JP2009509318A - ＳｉＧｅへテロ接合バイポーラ・トランジスタにおける移動度の向上 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＨＢＴデバイスのベース領域において２軸歪みを増大させ、それによりベース領域においてキャリア移動度を増加させる。
【解決手段】
本発明は、内部にＳｉＧｅ含有層を持つベース領域を有する高性能ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）に関する。ＳｉＧｅ含有層は、約１００ｎｍの厚さを超えず、所定の臨界ゲルマニウム含有量を有する。ＳｉＧｅ含有層はさらに、所定の臨界ゲルマニウム含有量の約８０％を下回らない平均ゲルマニウム含有量を有する。本発明はまた、ベース層が１００ｎｍを超えない場合には、内部の平均ゲルマニウム含有量が、ベース層の厚さに基づいて計算される臨界ゲルマニウム含有量の８０％を下回らないように、ベース層内のゲルマニウム含有量を均一に増加させることによって、ＳｉＧｅ含有ベース層を有するＨＢＴ内のキャリア移動度を向上させるための方法に関する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＳｉＧｅベースのヘテロ接合バイポーラ・トランジスタに関し、より特定的には、移動度の向上によって性能が改善されたＳｉＧｅベース・ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタに関する。本発明はまた、このようなＳｉＧｅベース・ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタを製造する方法に関する。

最新のＳｉＧｅヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）デバイスにおいては、ベース材料は、製造プロセスの比較的早い段階で、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によって前工程（ＦＥＯＬ）膜としてエピタキシャル堆積される。これによって、合金及びドーパントの両方における特定のベース・プロファイルを調整することができるようになり、ＨＢＴデバイスの性能を改善するのに用いることができるゲルマニウム及び炭素とシリコンとの合金の疑似格子整合成長（pseudomorphic growth）が可能になる。

特に、Ｇｅ原子は、より大きい原子分離（atomic separation）を必要とするため、シリコンの結晶格子内に置換ゲルマニウムを取り入れることによって、材料内に圧縮歪みが生成される。置換ゲルマニウムを取り入れることによって、材料のバンドギャップも小さくなる。一部のＳｉＧｅベース・ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）デバイスにおいては、Ｇｅ含有量が、ベース領域全体にわたって一定値まで（単矩形プロファイル）又はベース領域の一部にわたって一定値まで（階段状プロファイル）、急増する。「傾斜」ＳｉＧｅＨＢＴデバイスにおいては、ベース領域のＧｅ含有量は一定ではなく、エミッタ−ベース接合部近くの低Ｇｅ濃度からベース領域深部の高Ｇｅ濃度まで増加し、したがって、電子流の方向にバンドギャップが減少したドリフト電界を生成する。ＨＢＴデバイスのエミッタから注入された電子は、エミッタ−ベース接合部における低Ｇｅ濃度によって小さくなった注入バリアに直面し、次いで、ベース領域深部の大きなＧｅ含有量によってベース領域全体にわたって加速電場を受ける。エミッタ−ベース接合部のＧｅ含有量が低いことによって、ベースへの電子注入が多くなり、したがって電流増幅率が増大する。ベース領域内のＧｅ傾斜は、デバイス全体にわたる電子の輸送を速める効果があり、その結果、より高速な性能までデバイスをスケーリングするのに特に重要な、ベースを通る走行時間が減少する。このような望ましいＧｅ傾斜は、ＳｉＧｅ膜堆積の際のＧｅ前躯体流の時間依存プログラミングによって、容易に作ることができる。

しかしながら、ＳｉＧｅ膜の厚さの増加又はＧｅ含有量の増加のいずれかのために、疑似格子整合成長したＳｉＧｅ膜の歪みが臨界レベルに達したときは、その歪みは、歪みＳｉＧｅ結晶構造内に蓄積される弾性エネルギーによって閉じ込めておくことができなくなる。その代わりに、歪みの一部が、ヘテロエピタキシャル界面のミスフィット転位の生成によって緩和される。したがって、特定のＧｅ含有量のＳｉＧｅ膜について、ＳｉＧｅ膜の疑似格子整合成長のための最大厚さとして定義される「臨界厚さ」が存在し、それを下回る場合には、ＳｉとＧｅとの間の格子不整合によって生じる歪みが、結晶格子歪み内に蓄積される弾性エネルギーによって閉じ込められ、それを上回る場合には、歪みの一部が、ヘテロエピタキシャル界面のミスフィット転位の生成によって緩和される。同様に、特定の厚さのＳｉＧｅ膜について、疑似格子整合ＳｉＧｅ膜内に取り入れることができる最大のゲルマニウム含有量として定義される「臨界Ｇｅ含有量」が存在し、それを下回る場合には、ＳｉとＧｅとの間の格子不整合によって生じる歪みが、結晶格子歪み内に蓄積される弾性エネルギーによって閉じ込められ、それを上回る場合には、歪みの一部が、ヘテロエピタキシャル界面のミスフィット転位の生成によって緩和される。

歪み緩和によって生じる転位欠陥は、電気的に活性であり、キャリアの散乱、キャリアの捕捉、及びキャリアの再結合を増大させる可能性がある。したがって、従来、ＳｉＧｅベース層のＧｅの含有量及び全体の厚さは、デバイス構造体の転位欠陥の形成を避けるために、臨界値を超えないように注意深く設計されていた。

垂直方向及び横方向の両方におけるＳｉＧｅＨＢＴデバイスの最近の積極的なスケーリングは、ベース層の厚さの大幅な縮小を含む、デバイス寸法の大幅な縮小につながってきた。さらに、最近の高周波測定は、高性能ＨＢＴの（例えば、最大でも約１００ｎｍの厚さの）極薄ベース層を通って移動するキャリアがすでに、今日の積極的なＧｅ傾斜における飽和速度に達したことを示している。言い換えると、極薄ベース層においてＧｅ傾斜を増大させても、これ以上キャリア速度の改善がもたらされない。

結果として、最新のＳｉＧｅベースＨＢＴデバイス（非特許文献１を参照されたい）は、臨界値をはるかに下回るＧｅ含有量と厚さとを持つベース層を有する。
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本発明は、ＨＢＴデバイスのベース領域における２軸歪みを増大させ、それによりベース領域においてキャリア移動度を増加させることによって、現在利用可能なＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスの性能をさらに改善しようとするものである。

本発明は、現在利用可能なＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスの極薄ベース層のＧｅ含有量のさらなる増加は、キャリア速度をこれ以上増加させないが、ベース領域近くの２軸歪みの増大、すなわち、基板表面と平行な方向（すなわち横方向）に沿った圧縮歪みの増大と、基板表面と直交する方向（すなわち垂直方向）に沿った引張歪みの増大とを引き起こすことができ、これが、ベース領域を通って横方向に流れるホールの移動度とベース領域を垂直に移動する電子の移動度とを高めるように機能することを明らかにした。

キャリアのベース走行時間は、キャリア速度だけでなくキャリア移動度にも依存するため、現在利用可能なＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスのキャリアのベース走行時間は、このようなＨＢＴデバイスの極薄ベース層のＧｅ含有量を臨界値近くまで増加させることによって、さらに短縮することができる。

さらに、ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスのベース抵抗もキャリア移動度に依存するため、ベース層のＧｅ含有量を臨界値近くまで増加させることを利用して、ベース抵抗を減少させることもできる。

１つの態様においては、本発明は、コレクタ領域と、ベース領域と、外部ベース領域と、エミッタ領域とを含むＨＢＴデバイスに関する。ＨＢＴデバイスのベース領域は、極薄ＳｉＧｅ含有層、すなわち最大で約１００ｎｍの厚さを有する層を含む。このような極薄ＳｉＧｅ含有層については、その厚さに基づいて臨界ゲルマニウム含有量をあらかじめ決定することができ、ＳｉＧｅ含有層は、所定の臨界ゲルマニウム含有量の約８０％を下回らない平均ゲルマニウム含有量のゲルマニウム含有プロファイルを有するように整えられ、構成される。

好ましくは、極薄ＳｉＧｅ含有層の平均ゲルマニウム含有量は、所定の臨界ゲルマニウム含有量の９０％を下回らず、より好ましくは９５％を下回らず、さらにより好ましくは９９％を下回らない。さらに好ましくは、極薄ＳｉＧｅ含有層の平均ゲルマニウム含有量は、所定の臨界ゲルマニウム含有量と実質的に等しい（すなわち、±０．１％の差である）。

極薄ＳｉＧｅ含有層の臨界ゲルマニウム含有量は、以下により詳細に説明されるように、従来の様々な既知の方法によって容易に計算することができ、本発明では、転位発生の危険性を最小にするように、ＳｉＧｅ含有層における実際のゲルマニウム含有量を制御するために、計算された平均臨界ゲルマニウム含有量を選択する。例えば、約５０ｎｍの厚さのＳｉＧｅ含有層について、計算された臨界ゲルマニウム含有量は、約１６原子％から約１８原子％であるが、本発明においては、所定の臨界ゲルマニウム含有量として１７原子％という平均値が選択される。別の例として、１００ｎｍ厚のＳｉＧｅ含有層の計算された臨界ゲルマニウム含有量は、約９原子％から約１１原子％であり、本発明の実施のための所定の臨界ゲルマニウム含有量として１０原子％という平均値が選択される。

本発明の極薄ＳｉＧｅ含有層は、平坦なＧｅ含有量プロファイル（すなわち、ＳｉＧｅ含有層全体にわたって、実質的に均一なＧｅ含有量が与えられる）、階段状のＧｅ含有量プロファイル（すなわち、ＳｉＧｅ含有層全体にわたって、均一なＧｅ含有量の多数の平坦域が与えられる）、又は、傾斜Ｇｅ含有量プロファイル（すなわち、ＳｉＧｅ含有層内でＧｅ含有量が変化する）を有するものとすることができる。本明細書において用いられる「Ｇｅ含有量プロファイル」又は「ゲルマニウム含有量プロファイル」という用語は、構造体のゲルマニウム含有量を構造体の厚さ又は深さの関数としてプロットしたものを指す。好ましくは、極薄ＳｉＧｅ含有層は、傾斜Ｇｅ含有量プロファイルを有し、これは、規則的な又は不規則ないずれかの適切な形状を有するものとすることができる。例えば、このような極薄ＳｉＧｅ含有層は、三角形のＧｅ含有量プロファイル、又は、台形のＧｅ含有量プロファイルを有するものとすることができる。

単純な（すなわち階段状の）又は複雑な（傾斜状の）ＳｉＧｅ含有層について、「平均Ｇｅ含有量」は、まずＳｉＧｅ含有層全体にわたってＧｅ含有量を積分し、すなわち層内の全Ｇｅ含有量又は積分Ｇｅ含有量を決定し、次いで積分Ｇｅ含有量を層の厚さで割ることによって求められる。このようなＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスのベース層における平均Ｇｅ含有量が、ベース層の厚さに対応する臨界Ｇｅ含有量より少ないか又はそれと等しいままである限り、ＳｉＧｅベースＨＢＴは、ＨＢＴデバイスを完成させるのに必要なより高温の処理ステップにおいて安定すると考えられる。臨界Ｇｅ含有量は、例えば、本明細書において以下に詳細に述べられるMatthew/Blakesleeライン（ＭＢＬ）から、容易に求めることができる。さらに、超高真空化学気相堆積（ＵＨＶＣＶＤ）及び高温焼付調整型（high-temperature bake-conditioned）リモートプラズマ強化化学気相堆積（ＲＰＣＶＤ）などの特定の堆積技術によって、臨界Ｇｅ含有量に極めて近い（９５％を上回る）平均Ｇｅ含有量でＳｉＧｅ含有ベース層を堆積させることができる。

別の態様においては、本発明は、約５０ｎｍを超えない厚さと、約１６．５原子％から約１７．５原子％の範囲の平均ゲルマニウム含有量のゲルマニウム含有量プロファイルとを有するＳｉＧｅ含有ベース層を含む、へテロ接合バイポーラ・トランジスタに関する。

さらなる態様においては、本発明は、ベース層の準静的（quasi-static）ドリフト電界を変化させることなく、極薄ＳｉＧｅ含有ベース層を有するヘテロ接合バイポーラ・トランジスタにおいてキャリア移動度を向上させるための方法に関する。ＳｉＧｅ含有層の準静的ドリフト電界は、ＳｉＧｅ含有層内のＧｅ傾斜率又はＧｅ含有量プロファイルの形状に依存するが、絶対的なＧｅ含有量には依存しない。

したがって、極薄ＳｉＧｅ含有ベース層全体にわたるＧｅ含有量の均一な増加を利用して、ベース層のＧｅ含有量をほぼ臨界状態にすることができ、それにより、ベース層内の２軸歪み及びキャリア移動度が最大化するが、Ｇｅ含有量の均一な増加は、Ｇｅ傾斜率又はＧｅ含有量プロファイルの形状を変化させることはなく、したがってベース層において同じ準静的ドリフト電界を維持する。

１つの実施形態においては、本発明の方法は、ＳｉＧｅ含有ベース層の厚さを測定するステップと、ＳｉＧｅ含有ベース層の厚さに基づいて臨界ゲルマニウム含有量を計算するステップと、そのＳｉＧｅ含有ベース層のゲルマニウム含有量プロファイルを決定するために、ＳｉＧｅ含有ベース層内のゲルマニウム含有量を測定するステップと、変化したゲルマニウム含有量プロファイルが、計算された臨界ゲルマニウム含有量の約８０％を下回らない平均ゲルマニウム含有量を有するのに十分な量だけ、ＳｉＧｅ含有ベース層内のゲルマニウム含有量を均一に増加させることによって、ＳｉＧｅ含有ベース層のゲルマニウム含有量プロファイルを変化させるステップと、を含む。

さらなる態様においては、本発明は、ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスのＳｉＧｅ含有ベース層について推定厚さと推定ゲルマニウム・プロファイルとを決定するステップであって、その推定厚さは約１００ｎｍを超えない、ステップと、推定厚さに基づいて臨界ゲルマニウム含有量を計算し、推定ゲルマニウム・プロファイルと臨界ゲルマニウム含有量とに基づいて平均ゲルマニウム含有量を計算するステップであって、平均ゲルマニウム含有量は臨界ゲルマニウム含有量の８０％を下回らない、ステップと、半導体基板内にＨＢＴデバイスのためのコレクタを形成するステップと、コレクタの上に、推定厚さと推定ゲルマニウム・プロファイルと計算された平均ゲルマニウム含有量とを有するＳｉＧｅ含有ベース層を堆積させるステップと、ＨＢＴデバイスのための外部ベースとエミッタとを形成するステップと、によって高性能ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスを製造するための方法を提供する。

推定厚さ及び推定ゲルマニウム・プロファイルは、理論的なバンド構造計算及びこれまでのベース・プロファイル・スケーリングによって、容易に決定することができ、これらは当該技術分野において公知であるため、本明細書では詳細には説明されない。好ましくは、推定ゲルマニウム・プロファイルは、ベース層全体にわたってキャリアを加速させるための準静的ドリフト電界を確立するゲルマニウム傾斜をベース層に与える。

本発明の他の態様、特徴及び利点は、以下の開示及び特許請求の範囲からより完全に明らかになる。

図面１（以下、図１とする）には、深いトレンチ分離とＴ字型エミッタとを有する典型的なＳｉＧｅベースＨＢＴが示される。具体的には、図１は、２つの浅いトレンチ分離領域１４Ｒと１４Ｌとの間に位置するコレクタ１２を少なくとも含む半導体構造体１０を含む。１４Ｌによって表される図の左側の浅いトレンチ分離領域は、浅いトレンチの底部壁面から延びる深いトレンチ１６を有する。図１において示される半導体構造体はまた、第１のエピタキシャル・シリコン層１８と、ＳｉＧｅベース２０と、第２のエピタキシャル・シリコン層２２とを含み、これらは、トレンチ分離領域及びコレクタ１２の上に配置される。図１において示される構造体はまた、外部ベース２４と酸化物層２６とを含み、これらは、ＳｉＧｅベース２０の上方に配置される第２のエピタキシャル・シリコン層２２の表面を露出させるように、パターン形成される。窒化物スペーサ２８が、酸化物層２６及び外部ベース２４の側壁上に配置される。Ｔ字型エミッタ３０は、図１において示されるように構造体内に存在する。

図１において示されるＨＢＴは、当該技術分野において周知の従来のバイポーラ処理技術を利用して製造される。例えば、特にＳｉＧｅを含むヘテロ接合Ｓｉ含有ベースは、絶縁酸化物によって囲まれた土台となるコレクタ（collector pedestal）上にエピタキシャル成長する。

エピタキシャル成長の際に、前躯体流の時間依存プログラミングによって、（指数関数傾斜又は多項式傾斜を持つ）精密なホウ素、ゲルマニウム、炭素含有量プロファイルを容易に生成することができる。トランジスタの中性ベース領域全体にわたってキャリアを加速し走行時間を大幅に短縮する組み込みドリフト電界を生成するために、傾斜ゲルマニウム含有量プロファイルが望ましい。

従来のＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスにおけるゲルマニウム含有量プロファイル及びゲルマニウム傾斜は、ＳｉＧｅベース層の臨界厚さ及び臨界ゲルマニウム含有量によって制限されるように用いられていたが、ＳｉＧｅ ＨＢＴデバイスの最近の積極的なスケーリングは、ベース層厚さの大幅な縮小を含むデバイス寸法の大幅な縮小につながっている。さらに、最近の研究は、極薄ベース層を通って移動するキャリアがすでに、今日の適度なＧｅ傾斜における飽和速度に達しており、極薄ベース層内のＧｅ傾斜の増大が、キャリア速度のこれ以上の改善をもたらさないことを示しているため、現在利用可能なＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスは、臨界値をはるかに下回るベースＧｅ含有量を有する。

図２は、現在利用可能なＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスの２つの例示的な傾斜Ｇｅプロファイルを示す。これら２つの傾斜Ｇｅプロファイルの平均Ｇｅ含有量（それぞれ、Ｘ_Ａ１及びＸ_Ａ２）は、このようなデバイスの極薄ＳｉＧｅベース層の臨界Ｇｅ含有量（Ｘ_Ｃ）をはるかに下回る。

本発明は、現在利用可能なＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスの極薄ベース層におけるＧｅ含有量のさらなる増加は、キャリア速度をさらに増加させることはないが、ベース領域近くの２軸歪みを増大させることにより、ベース領域におけるキャリア移動度を向上させ、ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイス内のキャリアのベース走行時間とベース抵抗とを減少できることを明らかにしている。

したがって、本発明は、キャリア移動度を増大させ、さらにベース抵抗と中性ベース領域を通るキャリア走行時間とを減少させるために、ＳｉＧｅＨＢＴの極薄ベース領域におけるほぼ臨界の平均Ｇｅ含有量を利用する。本発明によって説明される方法は、既存のＳｉＧｅＨＢＴデバイスの性能を修正して改善するために、又は、高性能のＳｉＧｅＨＢＴデバイスを最初から製造するために、用いることができる。

既存のＳｉＧｅＨＢＴの極薄ベース領域における傾斜Ｇｅ含有量プロファイルによって生成される同じドリフト電界を維持するために、本発明は、ＳｉＧｅベース層の平均ゲルマニウム含有量が臨界ゲルマニウム含有量の８０パーセント又は少なくともそれに近くなるのに十分な量だけ、既存のＨＢＴデバイスのＳｉＧｅベース層内のゲルマニウム含有量を均一に増加させることによって、既存のＳｉＧｅＨＢＴの改良を提案する。

図３は、本発明の１つの実施形態による傾斜Ｇｅ含有量プロファイル１４を示しており、これは、極薄ベース領域を有する既存のＳｉＧｅＨＢＴデバイスにおける傾斜Ｇｅ含有量プロファイル１２においてＧｅ含有量を均一に増加させることによって生成される。増加したＧｅ含有量はΔｘとして示され、新しい傾斜Ｇｅ含有量プロファイル１４の平均Ｇｅ含有量（ｘ_Ａ）は、従来技術のＧｅ含有量プロファイル１２の平均Ｇｅ含有量（図示せず）よりはるかに臨界ゲルマニウム含有量（ｘ_Ｃ）に近い。

同様に、図４は、本発明の１つの実施形態による傾斜Ｇｅ含有量プロファイル２４を示しており、これは、極薄ベース領域を有する既存のＳｉＧｅＨＢＴデバイスにおける従来技術の傾斜Ｇｅ含有量プロファイル２２においてＧｅ含有量を（Δｘだけ）均一に増加させることによって生成される。新しい傾斜Ｇｅ含有量プロファイル２４の平均Ｇｅ含有量（ｘ_Ａ）は、従来技術のＧｅ含有量プロファイル２２の平均Ｇｅ含有量（図示せず）よりはるかに臨界ゲルマニウム含有量（ｘ_Ｃ）に近い。

図５は、本発明の別の実施形態による別の傾斜Ｇｅ含有量プロファイル３４を示しており、これは、既存のＳｉＧｅＨＢＴの極薄ＳｉＧｅベース領域と極薄ＳｉＧｅベースの側面に位置する２つのエピタキシャル・シリコン層（すなわち、図１の層１８及び２２）との両方において、Ｇｅ含有量をΔｘだけ均一に増加させることによって生成される。２つのエピタキシャル・シリコン層におけるＧｅ含有量の増加は、図５においてランプ３６ａ及び３６ｂによって示されており、新しい傾斜Ｇｅ含有量プロファイル３４の平均Ｇｅ含有量（ｘ_Ａ）は、従来技術のＧｅ含有量プロファイル３２の平均Ｇｅ含有量（図示せず）よりはるかに臨界ゲルマニウム含有量（ｘ_Ｃ）に近い。

したがって、Ｇｅ含有量の増加は、このような極薄ＳｉＧｅベースの側面に位置するエピタキシャル・シリコン層が、原則として内部にわずかにＧｅが含まれるか又は全くＧｅが含まれないシリコンからなるように、極薄ＳｉＧｅベース領域のみに限定されるか、又は、側面に位置するエピタキシャル・シリコン層にまで拡張して拡張ＳｉＧｅエピタキシャル・ベース領域を形成するようにすることができる。

本発明は、トランジスタのベース抵抗を減少させながら、ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスのキャリア移動度を向上させる方法を提供する。本発明によれば、キャリア移動度の増加は、バイポーラ・トランジスタと典型的に関連するドリフト電界に悪影響を与えることなく、ＨＢＴデバイスの極薄ベース領域におけるＧｅプロファイルを変化させることによって達成される。

より具体的には、本発明は、横方向の圧縮歪みと垂直方向の引張歪みとを同時に与えるように、ＳｉＧｅＨＢＴデバイスの極薄ベース領域におけるＧｅ含有量プロファイルを変化させる方法を提供する。本発明によって説明されるＧｅ含有量のこのような変化は、極薄ベース領域のＧｅ傾斜の量によって生成される準静的ドリフト電界に悪影響を与えることも、これを著しく変えることもない。ベースのＧｅ含有量プロファイルに均一な量のＧｅを加え、極薄ベース層内の平均Ｇｅ含有量を臨界値近くまで増加させることによって、内部の２軸層歪みは、見かけ上の準安定的な緩和臨界点まで大幅に向上させることができる。

特定の厚さのＳｉＧｅベース層についての臨界Ｇｅ含有量は、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７によって説明されるように、様々な方法によって容易に決定することができる。

図６は、ＳｉＧｅ含有膜の臨界厚さとその中のＧｅ含有量とを関連付けるMatthews-Blakeslee曲線を示しており、これを用いて、ＳｉＧｅ膜の特定の厚さを与える臨界Ｇｅ含有量を容易に求めることができる。

異なる方法を用いて計算された臨界Ｇｅ含有量は、用いられるモデルの違いと考慮されるパラメータの違いとによって、互いにわずかに異なる場合がある。本発明は、ＳｉＧｅ含有層における実際のゲルマニウム含有量を制御するために、計算された平均臨界ゲルマニウム含有量を選択する。例えば、約５０ｎｍの厚さのＳｉＧｅ含有層について、計算された臨界ゲルマニウム含有量は、約１６原子％から約１８原子％であるが、本発明においては、所定の臨界ゲルマニウム含有量として１７原子％という値が選択される。別の例として、１００ｎｍの厚さのＳｉＧｅ含有層の計算された臨界ゲルマニウム含有量は、約９原子％から約１１原子％であり、本発明の実施のための所定の臨界ゲルマニウム含有量として１０原子％という値が選択される。

好ましくは、ほぼ臨界のＧｅ含有量の極薄ＳｉＧｅベース層は、十分に確立されたプロセス制御と実証済みの再現性とを有しバッチ処理及び大規模製造に適した化学気相堆積（ＣＶＤ）によって、疑似構成整合成長される。さらに、ＣＶＤプロセスはプラズマ処理を必要とせず、置換Ｇｅ原子は、バンド構造の微小な変化を除いて電気的に不活性であり、、ベース層内の極めて低い汚染レベルを保証する。

本発明は、その好ましい実施形態に関して具体的に示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び細部における前述の及び他の変更が行われうることが分かるであろう。したがって、本発明は、説明され図示されたそのままの形態及び細部に限定されるのではなく、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。

例示的な従来技術のＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスの断面図である。 ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスについての２つの従来技術のベースＧｅ含有量プロファイルである。 従来技術のベースＧｅ含有量プロファイルと比較した、本発明の１つの実施形態による高性能ＳｉＧｅ ＨＢＴデバイスの改善されたベースＧｅ含有量プロファイルである。 従来技術のベースＧｅ含有量プロファイルと比較した、本発明の１つの実施形態による高性能ＳｉＧｅ ＨＢＴデバイスの別の改善されたベースＧｅ含有量プロファイルである。 従来技術のベースＧｅ含有量プロファイルと比較した、本発明の１つの実施形態による高性能ＳｉＧｅ ＨＢＴデバイスのさらに別の改善されたベースＧｅ含有量プロファイルである。 層の厚さに基づいてＳｉＧｅ含有層の臨界Ｇｅ含有量を決定するために用いることができるMatthews-Blakeslee曲線である。

Claims (28)

1. コレクタ領域と、ベース領域と、外部ベース領域と、エミッタ領域とを含むヘテロ接合バイポーラ・トランジスタであって、前記ベース領域はＳｉＧｅ含有層を含み、前記ＳｉＧｅ含有層は１００ｎｍを超えない厚さと前記厚さに関連する所定の臨界ゲルマニウム含有量とを有し、前記ＳｉＧｅ含有層は前記所定の臨界ゲルマニウム含有量の８０％を下回らない平均ゲルマニウム含有量のゲルマニウム含有量プロファイルを有する、ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
2. 前記ＳｉＧｅ含有層の前記ゲルマニウム含有量プロファイルは階段状又は傾斜状であり、前記ＳｉＧｅ含有層内の前記平均ゲルマニウム含有量は、前記層内の積分ゲルマニウム含有量を決定するために前記ＳｉＧｅ含有層全体にわたってゲルマニウム含有量を積分し、前記積分ゲルマニウム含有量を前記層の前記厚さで割ることによって決定される、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
3. 前記ＳｉＧｅ含有層の前記平均ゲルマニウム含有量は前記所定の臨界ゲルマニウム含有量の９０％を下回らない、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
4. 前記ＳｉＧｅ含有層の前記平均ゲルマニウム含有量は前記所定の臨界ゲルマニウム含有量の９５％を下回らない、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
5. 前記ＳｉＧｅ含有層の前記平均ゲルマニウム含有量は前記所定の臨界ゲルマニウム含有量の９９％を下回らない、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
6. 前記ＳｉＧｅ含有層の前記平均ゲルマニウム含有量は前記所定の臨界ゲルマニウム含有量と実質的に等しい、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
7. 前記ＳｉＧｅ含有層の前記所定の臨界ゲルマニウム含有量は１０原子％を下回らない、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
8. 前記ＳｉＧｅ含有層は５０ｎｍを超えない厚さを有し、前記ＳｉＧｅ含有層の前記所定の臨界ゲルマニウム含有量は１７原子％を下回らない、請求項１に記載のへテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
9. 前記ベース領域は２つのエピタキシャル半導体層を含み、前記ＳｉＧｅ含有層は前記２つのエピタキシャル半導体層の間に挟まれている、請求項１に記載のへテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
10. 前記２つのエピタキシャル半導体層はいずれも原則としてシリコンからなる、請求項９に記載のへテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
11. ５０ｎｍを超えない厚さと、１６．５原子％から１７．５原子％の範囲の平均ゲルマニウム含有量のゲルマニウム含有量プロファイルとを有するＳｉＧｅ含有ベース層を含む、へテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
12. １００ｎｍを超えない厚さのＳｉＧｅ含有ベース層を有するヘテロ接合バイポーラ・トランジスタにおいて、ベース層の準静的ドリフト電界を変化させることなくキャリア移動度を向上させる方法であって、
    ＳｉＧｅ含有ベース層の厚さを測定するステップと、
    前記ＳｉＧｅ含有ベース層の前記厚さに基づいて臨界ゲルマニウム含有量を計算するステップと、
    前記ＳｉＧｅ含有ベース層のゲルマニウム含有量プロファイルを決定するために、前記ＳｉＧｅ含有ベース層内のゲルマニウム含有量を測定するステップと、
    変化したゲルマニウム含有量プロファイルが前記計算された臨界ゲルマニウム含有量の８０％を下回らない平均ゲルマニウム含有量を有するのに十分な量だけ、前記ＳｉＧｅ含有ベース層内の前記ゲルマニウム含有量を均一に増加させることによって、前記ＳｉＧｅ含有ベース層の前記ゲルマニウム含有量プロファイルを変化させるステップと、
    を含む方法。
13. 前記変化したゲルマニウム含有量プロファイルは前記計算された臨界ゲルマニウム含有量の９０％を下回らない平均ゲルマニウム含有量を有する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記変化したゲルマニウム含有量プロファイルは前記計算された臨界ゲルマニウム含有量の９５％を下回らない平均ゲルマニウム含有量を有する、請求項１２に記載の方法。
15. 前記変化したゲルマニウム含有量プロファイルは前記計算された臨界ゲルマニウム含有量の９９％を下回らない平均ゲルマニウム含有量を有する、請求項１２に記載の方法。
16. 前記変化したゲルマニウム含有量プロファイルは前記計算された臨界ゲルマニウム含有量と実質的に等しい平均ゲルマニウム含有量を有する、請求項１２に記載の方法。
17. 前記ＳｉＧｅ含有ベース層は傾斜状又は階段状のゲルマニウム含有量プロファイルを有し、前記平均ゲルマニウム含有量は、積分ゲルマニウム含有量を決定するために前記ＳｉＧｅ含有ベース層全体にわたってゲルマニウム含有量を積分し、前記積分ゲルマニウム含有量を前記ＳｉＧｅ含有層の前記厚さで割ることによって計算される、請求項１２に記載の方法。
18. 前記ＳｉＧｅ含有ベース層の前記計算された臨界ゲルマニウム含有量は１０原子％を下回らない、請求項１２に記載の方法。
19. 前記ＳｉＧｅ含有ベース層は５０ｎｍを超えない厚さを有し、前記ＳｉＧｅ含有ベース層の前記計算された臨界ゲルマニウム含有量は１７原子％を下回らない、請求項１２に記載の方法。
20. 前記へテロ接合バイポーラ・トランジスタは２つのエピタキシャル半導体層をさらに含み、前記ＳｉＧｅ含有ベース層は前記２つのエピタキシャル半導体層の間に挟まれている、請求項１２に記載の方法。
21. 前記ＳｉＧｅ含有ベース層内の前記ゲルマニウム含有量プロファイルの変化後も、前記２つのエピタキシャル半導体層のゲルマニウム含有量が同じままである、請求項２０に記載の方法。
22. 前記２つのエピタキシャル半導体層のゲルマニウム含有量が前記ＳｉＧｅ含有ベース層内の量と同じ量だけ均一に増加する、請求項２０に記載の方法。
23. ＳｉＧｅ含有ベース層を有するヘテロ接合バイポーラ・トランジスタを製造するための方法であって、
    ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスのＳｉＧｅ含有ベース層について推定厚さと推定ゲルマニウム・プロファイルとを決定するステップであって、前記推定厚さは１００ｎｍを超えない、ステップと、
    前記推定厚さに基づいて臨界ゲルマニウム含有量を計算し、前記推定ゲルマニウム・プロファイルと前記臨界ゲルマニウム含有量とに基づいて平均ゲルマニウム含有量を計算するステップであって、前記平均ゲルマニウム含有量は前記臨界ゲルマニウム含有量の８０％を下回らない、ステップと、
    半導体基板内に前記ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスのためのコレクタを形成するステップと、
    前記コレクタの上に、前記推定厚さと前記推定ゲルマニウム・プロファイルと前記計算された平均ゲルマニウム含有量とを有する前記ＳｉＧｅ含有ベース層を堆積させるステップと、
    前記ＳｉＧｅベースＨＢＴデバイスのための外部ベースとエミッタとを形成するステップと、
    を含む方法。
24. 前記ＳｉＧｅ含有ベース層の前記平均ゲルマニウム含有量は前記計算された臨界ゲルマニウム含有量の９５％を下回らない、請求項２３に記載の方法。
25. 前記ＳｉＧｅ含有ベース層の前記計算された臨界ゲルマニウム含有量は１０原子％を下回らない、請求項２３に記載の方法。
26. 前記ＳｉＧｅ含有ベース層の前記推定厚さは５０ｎｍを超えず、前記ＳｉＧｅ含有ベース層の前記計算された臨界ゲルマニウム含有量は１７原子％を下回らない、請求項２３に記載の方法。
27. ２つのエピタキシャル半導体層を堆積させるステップをさらに含み、前記ＳｉＧｅ含有ベース層は前記２つのエピタキシャル半導体層の間に挟まれている、請求項２３に記載の方法。
28. 前記２つのエピタキシャル半導体層はいずれも原則としてシリコンからなる、請求項２７に記載の方法。

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