JP2006013346A - バイポーラトランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】容量を自由に調整することができ、さらなる高周波領域での要求に耐えうるバイポーラトランジスタを提供する。
【解決手段】本発明のバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板内に形成されたトランジスタ動作領域と、前記半導体基板表面を覆うように形成された絶縁膜と、前記トランジスタ動作領域から前記絶縁膜を貫通し、コレクタ、ベース、エミッタのうちの少なくとも２つにそれぞれ接続され、前記絶縁膜上まで引き出された第１および第２の引出配線と、前記第１および第２の引出配線にそれぞれ接続されるボンディング用の第１および第２のパッドと、前記第１および第２のパッドにそれぞれ接続された第１および第２の容量調整用配線とを備え、第１および第２の容量調整用配線が互いに異なる層で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明はバイポーラトランジスタ、特に高周波バイポーラトランジスタに関するものである。

近年、携帯電話に代表される移動体通信機器の高性能化や小型化、さらには製品の需要サイクル短期化が進む中、モジュール部品等に搭載されるトランジスタには、高性能化・小型化・低コスト化への要求はいうまでもなく、フレキシブルな容量調整対応において短期間での開発、供給への要求が高まっている。

これらの通信装置において極めて重要な役割を果たす部品の一つにＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御型発振回路）モジュールがある。これは一般に、共振回路・発振回路・バッファ回路からなり、通信に必要な搬送波の高周波信号を、温度変化などに対しても安定に提供する回路である。その構成の一例を図６に示す。この回路は図６に示すように、印加電圧Ｖｔにより容量値が変化する可変容量やインダクタなどを備えた共振回路１１１と、上記共振回路１１１の共振周波数に応じた発振周波数をもつ信号を生成する発振回路１１２と、この発振回路１１２で得られた発振信号を増幅するバッファ回路１１３とよりなる。ここに示す回路は一例であり、トランジスタの向きの違いなど様々な回路が提案されているが、一般的にはこの回路で代表されている。

ここで、発振回路に注目すると、バイポーラトランジスタＴ１に接続されるバランス容量Ｃｃｅ，Ｃｃｂとが必要となる。これらの容量は、元来発振周波数の微調整や出力の調整、さらには電源電圧変動や発振回路の重要な要素となるＣ／Ｎ（位相雑音）特性の調整に用いられている。

これらの回路は、携帯電話では、小型化を企図してモジュール化されたり、ＩＣ化されてりしている。特にモジュール化では、小型化に加えて低コスト化のため、小型パッケージに実装されたディスクリート（単体）のバイポーラトランジスタが用いられている。

図７は上述したようなバイポーラトランジスタの一例をチップ上面から見た平面図、図８は図７のｃ−ｃ’線に沿った断面図である。これは基板をコレクタとしたもので基板コレクタ構造と呼ばれており、図７および図８において、半導体基板１にバイポーラトランジスタを構成する真性トランジスタ部２が形成され、この真性トランジスタ部２の表面を覆う絶縁膜３を介して、上記真性トランジスタ部２から上記絶縁膜３を貫通するようにエミッタ引出配線４とベース引出配線６と、上記引出配線に接続し、組立時にはワイヤーボンディングが施されるエミッタパッド５とベースパッド７とが形成されている。この時コレクタ電極は上記半導体チップ１の裏面側から取り出される。

しかしながら上記構成では、図６に示したようなバランス容量がトランジスタ側でなく、発振回路側に外付け回路として形成されるため、回路Ｑ（インダクタンスもしくはキャパシタンス成分とレジスタンス成分の比）が低くなり、結果として発振回路のＣ／Ｎが劣化するという課題があった。

そこで本発明者らは、このバランス容量をディスクリートデバイスであるバイポーラトランジスタ上に、ＩＣのように製造コストを増加させることなく取り込み、高い高周波性能をもつバイポーラトランジスタを提案している（特許文献１）。
このバイポーラトランジスタは、真性半導体領域から絶縁膜上まで引き出された引出配線に接続するワイヤボンディング用のパッドに接続するように容量調整用配線を形成することにより、基板と容量調整用配線との間に形成される容量を、バランス容量として用いるものである。
上述したように、小型化、高周波数化への要求を満たすための手段の１つとして、１枚の半導体基板上で必要とする容量を、配線面積を変更することで、自由にコントロール調整することができるバイポーラトランジスタを実現している。

特開２００４−８７５３２号公報

しかしながら、近年、携帯電話用ＶＣＯモジュールの周波数帯は８００ＭＨｚ〜３．４ＧＨｚの高周波数帯となってきており、このような高周波数帯域では、コンダクタンスＣ、レジスタンスＲ、インダクタンスＬ全てのマッチングが重要となる。

これに対し、上記構造では、著しく小型化が進む中で、高度の高周波特性が求められるようになってきており、コレクタ（Ｃ）―ベース（Ｂ）間容量を調整するために、ベース配線の容量調整用配線の配線面積を調整すると、ベース（Ｂ）―エミッタ（Ｅ）間容量も変化することになり、コンダクタンスＣ、レジスタンスＲ、インダクタンスＬ全てのマッチングが重要となるような高周波数帯域では、調整が極めて困難な状態となっている。そこでコレクタ（Ｃ）―ベース（Ｂ）間容量、ベース（Ｂ）―エミッタ（Ｅ）間容量、コレクタ（Ｃ）―エミッタ（Ｅ）間容量のそれぞれを独立にかつ安定して調整することのできるバイポーラトランジスタが求められている。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、２層配線構造ＭＩＭ（金属−絶縁膜−金属）を用いて、容量を自由に調整することができ、さらなる高周波領域での要求に耐え得るバイポーラトランジスタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の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上に形成されたトランジスタ領域と、前記トランジスタ領域を覆うように形成された絶縁膜と、前記トランジスタ領域から前記絶縁膜を貫通し、前記絶縁膜上まで引き出された引出し配線と、前記引出し配線に接続するボンディングパッドを備えたバイポーラトランジスタにおいて、前記配線を用いたＭＩＭ（メタル−絶縁体−メタル）構造配線の前記配線面積を自由に変えることにより、高周波バイポーラ形トランジスタの容量をコントロールすることを特徴とする。

すなわち、本発明のバイポーラトランジスタは、半導体基板と、前記半導体基板内に形成されたトランジスタ動作領域と、前記半導体基板表面を覆うように形成された絶縁膜と、前記トランジスタ動作領域から前記絶縁膜を貫通し、コレクタ、ベース、エミッタのうちの少なくとも２つにそれぞれ接続され、前記絶縁膜上まで引き出された第１および第２の引出配線と、前記第１および第２の引出配線にそれぞれ接続されるボンディング用の第１および第２のパッドと、前記第１および第２のパッドにそれぞれ接続された第１および第２の容量調整用配線とを備え、第１および第２の容量調整用配線が互いに異なる層で構成されたことを特徴とする。

この構成により、２層配線ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）型の構造を用いて容量調整用配線を形成することでコレクタ−ベース間とコレクタ−エミッタ間およびベース−エミッタ間などの容量を独立して調整することが可能となる。

また、本発明のバイポーラトランジスタは、前記第１および第２の引出配線がエミッタおよびベース引出配線であり、前記半導体基板の裏面にはコレクタ電極が形成されたことを特徴とするものを含む。

また、本発明のバイポーラトランジスタは、前記第１のパッドはエミッタパッドを構成し、前記第２のパッドはベースパッドを構成し、前記エミッタパッドに接続する配線と、前記ベースパッドに接続する配線とを用いてＭＩＭ（メタル−絶縁体−メタル）型容量を形成し、エミッタ−ベース間容量を調整するものを含む。

また、本発明のバイポーラトランジスタは、前記第１および第２の容量調整用配線の少なくとも一方は、スリットを形成してなるものを含む。
この構成により、スリットの面積で基板との間に形成される容量を調整することができ、容量を独立して制御することができる。

また、本発明のバイポーラトランジスタは、前記第１および第２の容量調整用配線の少なくとも一方は、前記半導体基板との対向面積が所定の値となるように、配線面積を調整されているものを含む。

この構成により、スリットの面積で基板との間に形成される容量を調整することができ、容量を確実に独立して制御することができる。

以上詳述したように、本発明は２層配線ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）型の構造を用いてベース配線面積とエミッタ配線面積を調整するように容量調整用配線を形成することでコレクタ−ベース間とコレクタ−エミッタ間およびベース−エミッタ間の容量を独立して調整することができる優れたバイポーラトランジスタを実現するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施例のバイポーラトランジスタをチップ上面から見た構成図で、図２は図１のａ−ａ’線に沿った断面図である。このバイポーラトランジスタは、配線を２層構造で形成したディスクリート型バイポーラトランジスタデバイスであってベース引出配線に電気的に接続されたベース容量調整用配線１１を下層側に配置するとともに、エミッタパッド５およびベースパッド７を構成する上層側配線と同一層として、エミッタ容量調整用配線１２を配置したことを特徴とするものである。そしてエミッタ容量調整用配線１２とベース容量調整用配線１１の配線領域を調整して、エミッタ−コレクタの相対向する面積を調整することにより、エミッタ電位にある配線とベース電位にある配線との間に形成されるエミッタ−ベース容量Ｃｅｂを調整する。ここではエミッタ−ベース間容量を、ＭＩＭ構造で形成する。

すなわち、このバイポーラトランジスタは、図１および図２に示すように、ＧａＡｓなどの化合物半導体を用いてヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を構成するもので半導体基板１内に、バイポーラトランジスタを構成するトランジスタ動作領域２と、トランジスタ動作領域２の形成された半導体基板１の表面に形成された絶縁膜３と、このトランジスタ動作領域２から絶縁膜３を貫通するエミッタ引出配線４およびベース引出配線６と、上記引出配線に接続され、組立時にワイヤーボンディングが施されるエミッタパッド５およびベースパッド７とを具備している。この時半導体基板はコレクタ領域を構成しており、コレクタ電極１３は半導体基板１の裏面に形成される。すなわちこの構造は基板コレクタ構造をなすものである。

そしてベース容量調整用配線１１は、半導体基板１およびトランジスタ動作領域２の表面に形成された絶縁膜３の上に形成される。このベース容量調整用配線１１は、少なくとも１箇所でスルーホールＨを介してベース引出配線６と接続している。一方エミッタ容量調整用配線１２は、ベース容量調整用配線１１の上を覆うように形成された絶縁膜３を形成して、ベース容量調整用配線１１の上を覆う絶縁膜３上に形成される。このようにエミッタ容量調整用配線１２とエミッタ引出配線４およびエミッタパッド５は接続されている。

このようにして２層配線ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を用いてトランジスタ動作領域に近い配線をベース容量調整用配線１１にするとともに、絶縁膜３を形成して、その上にエミッタ容量調整用配線を形成することでベースーエミッタ間容量を調整することができる。このときエミッタ容量調整用配線１２は上層側に形成されており、コレクタを構成するこの半導体基板１から離間しているため、面積変化によってコレクタ−エミッタ容量が大きく変化するのを調整することができる。

また、図３に示すように、ベース−エミッタ間容量の増大に起因してコレクタ−ベース間容量が増大するのを防ぐためにはベース−エミッタ間容量増大のためにベース容量調整用配線の配線面積を増大した分、エミッタ容量調整用配線に対向していない領域で、ベース容量調整用配線にスリットＳを形成し、コレクタを構成する基板との相対向する面積が変化しないように調整することができる。

一方、ベース−エミッタ間容量の増大に起因してコレクタ−エミッタ間容量が増大するのを防ぐためにはベース−エミッタ間容量増大のためにエミッタ容量調整用配線の配線面積を増大した分、ベース容量調整用配線に対向していない領域で、エミッタ容量調整用配線にスリットＳを形成し、コレクタを構成する基板との相対向する面積が変化しないように調整することができる。

このように、スリットを形成することにより、配線の形成比率を調整することができ、パターン精度の向上をはかることができる。また、表面レベルの均一化を図ることができる。
なお、これらエミッタ容量調整用配線およびベース容量調整用配線のコレクタとの容量調整についてはスリットＳを形成する方法に限定されることなく、線幅の調整などによっても容易に調整可能である。

以上のように、本実施の形態のバイポーラトランジスタによれば、エミッタ−ベース間容量を独立して調整可能であるため、発振特性を高精度に調整することができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施例のバイポーラトランジスタをチップ上面から見た構成図で、図５は図４のｂ−ｂ’線に沿った断面図である。このバイポーラトランジスタは、前記実施の形態１と同様、配線を２層構造で形成したディスクリート型バイポーラトランジスタデバイスであってエミッタ引出配線に電気的に接続されたエミッタ容量調整用配線３１を下層側に配置するとともに、コレクタパッド２５およびベースパッド２７を構成する上層側配線と同一層として、コレクタ容量調整用配線３２を配置し、コレクタ容量調整用配線３２とエミッタ容量調整用配線３１の配線領域を調整して、エミッタ−コレクタの相対向する面積を調整することにより、コレクタ電位にある配線とエミッタ電位にある配線との間に形成される容量コレクタ−エミッタＣｃｅを調整するようにしたことを特徴とするものである。ここではコレクタ−エミッタ間容量を、ＭＩＭ構造で形成する。

すなわち、このバイポーラトランジスタは、図４および図５に示すように、ＧａＡｓなどの化合物半導体を用いてヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を構成するもので半導体基板２１内に、バイポーラトランジスタを構成するトランジスタ動作領域２２と、トランジスタ動作領域２２の形成された半導体基板２１の表面に形成された絶縁膜２３と、このトランジスタ動作領域２２から絶縁膜２３を貫通するコレクタ引出配線２４およびエミッタ引出配線２６と、上記引出配線に接続され、組立時にワイヤーボンディングが施されるコレクタパッド２５およびエミッタパッド２７とを具備している。この時半導体基板はベース領域を構成しており、ベース電極３３は半導体基板２１の裏面に形成される（基板ベース構造）。

そしてコレクタ容量調整用配線３１は、半導体基板２１およびトランジスタ動作領域２２の表面に形成された絶縁膜２３の上に形成される。このコレクタ容量調整用配線３１は、少なくとも１箇所でコレクタ引出配線２６と接続している。一方ベース容量調整用配線３２は、コレクタ容量調整用配線３１の上を覆うように形成された絶縁膜２３を形成して、コレクタ容量調整用配線３１の上を覆う絶縁膜２３上に形成される。このようにベース容量調整用配線３２とコレクタ引出配線２４およびコレクタパッド２５は接続されている。

このようにして２層配線ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を用いてトランジスタ動作領域に近い配線をエミッタ容量調整用配線にするとともに、絶縁膜２３を形成して、その上にコレクタ容量調整用配線を形成することでエミッターコレクタ間容量を調整することができる。このときコレクタ容量調整用配線は上層側に形成されており、ベースを構成するこの半導体基板２１から離間しているため、面積変化によってベースーコレクタ容量が大きく変化するのを調整することができる。

なお前記実施の形態１および２では、ワイヤボンディングを用いる例について説明したが、ワイヤボンディングに限定されることなくフリップチップなどダイレクトボンディングを用いた場合にも適用可能であることはいうまでもない。

さらにまた、前記実施の形態１および２では、化合物半導体基板を用いたＨＢＴについて説明したが、シリコン基板を用いたバイポーラトランジスタにも適用可能である。

本発明のバイポーラトランジスタによれば、エミッターコレクタ間容量、コレクタ−ベ−ス間容量、ベース−エミッタ間容量のそれぞれが他に依存することなく独立して調整することができることから、８００ＭＨｚ〜３．４ＧＨｚの高周波数帯域をもつ携帯電話用ＶＣＯモジュールなどに適用可能である。

本発明の実施の形態１のバイポーラトランジスタを示す構成図 本発明の実施の形態１のバイポーラトランジスタを示す断面図 本発明の実施の形態１のバイポーラトランジスタの変形例 本発明の実施の形態２のバイポーラトランジスタを示す構成図 本発明の実施の形態２のバイポーラトランジスタを示す断面図 通例のＶＣＯモジュールを示す等価回路図 図６の発振回路で用いられるバイポーラトランジスタを示す構成図 図７のバイポーラトランジスタを示す断面図

符号の説明

１ 半導体基板
２ トランジスタ領域
３ 絶縁膜
４ エミッタ引出配線
５ エミッタパッド
６ ベース引出配線
７ ベースパッド
１１ ベース容量調整用配線
１２ エミッタ容量調整用配線

Claims (5)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板内に形成されたトランジスタ動作領域と、
   前記半導体基板表面を覆うように形成された絶縁膜と、
   前記トランジスタ動作領域から前記絶縁膜を貫通し、コレクタ、ベース、エミッタのうちの少なくとも２つにそれぞれ接続され、前記絶縁膜上まで引き出された第１および第２の引出配線と、
   前記第１および第２の引出配線にそれぞれ接続されるボンディング用の第１および第２のパッドと、
   前記第１および第２のパッドにそれぞれ接続された第１および第２の容量調整用配線とを備え、
   第１および第２の容量調整用配線が互いに異なる層で構成されたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
2. 請求項１に記載のバイポーラトランジスタであって、
   前記第１および第２の引出配線はエミッタおよびベース引出配線であり、
   前記半導体基板の裏面にはコレクタ電極が形成されたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
3. 請求項２に記載のバイポーラトランジスタであって、
   前記第１のパッドはエミッタパッドを構成し、
   前記第２のパッドはベースパッドを構成し、
   前記エミッタパッドに接続する配線と、前記ベースパッドに接続する配線とを用いてＭＩＭ（メタル−絶縁体−メタル）型容量を形成し、エミッタ−ベース間容量を調整することを特徴とするバイポーラトランジスタ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のバイポーラトランジスタであって、
   前記第１および第２の容量調整用配線の少なくとも一方は、スリットを形成してなることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のバイポーラトランジスタであって、
   前記第１および第２の容量調整用配線の少なくとも一方は、前記半導体基板との対向面積が所定の値となるように、配線面積を調整されていることを特徴とするバイポーラトランジスタ。

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