(57)【要約】【課題】コレクタの寄生抵抗をプッシング対策用抵抗として利用しながら、低インピーダンスでのコレクタの交流接地が可能なため、Ｃ／Ｎ特性に劣化を及ぼさない発振回路用トランジスタを有する半導体装置を提供する。【解決手段】縦方向コレクタコンタクト１、２と横方向コレクタコンタクト３の電気的接続を分離し、前記縦方向コレクタコンタクト１、２とトランジスタ形成部４内のコレクタ領域との間に形成される縦方向寄生抵抗はプッシング対策用抵抗に所望される抵抗値に設定し、前記横方向コレクタコンタクト３と前記トランジスタ形成部４内のコレクタ領域との間に形成される横方向寄生抵抗は極力小さくする。これにより、コレクタの寄生抵抗をプッシング対策用抵抗として利用しながら、低インピーダンスでのコレクタの交流接地が可能となる。【選択図】　図１
2004146709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状のトランジスタ形成部と、
前記トランジスタ形成部の両短辺外側に前記トランジスタ形成部を挟んで対向して配置される１対の第１のコレクタコンタクトと、
前記１対の第１のコレクタコンタクトに接続される第１の金属電極と、
前記トランジスタ形成部の長辺外側に前記長辺に沿って配置される第２のコレクタコンタクトと、
前記第１の金属電極からは独立して設けられ、前記第２のコレクタコンタクトに接続される第２の金属電極とを
具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１のコレクタコンタクトと前記トランジスタ形成部内のコレクタ領域との間に生じる縦方向寄生抵抗が所望の抵抗値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記縦方向寄生抵抗の抵抗値を前記トランジスタ形成部の長辺と短辺の長さの比である縦横比を変えることによって設定することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記トランジスタ形成部の前記縦横比を前記トランジスタ形成部内のエミッタ層のエミッタ長とエミッタ分岐数をパラメータとして決定することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２のコレクタコンタクトと前記トランジスタ形成部内のコレクタ領域との間に生じる横方向寄生抵抗の抵抗値が前記縦方向寄生抵抗の抵抗値の大きさに関わらず十分に低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
発振回路としてカスコード接続された１対のトランジスタと、
前記１対のトランジスタの第１のトランジスタのエミッタと第２のトランジスタのコレクタの間に挿入された発振周波数のプッシング対策用抵抗と、
前記第２のトランジスタのコレクタの交流接地端子とを具備し、
前記プッシング対策用抵抗を前記第２のトランジスタのコレクタ領域とコレクタコンタクトの間に生じる寄生抵抗で形成し、
前記第２のトランジスタのコレクタを低インピーダンスで前記交流接地端子へ接続することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記第２のトランジスタを請求項１に記載の半導体装置とし、
前記第１の金属電極を前記第１のトランジスタのエミッタに接続し、
前記第２の金属電極を前記交流接地端子へ接続することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２のトランジスタのコレクタ領域と前記第２のトランジスタの第１のコレクタコンタクトとの間に形成される寄生抵抗を前記プッシング対策用抵抗とすることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記プッシング対策用抵抗の抵抗値を前記第２のトランジスタのトランジスタ形成部の形状を変えることによって設定することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２のトランジスタのコレクタ領域と前記第２のトランジスタの第２のコレクタコンタクトとの間に形成される寄生抵抗の抵抗値が、前記プッシング対策用抵抗の抵抗値の大きさに関わらず十分に低いことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関するもので、特に発振回路において、カスコード接続して用いられるトランジスタに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カスコード接続のトランジスタは、高周波の発振回路に広く用いられている。カスコード接続とは、エミッタ接地型トランジスタとベース接地型トランジスタを直列に接続したものを指し、その特徴は、高域周波数帯まで高い電圧増幅度が得られることにある。そのため、高周波発振回路に用いるのに適している。
【０００３】
図４に従来のカスコード接続型コレクタ接地発振回路の回路図を示す。図に示すように、電源電位Ｖｃｃと接地電位１７ａの間に、それぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗値を有する３つのバイアス抵抗１１、１２、１３が接続されている。
【０００４】
また、電源電位Ｖｃｃと接地電位１７ａの間には、バイアス抵抗１１、１２の接続ノードにベースが接続され、電源電位に負荷抵抗１５を介してコレクタが接続された、ベース接地型のトランジスタＱ１と、バイアス抵抗１２、１３の接続ノードにベースが接続され、トランジスタＱ１のエミッタにコレクタが接続され、エミッタが抵抗値Ｒ４の抵抗１４を介して接地電位１７ａに接続されたエミッタ接地型のトランジスタＱ２が接続されている。
【０００５】
さらに、トランジスタＱ２のベースにはＬＣ発振部１９が接続され、トランジスタＱ２のコレクタは、コンデンサ１６を介して接地電位１７ｂに交流的に接地されている。
【０００６】
なお、寄生抵抗１０７はトランジスタＱ２のコレクタ領域に存在する寄生抵抗を示し、寄生コンデンサ１８はトランジスタＱ２のベース・コレクタ間に存在する寄生容量を示す。
【０００７】
図５にトランジスタＱ２の断面模式図を示す。ｐ＋型シリコン基板２０１上にエピタキシャル成長させたｎ−型エピタキシャルシリコン層をコレクタ領域２０２とし、コレクタ領域２０２は、その下に埋め込んだｎ＋型コレクタ埋め込み層２０３および、このｎ＋型コレクタ埋め込み層２０３に接続されたｎ＋＋型コレクタコンタクト層２０４を介してコレクタ・ノード２０５に接続されている。
【０００８】
一方、コレクタ領域２０２上にはｐ型拡散層のベース領域２０６が形成され、ベース領域２０６上にはｎ＋＋型拡散層のエミッタ領域２０７が形成される。また、ベース領域２０６はベース・ノード２０８に接続され、エミッタ領域２０７はエミッタ・ノード２０９に接続されている。
【０００９】
ここで、図４の寄生抵抗１０７は、ｎ＋＋型コレクタコンタクト層２０４とｎ＋型コレクタ埋め込み層２０３により形成される抵抗である。また、図４の寄生コンデンサ１８は、ベース領域２０６とコレクタ領域２０２の間に生じる空乏層に起因するものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のトランジスタでは、これらの寄生抵抗、および寄生コンデンサは、上記カスコード接続型コレクタ接地発振回路の発振特性に、以下に述べるような問題をもたらす。
【００１１】
まず、寄生抵抗がもたらす問題は、発振特性のＣ／Ｎが悪化することである。Ｃ／Ｎとは、搬送波電力対雑音電力比のことであり、高周波発振回路を使用する携帯電話等の無線通信機器における通信品質を表わす重要な指標である。トランジスタＱ２のコレクタの寄生抵抗が大きいと接地電位１７との間の交流インピーダンスが大きくなり、発振周波数付近に雑音を発生させ、Ｃ／Ｎの劣化をもたらすものである。
【００１２】
従来、この寄生抵抗を減らすため、図６（ａ）のトランジスタ領域の上面図に示すように、コレクタコンタクト３０１、３０２をトランジスタ形成部３０４の上下２箇所に設け、この２つのコレクタコンタクト３０１、３０２を金属配線３０５で接続することが行われていた。
【００１３】
図６（ｂ）は、このコレクタコンタクト３０１、３０２の配置の様子を模式的に表わした斜視図である。金属配線３０５で結ばれたコレクタコンタクト３０１、３０２はそれぞれｎ＋型コレクタ埋め込み層３０６に接続しており、コレクタコンタクトが１個の場合よりコレクタコンタクト３０１、３０２とｎ＋型コレクタ埋め込み層３０６との間の電流経路が増え、その分、寄生抵抗は減少する。しかしながら、Ｃ／Ｎの改善には、まだ不十分であった。
【００１４】
そこで、さらに図７（ａ）のトランジスタ領域の上面図に示すように、トランジスタ形成部３０４の側面にコレクタコンタクト３０３を追加し、コレクタコンタクト３０１、３０２間を結ぶ金属配線３０５に接続することが行われていた。
【００１５】
図７（ｂ）は、このコレクタコンタクト３０１、３０２、３０３の配置の様子を模式的に表わした斜視図である。金属配線３０５で結ばれたコレクタコンタクト３０１、３０２、３０３はそれぞれｎ＋型コレクタ埋め込み層３０６に接続されている。コレクタコンタクト３０３の追加により、コレクタコンタクト３０１、３０２、３０３とｎ＋型コレクタ埋め込み層３０６との接続面積はさらに大きく増え、寄生抵抗はかなり減少する。しかしながら、Ｃ／Ｎの改善には、なお不十分であった。
【００１６】
一方、寄生コンデンサがもたらす問題には、電源電位Ｖｃｃが変動すると発振周波数も変動（Ｐｕｓｈｉｎｇ：以下、プッシングと称する。）するということがある。プッシングの対策には、トランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のコレクタの間に抵抗を挿入することが有効であることを出願人は、先に特許出願２０００−３９９２１７号で提案した。同特許出願によれば、挿入する抵抗の値Ｒｃは、Ｒｃ＝Ｒ２・Ｒ４／Ｒ３とすればよい。Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の値は、それぞれ、図４のバイアス抵抗１２、１３と抵抗１４の値である。
【００１７】
ところで、実際に高周波発振回路で使用される抵抗値を見ると、Ｒ２＝２０００Ω、Ｒ３＝３６００Ω、Ｒ４＝５６Ωなどがその例として挙げられる。これらの値を用いて上記の式よりＲｃを求めると、Ｒｃ≒３０Ωとなる。すなわち、Ｒｃに数十Ω程度の抵抗を挿入することによりプッシングの改善が図られる。
【００１８】
プッシング対策用抵抗の形成方法を考えた場合、この数十Ω程度の抵抗値は、コレクタの寄生抵抗を利用することで実現できる値である。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、コレクタの寄生抵抗をプッシング対策用抵抗として利用しながら、一方では、この寄生抵抗がＣ／Ｎ特性を劣化させることなく、低いインピーダンスでコレクタの交流接地が可能な発振回路用トランジスタを有する半導体装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、矩形状のトランジスタ形成部と、前記トランジスタ形成部の両短辺外側に前記トランジスタ形成部を挟んで対向して配置される１対の第１のコレクタコンタクトと、前記１対の第１のコレクタコンタクトに接続される第１の金属電極と、前記トランジスタ形成部の長辺外側に前記長辺に沿って配置される第２のコレクタコンタクトと、前記第１の金属電極からは独立して設けられ、前記第２のコレクタコンタクトに接続される第２の金属電極とを具備することを特徴とする。
【００２１】
このような本発明の半導体装置によれば、抵抗値の異なる２種類の寄生抵抗がそれぞれ接続される２種類のコレクタコンタクトを有し、それぞれのコレクタコンタクトは、独立した２つの金属電極を介して外部へ個別に電気的な接続ができるトランジスタを形成できる。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、発振回路としてカスコード接続された１対のトランジスタと、前記１対のトランジスタの第１のトランジスタのエミッタと第２のトランジスタのコレクタの間に挿入された発振周波数のプッシング対策用抵抗と、前記第２のトランジスタのコレクタの交流接地端子とを具備し、前記プッシング対策用抵抗を前記第２のトランジスタのコレクタとコレクタコンタクトの間に生じる寄生抵抗で形成し、前記第２のトランジスタのコレクタを低インピーダンスで交流接地端子へ接続することを特徴とする。
【００２３】
このような本発明の半導体装置によれば、コレクタの寄生抵抗をプッシング対策用抵抗として利用しながら、一方では低いインピーダンスでコレクタの交流接地が可能な発振回路を形成できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
（実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態におけるトランジスタＱ２のコレクタコンタクトの配置を示すトランジスタ領域の上面図である。
【００２６】
この図において、縦方向コレクタコンタクト１、２は、縦長に形成される矩形形状のトランジスタ形成部４の縦方向位置にトランジスタ形成部４を挟んで対向して配置したもので、トランジスタＱ１のエミッタとの接続のために用いられる。
【００２７】
一方、横方向コレクタコンタクト３は、トランジスタ形成部４の横方向位置にトランジスタ形成部４の長辺に沿って配置したもので、コレクタを交流的に接地するために用いられる。
【００２８】
縦方向コレクタコンタクト１、２が接続される金属電極５と、横方向コレクタコンタクト３が接続される金属電極６とは分離されており、縦方向コレクタコンタクト１、２と横方向コレクタコンタクト３とは、電気的な接続においては全く別の端子となっている。
【００２９】
図１（ａ）中に電気的等価シンボルで表わした縦方向コレクタ寄生抵抗７は、縦方向コレクタコンタクト１、２とコレクタ領域との間にｎ＋＋型コレクタコンタクト層とｎ＋型コレクタ埋め込み層で形成される寄生抵抗を示し、同じく電気的等価シンボルとして表わした横方向コレクタ寄生抵抗８は、横方向コレクタコンタクト３とコレクタ領域との間にｎ＋＋型コレクタコンタクト層とｎ＋型コレクタ埋め込み層で形成される寄生抵抗を示す。
【００３０】
後述するように、トランジスタ形成部４の形状は、縦方向コレクタ寄生抵抗７がプッシング対策に必要な抵抗値を有するように設計されている。
【００３１】
図１（ｂ）は、縦方向コレクタコンタクト１、２および横方向コレクタコンタクト３の配置の様子を模式的に表わした斜視図である。縦方向コレクタコンタクト１、２および横方向コレクタコンタクト３はそれぞれｎ＋型コレクタ埋め込み層９に接続されている。
【００３２】
ここで、横方向コレクタコンタクト３は、コレクタ面積を極力大きくして、金属電極６およびｎ＋型コレクタ埋め込み層９との接触抵抗の低減を図っている。
【００３３】
図２は、本実施形態におけるカスコード接続型コレクタ接地発振回路の回路図である。なお、従来回路と同一の回路構成要素については、図４と同一符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００３４】
図２により、縦方向コレクタコンタクト１、２と縦方向コレクタ寄生抵抗７、および横方向コレクタコンタクト３と横方向コレクタ寄生抵抗８の回路上の接続関係を示す。
【００３５】
縦方向コレクタコンタクト１、２を介してトランジスタＱ１のエミッタに接続される縦方向コレクタ寄生抵抗７はプッシング対策抵抗として機能する。
【００３６】
一方、縦方向コレクタ寄生抵抗７と分離されて形成されている横方向コレクタ寄生抵抗８は、その抵抗値が元々非常に小さい上に縦方向コレクタ寄生抵抗７の影響を全く受けないため、横方向コレクタコンタクト３およびコンデンサ１６を介して接地電位１７に対して非常に低い交流インピーダンスで接地できる。そのため、発振特性におけるＣ／Ｎ劣化を防止できる。
【００３７】
図３は、高周波におけるエミッタ周囲長を説明するための図である。
【００３８】
大電流駆動のトランジスタを形成する場合、素子密度の向上を図るためベースコンタクト３１およびエミッタコンタクト３２をそれぞれ櫛の歯状に分岐させて形成し、それぞれの分岐部分が相互に入り組むように配置することが通常行われている。
【００３９】
このように形成されたトランジスタを高周波で使用すると、表皮効果により実効的エミッタ領域は、エミッタコンタクト３２の周囲を取り囲む矩形となる。この矩形の周囲長をエミッタ周囲長３３と称し、トランジスタの駆動電流の大きさはこのエミッタ周囲長３３に依存して決定されるようになる。
【００４０】
いま、一定のエミッタ周囲長３３のトランジスタを考えると、エミッタ長３４とエミッタ分岐３５の数をパラメータとして矩形の形状が変化する。すなわち、エミッタ長３４を短くしてエミッタ分岐３５の数を多くすれば、矩形の長辺が長くなり、エミッタ長３４を長くしてエミッタ分岐３５の数を少なくすれば、矩形の長辺が短くなる。
【００４１】
矩形の長辺の長さに応じて、縦方向コレクタコンタクト１と２の間の距離は変化する。縦方向コレクタコンタクト１と２の間の距離が長いほど、縦方向コレクタコンタクト１、２からコレクタ領域までの距離も長くなり、縦方向コレクタ寄生抵抗７の抵抗値が大きくなる。
【００４２】
つまり、エミッタ長３４とエミッタ分岐３５の数をパラメータとして縦方向コレクタ寄生抵抗７の抵抗値を変化させることができる。逆に言えば、プッシング対策用抵抗に求められる抵抗値、Ｒｃ＝Ｒ２・Ｒ４／Ｒ３より、エミッタ長３４とエミッタ分岐３５の数の組み合わせが決定する。その結果、先に述べたトランジスタ形成部４の形状も決定する。
【００４３】
このように、本発明の実施の形態によれば、プッシング対策用抵抗を任意に設計した寄生抵抗で実現できるとともに、Ｃ／Ｎに劣化を及ぼさない低いインピーダンスでのコレクタの交流接地が可能な高周波発振回路を実現できる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、コレクタの寄生抵抗をプッシング対策用抵抗として利用しながら、一方では、この寄生抵抗がＣ／Ｎ特性を劣化させることなく、低いインピーダンスでコレクタの交流接地が可能な発振回路用トランジスタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトランジスタ領域の形状を示す上面図およびコレクタコンタクトの配置を示す模式的斜視図。
【図２】本発明の実施の形態に係る発振回路の回路図。
【図３】高周波におけるエミッタ周囲長についての説明図。
【図４】従来の発振回路の回路図。
【図５】トランジスタの断面模式図。
【図６】従来の寄生抵抗削減対策の例を示すトランジスタ領域の上面図およびコレクタコンタクトの配置を示す模式的斜視図。
【図７】従来の寄生抵抗削減対策の別の例を示すトランジスタ領域の上面図およびコレクタコンタクトの配置を示す模式的斜視図。
【符号の説明】
１、２　縦方向コレクタコンタクト
３　横方向コレクタコンタクト
４、３０４　トランジスタ形成部
５、６　金属電極
７　縦方向コレクタ寄生抵抗
８　横方向コレクタ寄生抵抗
９、２０３、３０６　ｎ＋型コレクタ埋め込み層
１１、１２、１３　バイアス抵抗
１４　抵抗
１５　負荷抵抗
１６　コンデンサ
１７、１７ａ、１７ｂ　接地電位
１８　寄生コンデンサ
１９　ＬＣ発振部
３１　ベースコンタクト
３２　エミッタコンタクト
３３　エミッタ周囲長
３４　エミッタ長
３５　エミッタ分岐
１０７　寄生抵抗
２０１　ｐ＋型シリコン基板
２０２　コレクタ領域
２０４　ｎ＋＋型コレクタコンタクト層
２０５　コレクタ・ノード
２０６　ベース領域
２０７　エミッタ領域
２０８　ベース・ノード
２０９　エミッタ・ノード
３０１、３０２、３０３　コレクタコンタクト
３０５　金属配線
Ｑ１、Ｑ２　トランジスタ
ＶＣＣ　電源電位
【図１】
2004146709.tif 000003
【図２】
2004146709.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004146709.tif 000007
【図６】
2004146709.tif 000008
【図７】
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