(57)【要約】【課題】  高周波トランジスタの高周波特性を維持しながら、静電破壊耐圧を向上させる。【解決手段】  高周波トランジスタ２０では、方形状のベース領域ＢＬ内に、ストライプ状を有するエミッタ開口部とベースコンタクト部とが交互に複数本形成されている。エミッタ開口部は、エミッタ開口部ＥＬ１及びＥＬ２を含めすべて同一形状を有し、エミッタ端子側領域２１のエミッタ開口幅がベース端子側のエミッタ開口幅よりも広く形成されている。一方、ベースコンタクト部は、ベースコンタクト部ＢＣ１乃至ＢＣ５を含めすべて同一形状を有している。【選択図】  図１
2006339387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の第１主面に選択的に設けられた第２導電型のベース層と、
前記ベース層の第１主面に選択的に設けられたストライプ状のベースコンタクトと、
前記ベース層の第１主面に前記ベースコンタクトと相対抗してストライプ状に設けられ、エミッタ端子側端部の幅が他の部分よりも広く形成されたエミッタ開口部と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１導電型の半導体基板の第１主面に選択的に設けられた第２導電型のベース層と、
前記ベース層の第１主面に選択的に設けられたストライプ状の複数のベースコンタクトと、
前記ベース層の第１主面に設けられ、前記ベースコンタクトの間にストライプ状に形成され、エミッタ端子側端部の幅が他の部分よりも広く形成されたエミッタ開口部と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
第１導電型の半導体基板の第１主面に選択的に設けられた第２導電型のベース層と、
前記ベース層の第1主面に選択的に設けられた前記ベース層よりも高濃度の第２導電型の高濃度ベース層と、
前記高濃度ベース層の第１主面に選択的に設けられたストライプ状のベースコンタクトと、
前記ベース層の第１主面に前記ベースコンタクトと相対抗してストライプ状に設けられ、エミッタ端子側端部の幅が他の部分よりも広く形成されたエミッタ開口部と、
前記エミッタ開口部の前記半導体基板の第1主面に形成され、前記高濃度ベース層と同一間隔で形成された第１導電型のエミッタ層と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
第１導電型の半導体基板の第１主面に選択的に設けられた第２導電型のベース層と、
前記ベース層の第1主面に選択的に設けられた前記ベース層よりも高濃度の第２導電型の高濃度ベース層と、
前記高濃度ベース層の第１主面に選択的に設けられたストライプ状の複数のベースコンタクトと、
前記ベース層の第１主面に設けられ、前記ベースコンタクトの間にストライプ状に形成され、エミッタ端子側端部の幅がベース端子側及び中央部よりも広く形成されたストライプ状のエミッタ開口部と、
前記エミッタ開口部の前記半導体基板の第1主面に形成され、前記高濃度ベース層と同一間隔で形成された第１導電型のエミッタ層と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記エミッタ開口部の前記エミッタ端子側端部は、コーナー部が削除されＲ状或いは円形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係り、特に高周波バイポーラトランジスタ或いは高周波バイポーラトランジスタから構成される高周波ＩＣに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイポーラトランジスタを備えた半導体装置では、高速化及び高性能化が急速に進められている。バイポーラトランジスタを高速化するには、素子寸法の微細化により寄生容量及びベース抵抗を低減し、接合を浅くすることによりキャリア走行時間を短縮する必要がある。ベース抵抗を低減、及び高周波特性を向上させる手段として、幅の狭いエミッタ層及びベースコンタクト層を交互にストライプ状に複数本形成する方法が多用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ところが、特許文献１などに記載のバイポーラトランジスタの場合、エミッタ層の幅が狭くなるほど、或いはエミッタ層深さが浅くなるほどバイポーラトランジスタの静電破壊耐圧が急激に低下し、マシンモデル（ＭＭ）や人体帯電モデル（ＨＢＭ）など実使用上での規格を満足できないという問題点がある。この実使用での規格を満足させるために、エミッタ面積などを大きくすると消費電流や容量が増大して所望の特性を満足しなくなるという問題点がある。また、バイポーラトランジスタ内部に保護素子を設けた場合にはバイポーラトランジスタの容量が増大して高周波特性が低下するという問題点がある。
【特許文献１】特開平８−１７８４４号公報（頁４、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高周波特性を維持しながら、静電破壊耐圧を向上できる半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置は、第１導電型の半導体基板の第１主面に選択的に設けられた第２導電型のベース層と、前記ベース層の第１主面に選択的に設けられたストライプ状のベースコンタクトと、前記ベース層の第１主面に前記ベースコンタクトと相対抗してストライプ状に設けられ、エミッタ端子側端部の幅が他の部分よりも広く形成されたエミッタ開口部とを具備することを特徴とする。
【０００６】
更に、上記目的を達成するために、本発明の他態様の半導体装置は、第１導電型の半導体基板の第１主面に選択的に設けられた第２導電型のベース層と、前記ベース層の第１主面に選択的に設けられたストライプ状の複数のベースコンタクトと、前記ベース層の第１主面に設けられ、前記ベースコンタクトの間にストライプ状に形成され、エミッタ端子側端部の幅が他の部分よりも広く形成されたエミッタ開口部とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高周波特性を維持しながら、静電破壊耐圧を向上できる半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、本発明の実施例１に係る半導体装置としての高周波トランジスタについて、図面を参照して説明する。図１は高周波トランジスタを示す上面図、図２は高周波トランジスタのエミッタ端子側領域を示す拡大上面図、図３は高周波トランジスタを示す断面図で、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本実施例では、シリコン縦型ＮＰＮトランジスタからなる高周波トランジスタのエミッタ端子側のエミッタ形状を変更している。
【００１０】
図１に示すように、高周波トランジスタ２０では、方形状のベース領域ＢＬ内に、ストライプ状（櫛形形状）を有するエミッタ開口部とベースコンタクト部とが交互に複数本形成されている。
【００１１】
エミッタ開口部は、例えば、フィンガー本数３０本からなり、エミッタ開口部ＥＬ１及びＥＬ２を含めすべて同一形状を有し、エミッタ開口長ＬＥが、例えば、２０μｍ、エミッタ端子と相対抗するベース端子側のエミッタ開口幅及び中央部のエミッタ開口幅が、例えば、０．５μｍ、エミッタ端子側領域２１のエミッタ開口幅（詳細な説明は後で詳述）が、例えば、１μｍに形成されている。
【００１２】
一方、ベースコンタクト部は、例えば、フィンガー本数３１本からなり、ベースコンタクト部ＢＣ１乃至ＢＣ５を含めすべて同一形状を有し、コンタクト長が、例えば、２０μｍ、コンタクト幅が、例えば、０．５μｍに形成されている。ここで、ベースコンタクト部ＢＣ１はベース領域ＢＬの左端、ベースコンタクト部ＢＣ５はベース領域ＢＬの右端にそれぞれ設けられている。
【００１３】
エミッタ電極ＥＭは、エミッタ開口部ＥＬ１及びＥＬ２を含むすべてのエミッタ開口部を覆うように設けられ、エミッタ端子に接続されている。一方、ベース電極ＢＭは、ベースコンタクト部ＢＣ１乃至ＢＣ５を含むすべてのベースコンタクト部を覆うように設けられ、ベース端子に接続されている。ここで、高周波トランジスタ２０は、エミッタ開口部の両側にベースコンタクトが設けられた双条ベース構造からなり、内部ベース抵抗（ｒｂｂ‘とも呼称される）を低減することができる。
【００１４】
図２に示すように、高周波トランジスタ２０のエミッタ端子側領域２１では、エミッタの形状が変更されている。即ち、エミッタ端子側端部であるエミッタ開口長ＬＥ１領域（長さ１μｍ）でのエミッタ開口幅ＷＥ１を、ベース端子側のエミッタ開口幅ＷＥである０．５μｍよりも、ベースコンタクト部側にエミッタ開口幅ＷＥ２、例えば、０．２５μｍ分だけ広くし、１μｍに形成している。ここで、エミッタ開口部ＥＬ１とエミッタ電極ＥＭとの間隔は、エミッタ端子側端部であるエミッタ開口長ＬＥ１領域を含め、一定に保たれている。そして、高周波トランジスタ２０のエミッタ面積は、エミッタがストライプ状のものよりも５％増加している。
【００１５】
図３に示すように、高周波トランジスタ２０では、Ｎ型コレクタとしてのＮ＋埋め込み層１の表面（第１主面）にＮ型エピタキシャル層２が設けられたシリコンからなる半導体基板３を有している。Ｎ型エピタキシャル層２の表面（第１主面）には、Ｐベース層４が設けられ、Ｐベース層４の両側にＰベース層よりも高濃度なＰ＋ベース層５が選択的に設けられている。Ｐベース層４の表面（第１主面）には、Ｐベース層４よりも深さの浅いＮ＋エミッタ層６が選択的に形成されている。ここで、Ｐ＋ベース層５とＮ＋エミッタ層６との間隔は、Ｐ＋とＮ＋との間隔ＬＰＮ、例えば、０．５μｍで形成され、Ｎ＋エミッタ層６直下のＰベース層４が増幅動作を行うための内部ベース領域となる。
【００１６】
半導体基板３の表面（第１主面）上には、絶縁膜７が設けられている。絶縁膜７に、エミッタ開口部８がＮ＋エミッタ層６の一部を露出するように設けられている。この露出されたＮ＋エミッタ層６にＮ＋多結晶シリコン膜９及びエミッタ電極ＥＭが設けられている。ここで、Ｎ＋多結晶シリコン膜９は、Ｎ＋エミッタ層６を形成するための拡散源として機能する。そして、Ｎ＋多結晶シリコン膜９及びエミッタ電極ＥＭ形成方法は、例えば、レジスト膜をマスクとしてＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）法を用いて連続的にエッチング形成する。半導体基板３のＮ＋埋め込み層１の裏面（第２主面）には、コレクタ電極１１が設けられている。
【００１７】
なお、図３（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿う断面図における高周波トランジスタ２０と図３（ｂ）に示すＢ−Ｂ線に沿う断面図における高周波トランジスタ２０は、エミッタ開口幅及びＰ＋ベース層５間隔が異り、図３（ｂ）に示すＢ−Ｂ線に沿う断面図における高周波トランジスタ２０の方が広い。
【００１８】
次に、高周波トランジスタの特性について図４及び図５を参照して説明する。図４は、高周波トランジスタのエミッタベース間静電破壊電圧を示す図。図５は高周波トランジスタのエミッタベース接合容量に対する遮断周波数の関係を示す図で、図中の点（ａ）は従来のエミッタベース接合容量に対する遮断周波数の関係を示す図、図中の点（ｂ）は本実施例のエミッタベース接合容量に対する遮断周波数の関係を示す図である。ここで、従来の高周波トランジスタのエミッタ開口部の形状は、０．５×２０μｍで、エミッタ端子側の形状を変更していない。
【００１９】
図４に示すように、従来では、エミッタベース間静電破壊電圧の最小値が４０Ｖと比較的低く、静電破壊した部分はエミッタ電極側のエミッタ開口端部に集中している。この原因は、エミッタフィンガーユニットを分布定数的に考慮するとエミッタを流れるサージ電流がインピーダンスの低いエミッタ電極側のエミッタ開口端部に集中的に流れるためである。
【００２０】
一方、本実施例では、エミッタベース間静電破壊電圧の最小値が６０Ｖと従来よりも５０％向上し、静電破壊した部分はエミッタ電極側のエミッタ開口端部に集中せず、アトランダムに発生する。この理由はインピーダンスの低いエミッタ電極側のエミッタ開口端部に流れるサージ電流の密度が低下し、他の部分のサージ電流密度と同等レベルになるためと考えられる。なお、エミッタ開口幅ＷＥ１を１μｍ以上に幅広くすることにより、更にエミッタベース間静電破壊電圧を向上することができる。その場合、エミッタ開口長ＬＥ１の最適化が必要となる。
【００２１】
ここで、エミッタベース間静電破壊電圧は、マシンモデル静電破壊試験（ＭＭ／ＥＳＤ、ＥＩＡＪ  ＥＤ−４７０１／３０４規格でＣ＝２００ｐＦ）により算出している。エミッタベース間静電破壊電圧Ｖｂｋ（ＥＢ）は、コレクタエミッタ間間静電破壊電圧Ｖｂｋ（ＣＥ）及びコレクタベース間間静電破壊電圧Ｖｂｋ（ＣＢ）よりも低く、その関係は、
Ｖｂｋ（ＥＢ）＜Ｖｂｋ（ＣＥ）＜Ｖｂｋ（ＣＢ）・・・・・・式（１）
で表される。
【００２２】
図５に示すように、従来では、エミッタベース接合容量０．３５ｐＦを有する高周波トランジスタの遮断周波数（ｆｔ）は、１５ＧＨｚ（＠Ｖｃｅ＝３Ｖ）である。一方、本実施例では、エミッタベース接合容量が従来よりも５％増加しているが、遮断周波数（ｆｔ）は１５ＧＨｚ（＠Ｖｃｅ＝３Ｖ）と従来と同一である。この理由はエミッタ開口幅が０．５μｍの領域の周波数応答が支配的であり、エミッタ開口幅が１μｍの領域の周波数応答の影響は少ないためと考えられる。また、遮断周波数を決定する要因としては、エミッタ拡散層領域直下のベース・コレクタ接合部におけるコレクタ濃度によって決まるカーク効果の影響が大きく寄与しているので、エミッタ開口幅の一部を拡大した影響が非常に少ないためと考えられる。
【００２３】
上述したように、本実施例の半導体装置では、方形状のベース領域ＢＬ内に、ストライプ状を有するエミッタ開口部とベースコンタクト部とが交互に複数本形成されている。エミッタ開口部は、エミッタ開口部ＥＬ１及びＥＬ２を含めすべて同一形状を有し、エミッタ端子側領域２１のエミッタ開口幅がベース端子側のエミッタ開口幅よりも広く形成されている。このため、インピーダンスの低いエミッタ電極側のエミッタ開口端部に流れるサージ電流の密度が低下し、エミッタベース間静電破壊電圧を従来よりも向上することができる。そして、エミッタベース接合面積の増加を最小限に抑えているので、遮断周波数の低下を抑制することができる。
【００２４】
なお、本実施例では、シリコン縦型ＮＰＮトランジスタに適用したが、ベースがＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）やＳｉＧｅ：Ｃ（炭素）からなる高周波用ＳｉＧｅトランジスタに適用してもよい。また、ストライプ状を有するエミッタ開口部とベースコンタクト部とが交互に複数本形成されているシリコン縦型ＮＰＮトランジスタに適用したが、ストライプ状を有する一本のエミッタ開口部及びベースコンタクト部を有するシリコン縦型ＮＰＮトランジスタなどにも適用できる。更に、Ｎ＋エミッタ層６をＮ＋多結晶シリコン膜９からの拡散で形成しているが、イオン注入法により形成されたＮ＋エミッタ層６にも適用できる。
【実施例２】
【００２５】
次に、本発明の実施例２に係る半導体装置としての高周波トランジスタについて、図面を参照して説明する。図６は高周波トランジスタのエミッタ端子側領域を示す拡大上面図である。本実施例では、ＮＰＮトランジスタからなる高周波トランジスタのエミッタ端子側のエミッタ端部の形状を変更している。
【００２６】
以下、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００２７】
図６に示すように、高周波トランジスタのエミッタ端子側領域２１ａでは、エミッタの形状を実施例１と比較し、変更されている。即ち、エミッタ端子側のエミッタ開口端部の形状をＲ状にして角型のコーナー部分を削除している。このため、コーナー部での電界集中を緩和させることができる。なお、高周波トランジスタのエミッタ面積は、エミッタがストライプ状のものよりも５％増加している。
【００２８】
上述したように、本実施例の半導体装置では、方形状のベース領域ＢＬ内に、ストライプ状を有するエミッタ開口部とベースコンタクト部とが交互に複数本形成されている。エミッタ開口部は、エミッタ開口部ＥＬ１及びＥＬ２を含めすべて同一形状を有し、エミッタ端子側領域２１のエミッタ開口幅がベース端子側のエミッタ開口幅よりも広く形成されている。そして、エミッタ端子側のエミッタ開口端部の形状をＲ状にしている。
【００２９】
このため、インピーダンスの低いエミッタ電極側のエミッタ開口端部に流れるサージ電流の密度が低下し、エミッタ端子側のエミッタ端部のコーナー部分での電界が緩和されるので実施例１よりもエミッタベース間静電破壊電圧を向上することができる。そして、エミッタベース接合面積の増加を最小限に抑えているので、遮断周波数の低下を抑制することができる。
【００３０】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。
【００３１】
例えば、実施例では、シリコン縦型ＮＰＮトランジスタのエミッタ形状を変更して静電破壊耐量を向上させているが、シリコン縦型ＰＮＰトランジスタ、或いはＧａＡｓ系のヘテロ接合バイポーラトランジスタなどのエミッタ形状を変更して静電破壊耐量を向上させてもよい。また、実施例２では、エミッタ端子側のエミッタ端部の形状をＲ状にしているが、エミッタ端子側のエミッタ開口部をベース端子側よりも幅の広い円形状などにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１に係る高周波トランジスタを示す上面図。
【図２】本発明の実施例１に係る高周波トランジスタのエミッタ端子側領域を示す拡大上面図。
【図３】本発明の実施例１に係る高周波トランジスタを示す断面図で、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図４】本発明の実施例１に係る高周波トランジスタのエミッタベース間静電破壊電圧を示す図。
【図５】本発明の実施例１に係る高周波トランジスタのエミッタベース接合容量に対する遮断周波数の関係を示す図。
【図６】本発明の実施例２に係る高周波トランジスタのエミッタ端子側領域を示す拡大上面図。
【符号の説明】
【００３３】
１  Ｎ＋埋め込み層
２  Ｎ型エピタキシャル層
３  半導体基板
４  Ｐベース層
５  Ｐ＋ベース層
６  Ｎ＋エミッタ層
７  絶縁膜
８  エミッタ開口部
９  Ｎ＋多結晶シリコン膜
１０  コレクタ電極
２０  高周波トランジスタ
２１、２１ａ  エミッタ端子側領域
ＢＣ１〜ＢＣ５  ベースコンタクト部
ＢＬ  ベース領域
ＢＭ  ベース電極
ＥＬ１〜ＥＬ２  エミッタ開口部
ＥＭ  エミッタ電極
ＬＰＮ  Ｐ＋とＮ＋との間隔
ＬＥ、ＬＥ１  エミッタ開口長
ＷＥ、ＷＥ１、ＷＥ２  エミッタ開口幅
【図１】
2006339387.tif 000003
【図２】
2006339387.tif 000004
【図３】
2006339387.tif 000005
【図４】
2006339387.tif 000006
【図５】
2006339387.tif 000007
【図６】
2006339387.tif 000008