JP3022897B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3022897B2
JP3022897B2 JP9154653A JP15465397A JP3022897B2 JP 3022897 B2 JP3022897 B2 JP 3022897B2 JP 9154653 A JP9154653 A JP 9154653A JP 15465397 A JP15465397 A JP 15465397A JP 3022897 B2 JP3022897 B2 JP 3022897B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高周波信号の増
幅に使用される電力増幅用の半導体装置に関し、特に、
エミッタにエミッタ安定化抵抗と呼ばれる拡散抵抗が接
続された半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、携帯電話等の陸上移動体通信用送
信基地局やTV、ラジオ等の放送局における電波送信機
には数十MHz〜数千MHz(例えば、900MHz)
の信号を増幅するパワートランジスタ(例えば、出力1
00W)が使用されている。この種パワートランジスタ
においては、出力安定化のためにエミッタに直列に安定
化抵抗が接続される。而して、これら送信機では一定の
周波数帯域内の多数の周波数成分を含む信号を重畳して
送信を行うため、線型性の悪い送信機ではこれら複数の
周波数信号成分間の相互変調を起こし信号間の干渉や帯
域外への信号の漏洩が発生し問題となる。すなわち、送
信機に使用されるパワートランジスタにおいては、高い
線形性が、換言すると低歪み特性が要求される。パワー
トランジスタの線形動作を阻害する要因の一つにエミッ
タ安定化拡散抵抗の接合容量の変化の問題がある。
【0003】図4は、この種従来のパワートランジスタ
の構造を示す断面図である。同図に示されるように、コ
レクタ領域となる高不純物濃度のn型サブストレート1
上には、同じくコレクタ領域となる低不純物濃度のn型
エピタキシャル層2が形成され、このn型エピタキシャ
ル層2内には、p型のベース領域11が形成され、さら
にこのベース領域11内にはn型のエミッタ領域12が
形成されている。このエミッタ領域12は大出力を得る
ために通常マルチフィンガー状に形成される。半導体基
板上には、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜
などによって構成される絶縁膜4が形成されており、ベ
ース領域11およびエミッタ領域12上には絶縁膜4が
選択的に除去されてコンタクトホールが形成されてい
る。エミッタ領域12上には、このエミッタ領域を形成
するためのn型ポリシリコン膜13が形成され、その上
にはアルミニウムなどからなるエミッタ電極14が形成
されている。また、ベース領域上にはベース領域とオー
ミックに接触するベース電極15が形成されている。ま
た、このトランジスタと隣接した領域にエミッタ安定化
抵抗を構成するp型拡散領域3が形成され、このp型拡
散領域3は、絶縁膜4に開孔されたコンタクトホール5
を介して抵抗引き出し配線6a、6bにより絶縁膜4上
に引き出されており、一方の抵抗引き出し配線6aは、
基板上に形成された配線を介してエミッタ電極14に接
続されており、他方の抵抗引き出し配線6bは、図外ボ
ンディングパッドに接続されている。このボンディング
パッドは通常接地される。動作時においては、コレクタ
(1、2)と拡散抵抗(3)との間には逆バイアスが印
加されるため、拡散領域3の周囲には空乏層7が広が
る。
【0004】なお、この種の拡散抵抗をエミッタ安定化
抵抗とする高出力トランジスタは、例えば特開昭57−
210670号公報などにより公知となっている。ま
た、拡散抵抗に係るものではないが、特開昭57−79
61号公報には、高不純物濃度サブストレートとベース
領域との間の低不純物濃度エピタキシャル層中に高不純
物濃度半導体層を形成することにより、ベース領域から
の空乏層の延びを抑制することが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】バイポーラパワートラ
ンジスタの高周波電力増幅時における線型性を左右する
要素の一つとして、エミッタ安定化用に設けた拡散抵抗
部接合容量の電圧変化がある。図4に記載した従来例の
等価回路図を図5に示す。図4に示されるように、p型
拡散領域3の周囲には空乏層7が形成されるため、コレ
クタ−拡散抵抗間(コレクタ−エミッタ間あるいはコレ
クタ−接地間)には接合容量Cが形成される。そして、
このような拡散抵抗では、通過する電流による電圧降下
により抵抗体の電位は変化し、またトランジスタ動作に
よりコレクタ電位が変化するため、p型拡散領域3とn
型エピタキシャル層2の接合部にできる空乏層7の幅が
変化する。すなわち、n型エピタキシャル層2−p型拡
散領域間の電位差が広がると空乏層幅が大きくなり、ま
た両者間の電位差が少なくなると空乏層7の幅は狭くな
る。空乏層7の幅は最大限エピタキシャル層の厚さ程度
に変化する。
【0006】一般に接合に印加される電圧(これをVと
する)、n型エピタキシャル層2の不純物濃度(これを
Naとする)、接合容量Cの間には C∝n√(Na/V) (n:2〜3) の関係がある。すなわち、トランジスタの増幅動作時、
この拡散抵抗体を通過する信号の電圧振幅の大小に応じ
て接合容量も上式に従い変化することとなり、従来の半
導体装置ではこれにより信号の電流振幅に歪みが生じて
しまうという問題点があった。而して、上述した特開昭
57−7961号公報に記載されたもののように、ベー
ス領域の直下に高不純物濃度半導体層を設ける手法で
は、拡散抵抗に係る接合容量の変化に起因する信号の歪
みを抑えることはできない。よって、本発明の解決すべ
き課題は、拡散抵抗部の空乏層幅の変化を抑え、信号の
歪みを抑制できる半導体装置を提供できるようにするこ
とである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した本発明の課題
は、拡散抵抗直下のエピタキシャル層内に拡散抵抗から
離間してエピタキシャル層と同一導電型の高濃度不純物
拡散層を形成することにより、解決することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明による半導体装置は、コレ
クタ領域を構成する高不純物濃度の第1導電型の半導体
層(1)の上に第1導電型のエピタキシャル層(2)が
形成され、該エピタキシャル層内に第2導電型のベース
領域(11)と抵抗層となる第2導電型の拡散領域
(3)が形成され、前記ベース領域内に前記拡散領域の
一端に接続されたエミッタ領域(12)が形成されてい
るものであって、前記拡散領域(3)の直下の前記エピ
タキシャル層内には、前記拡散領域から離間して第1導
電型の下部拡散層(8)が形成されていることを特徴と
している。
【0009】そして、好ましくは、前記拡散領域(3)
の周囲の前記エピタキシャル層(2)内には、該拡散領
域を囲むように、かつ、該拡散領域からは離間して第1
導電型の周辺拡散層(10)が形成される。さらに、前
記拡散領域(3)の周囲に、該拡散領域に接して第2導
電型の低不純物濃度拡散層がガードリングとして形成さ
れる。
【0010】[作用]本発明によれば、拡散抵抗の直下
にエピタキシャル層と同一導電型の高不純物濃度拡散層
が形成される。そのため、空乏層の延びはこの高不純物
濃度の拡散層により止まり、拡散抵抗から延びる空乏層
の変化は抑制される。したがって、拡散抵抗−コレクタ
間の接合容量の変化が抑制され、容量変化に起因する歪
みの増大を抑えることが可能になり、高い線形性を有す
る良好な増幅動作を行う半導体装置を提供することが可
能になる。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の第1の実施例の拡散抵抗
部の状態を示す断面図である。この拡散抵抗は隣接して
形成されたバイポーラトランジスタのエミッタに接続さ
れているが、その状況は図4に示した従来例の場合と同
様であるのでトランジスタの図示は省略する。図1に示
されるように、高不純物濃度のn型サブストレート1上
にはn型エピタキシャル層2が形成されており、このn
型エピタキシャル層の表面領域内には拡散抵抗を構成す
るp型拡散領域3が形成されている。このp型拡散領域
3の直下のn型エピタキシャル層内にはn型サブストレ
ート1の不純物濃度とほぼ等しい不純物濃度の選択的n
型拡散領域8が形成されている。
【0012】半導体基板上はシリコン酸化膜とシリコン
窒化膜の2層膜などからなる絶縁膜4に覆われており、
拡散抵抗は、絶縁膜4に開孔されたコンタクトホール5
を介して、抵抗引き出し配線6a、6bにより基板上に
引き出されている。抵抗引き出し配線6aは図外バイポ
ーラトランジスタのエミッタに接続されており、抵抗引
き出し配線6bは、接地点に接続されるボンディングパ
ッド(図示なし)に接続されている。p型拡散領域3か
らは、空乏層7が延びるがこの空乏層はn型拡散層領域
8によって止められるため、n型エピタキシャル層2−
p型拡散領域3(コレクタ−エミッタ)間の電位差が大
きくなっても、空乏層が広がることはなく、接合容量の
変化は抑制される。ここで、コレクタ−エミッタ間に生
じる最低の電位差で空乏層7がn型拡散領域8に達する
ように設定しておけば、トランジスタの増幅動作により
接合容量をほとんど変化させないようにすることができ
る。
【0013】図2は、本発明の第1の実施例の製造方法
を説明するための工程順の断面図である。図2(a)に
示されるように、不純物濃度1E20cm-3、厚さ60
0μmのn型サブストレート1上に、不純物濃度1E1
5cm-3、厚さ5μmのn型エピタキシャル層2を成長
させ、フォトリソグラフィ法により設けられたフォトレ
ジスト膜9aをマスクにリンイオンを加速電圧230k
eV、ドーズ量1E15cm-2程度で注入して、選択的
n型拡散領域8を形成する。
【0014】次に、図2(b)に示されるように、フォ
トリソグラフィ法によりフォトレジスト膜9bを形成
し、これをマスクに、ホウ素を加速電圧約30keV、
ドーズ量1E13cm-2程度でイオン注入して、拡散抵
抗となるp型拡散領域3を形成する。このp型拡散領域
3の形成工程は、バイポーラトランジスタのベース領域
の形成工程と共通化することができる。次に、基板上に
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との2層膜などからな
る絶縁膜4を設け、フォトリソグラフィ法およびRIE
(反応性イオンエッチング)法を適用して絶縁膜4を選
択的に除去してp型拡散領域3の表面を露出させるコン
タクトホール5を形成する。このとき、バイポーラトラ
ンジスタのベースコンタクトも同時に開孔するようにす
ることができる。そして、密着層を形成した後スパッタ
法によりAuを0.3μm程度の膜厚に堆積し、これら
をパターニングして抵抗引き出し配線6a、6bを形成
する。
【0015】図3は、本発明の第2の実施例の拡散抵抗
部の状態を示す断面図である。同図において、図1に示
した第1の実施例の部分と同等の部分には同一の参照番
号が付せられているので重複する説明は省略するが、本
実施例においては、選択的n型拡散領域8の外にこれと
同等の不純物濃度を有する第2の選択的n型拡散領域1
0が、p型拡散領域3の周囲にこれを囲むように形成さ
れている。本実施例によれば、空乏層7の横方向の延び
をも抑えることができるので、より一層接合容量の変化
を抑制することができる。
【0016】以上好ましい実施例について説明したが、
本願発明はこれら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された範囲内において適宜変更が可
能なものである。例えば、実施例では配線をAuにより
形成していたがこれをAl配線とすることができる。ま
た、拡散抵抗の周囲にこの拡散抵抗に接して拡散抵抗と
同一導電型の低不純物濃度拡散層をガードリングとして
設けるようにしてもよい。さらに、実施例での不純物の
導電型をすべて逆にすることができる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置は、拡散抵抗の直下のエピタキシャル層内にエピ
タキシャル層と同一導電型の高不純物濃度拡散領域を設
けたものであるので、拡散抵抗部の空乏層幅の変化、従
って拡散抵抗に係る接合容量の変化を抑制することがで
き、信号の歪みを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の要部の断面図。
【図2】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順の断面図。
【図3】本発明の第2の実施例の要部の断面図。
【図4】従来例の断面図。
【図5】従来例の等価回路図。
【符号の説明】 1 n型サブストレート 2 n型エピタキシャル層 3 p型拡散領域 4 絶縁膜 5 コンタクトホール 6a、6b 抵抗引き出し配線 7 空乏層 8 選択的n型拡散領域 9a、9b フォトレジスト膜 10 第2の選択的n型拡散領域 11 ベース領域 12 エミッタ領域 13 n型ポリシリコン膜 14 エミッタ電極 15 ベース電極 16 コレクタ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−163825(JP,A) 特開 平7−221190(JP,A) 特開 昭57−7961(JP,A) 特開 昭60−157234(JP,A) 特開 昭53−108394(JP,A) 特開 昭54−67785(JP,A) 特開 昭50−774(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/68 - 29/737 H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コレクタ領域を構成する高不純物濃度の
    第1導電型の半導体層の上に第1導電型のエピタキシャ
    ル層が形成され、該エピタキシャル層内に第2導電型の
    ベース領域と抵抗層となる第2導電型の拡散領域が形成
    され、前記ベース領域内に前記拡散領域の一端に接続さ
    れたエミッタ領域が形成されている半導体装置におい
    て、前記拡散領域の直下の前記エピタキシャル層内に
    は、前記拡散領域から離間して第1導電型の下部拡散層
    が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記拡散領域の周囲の前記エピタキシャ
    ル層内には、該拡散領域を囲むように、かつ、該拡散領
    域からは離間して第1導電型の周辺拡散層が形成されて
    いることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記拡散領域の底面から前記下部拡散層
    の上面までの距離は、前記拡散領域と前記半導体層間に
    印加される電圧の最低値の電圧が印加された状態で両者
    間の領域が空乏化する値に設定されていることを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記拡散領域の側面から前記周辺拡散層
    の側面までの距離は、前記拡散領域と前記半導体層間に
    印加される電圧の最低値の電圧が印加された状態で両者
    間の領域が空乏化する値に設定されていることを特徴と
    する請求項2記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記拡散領域の周囲に、該拡散領域に接
    して第2導電型の低不純物濃度のガードリングが形成さ
    れていることを特徴とする請求項1または2記載の半導
    体装置。
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