JP3595080B2 - バイポーラトランジスタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、バイポーラトランジスタ特に熱抵抗低減構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
バイポーラトランジスタにおいて、特にマルチフィンガータイプで高出力を必要とするものでは、出力や効率といった特性の向上のために動作領域の放熱性が重要である。図10は、従来のバイポーラトランジスタの放熱構造の一例を示す平面図および断面図である。図において、1はバイポーラトランジスタのエミッタ配線、4はエミッタエアブリッジ、5はベース電極、6はコレクタ電極、7はエミッタ電極、8はエミッタ、9はベース、10はコレクタ、11は半絶縁基板、12は裏面メタル、14はバイアホールをそれぞれ示す。図に示すように、従来のバイポーラトランジスタでは、エミッタ電極、ベース電極およびコレクタ電極が形成されている動作領域近傍の微細領域にバイアホール14を形成したり、さらに基板厚の薄膜化を行ったりして、放熱効果を得ようとしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のバイポーラトランジスタの放熱構造では、動作領域近傍にバイアホール等を形成していたが、微細領域であるためにプロセスが困難である上、放熱性向上にも限界があった。
【0004】
この発明は、上記のような問題を解消するためになされたもので、バイポーラトランジスタの動作領域の放熱性を向上し、熱抵抗の低減を図り、高出力で効率の良いバイポーラトランジスタを得ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるバイポーラトランジスタは、半導体基板上に複数個並べて設けられた各動作領域の中にエミッタ層とエミッタ電極、ベース層とベース電極、コレクタ層とコレクタ電極がそれぞれ分離して形成されたバイポーラトランジスタにおいて、上記複数個の動作領域の中の各ベース電極を繋ぐベース配線および上記複数個の動作領域の中の各コレクタ電極を繋ぐコレクタ配線を、上記複数の動作領域の並んだ方向に対してほぼ平行に上記各動作領域に隣接して形成すると共に、上記複数個の動作領域の中のエミッタ電極にそれぞれ接続されたエミッタ配線を上記複数個の動作領域の中の隣接する動作領域間に位置して互いにほぼ平行に複数本形成し、これらのエミッタ配線を上記ベース配線およびコレクタ配線と電気的接触なしにほぼ直交させ、さらに上記ベース配線または上記コレクタ配線の外側で、上記各動作領域から離れた空き領域に引き出し、この空き領域に上記エミッタ配線同士を繋ぐように上記エミッタ配線の大面積部を設けたものである。
また、エミッタ配線の大面積部の一部を外部入力用電極と接続してエミッタ接地動作させるようにしたものである。
【0006】
また、エミッタ配線の大面積部内に、広範囲のバイアホールを設けたものである。
また、エミッタ配線の大面積部上に、広範囲の厚いメッキを設けたものである。
さらに、厚いメッキを外装部品に接触させたものである。
また、エミッタ配線の大面積部を、外部入力用電極と接続するためのワイヤができるだけ短距離および等距離で、少なくとも一本以上、できるだけ数多く取付けられるように形成したものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明におけるバイポーラトランジスタの構造、特に配線構造を示す図であり、一例としての5フィンガーのバイポーラトランジスタを示す図である。図1−Aは本発明の5フィンガーバイポーラトランジスタの全体を示す平面図、図1−Bは図1−A中に示されたA−A断面図、図1−Cは図1−A中に示されたB−B断面図である。図において、1はバイポーラトランジスタのエミッタ配線、1aはエミッタ配線の大面積部である共有配線、2はベース配線、3はコレクタ配線、4はエミッタエアブリッジ、5はベース電極、5aはベース電極のコンタクト配線、6はコレクタ電極、7はエミッタ電極、8はエミッタ、9はベース、10はコレクタ、11は半絶縁基板、12は裏面メタル、13は絶縁領域、14はバイアホールをそれぞれ示す。
【0008】
本実施の形態におけるバイポーラトランジスタは、エミッタ電極7に熱的および電気的に繋がっているエミッタエアブリッジ4のもう一方の端を半絶縁性基板11上のエミッタ配線1に繋いでいる構造を有している(図1−B)。本実施の形態においては、エミッタ配線1がベース配線2、コレクタ配線3等の他の配線の例えば下部から電気的接触なしに引き出され(図1−C)、動作領域から離れた広い領域に大面積で設けられていることが特徴的である。以上の構造を有することにより、素子内で発生した熱を非常に効率よく基板11側に逃がすことができ、熱抵抗の低減が可能となる。
【0009】
次に、本発明のバイポーラトランジスタの製造手順を図について説明する。図2は、一実施の形態であるGaAs/AlGaAs系HBTの製造手順を示す図であり、図2−A、B、C、D、図3−A、Bはそれぞれ図2−H中のC−C線断面図または図3−C中のD−D線またはE−E線断面図、図2−E、F、G、H、図3−Cはそれぞれ部分平面図である。まず、図2−Aに示すように、GaAs半絶縁性基板11a上に、n型GaAsコレクタ層10a、p型GaAsベース層9a、n型AlGaAsエミッタ層8aを、例えばMBE法で結晶成長したウェハ上に、パターニングしたエミッタ電極7を形成する。次に、図2−Bに示すように、エミッタ電極7をマスクとして、n型AlGaAsエミッタ層8aをエッチングし、p型GaAsベース層9aの表面を出す。さらに、p型GaAsベース層9aの表面上にベース電極5をリフトオフ等で形成する。
【0010】
さらに、図2−Cに示すように、p型GaAsベース層9aおよびn型GaAsコレクタ層10aをエッチングし、残したn型GaAsコレクタ層10a上にコレクタ電極6を形成する。次に、図2−DおよびHに示すように、動作部(エミッタ電極、ベース電極およびコレクタ電極がある箇所)間に平行にエミッタ配線1を形成し、さらにベース電極5およびコレクタ電極6に接するように、ベース電極のコンタクト配線5aおよびコレクタ電極のコンタクト配線6aを形成する。最後に、図3−Cに示すように、平行に引き出したエミッタ配線1どうしを繋ぐように、エミッタ配線1上にエミッタ配線の共有配線1aを形成する。さらに、ベース電極のコンタクト配線5aどうしを繋ぐように、ベース配線2を施し、また、コレクタ電極のコンタクト配線6aどうしを繋ぐようにコレクタ配線3を形成する。ただし、ベース配線2およびコレクタ配線3と、エミッタ配線1が電気的に接触しないように形成する。
【0011】
上記実施の形態においては、エミッタ配線1とベース配線2およびコレクタ配線3の上下関係が逆でも可能である。すなわち、ベース配線2およびコレクタ配線3の上に、電気的接触なしにエミッタ配線1を形成することも可能である。
【0012】
以上のように、本発明によれば、バイポーラトランジスタの放熱に関する配線を広い領域に大面積で形成することにより熱抵抗の低減が図れ、これによりバイポーラトランジスタの出力および効率の向上が可能となる。さらに、配線を広い面積部に引き出すためプロセスが容易となり、安価な製品が得られる効果がある。
【0013】
実施の形態2.
図4は本発明の実施の形態2であるバイポーラトランジスタの構造を示す図で、図4−Aは部分平面図、図4−Bは図4−AのF−F線断面図である。図において、14はエミッタ配線1の大面積部である共有配線1aに形成されたバイアホール、15aはメッキ部をそれぞれ示す。本実施の形態では、実施の形態1記載のバイポーラトランジスタにおいて、エミッタ配線1の大面積部に大口径のバイアホール14を形成し、裏面メタル12に熱的に繋ぐことにより、このバイアホール14を介して素子内で発生した熱を非常に効率良く基板11側に逃がすことができ、熱抵抗の低減が可能となる。
【0014】
実施の形態3.
図5は本発明の実施の形態3であるバイポーラトランジスタの構造を示す図で、図5−Aは部分平面図(ここでは基板11、裏面メタル12を図示していない)、図5−Bは図5−AのG−G線断面図である。図において、15bはエミッタ配線1の大面積部である共有配線1aに形成された厚いメッキ層を示す。本実施の形態では、実施の形態1記載のバイポーラトランジスタにおいて、エミッタ配線1の大面積部にできるだけ厚いメッキ層15bを形成することにより、この厚いメッキ層15bがバイポーラトランジスタの動作領域で発生した熱を伝導、吸収し、効率良く基板11側に逃がすことができ熱抵抗の低減が可能となる。
【0015】
実施の形態4.
図6は本発明の実施の形態4であるバイポーラトランジスタの構造を示す部分断面図である。図において、15bはエミッタ配線1の大面積部である共有配線1aに形成された厚いメッキ層、16は外装部品をそれぞれ示す。本実施の形態では、実施の形態1記載のバイポーラトランジスタにおいて、エミッタ配線1の大面積部にできるだけ厚いメッキ層15bを形成し、さらにこのメッキ層15bを外装部品16に接触させることにより、素子内で発生した熱を外装部品16側と基板11側に逃がすことができ、より効率的に熱抵抗の低減が可能となる。
【0016】
実施の形態5.
図7は本発明の実施の形態5であるバイポーラトランジスタの動作領域部分の構造を示す部分平面図である。図において、17はベースエアブリッジ、18はコレクタエアブリッジをそれぞれ示す。本実施の形態では、実施の形態1〜4記載のバイポーラトランジスタにおいて、図7に示すようにエミッタ電極7、ベース電極5およびコレクタ電極6が存在する動作領域の四方を取り囲むようにエミッタ配線1を設けることにより、素子内で発生した熱を非常に効率よく基板11側に逃がすことができ、熱抵抗の低減が可能となる。
【0017】
実施の形態6.
実施の形態1〜5記載のバイポーラトランジスタの放熱構造は、ベース接地動作のバイポーラトランジスタにも適用可能である。図8は本発明の実施の形態6であるバイポーラトランジスタの動作領域部分の構造を示す図で、図8−Aは部分平面図、図8−Bは部分断面図である。図において、2は大面積のベース配線、17はベースエアブリッジをそれぞれ示す。本実施の形態では、図8に示すようにベース接地動作のバイポーラトランジスタにおいて、ベース電極5からのベースエアブリッジ17を広い領域に引き出した大面積のベース配線2に繋ぎ、このベース配線2を介して素子内で発生した熱を非常に効率良く基板11側に逃がすことができ、熱抵抗の低減が可能となる。
【0018】
実施の形態7.
図9は本発明の実施の形態7であるバイポーラトランジスタの構造を示す部分平面図である。図において、19はワイヤ、20は外部の入力用電極、21はスクライブライン(チップ端)をそれぞれ示す。本実施の形態では、実施の形態1〜6のバイポーラトランジスタにおいて、図に示すように外部の入力用電極20からのワイヤ19ができるだけ近距離および等距離で、できるだけ数多く、少なくとも1本以上打てるように、例えば切り出したチップのスクライブライン21に平行で広い範囲に大面積エミッタ配線1を設ける。このような構造にすることにより、数多くのワイヤ19を介して素子内で発生した熱を非常に効率良く外部に逃がすことができ、さらにワイヤ19全体でのインダクタンスの低減が可能となる。
【0019】
以上、実施の形態1〜7では、エミッタ/ベース/コレクタの組み合わせがAlGaAs/GaAs/GaAsであるバイポーラトランジスタの例を示したが、本発明のバイポーラトランジスタは上記の組み合わせに限るものではない。例えば、エミッタ/ベース/コレクタの組み合わせがSi/SiGe/Si、Si/Ge/SiGe、SiGe/Ge/SiGe、SiGe/Ge/Ge、Si/Si/Siでも良い。また、SiC/Si/Si、SiC/SiGe/Si、AlGaAs/GaInAs/GaAs、AlGaAs/GaInP/GaAs、GaInP/GaAs/GaAs、AlGaInP〜GaInP/GaAs/GaAs、AlGaInP/GaAs/GaAs、AlGaInP〜GaInP/GaInP/GaAs、AlGaInP/GaInP/GaAsでも良い。また、GaAsP/GaAs/GaAs、GaAsP/GaInAs/GaAs、InP/GaInAs/InP、Al(Ga)InAs/GaInAs/InP、Al(Ga)InAs/InP/InP、GaAs/Ge/Ge、InP/InGaAsP/InPでも良い。
さらに、本発明は、上記すべての組み合わせのバイポーラトランジスタにおいて、npn型およびpnp型バイポーラトランジスタに適用が可能である。
【0020】
【発明の効果】
この発明に係わるバイポーラトランジスタは、半導体基板上に複数個並べて設けられた動作領域の中にエミッタ層とエミッタ電極、ベース層とベース電極、コレクタ層とコレクタ電極がそれぞれ分離して形成されたバイポーラトランジスタにおいて、複数個の動作領域の中のベース電極を繋ぐベース配線および複数個の動作領域の中のコレクタ電極を繋ぐコレクタ配線を、複数の動作領域の並んだ方向に対してほぼ平行に各動作領域に隣接して形成すると共に、複数個の動作領域の中のエミッタ電極にそれぞれ接続されたエミッタ配線を隣接する動作領域間に位置して互いにほぼ平行に複数本形成し、これらのエミッタ配線をベース配線およびコレクタ配線と電気的接触なしにほぼ直交させ、さらにベース配線またはコレクタ配線の外側で、各動作領域から離れた空き領域に引き出し、この空き領域にエミッタ配線同士を繋ぐようにエミッタ配線の大面積部を設けたので、バイポーラトランジスタの放熱に関する配線を広い領域に大面積で形成することにより熱抵抗の低減が図れ、これによりバイポーラトランジスタの出力および効率の向上が可能となる。
【0021】
さらに、配線を広い面積部に引き出すためプロセスが容易となり、安価な製品が得られる効果がある。
また、エミッタ配線の大面積部に大口径のバイアホールを形成し、裏面メタルに熱的に繋ぐことにより、このバイアホールを介して素子内で発生した熱を非常に効率良く基板側に逃がすことができ、熱抵抗の低減が可能となる。
また、エミッタ配線の大面積部にできるだけ厚いメッキ層を形成することにより、この厚いメッキ層がバイポーラトランジスタの動作領域で発生した熱を伝導、吸収し、効率良く基板側に逃がすことができ熱抵抗の低減が可能となる。
【0022】
また、メッキ層を外装部品に接触させることにより、素子内で発生した熱を外装部品側と基板側に逃がすことができ、より効率的に熱抵抗の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1であるバイポーラトランジスタの構造を示す平面図および部分断面図である。
【図2】この発明の実施の形態1であるバイポーラトランジスタの製造工程を示す断面図および部分平面図である。
【図3】この発明の実施の形態1であるバイポーラトランジスタの製造工程を示す断面図および部分平面図である。
【図4】この発明の実施の形態2であるバイポーラトランジスタの構造を示す部分平面図および断面図である。
【図5】この発明の実施の形態3であるバイポーラトランジスタの構造を示す部分平面図および断面図である。
【図6】この発明の実施の形態4であるバイポーラトランジスタの構造を示す部分断面図である。
【図7】この発明の実施の形態5であるバイポーラトランジスタの構造を示す部分平面図である。
【図8】この発明の実施の形態6であるバイポーラトランジスタの構造を示す部分平面図および断面図である。
【図9】この発明の実施の形態7であるバイポーラトランジスタの構造を示す部分平面図である。
【図10】従来のバイポーラトランジスタの放熱構造を示す平面図および断面図である。
【符号の説明】
1 エミッタ配線、1a エミッタ配線の共有配線、2 ベース配線、
3 コレクタ配線、4 エミッタエアブリッジ、5 ベース電極、
5a ベース電極のコンタクト配線、6 コレクタ電極、
6a コレクタ電極のコンタクト配線、7 エミッタ電極、8 エミッタ、
8a n−AlGaAsエミッタ層、9 ベース、
9a p−GaAsベース層、10 コレクタ、
10a n−GaAsコレクタ層、11 半絶縁基板、
11a GaAs半絶縁基板、12 裏面メタル、13 絶縁領域、
14 バイアホール、15a メッキ、15b 厚いメッキ、
16 外装部品、17 ベースエアブリッジ、18 コレクタエアブリッジ、
19 ワイヤ、20 外部の入力用電極、21 スクライブライン(チップ端)。
Claims (6)
- 半導体基板上に複数個並べて設けられた各動作領域の中にエミッタ層とエミッタ電極、ベース層とベース電極、コレクタ層とコレクタ電極がそれぞれ分離して形成されたバイポーラトランジスタにおいて、上記複数個の動作領域の中の各ベース電極を繋ぐベース配線および上記複数個の動作領域の中の各コレクタ電極を繋ぐコレクタ配線を、上記複数の動作領域の並んだ方向に対してほぼ平行に上記各動作領域に隣接して形成すると共に、上記複数個の動作領域の中のエミッタ電極にそれぞれ接続されたエミッタ配線を上記複数個の動作領域の中の隣接する動作領域間に位置して互いにほぼ平行に複数本形成し、これらのエミッタ配線を上記ベース配線およびコレクタ配線と電気的接触なしにほぼ直交させ、さらに上記ベース配線または上記コレクタ配線の外側で、上記各動作領域から離れた空き領域に引き出し、この空き領域に上記エミッタ配線同士を繋ぐように上記エミッタ配線の大面積部を設けたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
- 請求項1記載のバイポーラトランジスタにおいて、上記エミッタ配線の大面積部の一部を外部入力用電極と接続してエミッタ接地動作させるようにしたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
- 請求項1記載のバイポーラトランジスタにおいて、上記エミッタ配線の大面積部内に、広範囲のバイアホールを設けたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
- 請求項1記載のバイポーラトランジスタにおいて、上記エミッタ配線の大面積部上に、広範囲の厚いメッキを設けたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
- 請求項4記載のバイポーラトランジスタにおいて、上記厚いメッキを外装部品に接触させたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
- 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のバイポーラトランジスタにおいて、上記エミッタ配線の大面積部は、外部入力用電極と接続するためのワイヤができるだけ短距離および等距離で、少なくとも一本以上、できるだけ数多く取付けられるように形成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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