JP2005101402A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＢＴの熱的な安定動作を向上することのできる技術を提供する。
【解決手段】矩形状のエミッタ電極１７上に２つのエミッタコンタクトホール２１ｅを形成し、この２つのエミッタコンタクトホール２１ｅを介して、エミッタ電極１７を第１層配線（エミッタ引き出し配線）Ｍ１ｅに電気的に接続させる。これにより、ＨＢＴの動作状態でエミッタ電極１７の直下部において生ずる発熱が、２つのエミッタコンタクトホール２１ｅに分散されて２つの経路で放熱されるので、エミッタ電極１７の直下部で生ずる熱集中を回避することができて、ＨＢＴの熱的な安定動作を向上することができる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、高出力増幅器に用いられるバイポーラトランジスタを有する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。

バイポーラトランジスタの性能を向上させるため、種々の検討がなされている。例えば、電流増幅率を大きくするためＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ：Hetero−junction Bipolar Transistor）技術が検討されている。ＨＢＴとは、エミッタ・ベース接合のエミッタ禁制帯幅をベースより大きくしたヘテロ接合（異種接合）構造のバイポーラトランジスタであり、例えばＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）とＳｉ（シリコン）またはＧａＡｓ（ガリウムヒ素）とＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）もしくはＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ素）のような異種の半導体の接合をベースとエミッタとの接合に用いている。

このＨＢＴは、主に携帯電話向けの電力増幅器に用いられる。電力増幅用ＨＢＴは、一般に小型のＨＢＴフィンガを複数個並列に配置したマルチフィンガ構造が用いられている。動作状態では、ベース端子から入力された電力が各ＨＢＴフィンガに分配され、電力増幅されて各コレクタフィンガに出力され、さらに電力合成されてコレクタ端子において大電力が出力される。また電力増幅用ＨＢＴでは、有効に負荷側へ電力を供給するために、整合回路を介して信号源および負荷インピーダンスを電力増幅用ＨＢＴの最適インピーダンスに共役整合しており、これにより、高利得、高効率の特性を実現している。

しかしながら、実用状態において、例えば携帯電話の送信部に電力増幅用ＨＢＴを用いた場合、負荷側の整合条件が最適の状態から変動することがしばしば発生する。この負荷変動が生ずると、電力増幅用ＨＢＴのコレクタ端子において出力電力に反射電力が重畳されて負荷インピーダンスが不整合状態となり、電力増幅用ＨＢＴが不安定動作状態となって破壊に至ってしまう。この現象は、増幅動作を行うＨＢＴフィンガにおいて生ずる過電圧または過電流を伴う不均一な発熱分布に起因するものであり、熱的に安定動作を行うＨＢＴフィンガの設計が必要である。

また、携帯電話の小型化、多機能化が加速する中で、電子部品の小型化要求も極めて強い。こうした要請を請けて、電力増幅用ＨＢＴの小型化も急速に進展しているが、反面、小型化に伴う熱抵抗の増大も生じており、熱破壊に対する耐量の向上や放熱設計なども重要な検討課題となっている。

そこで、発熱によるＨＢＴフィンガの破壊を回避する方法がいくつか提案されている。例えばフィンガ状に形成されていたエミッタを、そのフィンガの途中で数個のエミッタ層に分割してアイランド状に配置形成し、ベース電極を、該各エミッタ層を取り囲むようその周辺に編目状に形成した構造として、内部ベース抵抗を下げ、かつ動作部の発熱密度を低減する技術が開示されている（特許文献１）。

また、各ＨＢＴフィンガのエミッタまたはベース、あるいは両者にバラスト抵抗を設けて、熱的な安定動作を図る方法が提案されている（非特許文献１、２、３）。
特開平６−２０４２３３号公報 GaAs/AlGaAs Power HeteroBipolar Transistor fabricated on Si-Substrate, Electronics Letters, Vol.25, No.19, p.1268 1989 Emitter Ballasting resistor design for and current handling capability of AlGaAs/GaAs power heterojunction bipolar transistors, TEEE Trans, ED Vol.38, No.2, p.185-196 1991 Theoretical calculations of temperature and current profiles in multi-finger heterojunction bipolar transistors, Solid State Electronics, Vol.36, No.2, p.125-132 1993

上記特許文献１に記載されたように、熱的な安定動作を優先するには、出来る限り小さく、かつ多くのＨＢＴフィンガに分離するのが有利である。しかし、各ＨＢＴフィンガが小さくなるため寄生素子の影響が増大し、電気特性、特に高周波特性が劣化するという問題が生ずる。

さらに、上記非特許文献１〜３に記載されたバラスト抵抗を設ける方法は、大きな抵抗値ほど熱的な安定動作に有利であるが、バラスト抵抗での損失により電力増幅用ＨＢＴの最も重要な特性の１つである電力付加効率を大幅に劣化させる問題がある。また電力付加効率の劣化へ与えるベースバラスト抵抗の影響は、エミッタバラスト抵抗の影響よりも小さいが、ベースバラスト抵抗を設けると、特性劣化を回避するために容量素子を付加する必要があり、構造が複雑になる。

本発明の目的は、ＨＢＴの熱的な安定動作を向上することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明による半導体装置は、コレクタ、ベースおよびエミッタからなるバイポーラトランジスタを有し、基板上に形成され、コレクタを構成するコレクタメサと、コレクタメサ上に形成され、ベースを構成するベースメサと、ベースメサ上に形成され、エミッタを構成する１つのエミッタメサと、エミッタメサと電気的に接続されたエミッタ電極と、エミッタ電極と電気的に接続された配線とを備え、配線は、複数のコンタクトホールを介してエミッタ電極と電気的に接続されるものである。

本発明による半導体装置の製造方法は、コレクタ、ベースおよびエミッタからなるバイポーラトランジスタを形成する工程であって、基板上にコレクタを構成するコレクタメサを形成する工程と、コレクタメサ上にベースを構成するベースメサを形成する工程と、ベースメサ上にエミッタを構成するエミッタメサを形成する工程と、エミッタメサ上にエミッタ電極を形成する工程と、エミッタ電極と電気的に接続する配線を形成する工程とを有し、複数のコンタクトホールを介してエミッタ電極と配線とを電気的に接続するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

ＨＢＴのエミッタ電極上に複数のエミッタコンタクトホールを形成することにより、配線側への放熱経路が増えて、エミッタ電極の直下部で生ずる熱集中を回避することができるので、ＨＢＴの熱的な安定動作を向上することができる。

本発明者らは、ＨＢＴの発熱および放熱について検討した。その結果、エミッタ電極の直下部において集中的に温度が上昇し、基板側と配線側との２つの経路で放熱されることが明らかとなった。そこで、本発明の実施の形態では、エミッタ電極の直下部で生ずる熱集中を回避して、均一な発熱分布を可能とするＨＢＴの構造について説明する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）による電力増幅回路の基本構造を示す。

電力増幅用ＨＢＴは、エミッタフィンガ１、ベースフィンガ２、コレクタフィンガ３からなる小型のＨＢＴフィンガ４を複数個並列に配置したマルチフィンガ構造が用いられる。各ＨＢＴフィンガ４はそれぞれ並列的に接続されて、それぞれエミッタ端子５、ベース端子６、コレクタ端子７に接続されている。

動作状態では、ベース端子６から入力された電力が各ＨＢＴフィンガ４に分配され、電力増幅されて各コレクタフィンガ３に出力され、さらに電力合成されてコレクタ端子７に大電力が出力される。負荷（負荷抵抗８）側へ有効に電力を供給するために、整合回路９を介して信号源および負荷インピーダンスを電力増幅用ＨＢＴの最適インピーダンスに共役整合させている。

次に、本実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）をその製造工程に従って説明する。図２〜図１５は、本実施の形態１による半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法の一例を示す基板の要部断面図または要部平面図であり、ここでは、１つのＨＢＴフィンガＢＴ１を例示する。

図２は、製造工程における基板の要部平面図、図３は、製造工程における基板の要部断面図である。まず、厚さ６００μｍ程度のＧａＡｓからなる半絶縁性基板（この段階では、略円形の薄い板状に加工したウエハ；以下、単に基板という）１１上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：metal organic chemical vapor deposition）法またはガスソースＭＢＥ（Gas-source Molecular Beam Epitaxy）法等により、サブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）１２を７００ｎｍ程度成長させる。続いて、その上部に７００ｎｍ程度のコレクタ層（ｎ^-型ＧａＡｓ）１３および１００ｎｍ程度のベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４を順次ＭＯＣＶＤ法等により形成する。

次いで、３５ｎｍ程度のエミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）１５をＭＯＣＶＤ法等で堆積し、さらにその上部に４００ｎｍ程度のエミッタコンタクト層（ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ）１６をＭＯＣＶＤ法等で堆積する。このエミッタコンタクト層（ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ）１６は、後の工程で形成されるエミッタ電極とのオーミックコンタクトを図るために用いられる。このように、ベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４とエミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）１５とに異種の半導体（ヘテロ接合）を用いる。

次いで、例えばＷＳｉ（タングステンシリサイド）系材料からなる導電性膜をスパッタ法を用いて３００ｎｍ程度堆積する。続いて、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて導電性膜を加工し、エミッタ電極１７を形成する。エミッタ電極１７は、基板１１の主面に平行な面のパターンが矩形状をなしており、Ｘ方向に延在する２辺が、Ｙ方向に延在する２辺よりも長く形成される。

次いで、エミッタ電極１７をマスクに、エミッタコンタクト層（ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ）１６およびエミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）１５をウエットエッチングし、ＨＢＴフィンガＢＴ１のエミッタを構成するエミッタメサＥｍを形成する。エミッタメサＥｍも、基板１１の主面に平行な面のパターンが矩形状となる。

次に、図４（続く製造工程における図２と同じ箇所の要部平面図）および図５（続く製造工程における図３と同じ箇所の要部断面図）に示すように、下層からＴｉ（チタン）
Ｐｔ（白金）／Ａｕ（金）およびＭｏ（モリブデン）の積層膜からなるベース電極１８を、例えばリフトオフ法により形成する。その厚さは例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕがそれぞれ５０ｎｍ／５０ｎｍ／２００ｎｍ程度、最上層のＭｏが１０ｎｍ程度である。図示するように、ベース電極１８は、基板１１の主面に平行な面のパターンが枠形状であり、エミッタ電極１７の平面パターンの周りに配設される。

なお上記積層膜をスパッタ法やＣＶＤ法で形成し、エッチングによりベース電極１８を形成してもよい。なおＡｕのような金属は、化学的にエッチングするガスや液が少なく、また物理的にエッチングしようとする場合、下層とのエッチング選択比が取りがたいため、積層膜中にＡｕを含む場合には、リフトオフ法によるパターンの形成が好ましい。

その後、熱処理（アロイ処理）を施すことにより、ベース電極１８の下層のＰｔとベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４とを反応させる。この反応部によりベース電極１８とベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４とをオーミック接続することができる。

次に、図６（続く製造工程における図３と同じ箇所の要部断面図）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術を用いて、ベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４をエッチングし、ＨＢＴフィンガＢＴ１のベースを構成するベースメサＢｍを形成する。エッチング液として、例えばリン酸と過酸化水素との混合水溶液を用いる。このエッチングによりベースメサＢｍがＨＢＴフィンガ毎に分離する。

次に、図７（続く製造工程における図３と同じ箇所の要部断面図）に示すように、選択的にコレクタ層（ｎ^-型ＧａＡｓ）１３をエッチングすることによりサブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）１２の一部を露出させる。なおベース電極１８を保護するために、基板１１上に絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）を１００ｎｍ程度堆積することも可能である。

次に、図８（続く製造工程における図２と同じ箇所の要部平面図）および図９（続く製造工程における図３と同じ箇所の要部断面図）に示すように、露出したサブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）１２上にコレクタ電極１９を形成する。このコレクタ電極１９もベース電極１８と同様にリフトオフ法により形成することができる。コレクタ電極１９は、例えば下層からＡｕＧｅ（金ゲルマニウム）、Ｎｉ（ニッケル）およびＡｕの積層膜よりなる。図示するように、コレクタ電極１９は、基板１１の主面に平行な面のパターンがコ字形状であり、ベース電極１８を挟んでエミッタ電極１７の平面パターンの周りに配設される。

次いで、コレクタ電極１９の外側のコレクタ層（ｎ^-型ＧａＡｓ）１３およびサブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）１２をエッチングし、ＨＢＴフィンガＢＴ１のコレクタを構成するコレクタメサＣｍを形成して、各ＨＢＴフィンガを電気的に分離する。なお、コレクタ電極１９の外側のサブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）１２に不純物を打ち込むことにより、ＨＢＴフィンガ間の分離を行ってもよい。

次に、図１０（続く製造工程における図２と同じ箇所の要部平面図）および図１１（続く製造工程における図３と同じ箇所の要部断面図）に示すように、基板１１上に絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）２０ａをＣＶＤ法で堆積する。続いて、エミッタ電極１７、ベース電極１８およびコレクタ電極１９上の絶縁膜２０ａを除去し、エミッタコンタクトホール２１ｅ、ベースコンタクトホール２１ｂおよびコレクタコンタクトホール２１ｃをそれぞれ形成する。ベースコンタクトホール２１ｂは、ベース電極１８上に１つ形成され、同様にコレクタコンタクトホール２１ｃも、コレクタ電極１９上に１つ形成される。

これに対し、エミッタコンタクトホール２１ｅは、エミッタ電極１７上に２つ形成される。ＨＢＴフィンガＢＴ１の動作状態での発熱は、エミッタ電極１７の直下部において集中的に生じ、その放熱経路は基板１１側と、エミッタ電極１７およびエミッタコンタクトホール２１ｅを通る配線側とがある。２つのエミッタコンタクトホール２１ｅを形成することにより、エミッタ電極１７から配線へ繋がる電流経路が２つとなり、温度の上昇が各エミッタコンタクトホール２１ｅに分散されて配線側への放熱経路が２つとなる。その結果、ＨＢＴフィンガＢＴ１で生ずる電流集中および熱集中が回避されて、ＨＢＴフィンガＢＴ１の熱的な安定動作を向上させることができる。

次に、図１２（続く製造工程における図２と同じ箇所の要部平面図）および図１３（続く製造工程における図３と同じ箇所の要部断面図）に示すように、コンタクトホール２１ｅ，２１ｂ，２１ｃ内を含む絶縁膜２０ａ上に導電性膜として、例えばＭｏ、ＡｕおよびＭｏのＡｕ系材料を含む積層膜（以下、「Ｍｏ／Ａｕ／Ｍｏ膜」という）を堆積する。続いて、Ｍｏ／Ａｕ／Ｍｏ膜をエッチングすることにより第１層配線（エミッタ引き出し配線）Ｍ１ｅ、第１層配線（ベース引き出し配線）Ｍ１ｂおよび第１層配線（コレクタ引き出し配線）Ｍ１ｃを形成する。

次に、図１４（続く製造工程における図２と同じ箇所の要部平面図）および図１５（続く製造工程における図３と同じ箇所の要部断面図）に示すように、第１層配線Ｍ１ｅ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ上に絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）２０ｂをＣＶＤ法で堆積する。続いて、第１層配線（エミッタ引き出し配線）Ｍ１ｅ上の絶縁膜２０ｂを除去し、エミッタスルーホール２２を形成する。

次いで、エミッタスルーホール２２内を含む絶縁膜２０ｂ上に導電性膜として、例えばＭｏ／Ａｕ／Ｍｏ膜を堆積し、Ｍｏ／Ａｕ／Ｍｏ膜をエッチングすることにより第２層配線Ｍ２を形成する。第２層配線Ｍ２は第１層配線（エミッタ引き出し配線）Ｍ１ｅに電気的に接続される。続いて、第２層配線Ｍ２上に絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）２０ｃを堆積した後、必要に応じて抵抗素子や容量素子等を基板１１上の図示しない領域に形成し、基板１１の表面を保護膜で覆う。

次いで、上記保護膜側（素子形成面）を下側とし、基板１１の裏面を研磨することによりその厚さを７０〜１００μｍとする。その後、必要に応じて裏面電極等を形成し、略円形のウエハ状態の基板１１を半導体チップ毎に個片化する。さらに、半導体チップを実装することにより本実施の形態１のＨＢＴフィンガＢＴ１が完成する。

図１６は、半導体装置（ＨＢＴ）を示す基板の要部平面図およびエミッタ電極のＸ方向の電流分布図を示す。（ａ）は、本発明者らが検討した１つのエミッタコンタクトホールを備えるＨＢＴであり、（ｂ）は、本実施の形態１による２つのエミッタコンタクトホールを備えるＨＢＴである。両者はエミッタコンタクトホールの数は異なるが、その他の構成はほぼ全て同じである。

（ａ）に示すＨＢＴでは、エミッタ電極１７の平面パターンは矩形状であり、その形状に合わせてエミッタ電極１７上に１つのエミッタコンタクトホール２１ｅが形成されている。このため、エミッタ電極１７の中心部においてエミッタ電流密度が高くなり、動作状態におけるエミッタ電極１７の直下部で生ずる発熱が、エミッタ電極１７の中心部において集中して温度が上昇する。

これに対し、（ｂ）に示すＨＢＴでは、エミッタ電極１７に２つのエミッタコンタクトホール２１ｅを形成しているので、エミッタ電極１７におけるエミッタ電流密度の集中が回避される。これにより、温度の上昇は分散されて、発熱の集中が低減される。

図１７は、本実施の形態１である電力増幅用ＨＢＴの一例を示す基板の要部平面図である。

この電力増幅用ＨＢＴは、前記図１４および図１５に示したＨＢＴフィンガＢＴ１を複数個並列に配置している。ここでは、８個のＨＢＴフィンガＢＴ１を組み合わせたが、これ以上の数のＨＢＴフィンガＢＴ１で電力増幅用ＨＢＴをレイアウトすることも可能である。各列のＨＢＴフィンガＢＴ１のエミッタ電極１７と電気的に接続された第１層配線（エミッタ引き出し配線）Ｍ１ｅは第２層配線Ｍ２に接続され（前記図１４参照）、さらに第２層配線Ｍ２は接地端子（エミッタ端子）２３に繋がる。また全列のＨＢＴフィンガＢＴ１のベース電極１８と電気的に接続された第１層配線（ベース引き出し配線）Ｍ１ｂはＲＦ入力端子（ベース端子）２４に繋がる。また全ＨＢＴフィンガＢＴ１のコレクタ電極１９と電気的に接続された第１層配線（コレクタ引き出し配線）Ｍ１ｃはＲＦ出力端子（コレクタ出力端子）２５に繋がる。

次に、本実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の他の例を図１８に示す基板の要部平面図を用いて説明する。ここでは、１つのＨＢＴフィンガＢＴ２を例示する。

ＨＢＴフィンガＢＴ２を構成するエミッタメサＥｍ、ベースメサＢｍおよびコレクタメサＣｍは、前記図１４で説明したのと同様である。ここでは、エミッタメサＥｍ上に形成されるエミッタ電極１７が２つに分かれており、それぞれにエミッタコンタクトホール２１ｅが設けられている。２つのエミッタ電極１７、２つのエミッタコンタクトホール２１ｅを形成することにより、前述したのと同様に、温度の上昇は各エミッタ電極１７および各エミッタコンタクトホール２１ｅに分散されて、ＨＢＴフィンガＢＴ２で生ずる熱集中を回避することができる。

なお、本実施の形態１では、エミッタバラスト抵抗、ベースバラスト抵抗については記載していないが、これらを本発明と組み合わせることにより、さらにＨＢＴフィンガＢＴ１，ＢＴ２の熱的な安定動作を改善できることは言うまでもない。

また、本実施の形態１では、エミッタ電極１７上に形成されるエミッタコンタクトホール２１ｅを２つとしたが、これに限定されるものではなく、２つ以上のエミッタコンタクトホール２１ｅを形成することができる。しかしエミッタコンタクトホール２１ｅの数を多くすると抵抗が高くなるため、２つとするのが好ましい。

このように、本実施の形態１によれば、エミッタ電極１７上に複数のエミッタコンタクトホール２１ｅを形成することにより、動作状態においてエミッタ電極１７の直下部で生ずる熱集中を回避することができるので、ＨＢＴフィンガＢＴ１，ＢＴ２の熱的な安定動作を向上することができる。これにより、破壊耐量に優れた電力増幅用ＨＢＴを実現することができ、さらに電力増幅用ＨＢＴにおけるＨＢＴフィンガＢＴ１，ＢＴ２のサイズの拡大、数の低減を図ることができる。また、携帯電話にこの電力増幅用ＨＢＴを用いることにより、特に大電流密度で動作させる必要のあるＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）方式の携帯電話の信頼性を向上させることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、前記実施の形態１の変形例であって、環形状の領域の一部を切り欠いた形状（以下、Ｃ字形状と言う）のエミッタ電極を備えるＨＢＴフィンガを説明する。なお本実施の形態２である半導体装置（ＨＢＴ）の形成方法は前記実施の形態１の場合と類似しているため、その詳細な説明を省略する。また対応する部位には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１９および図２０は、それぞれ本実施の形態２である半導体装置（ＨＢＴ）の一例を示す基板の要部平面図および要部断面図である。ここでは１つのＨＢＴフィンガＢＴ３を例示する。

ＨＢＴフィンガＢＴ３は、前記実施の形態１と同様に、基板１１、サブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）１２、コレクタ層（ｎ^-型ＧａＡｓ）１３、ベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４、エミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）１５、およびエミッタコンタクト層（ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ）１６などから構成される。

基板１１の表面には、サブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）１２が全面に形成され、その上にコレクタ層（ｎ^-型ＧａＡｓ）１３が積層されている。コレクタ層（ｎ^-型ＧａＡｓ）１３が積層されていないサブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）１２の表面には、ＡｕＧｅ系材料からなるコレクタ電極１９が配置されている。コレクタ電極１９は、コレクタコンタクトホール２１ｃを介して第１層配線（コレクタ引き出し配線）Ｍ１ｃに電気的に接続されており、第１層配線（コレクタ引き出し配線）Ｍ１ｃにより外部に引き出される。

コレクタ層（ｎ^-型ＧａＡｓ）１３の表面には、ベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４が積層されている。ベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４のほぼ中心部の表面には、Ｐｔ系金属の積層膜からなる丸型形状のベース電極１８が配置されている。ベース電極１８は、ベースコンタクトホール２１ｂを介して第１層配線（ベース引き出し配線）Ｍ１ｂに電気的に接続されており、第１層配線（ベース引き出し配線）Ｍ１ｂにより外部に引き出される。

ベース電極１８が形成されていないベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）１４の表面には、ベース電極１８の周りを囲むように、エミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）１５、エミッタコンタクト層（ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ）１６およびＷＳｉ系材料からなるエミッタ電極１７が積層されている。

エミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）１５、エミッタコンタクト層（ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ）１６およびエミッタ電極１７は、基板１１の主面に平行な面のパターンが、Ｃ字形状をなしており、すなわちベース電極１８を外部に引き出す第１層配線（ベース引き出し配線）Ｍ１ｂの直下とその近傍が切り取られたＣ字形状をなしている。エミッタ電極１７は、４つのエミッタコンタクトホール２６を介して第２層配線（エミッタ引き出し配線）Ｍ２ｅに電気的に接続されており、第２層配線（エミッタ引き出し配線）Ｍ２ｅにより外部に引き出される。

前記実施の形態１と同様に、１つのエミッタコンタクトホールを設けたＣ字形状のエミッタ電極１７においては電流集中および熱集中が生じ、動作状態でのＨＢＴフィンガＢＴ３が破壊されやすくなるが、４つのエミッタコンタクトホール２６を設けることにより、ＨＢＴフィンガＢＴ３での電流集中および熱集中の低減が図れて、ＨＢＴフィンガＢＴ３の熱的な安定動作を向上することができる。

図２１は、本実施の形態２である電力増幅用ＨＢＴの一例を示す基板の要部平面図である。

この電力増幅用ＨＢＴは、前記図１９および図２０に示したＨＢＴフィンガＢＴ３を複数個並列に配置している。ここでは、ＨＢＴフィンガＢＴ３の数を１０個としたが、これ以上の数のＨＢＴフィンガＢＴ３でレイアウトをした電力増幅用ＨＢＴも可能である。各列のＨＢＴフィンガＢＴ３のエミッタ電極１７と電気的に接続される第２層配線（エミッタ引き出し配線）Ｍ２ｅは接地端子（エミッタ端子）２３に繋がる。また全列のＨＢＴフィンガＢＴ３のベース電極１８と電気的に接続される第１層配線（ベース引き出し配線）Ｍ１ｂはＲＦ入力端子（ベース端子）２４に繋がる。また全ＨＢＴフィンガＢＴ３のコレクタ電極１９と電気的に接続される第１層配線（コレクタ引き出し配線）Ｍ１ｃはＲＦ出力端子（コレクタ端子）２５に繋がる。

なお、本実施の形態２では、エミッタバラスト抵抗、ベースバラスト抵抗については記載していないが、これらを本発明と組み合わせることにより、さらにＨＢＴフィンガＢＴ３の熱的な安定動作を改善できることは言うまでもない。

また、本実施の形態２では、エミッタ電極１７上に形成されるエミッタコンタクトホール２６を４つとしたが、これに限定されるものではなく、２つ以上のエミッタコンタクトホール２６を形成することができる。

また、本実施の形態２では、エミッタ電極１７を環形状の領域の一部を切り欠いたＣ字形状としたが、エミッタ電極１７を環形状としてもよい。

このように、本実施の形態２によれば、Ｃ字形状のエミッタ電極１７を備えるＨＢＴフィンガＢＴ３においてもエミッタ電極１７上に複数のエミッタコンタクトホール２６を形成することにより、動作状態でエミッタ電極１７の直下部で生ずる熱集中を回避することができて、ＨＢＴフィンガＢＴ３の熱的な安定動作を向上することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば前記実施の形態では、ＨＢＴの層構成としてエミッタ層にＩｎＧａＰ材、ベース層にＧａＡｓ材を用いたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ接合ＨＢＴに適用した場合について説明したが、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合ＨＢＴ、Ｓｉ／ＳｉＧｅヘテロ接合ＨＢＴ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓヘテロ接合ＨＢＴなどの他のＨＢＴにも適用することができる。

また、例えば前記実施の形態においては、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタについて説明したが、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタにも本発明を適用可能である。また、ＨＢＴに限らずＳｉを用いたバイポーラトランジスタにも適用することができる。

本発明のＨＢＴおよびその製造方法は、携帯電話に限らず、携帯電話システム基地局、無線ＬＡＮ端末および基地局などで用いられる無線通信装置の高周波電力増幅器に適用することができる。

本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）による電力増幅回路の基本構成図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の製造方法を示す基板の要部断面図である。 半導体装置（ＨＢＴ）を示す基板の要部平面図およびエミッタ電極のＸ方向の電流分布図である。（ａ）は、本発明者らが検討した１つのエミッタコンタクトホールを備えるＨＢＴ、（ｂ）は、本発明の実施の形態１による２つのエミッタコンタクトホールを備えるＨＢＴである。 本発明の実施の形態１である電力増幅用ＨＢＴの一例を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置（ＨＢＴ）の他の例を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態２である半導体装置（ＨＢＴ）を示す基板の要部平面図である。 本発明の実施の形態２である半導体装置（ＨＢＴ）を示す基板の要部断面図である。 本発明の実施の形態２である電力増幅用ＨＢＴの一例を示す基板の要部平面図である。

符号の説明

１ エミッタフィンガ
２ ベースフィンガ
３ コレクタフィンガ
４ ＨＢＴフィンガ
５ エミッタ端子
６ ベース端子
７ コレクタ端子
８ 負荷抵抗
９ 整合回路
１１ 半絶縁性基板
１２ サブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）
１３ コレクタ層（ｎ^-型ＧａＡｓ）
１４ ベース層（ｐ⁺型ＧａＡｓ）
１５ エミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）
１６ エミッタコンタクト層（ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ）
１７ エミッタ電極
１８ ベース電極
１９ コレクタ電極
２０ａ 絶縁膜
２０ｂ 絶縁膜
２０ｃ 絶縁膜
２１ｅ エミッタコンタクトホール
２１ｂ ベースコンタクトホール
２１ｃ コレクタコンタクトホール
２２ エミッタスルーホール
２３ 接地端子（エミッタ端子）
２４ ＲＦ入力端子（ベース端子）
２５ ＲＦ出力端子（コレクタ端子）
２６ エミッタコンタクトホール
ＢＴ１ ＨＢＴフィンガ
ＢＴ２ ＨＢＴフィンガ
ＢＴ３ ＨＢＴフィンガ
Ｅｍ エミッタメサ
Ｂｍ ベースメサ
Ｃｍ コレクタメサ
Ｍ１ｅ 第１層配線（エミッタ引き出し配線）
Ｍ１ｂ 第１層配線（ベース引き出し配線）
Ｍ１ｃ 第１層配線（コレクタ引き出し配線）
Ｍ２ 第２層配線
Ｍ２ｅ 第２層配線（エミッタ引き出し配線）

Claims (13)

1. コレクタ、ベースおよびエミッタからなるバイポーラトランジスタを有する半導体装置であって、
   （ａ）基板上に形成され、前記コレクタを構成するコレクタメサと、
   （ｂ）前記コレクタメサ上に形成され、前記ベースを構成するベースメサと、
   （ｃ）前記ベースメサ上に形成され、前記エミッタを構成する１つのエミッタメサと、
   （ｄ）前記エミッタメサと電気的に接続されたエミッタ電極と、
   （ｅ）前記エミッタ電極と電気的に接続された配線とを備え、
   前記配線は、複数のコンタクトホールを介して前記エミッタ電極と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１記載の半導体装置であって、前記エミッタ電極は分割され、分割された前記エミッタ電極の各々に前記コンタクトホールが形成されていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１記載の半導体装置であって、前記エミッタ電極の前記基板の主面に平行な面のパターンが、矩形状、Ｃ字形状または環形状であることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１記載の半導体装置であって、前記バイポーラトランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４記載の半導体装置であって、前記ベースメサは、ＧａＡｓまたはＳｉＧｅよりなることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１記載の半導体装置であって、前記バイポーラトランジスタを複数個並列に配置し、マルチフィンガ構造を形成することを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１記載の半導体装置であって、前記バイポーラトランジスタは電力増幅器に用いられることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項７記載の半導体装置であって、前記電力増幅器は携帯電話に用いられることを特徴とする半導体装置。
9. 請求項８記載の半導体装置であって、前記携帯電話はＧＳＭ方式であることを特徴とする半導体装置。
10. 請求項１記載の半導体装置であって、前記エミッタ電極はＷＳｉ系材料からなり、前記配線はＡｕ系材料からなることを特徴とする半導体装置。
11. コレクタ、ベースおよびエミッタからなるバイポーラトランジスタを形成する工程であって、
    （ａ）基板上に前記コレクタを構成するコレクタメサを形成する工程と、
    （ｂ）前記コレクタメサ上に前記ベースを構成するベースメサを形成する工程と、
    （ｃ）前記ベースメサ上に前記エミッタを構成するエミッタメサを形成する工程と、
    （ｄ）前記エミッタメサ上にエミッタ電極を形成する工程と、
    （ｅ）前記エミッタ電極と電気的に接続する配線を形成する工程とを有し、
    複数のコンタクトホールを介して前記エミッタ電極と前記配線とを電気的に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法であって、前記エミッタ電極を複数に分割し、分割された前記エミッタ電極の各々に前記コンタクトホールを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法であって、前記エミッタメサの前記基板の主面に平行な面のパターンを矩形状、Ｃ字形状または環形状とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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