの濃度はいずれも最大となっている。特に、図２（Ｂ）の例では、前記組成パラメータｘは前記組成パラメータｙの約８倍（Ｇｅ：Ｃ＝８：１）に設定されているが、この場合には前記ベース層２３は、前記コレクタ層１２との界面から前記エミッタ層１４との界面まで、全ての位置においてＳｉ基板に対して格子整合する。
【００２９】
かかるヘテロバイポーラトランジスタ２０では、まず前記ベース層２３が実質的な量のＣを含むため、ｐ型にドープされたベース層２３中のＢの隣接層中への拡散が抑制され、安定した特性のトランジスタを得ることができる。また、前記ベース層２３がＳｉＧｅＣ三元系混晶より形成され、しかもＧｅの濃度と共にＣの濃度も変化させているためベース層中の格子歪が抑制され、Ｇｅの濃度を大きく変化させても格子不整合による欠陥が導入されることがない。このため前記ベース層２３中には大きなＧｅ組成勾配を実現することができ、かかる組成勾配に伴うバンド構造の変化により、ベース層２３中ではキャリアが大きく加速される。すなわち、本発明によるヘテロバイポーラトランジスタ２０は従来のＧｅ組成勾配を有するＳｉＧｅ二元系混晶をベース層として使ったヘテロバイポーラトランジスタをしのぐ高速動作を実現することができる。また本発明ではＧｅの濃度とＣの濃度と制御することにより、前記ベース層２３中における歪を最適化することができ、これにより前記ベース層２３中におけるキャリアの移動度を最適化することも可能である。
【００３０】
特にこのようなＳｉＧｅ混晶系においてＣを実質的な量導入し、ＳｉＧｅＣ混晶を形成した場合、バンドギャップがＣ濃度と共に減少することが最近の理論計算で見出されているが（Ohfuti, M., et al., Phys. Rev. B vol.60, pp.15515-15518, 1999） 、このことは、図２（Ｂ）に示すようなＣの濃度勾配を有するベース層２３中においては、先に図１（Ｂ）で説明した伝導帯の傾斜がさらに大きくなり、キャリアが加速されやすくなることを示している。
【００３１】
次に、図２（Ａ），（Ｂ）のベース層２３を構成する三元系ＳｉＧｅＣ混晶層の形成方法を、本発明の第２実施例として説明する。
［第２実施例］
図３は、本発明の第２実施例によるＳｉＧｅＣ混晶層の形成工程において使われる気相堆積装置３０の構成を示す。
【００３２】
図３を参照するに、気相堆積装置３０は回動自在なグラファイトサセプタ３２を有する石英リアクタ３１を含み、前記グラファイトサセプタ３２上にはＳｉウェハなどの被処理基板３３が保持される。なお、図示の例では前記グラファイトサセプタ３２は図示しないＳｉＣ被膜により覆われている。
【００３３】
前記石英リアクタ３１にはフランジ３１Ａを介してゲートバルブ３４Ａおよびロードロック室３４Ｂを備えたウェハ出入部３４が結合されており、前記石英リアクタ３１は前記ウェハ出入部３４に設けられた排気ポート３４ａを介して排気される。さらにロードロック室３４Ｂも、別の排気ポート３４ｂを介して排気される。また前記石英リアクタ３１中には原料注入ポート３１ａから気相原料が導入される。また、前記石英リアクタ３１に隣接して、前記サセプタ３２上の被処理基板３３を加熱するランプ加熱装置３５Ａ，３５Ｂが配設されている。
【００３４】
以下、図３の堆積装置３０を使ったＳｉ基板上へのＳｉＧｅＣ三元系混晶層の形成工程について説明する。
【００３５】
最初に前記石英リアクタ３１中には、表面を洗浄された例えば（１００）面を有するＳｉ基板が、前記被処理基板３３として前記ロードロック室３４Ｂおよびゲートバルブ３４Ａを介して導入され、前記サセプタ３２上において表面の酸化膜がＨ2キャリアガス中９５０°Ｃでベークすることにより除去される。
【００３６】
次に前記被処理基板３３の基板温度を５５０〜６５０°Ｃまで低下させ、前記原料注入ポート３１ａからＳｉの原料としてＳｉＨ4を、Ｇｅの原料としてＧｅＨ4を、さらにＣの原料として（ＣＨ3）2ＳｉＨ2（ジメチルシラン）あるいは（ＣＨ3）3ＳｉＨ（トリメチルシラン）を前記石英リアクタ３１中に導入し、さらに前記石英リアクタ３１中の内圧を約１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）に設定して前記被処理基板３３上にＳｉＧｅＣ系混晶層の堆積を行う。
【００３７】
従来より、ＳｉＧｅＣ系混晶層をＣＶＤ法により形成する技術自体は存在したが、Ｃ原子をＳｉＧｅＣ系混晶において正しい格子位置に、すなわちＳｉあるいはＧｅ原子を置換するように、しかも高濃度で導入するのは困難であった。これは、Ｃ原子をＳｉＧｅＣ系混晶中のＳｉやＧｅを置換する正しい格子位置に導入しようとすると、Ｓｉ原料として使われるＳｉＨ4の分圧を増大させる必要がある（Mi，J.  et al., J. Vac. Sci. Tech. B14(3), pp.1660-1669, 1996）ことに起因している。すなわち、ＳｉＧｅＣ混晶中のＣ濃度を増大させようと、気相原料中におけるＣ原料の分圧を増大させるとＳｉＨ4の分圧が相対的に低下してしまい、その結果Ｃ原子が格子間位置等、望ましくない格子位置に入ってしまう。望ましくない格子位置に入ったＣ原子は結晶格子中に局部的な歪み場や深い準位を形成したり、転位や欠陥の発生源となる。
【００３８】
これに対し、本発明ではＣの原料として、従来使われていたＣＨ3ＳｉＨ3（モノメチルシラン）の代わりに１分子中に２あるいは３個のＣ原子を含む（ＣＨ3）2ＳｉＨ2あるいは（ＣＨ3）3ＳｉＨ等のＣ原料を使うことにより、ＳｉＨ4の分圧を低下させることなく、膜中に導入されるＣの量を増大させることができる。本発明により、５〜６原子％に達するＣを、ＳｉあるいはＧｅ原子を置換する格子位置に導入することが可能になった。
【００３９】
また、従来より、Ｓｉ基板上に形成されたＳｉＧｅＣ混晶では、混晶中へのＣの取り込み、特にＳｉあるいはＧｅ原子を置換するＣ原子の割合が、混晶中のＧｅ濃度が増大すると共に低下する傾向にあることが知られている（Liu, J.P., Appl. Phys. Lett. vol. 76,  pp.3546-3548,2000, op cit.）。このため、Ｇｅを多量に含むＳｉＧｅ混晶中へのＣ原子の導入は、従来より困難であった。
【００４０】
これに対し、本発明では、図３の堆積装置３０を使い、最初にＳｉＨ4を供給して基板表面をＳｉ原子で実質的に覆い、次いで前記（ＣＨ3）2ＳｉＨ2あるいは（ＣＨ3）3ＳｉＨ等のＣ原料を供給することで、Ｃ原子を所望の格子位置に導入し、その後でＧｅＨ4を供給してＧｅ原子を導入する工程を使う。かかる工程により、ＳｉＧｅＣ混晶中におけるＧｅ濃度が高い場合でも、安定してＣ原子を高い濃度で混晶中に導入することが可能になる。上記の工程を繰り返すことにより、所望の格子位置に高濃度のＣ原子を含むＳｉＧｅＣ混晶を形成することができる。その際、ＳｉＨ4、ＧｅＨ4およびＣ原料の供給回数を制御することにより、所望のＳｉＧｅＣ混晶を、任意の組成プロファイルで形成することが可能になる。
［第３実施例］
以下、図３の堆積装置３０を使った図２（Ａ），（Ｂ）のヘテロバイポーラトランジスタの製造工程を、図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら簡単に説明する。
【００４１】
図４（Ａ）を参照するに、ｎ+型層１１Ｂを形成されたＳｉ基板１１の表面には、前記コレクタ層１２を形成する領域に開口部を有するＳｉＯ2等の絶縁膜マスクパターン１２Ａが形成され、前記堆積装置３０において前記開口部にＳｉ層およびＳｉＧｅＣ混晶層２３を順次堆積してコレクタ層１２およびベース層２３を形成する。その際、前記コレクタ層１２の形成では基板温度を６００〜７５０°Ｃとし、ＳｉＨ4の他にドーパントガスとしてＰＨ3あるいはＡｓＨ3を、Ｈ2キャリアガスと共に供給する。一方前記ベース層２３の形成は、先に第２実施例で説明したように、Ｓｉ，ＧｅおよびＣの原料としてＳｉＨ4とＧｅＨ4と（ＣＨ3）2ＳｉＨ2あるいは（ＣＨ3）3ＳｉＨを供給することにより行われるが、その際にＢ2Ｈ6等のｐ型不純物のドーピングガスを供給する。先にも説明したように、前記ベース層２３の形成に際しては、ＳｉＨ4と（ＣＨ3）2ＳｉＨ2あるいは（ＣＨ3）3ＳｉＨとＧｅＨ4とを切替えながら形成することにより、正しい格子位置に高濃度でＣ原子を含むＳｉＧｅＣ混晶を、任意の組成プロファイルで形成することができる。
【００４２】
さらに図４（Ｂ）の工程で前記絶縁マスク１２Ａを除去し、前記エミッタ層１４の形成領域に開口部を有する絶縁マスク１４Ａを新たに形成した後、前記ベース層２３上にエミッタ電極１４を、ＳｉＨ4とＰＨ3あるいはＡｓＨ3の供給により形成する。
【００４３】
次に図４（Ｃ）の工程で前記絶縁マスク１４Ａを除去し、レジストプロセスにより素子分離溝１１Ａを形成し、さらにリフトオフ法によりコレクタ電極１７、ベース電極１６およびエミッタ電極１５を形成することにより、図２（Ａ）のヘテロバイポーラトランジスタが得られる。
［第４実施例］
図５は、図２（Ａ）のヘテロバイポーラトランジスタ２０のＳｉＧｅＣ混晶系ベース層２３の、本発明の第４実施例による組成プロファイルを示す。
【００４４】
図５を参照するに、本実施例では前記ベース層２３はエミッタ層１４との界面においてもＧｅおよびＣ濃度がゼロでなく、従ってヘテロ接合界面が形成されている。
【００４５】
かかる構成では、ＧｅおよびＣの組成変化は図２（Ｂ）の場合よりも緩やかになるが、組成パラメータｘと組成パラメータｙの比は一定には保たれず、従って図５のベース層２３中には多少歪が蓄積する。図示の例ではベース層２３とコレクタ層１２との界面において格子整合が成立しており、ベース層２３は歪を蓄積していても、転位等の欠陥を生じるほどの歪を受けることはない。またベース層２３中の歪を最適化することにより、キャリアの移動度を増大させることも可能である。
【００４７】
［第５実施例］
図６（Ａ）は、図２（Ａ）のヘテロバイポーラトランジスタ２０の構成を示す。
【００４８】
図６（Ａ）を参照するに、前記へテロバイポーラトランジスタ２０では、ベース層２３とエミッタ層１４との間の界面、およびベース層２３とコレクタ層１２との間の界面が、いずれもヘテロ接合界面となり、その結果かかる界面に対応して伝導帯Ｅｃに顕著なスパイクが現れる。伝導帯Ｅｃ上のかかるスパイクは、伝導帯Ｅｃに沿ってベース層２３を横切る電子に対してポテンシャル障壁として作用するため、かかるヘテロ接合界面においてトランジスタの動作速度が低下する問題が生じる。
【００４９】
これに対し、図６（Ｂ）は、本発明の第５実施例によるヘテロバイポーラトランジスタ４０のバンド構造図を示す。
【００５０】
本実施例では、前記エミッタ層１４あるいはコレクタ層１２のうち、前記ベース層２３との界面を含む領域１４ａあるいは１２ａにＣ原子を導入し、組成がＳｉ1-yＣyで表されるＳｉＣ層を形成する。かかるＳｉＣ層を形成することにより、前記領域１４ａあるいは１２ａにおいて伝導帯Ｅｃの位置が低エネルギ側にシフトし、その結果かかる領域に生じていた伝導帯のスパイクが実質的に消滅し、エミッタ層１４からベース層２３への電子の注入、およびベース層２３からコレクタ層１２への電子の注入が効率良く行われるようになる。これに伴いベース／コレクタ界面でブロックされた電子に起因するベース電流が減少し、バイポーラトランジスタは優れた電気的特性を示す。
【００５１】
前記界面領域１４ａあるいは１２ａにおけるＣ原子の導入は、図３の堆積装置を使うことにより、容易に実行することができる。
［第６実施例］
図６（Ｂ）の構成は、ベース層がＳｉＧｅ二元系混晶よりなる図１（Ａ），（Ｂ）のヘテロバイポーラトランジスタ１０に対しても適用可能である。
【００５２】
図７は、図１（Ａ），（Ｂ）のヘテロバイポーラトランジスタ１０においてエミッタ／べース界面領域あるいはベース／コレクタ界面領域において伝導帯のスパイクを消滅させた本発明の第６実施例によるヘテロバイポーラトランジスタ６０の構成を示す。ただし図７中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
図７を参照するに、本実施例では前記Ｓｉエミッタ層１４のうち、前記ＳｉＧｅ二元系混晶ベース層１３との界面を含む界面領域１４ａにＣ原子が導入されており、Ｓｉ1-yＣyで表されるＳｉＣ組成を有する。同様に、Ｓｉコレクタ層１２のうち、前記ベース層１３との界面を含む界面領域１２ａにもＣ原子が導入されている。その結果、前記領域１４ａおよび１２ａにおいて伝導帯Ｅｃのスパイクは実質的に消滅し、ヘテロバイポーラトランジスタ６０の特性が向上する。
【００５４】
図７の実施例においては、前記Ｃ原子の導入は、ベース層１３のうち、前記界面領域１４ａあるいは１２ａに接する部分にも行うことが可能である。かかるＣ原子の導入は、図３の堆積装置３０を使うことにより、容易に行うことができる。
【００５５】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において、様々な変形・変更が可能である。
（付記）
（付記１）  基板と、
前記基板上に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
前記ベース層上に形成されたエミッタ層とよりなるヘテロバイポーラトランジスタであって、
前記ベース層はＳｉＧｅＣ系の混晶よりなり、
前記ベース層中においてＣの濃度が、前記エミッタ層に面する第１の界面から前記コレクタ層に面する第２の界面まで増加することを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。（１）
（付記２）  前記基板はＳｉ基板であることを特徴とする付記１記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
（付記３）  前記ベース層中において、Ｇｅの濃度が前記第１の界面から前記第２の界面まで、実質的に一定であることを特徴とする付記１または２記載のヘテロバイポーラトランジスタ。（２）
（付記４）  前記ベース層中においてＧｅの濃度が、前記第１の界面から前記第２の界面まで増加することを特徴とする付記１または２記載のヘテロバイポーラトランジスタ（３）。
（付記５）  前記ベース層中において、前記Ｃの濃度と前記Ｇｅの濃度とは、前記第１の界面から前記第２の界面まで、一定の比率を維持しながら変化することを特徴とする付記４記載のヘテロバイポーラトランジスタ。（４）
（付記６）  前記比率は、前記ベース層中において、前記第１の界面から前記第２の界面まで、格子不整合に起因する欠陥の形成が生じないような値に設定されていることを特徴とする付記５記載のヘテロバイポーラトランジスタ。（５）
（付記７）  前記比率は、前記ベース層中において、前記第１の界面から前記第２の界面まで、実質的に格子整合が成立するように設定されていることを特徴とする付記５または６記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
（付記８）  前記Ｇｅの濃度および前記Ｃの濃度は、前記ベース層中において前記第１の界面から前記第２の界面まで、連続的に変化することを特徴とする付記４〜７のうち、いずれか一項記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
（付記９）  前記Ｇｅの濃度および前記Ｃの濃度のうちの少なくとも一方は、前記第１の界面において実質的にゼロでない値を有することを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
（付記１０）  前記エミッタ層のうち前記ベース層に接する第１の領域と、前記コレクタ層のうち前記ベース層に接する第２の領域の少なくとも一方が、Ｃを含むことを特徴とする付記１〜９のうち、いずれか一項記載のヘテロバイポーラトランジスタ。（６）
（付記１１）  前記第１および第２の領域の双方がＣを含むことを特徴とする付記１０記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
（付記１２）  基板と、
前記基板上に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
前記ベース層上に形成されたエミッタ層とよりなるヘテロバイポーラトランジスタであって、
前記ベース層はＳｉＧｅ二元系混晶よりなり、
前記エミッタ層のうち前記ベース層に接する第１の領域と、前記コレクタ層のうち前記ベース層に接する第２の領域の少なくとも一方が、Ｃを含むことを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。（７）
（付記１３）  前記第１および第２の領域の双方がＣを含むことを特徴とする付記１２記載のヘテロバイポーラトランジスタ。
（付記１４）  基板表面にＳｉＧｅＣ混晶膜をＳｉ，ＧおよびＣの気相原料から形成する方法であって、
前記基板表面に、ＳｉＨ4，ＧｅＨ4，および１分子中に２個以上のＣ原子を含む原料を、それぞれＳｉ，ＧｅおよびＣの気相原料として供給する工程を含むことを特徴とするＳｉＧｅＣ混晶膜の形成方法。（８）
（付記１５）  前記基板はＳｉ基板であることを特徴とする付記１４記載のＳｉＧｅＣ混晶膜の形成方法。
（付記１６）  前記Ｃの気相原料として、（ＣＨ3）2ＳｉＨ2および（ＣＨ3）3ＳｉＨのいずれか一方が使われることを特徴とする付記１４または１５記載のＳｉＧｅＣ混晶膜の形成方法。（９）
（付記１７）  前記Ｓｉ，ＧｅおよびＣの気相原料を供給する工程は、前記基板表面にＳｉＨ4を優先的に供給する第１の工程と、前記第１の工程の後、前記基板表面に前記Ｃの気相原料を優先的に供給する第２の工程と、前記第２の工程の後、前記基板表面にＧｅＨ4を優先的に供給する第３の工程とを含むことを特徴とする付記１４〜１６のうち、いずれか一項記載のＳｉＧｅＣ混晶膜の形成方法。（１０）
（付記１８）  前記Ｃの気相原料の割合は、前記ＳｉＧｅＣ混晶膜の成長と共に変化させられることを特徴とする付記１４〜１７のうち、いずれか一項記載のＳｉＧｅＣ混晶膜の形成方法。（１１）
【発明の効果】
本発明によれば、ＳｉＧｅＣ三元系混晶をベース層に使ったヘテロバイポーラトランジスタにおいて、前記ベース層中にＧｅとＣの組成勾配を形成することにより、
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ），（Ｂ）は、従来のＳｉＧｅ二元系混晶をベース層に使ったヘテロバイポーラトランジスタの構成を示す図である。
【図２】  （Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるヘテロバイポーラトランジスタの構成を示す図である。
【図３】  本発明の第２実施例による、三元系ＳｉＧｅＣ混晶を形成する堆積装置の構成を示す図である。
【図４】  （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第３実施例による図２（Ａ），（Ｂ）に示すヘテロバイポーラトランジスタの製造方法を示す図である。
【図５】  本発明の第４実施例によるヘテロバイポーラトランジスタにおけるベース層のＧｅ，Ｃ分布を示す図である。
【図６】  本発明の第５実施例によるへテロバイポーラトランジスタのバンド構造を示す図である。
【図７】  本発明の第６実施例によるへテロバイポーラトランジスタのバンド構造を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０，４０，６０  ヘテロバイポーラトランジスタ
１１  Ｓｉ基板
１１Ａ  素子分離溝
１１Ｂ  ｎ+型ウェル
１２  Ｓｉコレクタ層
１２Ａ，１４Ａ  絶縁膜マスク
１２ａ，１４ａ  ＳｉＣ組成層
１３  ＳｉＧｅベース層
１４  Ｓｉエミッタ層
１５  エミッタ電極
１６  ベース電極
１７  コレクタ電極
２３  ＳｉＧｅＣベース層
３０  堆積装置
３１  リアクタ
３１ａ  原料ガス入口
３１Ａ  フランジ
３２  サセプタ
３３  被処理基板
３４  ウェハ出入部
３４Ａ  ゲートバルブ
３４Ｂ  ロードロック室
３４ａ．３４ｂ  排気ポート
３５Ａ，３５Ｂ  ランプ加熱装置
【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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