JP5035588B2 - Semiconductor device having bipolar transistor - Google Patents

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Description

本発明は、無線周波数の電力増幅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関し、特に無線周波数の電力増幅に用いられるヘテロ接合バイポーラトランジスタの無線周波数特性を改善するのに有益な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a bipolar transistor used for radio frequency power amplification, and more particularly to a technique useful for improving radio frequency characteristics of a heterojunction bipolar transistor used for radio frequency power amplification.

従来、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下、HBTと言う)はバイポーラトランジスタのエミッタ・ベース接合にヘテロ接合を用い、ベース領域のバンドキャップよりもエミッタのバンドキャップを大きくしたものである。その結果、HBTはベースからエミッタへの少数キャリアの注入が少なく、エミッタ注入効率を高く保ちつつ、ベース不純物濃度を高くできる。従って、内部ベース抵抗を下げることができ、遮断周波数fを、従来のバイポーラトランジスタに比べて大幅に改善することができる。 Conventionally, a heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as HBT) uses a heterojunction for the emitter-base junction of the bipolar transistor, and has a band cap of the emitter larger than that of the base region. As a result, the HBT has a small amount of minority carrier injection from the base to the emitter, and can increase the base impurity concentration while keeping the emitter injection efficiency high. Therefore, it is possible to lower the internal base resistance, the cut-off frequency f T, can be greatly improved over conventional bipolar transistor.

従来よりHBTに限らず、電力増幅用バイポーラトランジスタは、ベース・エミッタ接合順方向電圧VBEの負の温度依存性を有する。その結果、電力用のため大面積のベース・エミッタ接合の不均一性による電流集中が発生して、バイポーラトランジスタは熱暴走を起こして破壊することが知られている。 Conventionally, the power amplification bipolar transistor is not limited to the HBT, and has a negative temperature dependence of the base-emitter junction forward voltage VBE . As a result, it is known that current concentration occurs due to non-uniformity of a large-area base-emitter junction for power use, and the bipolar transistor causes thermal runaway and is destroyed.

大電力バイポーラトランジスタは、歴史的にはシリコンパワートランジスタからスタートした。その熱暴走を防止するために、エミッタにバラスト抵抗と呼ばれる負帰還抵抗が接続される。温度上昇によってエミッタ電流が増加すると、エミッタ・バラスト抵抗の両端の電圧が上昇する。すると、ベース・エミッタ接合順方向電圧VBEが低下して、エミッタ電流の増加を抑制する。 High power bipolar transistors have historically started with silicon power transistors. In order to prevent the thermal runaway, a negative feedback resistor called a ballast resistor is connected to the emitter. When the emitter current increases due to temperature rise, the voltage across the emitter / ballast resistor rises. Then, the base-emitter junction forward voltage V BE is lowered to suppress the increase in the emitter current.

一方、携帯電話等の電池動作のモバイル通信端末での無線周波数(以下、RFと称す)の通信用のRF電力増幅に、バイポーラトランジスタより高性能のHBTが採用される時代となった。HBTにも、熱暴走の危険があるので、電流集中を防止することが必要となる。しかし、携帯電話等の電池動作を考慮すると、低消費電力の電流集中防止策が必要となる。従って、下記の特許文献1や特許文献2に記載されているように、バラスト抵抗を電流の大きなエミッタに接続するのではなく、電流の小さなベースに接続することがHBTでは主流な技術となった。   On the other hand, it has become an era when high-performance HBTs than bipolar transistors are adopted for RF power amplification for radio frequency (hereinafter referred to as RF) communications in battery-operated mobile communication terminals such as mobile phones. Since the HBT also has a risk of thermal runaway, it is necessary to prevent current concentration. However, taking into consideration the battery operation of a mobile phone or the like, a current concentration prevention measure with low power consumption is required. Therefore, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 below, it has become a main technique in HBT to connect a ballast resistor to a base having a small current instead of connecting to a emitter having a large current. .

シリコンで構成されたバイポーラトランジスタの電流増幅率βが正の温度依存性を有するので、温度上昇によって電流増幅率βは増加する。これに対して、HBTの電流増幅率βが負の温度依存性を有して、温度上昇によって電流増幅率βは低下する。従って、HBTにおいて、ベースバラスト抵抗での電圧降下が高温で増大する。従って、ベースバラスト抵抗によるHBTの電流集中防止策の有効性は、下記の特許文献1に記載されている。   Since the current amplification factor β of the bipolar transistor made of silicon has a positive temperature dependency, the current amplification factor β increases as the temperature rises. On the other hand, the current amplification factor β of the HBT has a negative temperature dependency, and the current amplification factor β decreases as the temperature rises. Therefore, in the HBT, the voltage drop at the base ballast resistor increases at high temperatures. Therefore, the effectiveness of the HBT current concentration prevention measure by the base ballast resistor is described in Patent Document 1 below.

これに対して、HBTにエミッタバラスト抵抗を接続するとともに、HBTの温度が低い正常動作状態ではエミッタバラスト抵抗の抵抗値が低く、HBTの温度が上昇するとエミッタバラスト抵抗の抵抗値が増大すると言うHBTの電流集中防止策が下記の特許文献3に記載されている。   On the other hand, an emitter ballast resistor is connected to the HBT, and in a normal operation state where the temperature of the HBT is low, the resistance value of the emitter ballast resistor is low. When the temperature of the HBT rises, the resistance value of the emitter ballast resistor increases. The current concentration prevention measure is described in Patent Document 3 below.

米国特許 第5,321,279号明細書US Pat. No. 5,321,279 米国特許 第5,629,648号明細書US Pat. No. 5,629,648 特開平6−349847号公報JP-A-6-349847

本発明に先立って、本発明者等は携帯電話等の電池動作のモバイル通信端末でのRF電力増幅用の高性能のHBTの開発に従事した。   Prior to the present invention, the inventors engaged in the development of a high-performance HBT for RF power amplification in battery-operated mobile communication terminals such as mobile phones.

図1は本発明に先立って、本発明者等により最初に検討された熱暴走対策としてベースバラスト方式を採用したHBTを示す等価回路図とデバイスの平面図である。   FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing an HBT adopting a base ballast system as a countermeasure against thermal runaway, which was first studied by the present inventors prior to the present invention, and a plan view of the device.

図1の等価回路図に示すようにひとつのパワーHBTは、並列接続された複数個(N個、Nは1より大きい整数)のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNで構成される。これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのコレクタ・エミッタ電流経路は並列接続される。これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのベースには、それぞれ結合キャパシタC1、C2…CNを介して、RF入力信号RFINが供給される。また、これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのベースには、それぞれベースバラスト抵抗Rb1、Rb2…RbNを介してベースバイアス電圧Vbiasが供給される。   As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 1, one power HBT is composed of a plurality of (N, N is an integer greater than 1) unit transistors Q1, Q2,. The collector-emitter current paths of these unit transistors Q1, Q2,... QN are connected in parallel. An RF input signal RFIN is supplied to the bases of these unit transistors Q1, Q2,... QN via coupling capacitors C1, C2,. The base bias voltage Vbias is supplied to the bases of these unit transistors Q1, Q2,... QN via base ballast resistors Rb1, Rb2,.

図1のデバイスの平面図に示すように、RF入力信号RFINが共通に供給される結合キャパシタC1、C2…CNの複数の一端は半導体集積回路の多層配線の下層アルミニューム配線M1で形成された配線領域100で構成されている。一方、複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの個々のベースに接続される結合キャパシタC1、C2…CNの複数の他端は半導体集積回路の多層配線の上層アルミニューム配線M2で形成された配線領域200_1、200_2…200_Nでそれぞれ構成されている。配線領域100と配線領域200_1、200_2…200_Nとの間には、結合キャパシタC1、C2…CNのための誘電体層が形成されている。複数の配線領域200_1、200_2…200_Nは、多層配線層の層間絶縁膜や表面保護絶縁膜に設けられた開口部であるコンタクトCNT_1、CNT_2…CNT_Nを介して複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのベース領域にそれぞれ接続されている。尚、図1の等価回路図とデバイスの平面図と類似のものは、前記特許文献2に記載されている。図1において、ユニット・トランジスタQ2の電流が他のユニット・トランジスタよりも著しく増大すると、ベースバラスト抵抗Rb2の電圧効果が増大して、電流集中が回避される。   As shown in the plan view of the device of FIG. 1, a plurality of one ends of coupling capacitors C1, C2,... CN to which an RF input signal RFIN is supplied in common are formed by a lower layer aluminum wiring M1 of a multilayer wiring of a semiconductor integrated circuit. The wiring area 100 is configured. On the other hand, the plurality of other ends of the coupling capacitors C1, C2,... CN connected to the individual bases of the plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN are wires formed by the upper layer aluminum wiring M2 of the multilayer wiring of the semiconductor integrated circuit. Each of the regions 200_1, 200_2,... 200_N is configured. Dielectric layers for the coupling capacitors C1, C2,... CN are formed between the wiring region 100 and the wiring regions 200_1, 200_2,. The plurality of wiring regions 200_1, 200_2,... 200_N are connected to the plurality of unit transistors Q1, Q2,..., QN through contacts CNT_1, CNT_2,. Is connected to each of the base areas. 1 is similar to the equivalent circuit diagram of FIG. 1 and the plan view of the device. In FIG. 1, when the current of the unit transistor Q2 is significantly increased as compared to the other unit transistors, the voltage effect of the base ballast resistor Rb2 is increased and current concentration is avoided.

一方、複数のベースバラスト抵抗Rb1、Rb2…RbNは、複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNとともに半導体チップ表面で二次元的に配置される必要があり、半導体チップ占有面積が大きいと言う問題点が本発明者等の検討により明らかとされた。   On the other hand, the plurality of base ballast resistors Rb1, Rb2,... RbN must be two-dimensionally arranged on the semiconductor chip surface together with the plurality of unit transistors Q1, Q2,. However, it has been clarified by the study of the present inventors.

また、複数のベースバラスト抵抗Rb1、Rb2…RbNで発生される熱雑音は、エミッタ接地でベース入力の複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNで電圧増幅されるので、出力雑音も問題であることが、本発明者等の検討により明らかとされた。   Also, the thermal noise generated by the plurality of base ballast resistors Rb1, Rb2,... RbN is amplified by the plurality of unit transistors Q1, Q2,. However, it has been clarified by the study of the present inventors.

図2は本発明に先立って、本発明者等によりその次に検討された熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用したHBTを示す等価回路図とデバイスの平面図である。尚、エミッタバラスト方式によるHBTは、前記特許文献3に記載されている。   FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing an HBT adopting an emitter ballast system as a countermeasure against thermal runaway studied by the inventors and the like prior to the present invention, and a plan view of the device. The emitter ballast type HBT is described in Patent Document 3.

図2の等価回路図に示すようにひとつのパワーHBTは、並列接続された複数個(N個、Nは1より大きい整数)のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNで構成される。これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのコレクタ・エミッタ電流経路は並列接続され、これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのベースには、1個の結合キャパシタCを介してRF入力信号RFINが共通に供給される。また、これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのベースには、ベースバイアス電圧Vbiasが直接かつ共通に供給される。また、これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのエミッタは、エミッタバラスト抵抗Re1、Re2…ReNがそれぞれ接続される。   As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 2, one power HBT is composed of a plurality of (N, N is an integer larger than 1) unit transistors Q1, Q2,. The collector-emitter current paths of these unit transistors Q1, Q2,... QN are connected in parallel, and the RF input signal RFIN is supplied to the bases of these unit transistors Q1, Q2,. Commonly supplied. A base bias voltage Vbias is directly and commonly supplied to the bases of these unit transistors Q1, Q2,. The emitters of these unit transistors Q1, Q2,... QN are connected to emitter ballast resistors Re1, Re2,.

図2のデバイスの平面図に示すように、RF入力信号RFINが供給される1個の結合キャパシタCの一端は、半導体集積回路の多層配線の下層アルミニューム配線M1で形成された配線領域100で構成されている。一方、複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの複数のベースに共通接続される1個の結合キャパシタCの他端は、半導体集積回路の多層配線の上層アルミニューム配線M2で形成された配線領域201で構成されている。また上層アルミニューム配線M2の配線領域201は、多層配線の上層アルミニューム配線M2で形成された他の配線領域202、203、204_1、204_2…204_Nを介して複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの複数のベースに接続された上層アルミニューム配線M2の複数の配線領域200_1、200_2…200_Nに接続されている。配線領域100と配線領域201との間には、1個の結合キャパシタCのための誘電体層が形成されている。複数の配線領域200_1、200_2…200_Nは、多層配線層の層間絶縁膜や表面保護絶縁膜に設けられた開口部であるコンタクトを介して複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのベース領域にそれぞれ接続されている。尚、図2において、ユニット・トランジスタQ2の電流が他のユニット・トランジスタよりも著しく増大すると、エミッタバラスト抵抗Re2の電圧効果が増大して、電流集中が回避される。また、複数のエミッタバラスト抵抗Re1、Re2…ReNは、複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのエミッタ領域と半導体チップ表面で3次元的に配置されることができ、半導体チップ占有面積が小さいと言う利点が本発明者等の検討により明らかとされた。尚、エミッタバラスト抵抗をHBTのエミッタ領域半導体チップ表面で3次元的に配置することも、前記特許文献3に記載されている。   As shown in the plan view of the device in FIG. 2, one end of one coupling capacitor C to which an RF input signal RFIN is supplied is a wiring region 100 formed by a lower layer aluminum wiring M1 of a multilayer wiring of a semiconductor integrated circuit. It is configured. On the other hand, the other end of one coupling capacitor C commonly connected to the plurality of bases of the plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN is a wiring region formed by the upper layer aluminum wiring M2 of the multilayer wiring of the semiconductor integrated circuit. 201. Further, the wiring region 201 of the upper layer aluminum wiring M2 includes a plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN through other wiring regions 202, 203, 204_1, 204_2... 204_N formed by the upper layer aluminum wiring M2 of the multilayer wiring. Are connected to the plurality of wiring regions 200_1, 200_2,... 200_N of the upper layer aluminum wiring M2 connected to the plurality of bases. A dielectric layer for one coupling capacitor C is formed between the wiring region 100 and the wiring region 201. The plurality of wiring regions 200_1, 200_2,... 200_N are respectively connected to the base regions of the plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN through contacts that are openings provided in the interlayer insulating film and the surface protective insulating film of the multilayer wiring layer. It is connected. In FIG. 2, when the current of the unit transistor Q2 is significantly increased as compared with other unit transistors, the voltage effect of the emitter ballast resistor Re2 is increased and current concentration is avoided. Further, the plurality of emitter ballast resistors Re1, Re2,... ReN can be three-dimensionally arranged on the emitter regions of the plurality of unit transistors Q1, Q2,. This advantage has been clarified by the study of the present inventors. It is also described in Patent Document 3 that the emitter ballast resistor is three-dimensionally arranged on the surface of the HBT emitter region semiconductor chip.

また、複数のエミッタバラスト抵抗Re1、Re2…ReNで熱雑音が発生されても、ベース接地でエミッタ入力の複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの電圧増幅利得は小さい。従って、発生雑音の電圧増幅利得は小さいので、出力雑音特性も良いことが、本発明者等の検討により明らかとされた。   Further, even if thermal noise is generated by the plurality of emitter ballast resistors Re1, Re2,... ReN, the voltage amplification gain of the plurality of unit transistors Q1, Q2,. Accordingly, the inventors have clarified that the output noise characteristic is good because the voltage amplification gain of the generated noise is small.

ところで、本発明者等が図2に示した熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用するHBTに関して検討を行ったところ、下記の事実が明らかとなった。   By the way, when the present inventors examined the HBT adopting the emitter ballast system as a countermeasure for the thermal runaway shown in FIG. 2, the following facts became clear.

これは、結論としては、ひとつのパワーHBTを構成する並列接続された複数個のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの複数のコレクタ増幅出力信号の間で位相差が生じて、RF電力増幅器全体の電力利得と電力効率とが劣化するということである。これは、下記のことに起因する。   In conclusion, a phase difference occurs between a plurality of collector amplified output signals of a plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN connected in parallel constituting one power HBT. This means that power gain and power efficiency are degraded. This is due to the following.

1.図2のデバイスの平面図で、下層アルミニューム配線M1で形成された配線領域100である1個の結合キャパシタCの一端に供給されたRF入力信号RFINは、結合キャパシタCのための誘電体層を介して半導体集積回路の多層配線の上層アルミニューム配線M2で形成された配線領域201である1個の結合キャパシタCの他端に伝達される。   1. In the plan view of the device of FIG. 2, the RF input signal RFIN supplied to one end of one coupling capacitor C which is a wiring region 100 formed by the lower layer aluminum wiring M1 is a dielectric layer for the coupling capacitor C. Is transmitted to the other end of one coupling capacitor C which is a wiring region 201 formed by the upper layer aluminum wiring M2 of the multilayer wiring of the semiconductor integrated circuit.

2.配線領域201である1個の結合キャパシタCの他端のRF伝達信号は、さらに上層アルミニューム配線M2で形成された他の配線領域202、203を介して複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの複数のベースに伝達される。   2. The RF transmission signal at the other end of one coupling capacitor C, which is the wiring region 201, further passes through the other wiring regions 202, 203 formed by the upper layer aluminum wiring M2, and a plurality of unit transistors Q1, Q2,. Communicated to multiple bases.

3.上記2に際して、並列接続の方向に配置される配線領域203の配線長は、ひとつのパワーHBTを構成する並列接続された複数個のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの並列接続数Nに比例して長くなる。パワーHBTから出力される送信パワーを大とするには、並列接続数Nが大となる。   3. In the above case 2, the wiring length of the wiring region 203 arranged in the parallel connection direction is proportional to the number N of parallel connections of a plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN connected in parallel constituting one power HBT. Become longer. In order to increase the transmission power output from the power HBT, the number N of parallel connections increases.

4.送信パワーを大とするには、並列接続の方向に配置される配線領域203の配線長も長くなる。   4). In order to increase the transmission power, the wiring length of the wiring region 203 arranged in the parallel connection direction also increases.

5.並列接続の方向に配置される配線領域203で1個の結合キャパシタCの近傍であるユニット・トランジスタQNのベースにはRF信号は最短で伝達されるが、1個の結合キャパシタCから最長距離にあるユニット・トランジスタQ1のベースにはRF信号は最長で伝達される。   5). The RF signal is transmitted in the shortest distance to the base of the unit transistor QN in the vicinity of one coupling capacitor C in the wiring region 203 arranged in the direction of parallel connection, but the longest distance from one coupling capacitor C. The longest RF signal is transmitted to the base of a certain unit transistor Q1.

6.上記5で説明した並列接続の方向に長い配線距離で配置された配線領域203の上での複数個のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの各ベースへのRF信号伝達の時間差により、Q1、Q2…QNの複数のコレクタ増幅出力信号の間で位相差が生じる。   6). Q1, Q2 due to the time difference of RF signal transmission to the bases of the plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN on the wiring region 203 arranged at a long wiring distance in the direction of parallel connection described in 5 above. ... There is a phase difference between the multiple collector amplified output signals of QN.

従って、本発明は、上記の如き本発明者等による熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用するHBTに関する検討結果を基にしてなされたものである。従って、本発明の目的とするところは、熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用するRF信号増幅用のパワーバイポーラトランジスタのコレクタ増幅出力信号の間で位相差を低減することにある。また、本発明の他の目的とするところは、熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用するRF信号増幅用のパワーバイポーラトランジスタを採用したRF電力増幅器全体の電力利得と電力効率とを改善することにある。   Therefore, the present invention has been made on the basis of the results of studies on an HBT that employs the emitter ballast system as a countermeasure against thermal runaway by the present inventors as described above. Accordingly, an object of the present invention is to reduce a phase difference between collector amplified output signals of power bipolar transistors for RF signal amplification that employs an emitter ballast method as a countermeasure against thermal runaway. Another object of the present invention is to improve the power gain and power efficiency of the entire RF power amplifier employing a power bipolar transistor for RF signal amplification that employs an emitter ballast system as a measure against thermal runaway. is there.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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、下記の通りである。   The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本発明のひとつの形態は、ひとつのパワーバイポーラトランジスタ(HBT)は、ひとつの半導体チップ内で並列接続された複数(N個、Nは1より大きい整数)のユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)を含む。前記ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)のコレクタ・エミッタ電流経路は並列接続される。前記ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)のベースには、1個の結合キャパシタ(C)を介してRF入力信号(RFIN)が共通に供給される。また、前記ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)のエミッタは、エミッタバラスト抵抗(Re1、Re2…ReN)がそれぞれ接続される。前記ひとつの半導体チップ内で、前記複数のユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)のベース入力信号のための複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)が前記複数のユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)の並列接続の配置方向とほぼ平行に配置されている。前記ひとつの半導体チップ内で、RF入力信号(RFIN)が共通に供給される前記1個の結合キャパシタ(C)の一端を構成する一方の電極プレート(100)は、前記複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)の配置箇所を跨ぐような配線長(L)を持って前記配置方向とほぼ平行に配置されている。前記一方の電極プレート(100)は、前記配置方向とほぼ直交する方向の配線幅(W)を持つ。この配線幅(W)は、前記複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)の配線幅(w)よりも大きい。前記ひとつの半導体チップ内で、前記1個の結合キャパシタ(C)の他端として構成された他方の電極プレート(201)は、前記複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)と電気的に接続されている。前記1個の結合キャパシタ(C)の前記一方の電極プレート(100)と前記他方の電極プレート(201)とは前記ひとつの半導体チップ内の多層配線の下層配線(M1)と上層配線(M2)の一方と他方とでそれぞれ構成される。前記1個の結合キャパシタ(C)の前記一方の電極プレート(100)と前記他方の電極プレート(201)との間には前記1個の結合キャパシタ(C)のための誘電体層(205)が形成されている(図3参照)。   That is, according to one embodiment of the present invention, one power bipolar transistor (HBT) includes a plurality of (N, N is an integer greater than 1) unit transistors (Q1, Q2) connected in parallel in one semiconductor chip. ... includes QN). Within the one semiconductor chip, the collector-emitter current paths of these unit transistors (Q1, Q2,... QN) are connected in parallel. In one semiconductor chip, the bases of these unit transistors (Q1, Q2,... QN) are commonly supplied with an RF input signal (RFIN) via one coupling capacitor (C). Further, emitter ballast resistors (Re1, Re2,... ReN) are connected to the emitters of these unit transistors (Q1, Q2,..., QN) in the one semiconductor chip. Within the one semiconductor chip, a plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,... 204_N) for base input signals of the plurality of unit transistors (Q1, Q2,... QN) are formed by the plurality of unit transistors (Q1). , Q2... QN) are arranged substantially parallel to the arrangement direction of the parallel connection. One electrode plate (100) constituting one end of the one coupling capacitor (C) to which the RF input signal (RFIN) is supplied in common in the one semiconductor chip is formed of the plurality of signal injection wiring regions. They are arranged substantially parallel to the arrangement direction with a wiring length (L) that straddles the arrangement locations of (204_1, 204_2... 204_N). The one electrode plate (100) has a wiring width (W) in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction. The wiring width (W) is larger than the wiring width (w) of the plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,... 204_N). In the one semiconductor chip, the other electrode plate (201) configured as the other end of the one coupling capacitor (C) is electrically connected to the plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,... 204_N). It is connected to the. The one electrode plate (100) and the other electrode plate (201) of the one coupling capacitor (C) are a lower layer wiring (M1) and an upper layer wiring (M2) of the multilayer wiring in the one semiconductor chip. It is comprised by one and the other of each. A dielectric layer (205) for the one coupling capacitor (C) is disposed between the one electrode plate (100) and the other electrode plate (201) of the one coupling capacitor (C). Is formed (see FIG. 3).

また、本発明の他のひとつの形態は、ひとつのパワーバイポーラトランジスタ(HBT)は、ひとつの半導体チップ内で並列接続された複数(N個、Nは1より大きい整数)のユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)を含む。前記ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)のコレクタ・エミッタ電流経路は並列接続される。前記ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)のベースには、複数(N個、Nは1より大きい整数)の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)を介してRF入力信号(RFIN)がそれぞれ供給される。また、前記ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)のエミッタは、エミッタバラスト抵抗(Re1、Re2…ReN)がそれぞれ接続される。前記ひとつの半導体チップ内で、前記複数の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)の前記RF入力信号(RFIN)が供給される一端は一方の電極プレート(100)により共通に構成されている。前記ひとつの半導体チップ内で、前記複数のユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)のベース入力信号のための複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)が前記複数のユニット・トランジスタ(Q1、Q2…QN)の並列接続の配置方向とほぼ平行に配置されている。前記ひとつの半導体チップ内で、前記複数の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)の前記一端を共通に構成する前記一方の電極プレート(100)は、前記複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)の配置箇所を跨ぐような配線長(L)を持って前記配置方向とほぼ平行に配置されている。前記一方の電極プレート(100)は、前記配置方向とほぼ直交する方向の配線幅(W)を持つ。この配線幅(W)は、前記複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)の配線幅(w)よりも大きい。前記ひとつの半導体チップ内で、前記複数の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)の他端として構成された複数(N個、Nは1より大きい整数)の他方の電極プレート(201_1、201_2…201_N)は、前記複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)とそれぞれ電気的に接続されている。前記複数の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)の前記一端として構成された前記一方の電極プレート(100)と前記複数の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)の他端として構成された前記複数の他方の電極プレート(201_1、201_2…201_N)とは、前記ひとつの半導体チップ内の多層配線の下層配線(M1)と上層配線(M2)の一方と他方とでそれぞれ構成される。前記複数の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)の前記一方の電極プレート(100)と前記複数の他方の電極プレート(201_1、201_2…201_N)との間には前記複数の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)のための誘電体層(205)が形成されている(図6参照)。   In another embodiment of the present invention, one power bipolar transistor (HBT) is a plurality of (N, N is an integer greater than 1) unit transistors (Q1) connected in parallel in one semiconductor chip. , Q2... QN). Within the one semiconductor chip, the collector-emitter current paths of these unit transistors (Q1, Q2,... QN) are connected in parallel. Within the one semiconductor chip, the bases of these unit transistors (Q1, Q2... QN) are connected via a plurality of (N, N is an integer greater than 1) coupling capacitors (C11, C12... C1N). An RF input signal (RFIN) is supplied. Further, emitter ballast resistors (Re1, Re2,... ReN) are connected to the emitters of these unit transistors (Q1, Q2,..., QN) in the one semiconductor chip. One end of the plurality of coupling capacitors (C11, C12... C1N) to which the RF input signal (RFIN) is supplied is commonly formed by one electrode plate (100) in the one semiconductor chip. Within the one semiconductor chip, a plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,... 204_N) for base input signals of the plurality of unit transistors (Q1, Q2,... QN) are formed by the plurality of unit transistors (Q1). , Q2... QN) are arranged substantially parallel to the arrangement direction of the parallel connection. In the one semiconductor chip, the one electrode plate (100) constituting one end of the plurality of coupling capacitors (C11, C12,... C1N) in common has the plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,...). 204_N) with a wiring length (L) straddling the arrangement location of 204_N) and being arranged substantially parallel to the arrangement direction. The one electrode plate (100) has a wiring width (W) in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction. The wiring width (W) is larger than the wiring width (w) of the plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,... 204_N). A plurality (N, N is an integer greater than 1) of the other electrode plates (201_1, 201_2,... 201_N) configured as the other ends of the plurality of coupling capacitors (C11, C12,... C1N) in the one semiconductor chip. ) Are electrically connected to the plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,... 204_N), respectively. The one electrode plate (100) configured as the one end of the plurality of coupling capacitors (C11, C12... C1N) and the plurality of the plurality of coupling capacitors (C11, C12... C1N) configured as the other ends. The other electrode plate (201_1, 201_2... 201_N) is composed of one and the other of the lower layer wiring (M1) and the upper layer wiring (M2) of the multilayer wiring in the one semiconductor chip. Between the one electrode plate (100) of the plurality of coupling capacitors (C11, C12... C1N) and the plurality of other electrode plates (201_1, 201_2... 201_N), the plurality of coupling capacitors (C11, C12). ... a dielectric layer (205) for C1N) is formed (see FIG. 6).

上記のいずれの手段によっても、RF入力信号(RFIN)が共通に供給される結合キャパシタ(C、C1、C2…CN)の一端を構成する前記一方の電極プレート(100)は、結合キャパシタの大きな容量を実現するためにも比較的大きな配線幅(W)を持つ。その結果、前記一方の電極プレート(100)は、前記複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)の配置箇所を跨ぐような比較的長い配線長(L)を持っていても、前記1個の電極プレート(100)の配線インダクタンスは十分小さく、また前記結合キャパシタ(C11、C12…C1N)は低インピーダンスの伝送線路として機能する。従って、複数個のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの各ベースへのRF信号伝達の時間差が小さくなって、Q1、Q2…QNの複数のコレクタ増幅出力信号の間で位相差も小さくなる。   By any of the above means, the one electrode plate (100) constituting one end of the coupling capacitors (C, C1, C2,... CN) to which the RF input signal (RFIN) is commonly supplied is large In order to realize the capacitance, it has a relatively large wiring width (W). As a result, even if the one electrode plate (100) has a relatively long wiring length (L) that straddles the location of the plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,... 204_N), The wiring inductance of each electrode plate (100) is sufficiently small, and the coupling capacitors (C11, C12... C1N) function as a low impedance transmission line. Therefore, the time difference of RF signal transmission to the bases of the plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN is reduced, and the phase difference between the plurality of collector amplified output signals of Q1, Q2,.

本発明のより具体的な形態では、前記複数のユニット・トランジスタのそれぞれは、複数のサブユニット・トランジスタを含み、半導体チップ中で、ベースRF信号伝送線とコレクタRF信号伝送線とが、ほぼ平行に配置されている。従って、1個のユニット・トランジスタの最も左に配置されたサブユニット・トランジスタがベースRF信号伝送線から最初にRF入力信号を受信するが、最も左に配置されたサブユニット・トランジスタのコレクタのRF増幅信号がコレクタRF信号伝送線を介して、最後に最終出力点に伝達される。これとは逆に、1個のユニット・トランジスタの最も右に配置されたサブユニット・トランジスタがベースRF信号伝送線から最後にRF入力信号を受信するが、最も右に配置されたサブユニット・トランジスタのコレクタのRF増幅信号がコレクタRF信号伝送線を介して最初に最終出力点に伝達される。   In a more specific form of the present invention, each of the plurality of unit transistors includes a plurality of subunit transistors, and the base RF signal transmission line and the collector RF signal transmission line are substantially parallel in the semiconductor chip. Is arranged. Accordingly, the leftmost subunit transistor of one unit transistor receives the RF input signal first from the base RF signal transmission line, but the leftmost subunit transistor collector RF. The amplified signal is finally transmitted to the final output point via the collector RF signal transmission line. Conversely, the rightmost subunit transistor, which is the rightmost subunit transistor of one unit transistor, receives the last RF input signal from the base RF signal transmission line. Are first transmitted to the final output point via the collector RF signal transmission line.

本発明の他のより具体的な形態では、前記半導体チップはIIIV族化合物半導体で構成され、前記パワーバイポーラトランジスタはヘテロバイポーラトランジスタである。   In another more specific form of the present invention, the semiconductor chip is made of a IIIV group compound semiconductor, and the power bipolar transistor is a hetero bipolar transistor.

本発明の最も具体的な実施形態では、前記複数のユニット・トランジスタのそれぞれは、複数のサブユニット・トランジスタを含み、前記複数のサブユニット・トランジスタの複数のエミッタを接地するために前記半導体チップに形成されたエミッタビアを前記複数のサブユニット・トランジスタのほぼ中央部分に有するものである。   In a most specific embodiment of the present invention, each of the plurality of unit transistors includes a plurality of subunit transistors, and the semiconductor chip is connected to the semiconductor chip to ground a plurality of emitters of the plurality of subunit transistors. The formed emitter via is provided at a substantially central portion of the plurality of subunit transistors.

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、下記の通りである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本発明によれば、熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用するRF信号増幅用のパワーバイポーラトランジスタのコレクタ増幅出力信号の間で位相差を低減することができる。   That is, according to the present invention, it is possible to reduce the phase difference between the collector amplified output signals of the power bipolar transistor for RF signal amplification that employs the emitter ballast method as a countermeasure for thermal runaway.

また、本発明よれば、熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用するRF信号増幅用のパワーバイポーラトランジスタを採用したRF電力増幅器全体の電力利得と電力効率とを改善することができる。   Further, according to the present invention, it is possible to improve the power gain and power efficiency of the entire RF power amplifier that employs a power bipolar transistor for RF signal amplification that employs an emitter ballast system as a measure against thermal runaway.

≪エミッタバラスト方式のHBTの等価回路とデバイス構造≫
図3は、第1の本発明の一つの実施形態によるエミッタバラスト方式のHBTの等価回路とデバイス構造示す図である。
≪Equivalent circuit and device structure of emitter ballast HBT≫
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit and device structure of an emitter ballast type HBT according to one embodiment of the first invention.

図3の上部のHBTの等価回路に示すように、HBTで構成されたひとつのパワーバイポーラトランジスタは、ひとつの半導体チップ内で並列接続された複数(N個、Nは1より大きい整数)のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNを含む。ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのコレクタ・エミッタ電流経路は並列接続される。ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのベースには、1個の結合キャパシタCを介してRF入力信号RFINが共通に供給される。また、ひとつの半導体チップ内で、これらのユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのエミッタは、エミッタバラスト抵抗Re1、Re2…ReNがそれぞれ接続される。   As shown in the equivalent circuit of the HBT in the upper part of FIG. 3, one power bipolar transistor composed of the HBT is a plurality of units (N, N is an integer greater than 1) connected in parallel in one semiconductor chip. Transistors Q1, Q2 ... QN are included. Within one semiconductor chip, the collector-emitter current paths of these unit transistors Q1, Q2,..., QN are connected in parallel. The RF input signal RFIN is commonly supplied to the bases of these unit transistors Q1, Q2,... QN through one coupling capacitor C in one semiconductor chip. In addition, emitter ballast resistors Re1, Re2,... ReN are connected to the emitters of these unit transistors Q1, Q2,.

図3の上部のHBTのデバイス平面図に示すように、ひとつの半導体チップ内で、複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのベース入力信号のための複数の信号注入配線領域204_1、204_2…204_Nが複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの並列接続の配置方向とほぼ平行に配置されている。ひとつの半導体チップ内で、RF入力信号RFINが共通に供給される1個の結合キャパシタCの一端を構成する一方の電極プレート100は、複数の信号注入配線領域204_1、204_2…204_Nの配置箇所を跨ぐような配線長Lを持って配置方向とほぼ平行に配置されている。一方の電極プレート100は、配置方向とほぼ直交する方向の配線幅Wを持つ。この配線幅Wは、複数の信号注入配線領域204_1、204_2…204_Nの配線幅wよりも大きい。ひとつの半導体チップ内で、1個の結合キャパシタCの他端として構成された他方の電極プレート201は、複数の信号注入配線領域204_1、204_2…204_Nと電気的に接続されている。図3の実施形態では、1個の結合キャパシタCの一方の電極プレート100と他方の電極プレート201とはひとつの半導体チップ内の多層配線の下層配線M1と上層配線M2でそれぞれ構成され、その逆にも構成されることは可能である。1個の結合キャパシタCの一方の電極プレート100と他方の電極プレート201との間には1個の結合キャパシタCのための誘電体層205が形成されている。尚、複数のエミッタバラスト抵抗Re1、Re2…ReNは、複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのエミッタ領域と半導体チップ表面で3次元的に配置される。   As shown in the device plan view of the HBT in the upper part of FIG. 3, a plurality of signal injection wiring regions 204_1, 204_2,... 204_N for base input signals of a plurality of unit transistors Q1, Q2,. Are arranged substantially parallel to the arrangement direction of the parallel connection of the plurality of unit transistors Q1, Q2,. One electrode plate 100 constituting one end of one coupling capacitor C to which the RF input signal RFIN is supplied in common in one semiconductor chip is provided with a plurality of signal injection wiring regions 204_1, 204_2,. They are arranged substantially parallel to the arrangement direction with the wiring length L straddling. One electrode plate 100 has a wiring width W in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction. This wiring width W is larger than the wiring width w of the plurality of signal injection wiring regions 204_1, 204_2,. The other electrode plate 201 configured as the other end of one coupling capacitor C in one semiconductor chip is electrically connected to the plurality of signal injection wiring regions 204_1, 204_2,... 204_N. In the embodiment of FIG. 3, one electrode plate 100 and the other electrode plate 201 of one coupling capacitor C are respectively composed of a lower layer wiring M1 and an upper layer wiring M2 of multilayer wiring in one semiconductor chip, and vice versa. Can also be configured. A dielectric layer 205 for one coupling capacitor C is formed between one electrode plate 100 and the other electrode plate 201 of one coupling capacitor C. The plurality of emitter ballast resistors Re1, Re2,... ReN are three-dimensionally arranged on the emitter regions of the plurality of unit transistors Q1, Q2,.

図4は、図3に示したひとつのパワーHBTを構成する複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのひとつのユニット・トランジスタを更に詳細に説明するための図である。同図に示すように、複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの各ユニット・トランジスタは、同図の中央に示すように構成されている。同図の中央に示すように各ユニット・トランジスタは並列接続された12個のサブユニット・トランジスタを含む。1個のサブユニット・トランジスタは、E(エミッタ)、B(ベース)、C(コレクタ)の記号を含む四角いブロックで示されている。左側に3列で2行の6個のサブユニット・トランジスタが配置され、右側に3列で2行の6個のサブユニット・トランジスタが配置され、その中央に12個のサブユニット・トランジスタのエミッタを共通に接地するためのエミッタビアEVが配置されている。同図の下左に示すように、1個のサブユニット・トランジスタのエミッタは中央にX字のある四角で示され、ベースは中央に三角のある四角で示され、コレクタは中央がブランクの四角で示されている。従って、1個のサブユニット・トランジスタは中央にエミッタとベースとを持ち、その左右に2つのコレクタを持っている。一例として、1個のサブユニット・トランジスタのベースとコレクタとは多層配線の下層配線M1に接続され、エミッタは多層配線の上層配線M2に接続されている。しかし、その逆の接続も可能である。同図の中央に示すように、中央部に配置されたエミッタビアEVによって合計12個のサブユニット・トランジスタのエミッタが、共通に接地される。左側の上層配線M2(204_1)を介して合計12個のサブユニット・トランジスタのベース(B)へのRF入力信号が供給される。上行の6個のサブユニット・トランジスタのコレクタ(C)からのRF増幅出力信号は上から取り出され、下行の6個のサブユニット・トランジスタのコレクタ(C)からのRF増幅出力信号は下から取り出される。このようにして、12個のRF増幅出力信号が合成され、最終的には右側の上層配線M2(206_1)を介してRF増幅最終出力信号が得られる。従って、図4の上部に示すように、半導体チップ中で、ベースRF信号伝送線とコレクタRF信号伝送線とが、ほぼ平行に配置されている。従って、1個のユニット・トランジスタの最も左に配置されたサブユニット・トランジスタがベースRF信号伝送線から最初にRF入力信号を受信するが、最も左に配置されたサブユニット・トランジスタのコレクタのRF増幅信号がコレクタRF信号伝送線を介して、最後に最終出力点に伝達される。これとは逆に、1個のユニット・トランジスタの最も右に配置されたサブユニット・トランジスタがベースRF信号伝送線から最後にRF入力信号を受信するが、最も右に配置されたサブユニット・トランジスタのコレクタのRF増幅信号がコレクタRF信号伝送線を介して最初に最終出力点に伝達される。従って、1個のユニット・トランジスタを構成するように並列接続された12個のサブユニット・トランジスタのコレクタ増幅出力信号の間での位相差を低減することが可能となっている。   FIG. 4 is a diagram for explaining in more detail one unit transistor of a plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN constituting one power HBT shown in FIG. As shown in the figure, the unit transistors of the plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN are configured as shown in the center of the figure. As shown in the center of the figure, each unit transistor includes 12 subunit transistors connected in parallel. One subunit transistor is shown as a square block containing the symbols E (emitter), B (base), and C (collector). 6 subunit transistors of 2 rows in 3 columns are arranged on the left side, 6 subunit transistors of 2 rows in 3 columns are arranged on the right side, and the emitters of 12 subunit transistors in the center Emitter vias EV for grounding are commonly disposed. As shown in the lower left of the figure, the emitter of one subunit transistor is shown as a square with an X in the center, the base is shown as a square with a triangle in the center, and the collector is a square with a blank in the center. It is shown in Therefore, one subunit transistor has an emitter and a base in the center and two collectors on the left and right. As an example, the base and collector of one subunit transistor are connected to the lower layer wiring M1 of the multilayer wiring, and the emitter is connected to the upper layer wiring M2 of the multilayer wiring. However, the reverse connection is also possible. As shown in the center of the figure, the emitters of a total of 12 subunit transistors are commonly grounded by the emitter via EV arranged in the center. RF input signals to the bases (B) of a total of 12 subunit transistors are supplied via the left upper layer wiring M2 (204_1). The RF amplified output signal from the collector (C) of the six subunit transistors in the upper row is taken out from above, and the RF amplified output signal from the collector (C) in the six subunit transistors in the lower row is taken out from below. It is. In this way, 12 RF amplified output signals are combined, and finally an RF amplified final output signal is obtained via the upper-layer wiring M2 (206_1) on the right side. Therefore, as shown in the upper part of FIG. 4, the base RF signal transmission line and the collector RF signal transmission line are arranged substantially in parallel in the semiconductor chip. Accordingly, the leftmost subunit transistor of one unit transistor receives the RF input signal first from the base RF signal transmission line, but the leftmost subunit transistor collector RF. The amplified signal is finally transmitted to the final output point via the collector RF signal transmission line. Conversely, the rightmost subunit transistor, which is the rightmost subunit transistor of one unit transistor, receives the last RF input signal from the base RF signal transmission line. Are first transmitted to the final output point via the collector RF signal transmission line. Accordingly, it is possible to reduce the phase difference between the collector amplified output signals of the 12 subunit transistors connected in parallel so as to constitute one unit transistor.

また、エミッタ接地用のエミッタビアEVが12個のサブユニット・トランジスタの中央部に配置されることによって、パワーHBTからの発熱を効果的に放熱する。HBTを構成する半導体チップがGaAs等のIIIV族化合物半導体の場合には、シリコンの半導体チップよりもチップの熱抵抗が数倍高い。このような場合に、エミッタビアEVの中央配置は、熱放散の点で有益である。   Further, the emitter via EV for grounding the emitter is disposed at the center of the 12 subunit transistors, so that the heat generated from the power HBT is effectively radiated. When the semiconductor chip constituting the HBT is a IIIV group compound semiconductor such as GaAs, the thermal resistance of the chip is several times higher than that of a silicon semiconductor chip. In such a case, the central arrangement of the emitter vias EV is beneficial in terms of heat dissipation.

尚、図4の左下に示すように、複数個のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNの各コレクタRF増幅信号は出力パッドM2(207)で合成される。この出力パッドM2(207)には電流容量増大のため、複数のワイヤー線W1、W2…W5が接続されている。   4, the collector RF amplified signals of the plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN are synthesized at the output pad M2 (207). A plurality of wire lines W1, W2,... W5 are connected to the output pad M2 (207) in order to increase the current capacity.

図5は、図4に示したサブユニット・トランジスタのエミッタを接地するためのエミッタビアEVを説明するための図である。GaAs等のIIIV族化合物半導体で構成された半導体チップ500の表面にはメサ形状のHBTQ15、Q16が複数個形成されている。メサ形状のHBTQ15、Q16の最高峰であるエミッタ領域には本発明を構成するエミッタバラスト抵抗の領域を含んでいる。エミッタバラスト抵抗の領域をAlGa1−XAsの材料を用い、0<X≦0.45とする。このことにより、温度が低い正常動作状態ではエミッタバラスト抵抗の抵抗値が低く、温度が上昇すると抵抗値を増大させることができる。HBTQ15、Q16のエミッタは多層配線の上層配線M2による配線層501にエミッタスルーホールTh_Eを介して共通接続される。チップ表面からチップ裏面に貫通するV字型の導電層によって、エミッタビアEVが形成されている。このエミッタビアEVは、チップ裏面のメタライズ導電層502に電気的に接続されている。チップ裏面のメタライズ導電層502は、携帯電話端末装置のマザーボードの接地点にハンダによって接続される。このようにして、1個のユニット・トランジスタを構成するように並列接続された12個のサブユニット・トランジスタの複数のエミッタを安定な接地電位に保つことができ、また良好な熱放散特性を得ることができる。 FIG. 5 is a diagram for explaining an emitter via EV for grounding the emitter of the subunit transistor shown in FIG. A plurality of mesa-shaped HBTQ15 and Q16 are formed on the surface of the semiconductor chip 500 made of a IIIV group compound semiconductor such as GaAs. The emitter region which is the highest peak of the mesa-shaped HBTs Q15 and Q16 includes an emitter ballast resistor region constituting the present invention. The region of the emitter ballast resistor is made of Al X Ga 1-X As, and 0 <X ≦ 0.45. Thus, the resistance value of the emitter ballast resistor is low in a normal operation state at a low temperature, and the resistance value can be increased as the temperature rises. The emitters of the HBTQ15 and Q16 are commonly connected to the wiring layer 501 by the upper layer wiring M2 of the multilayer wiring through the emitter through hole Th_E. An emitter via EV is formed by a V-shaped conductive layer penetrating from the chip surface to the chip back surface. The emitter via EV is electrically connected to the metallized conductive layer 502 on the back surface of the chip. The metallized conductive layer 502 on the back surface of the chip is connected to the ground point of the mother board of the mobile phone terminal device by soldering. In this way, the emitters of the 12 subunit transistors connected in parallel to form one unit transistor can be maintained at a stable ground potential, and good heat dissipation characteristics can be obtained. be able to.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.

例えば、図6のその他の実施形態においては、図3と図4とに示した1個の結合キャパシタCが複数の結合キャパシタ(C11、C12…C1N)に置換されている点が図3と図4の実施形態との本質的な相違である。その他の点は、図3の実施形態と同一であり、詳細な説明は省略する。   For example, in the other embodiment of FIG. 6, the one coupling capacitor C shown in FIGS. 3 and 4 is replaced with a plurality of coupling capacitors (C11, C12... C1N). This is an essential difference from the fourth embodiment. The other points are the same as those of the embodiment of FIG. 3, and detailed description thereof is omitted.

図1は本発明に先立って、本発明者等により最初に検討された熱暴走対策としてベースバラスト方式を採用するHBTを示す等価回路図とデバイスの平面図である。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing an HBT adopting a base ballast system as a countermeasure against thermal runaway, which was first studied by the present inventors prior to the present invention, and a plan view of the device. 図2は本発明に先立って、本発明者等によりその次に検討された熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用するHBTを示す等価回路図とデバイスの平面図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram and a plan view of a device showing an HBT that employs an emitter ballast system as a countermeasure against thermal runaway studied by the present inventors prior to the present invention. 図3は、本発明のひとつの実施形態による熱暴走対策としてエミッタバラスト方式を採用するHBTを示す等価回路図とデバイスの平面図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing an HBT that employs an emitter ballast system as a countermeasure for thermal runaway according to one embodiment of the present invention, and a plan view of the device. 図4は、図3に示したひとつのパワーHBTを構成する複数のユニット・トランジスタQ1、Q2…QNのひとつのユニット・トランジスタを更に詳細に説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining in more detail one unit transistor of a plurality of unit transistors Q1, Q2,... QN constituting one power HBT shown in FIG. 図5は、図4に示したサブユニット・トランジスタのエミッタを接地するためのエミッタビアEVを説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an emitter via EV for grounding the emitter of the subunit transistor shown in FIG. 図6は、本発明のその他の実施形態を示す等価回路図とデバイスの平面図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing another embodiment of the present invention and a plan view of the device.

符号の説明Explanation of symbols

Q1、Q2…QN ユニット・トランジスタ
Re1、Re2…ReN エミッタバラスト抵抗
C 1個の結合キャパシタ
RFIN RF入力信号
100 結合キャパシタ(C)の一端を構成する一方の電極プレート
201 結合キャパシタ(C)の他端として構成された他方の電極プレート
204_1、204_2…204_N ベース入力信号のための複数の信号注入配線領域
W 一方の電極プレートの配線幅
w 複数の信号注入配線領域(204_1、204_2…204_N)の配線幅
Q1, Q2... QN Unit transistors Re1, Re2... ReN Emitter ballast resistor C One coupling capacitor RFIN RF input signal 100 One electrode plate 201 constituting one end of the coupling capacitor (C) The other end of the coupling capacitor (C) 204_N, a plurality of signal injection wiring regions W for base input signals, a wiring width w of one electrode plate, a wiring width of a plurality of signal injection wiring regions (204_1, 204_2,... 204_N)

Claims (7)

並列接続された複数のユニット・トランジスタを含むパワーバイポーラトランジスタを有し、
前記複数のユニット・トランジスタのコレクタ・エミッタ電流経路は並列接続され、
前記複数のユニット・トランジスタのベースには、1個の結合キャパシタを介してRF入力信号が共通に供給され、
前記複数のユニット・トランジスタのエミッタは、エミッタバラスト抵抗がそれぞれ接続され、
前記複数のユニット・トランジスタのベース入力信号のための複数の信号注入配線領域が前記複数のユニット・トランジスタの並列接続の配置方向と平行に配置され、
前記RF入力信号が共通に供給される前記1個の結合キャパシタの一端を構成する一方の電極プレートは、前記複数の信号注入配線領域の配置箇所を跨ぐような配線長を持って前記配置方向と平行に配置され、
前記一方の電極プレートは、前記配置方向と直交する方向の配線幅を持ち、この配線幅は、前記複数の信号注入配線領域の配線幅よりも大きく設定され、
前記1個の結合キャパシタの他端として構成された他方の電極プレートは、前記複数の信号注入配線領域と電気的に接続され、
前記1個の結合キャパシタの前記一方の電極プレートと前記他方の電極プレートとは前記ひとつの半導体チップ内の多層配線の下層配線と上層配線の一方と他方とでそれぞれ構成され、
前記1個の結合キャパシタの前記一方の電極プレートと前記他方の電極プレートとの間には前記1個の結合キャパシタのための誘電体層が形成されている半導体装置。
A power bipolar transistor including a plurality of unit transistors connected in parallel;
The collector-emitter current paths of the plurality of unit transistors are connected in parallel,
An RF input signal is commonly supplied to the bases of the plurality of unit transistors through one coupling capacitor,
An emitter ballast resistor is connected to each of the emitters of the plurality of unit transistors,
Are arranged in the arrangement direction and the flat row of a plurality of signal injection line area parallel connection of said plurality of unit transistors for base input signal of the plurality of unit transistors,
One electrode plate constituting one end of the one coupling capacitor to which the RF input signal is supplied in common has a wiring length that straddles the arrangement positions of the plurality of signal injection wiring regions and the arrangement direction . They are placed in flat row,
The one electrode plate has a wiring width of the arrangement direction and a straight direction orthogonal, the wiring width is set larger than the wiring width of the plurality of signal injection wiring region,
The other electrode plate configured as the other end of the one coupling capacitor is electrically connected to the plurality of signal injection wiring regions,
The one electrode plate and the other electrode plate of the one coupling capacitor are respectively composed of a lower layer wiring and an upper layer wiring of a multilayer wiring in the one semiconductor chip,
A semiconductor device in which a dielectric layer for the one coupling capacitor is formed between the one electrode plate and the other electrode plate of the one coupling capacitor.
前記複数のユニット・トランジスタのそれぞれは、複数のサブユニット・トランジスタを含み、
ベースRF信号伝送線とコレクタRF信号伝送線とが、平行に配置され、
前記それぞれの複数のユニット・トランジスタ内部で最も一端側に配置されたサブユニット・トランジスタが前記ベースRF信号伝送線から最初にRF入力信号を受信して前記最も一端側に配置されたサブユニット・トランジスタのコレクタのRF増幅信号が前記コレクタRF信号伝送線を介して最後に最終出力点に伝達され、これとは逆に、最も他端側に配置されたサブユニット・トランジスタが前記ベースRF信号伝送線から最後にRF入力信号を受信して前記最も他端側に配置されたサブユニット・トランジスタのコレクタのRF増幅信号が前記コレクタRF信号伝送線を介して最初に最終出力点に伝達される請求項1に記載の半導体装置。
Each of the plurality of unit transistors includes a plurality of subunit transistors,
Base RF signal transmission line and the collector RF signal transmission line is placed on a flat row,
The subunit transistor disposed at the most end side within each of the plurality of unit transistors receives the RF input signal first from the base RF signal transmission line and is disposed at the most end side. The collector RF amplification signal is finally transmitted to the final output point via the collector RF signal transmission line. On the contrary, the subunit transistor arranged at the other end side is the base RF signal transmission line. The RF amplified signal of the collector of the sub-unit transistor disposed at the other end side is received last from the first RF signal, and is first transmitted to the final output point via the collector RF signal transmission line. 2. The semiconductor device according to 1.
IIIV族化合物半導体で構成され、前記パワーバイポーラトランジスタはヘテロバイポーラトランジスタである請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the power bipolar transistor is a hetero-bipolar transistor. IIIV族化合物半導体で構成され、前記パワーバイポーラトランジスタはヘテロバイポーラトランジスタである請求項2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the power bipolar transistor is a hetero-bipolar transistor composed of a group IIIV compound semiconductor. 前記複数のユニット・トランジスタのそれぞれは、複数のサブユニット・トランジスタを含み、前記複数のサブユニット・トランジスタの複数のエミッタを接地するためにエミッタビアを前記複数のユニット・トランジスタ内部で最も一端側に配置されたサブユニ
ット・トランジスタと最も他端側に配置されたサブユニット・トランジスタの配列の中央部分に有する請求項1から請求項4までのいずれかに記載の半導体装置。
Each of the plurality of unit transistors includes a plurality of subunit transistors, and an emitter via is disposed on the most end side inside the plurality of unit transistors to ground a plurality of emitters of the plurality of subunit transistors. Sub-uni
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 having a central portion in the Tsu preparative transistors and most other end to the arrangement sequence of the subunit transistor.
並列接続された複数のユニット・トランジスタを含むパワーバイポーラトランジスタを有し、
前記複数のユニット・トランジスタのコレクタ・エミッタ電流経路は並列接続され、
前記複数のユニット・トランジスタのベースには、複数の結合キャパシタを介してRF入力信号が共通にそれぞれ供給され、
前記複数のユニット・トランジスタのエミッタは、エミッタバラスト抵抗がそれぞれ接続され、
前記複数の結合キャパシタの前記RF入力信号が供給される一端は一方の電極プレートにより共通に構成され、
前記複数のユニット・トランジスタのベース入力信号のための複数の信号注入配線領域が前記複数のユニット・トランジスタの並列接続の配置方向と平行に配置され、
前記RF入力信号が共通に供給される1個の前記結合キャパシタの一端を構成する一方の電極プレートは、前記複数の信号注入配線領域の配置箇所を跨ぐような配線長を持って前記配置方向と平行に配置され、
前記一方の電極プレートは、前記配置方向と直交する方向の配線幅を持ち、この配線幅は、前記複数の信号注入配線領域の配線幅よりも大きく設定され、
前記複数の結合キャパシタの他端として構成された複数の他方の電極プレートは、前記複数の信号注入配線領域とそれぞれ電気的に接続され、
個の前記結合キャパシタの前記一方の電極プレートと前記他方の電極プレートとは前記ひとつの半導体チップ内の多層配線の下層配線と上層配線の一方と他方とでそれぞれ構成され、
個の前記結合キャパシタの前記一方の電極プレートと前記他方の電極プレートとの間には1個の前記結合キャパシタのための誘電体層が形成され
前記複数のユニット・トランジスタのそれぞれは、複数のサブユニット・トランジスタを含み、
ベースRF信号伝送線とコレクタRF信号伝送線とが、平行に配置され、
前記それぞれの複数のユニット・トランジスタ内部で最も一端側に配置されたサブユニット・トランジスタが前記ベースRF信号伝送線から最初にRF入力信号を受信して前記最も一端側に配置されたサブユニット・トランジスタのコレクタのRF増幅信号が前記コレクタRF信号伝送線を介して最後に最終出力点に伝達され、これとは逆に、最も他端側に配置されたサブユニット・トランジスタが前記ベースRF信号伝送線から最後にRF入力信号を受信して前記最も他端側に配置されたサブユニット・トランジスタのコレクタのRF増幅信号が前記コレクタRF信号伝送線を介して最初に最終出力点に伝達され、
前記複数のサブユニット・トランジスタの複数のエミッタを接地するためにエミッタビアを前記複数のユニット・トランジスタ内部で最も一端側に配置されたサブユニット・トランジスタと最も他端側に配置されたサブユニット・トランジスタの配列の中央部分に有する半導体装置。
A power bipolar transistor including a plurality of unit transistors connected in parallel;
The collector-emitter current paths of the plurality of unit transistors are connected in parallel,
An RF input signal is commonly supplied to the bases of the plurality of unit transistors through a plurality of coupling capacitors,
An emitter ballast resistor is connected to each of the emitters of the plurality of unit transistors,
One end of the plurality of coupling capacitors to which the RF input signal is supplied is configured in common by one electrode plate,
Are arranged in the arrangement direction and the flat row of a plurality of signal injection line area parallel connection of said plurality of unit transistors for base input signal of the plurality of unit transistors,
One electrode plate constituting one end of one of said coupling capacitors said RF input device signals is supplied in common to the said arrangement direction with the wiring length as to straddle the arrangement position of the plurality of signal injection wiring region They are placed in flat row,
The one electrode plate has a wiring width of the arrangement direction and a straight direction orthogonal, the wiring width is set larger than the wiring width of the plurality of signal injection wiring region,
The plurality of other electrode plates configured as the other ends of the plurality of coupling capacitors are electrically connected to the plurality of signal injection wiring regions, respectively.
The said one electrode plate of one of said coupling capacitor and the other electrode plate is constituted respectively by the one and the other of the lower layer wiring and the upper wiring of the multilayer wiring in the single semiconductor chip,
Dielectric layer for one of the coupling capacitor is formed between the one electrode plate of one of said coupling capacitor and the other electrode plate,
Each of the plurality of unit transistors includes a plurality of subunit transistors,
The base RF signal transmission line and the collector RF signal transmission line are arranged in parallel,
The subunit transistor disposed at the most end side within each of the plurality of unit transistors receives the RF input signal first from the base RF signal transmission line and is disposed at the most end side. The collector RF amplification signal is finally transmitted to the final output point via the collector RF signal transmission line. On the contrary, the subunit transistor arranged at the other end side is the base RF signal transmission line. The RF amplified signal of the collector of the subunit transistor disposed on the other end side is received from the last through the collector RF signal transmission line and is first transmitted to the final output point.
In order to ground the plurality of emitters of the plurality of subunit transistors, an emitter via is disposed in the plurality of unit transistors at the most end side, and the subunit transistor is disposed on the other end side. Device having a central portion of the arrangement.
IIIV族化合物半導体で構成され、前記パワーバイポーラトランジスタはヘテロバイポーラトランジスタである請求項6に記載の半導体装置。 7. The semiconductor device according to claim 6 , wherein the power bipolar transistor is a heterobipolar transistor made of a IIIV group compound semiconductor.
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