專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法和功率放大器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(下面，稱作HBT)的半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別是涉及面向移動(dòng)通訊設(shè)備用功率放大器的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
本發(fā)明還涉及降低功率增益的溫度依存性，并且盡可能表現(xiàn)高的功率轉(zhuǎn)換效率的功率放大器及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年，伴隨著移動(dòng)通訊設(shè)備的需要的急速增長(zhǎng)，通訊設(shè)備中使用的功率放大器的研究開發(fā)盛行起來(lái)。作為移動(dòng)通訊設(shè)備用功率放大器中使用的半導(dǎo)體晶體管，有GaAsHBT、GaAs場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，稱作FET)、SiMOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)FET等。其中，GaAsHBT的輸入輸出特性的線性優(yōu)異，只用正電源工作，不需要產(chǎn)生負(fù)電源所需的電路和部件，輸出功率密度高，芯片面積小，所以具有省空間和低成本等特征，所以主要作為面向移動(dòng)通訊設(shè)備用功率放大器的晶體管而使用。
為了提高使用GaAsHBT的功率放大器的性能，特別是為了功率附加效率、功率增益等的提高，就必須減小每單位發(fā)射極面積的基極集電極電容。因此，有必要降低每單位發(fā)射極基極結(jié)面積與基極集電極結(jié)面積的比r。作為降低r的方法，一般知道集電極頂部HBT的構(gòu)造，在IEEE Transactions on Electron Devices Vol.42No.11(1995)pp.1897-1902中進(jìn)行了描述。
圖3表示了用所述以往技術(shù)制造的集電極頂部HBT的縱剖面構(gòu)造。從圖可知，能實(shí)現(xiàn)r＝1，但是與通常使用的發(fā)射極頂部HBT構(gòu)造相比，增加了形成寄生發(fā)射極基極間高電阻區(qū)域35的步驟，具體而言，增加了硼等的離子注入和退火步驟，制造方法復(fù)雜化，所以存在與半導(dǎo)體器件的成本增加有關(guān)的問(wèn)題。
因此，為了避免成本的增加，為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的性能的提高，可以說(shuō)通過(guò)發(fā)射極頂部HBT的布局變更，謀求r的降低是適當(dāng)?shù)?。在以往的使用矩形發(fā)射極形狀的HBT中，很難實(shí)現(xiàn)r＜2.5。這是因?yàn)榛鶚O以及連接基極和布線的通孔約束了基極集電極結(jié)面積的縮小。而使基極只為基極通孔區(qū)域，把發(fā)射極基極結(jié)的平面形狀從以往的矩形變更為環(huán)形構(gòu)造，能降低r。這樣的環(huán)狀發(fā)射極構(gòu)造作為避免α射線照射導(dǎo)致的軟錯(cuò)誤等的錯(cuò)誤動(dòng)作的Si雙極晶體管被提出，記載在特開平5-3204中。在所述Si雙極晶體管的公開例中，在發(fā)射極基極結(jié)的內(nèi)側(cè)配置了集電極，但是如圖1的平面構(gòu)造圖所示，代替集電極來(lái)配置基極，通過(guò)把集電極配置在環(huán)狀發(fā)射極基極結(jié)的外側(cè)，能實(shí)現(xiàn)r＜2.5。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供使用滿足r＜2.5的HBT的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的第二目的是提供使用滿足r＜2.0的HBT的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的第三目的是提供使用滿足r＜1.5的HBT的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的第四目的是提供使用功率附加效率和功率增益高、適合于功率放大器的半導(dǎo)體器件。
下面，說(shuō)明關(guān)于功率放大器的此前的狀況。近年，伴隨著移動(dòng)通訊設(shè)備的需要的急速增長(zhǎng)，通訊設(shè)備中使用的功率放大器的研究開發(fā)盛行起來(lái)。作為移動(dòng)通訊設(shè)備用功率放大器中使用的半導(dǎo)體晶體管，有異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(下面，簡(jiǎn)稱為HBT)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)稱為FET)、SiMOS FET等。其中，HBT的輸入輸出特性的線性優(yōu)異，只用正電源工作，不需要產(chǎn)生負(fù)電源的電路和部件，輸出功率密度高，芯片面積小，所以具有省空間和低成本等特征。因此，主要作為面向移動(dòng)通訊設(shè)備用功率放大器的晶體管而使用。
為了移動(dòng)通訊設(shè)備用功率放大器的高性能化，成為它的基本器件的HBT的高性能化是必須的。因此，有必要降低基極-集電極間電容。例如在公開公報(bào)特開2001-189319號(hào)中描述了使用環(huán)狀發(fā)射極形狀的HBT作為它的一個(gè)方法的技術(shù)。
所述特開2001-189319號(hào)公報(bào)表示的技術(shù)中，存在功率增益的溫度依存性大的難點(diǎn)。圖41是測(cè)定了這樣的HBT單體的功率增益的溫度依存性的結(jié)果。在圖41，具有環(huán)狀發(fā)射極的HBT(以下簡(jiǎn)稱為環(huán)狀發(fā)射極HBT)、具有矩形發(fā)射極的HBT(以下簡(jiǎn)稱為矩形發(fā)射極HBT)的各結(jié)果分別由線120、121表示。環(huán)狀發(fā)射極HBT、矩形發(fā)射極HBT都設(shè)計(jì)為總發(fā)射極面積約等于800μm2。環(huán)狀發(fā)射極HBT由6個(gè)發(fā)射極面積132μm2的基本HBT并聯(lián)構(gòu)成，矩形發(fā)射極HBT由8個(gè)發(fā)射極面積108μm2的基本HBT并聯(lián)構(gòu)成。測(cè)定條件是發(fā)射極電壓3.5V，頻率1.9GHz。環(huán)狀發(fā)射極HBT、矩形發(fā)射極HBT的各功率增益的溫度系數(shù)是-0.012dB/℃、-0.006dB/℃。因此，當(dāng)形成2級(jí)結(jié)構(gòu)的功率放大器時(shí)，在環(huán)狀發(fā)射極HBT中，功率增益的溫度系數(shù)是-0.024dB/℃，在矩形發(fā)射極HBT中功率增益的溫度系數(shù)是-0.012dB/℃。
環(huán)狀發(fā)射極HBT和矩形發(fā)射極HBT的功率增益的溫度依存性差異起因于基極電阻的溫度依存性。伴隨著溫度上升，基極電阻增大。而在環(huán)狀發(fā)射極HBT中，與矩形發(fā)射極HBT相比，基極電阻大。因此，對(duì)于伴隨著溫度變化的基極電阻的變化量，環(huán)狀發(fā)射極HBT比矩形發(fā)射極HBT大。結(jié)果，在環(huán)狀發(fā)射極HBT中，如果伴隨著溫度上升，與匹配電路的高頻匹配偏移增大，功率增益的溫度依存性也增大。
鑒于這樣的背景，本發(fā)明的第五目的在于提供功率增益的溫度依存性小的高性能功率放大器。
本發(fā)明的第六目的提供功率增益的溫度依存性小的高性能功率放大器的制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，為了觸及發(fā)明要解決的課題，在使用了形成在半導(dǎo)體襯底上，具有平面形狀為環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的雙極晶體管的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體襯底是在表面具有(100)(±5度)面的閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底，所述雙極晶體管是發(fā)射極頂部型HBT。并且該HBT的基極只存在于所述環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的內(nèi)側(cè)。
另外，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二目的，(1)在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一目的的HBT的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周不存在與
(±5度)平行的邊；或者(2)在使用了形成在表面具有(100)(±5度)面的閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上，具有平面形狀為環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的發(fā)射極頂部型HBT的半導(dǎo)體器件中，該HBT的基極集電極結(jié)區(qū)域的外周和發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周的
方向的距離的最小值比
方向的距離的最小值還大；(3)在使用了形成在表面具有(100)(±5度)面的閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上，具有平面形狀為非環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的發(fā)射極頂部型HBT的半導(dǎo)體器件中，該HBT的基極集電極結(jié)區(qū)域的外周和發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周的
方向的距離的最小值比
方向的距離的最小值還大。這里，所謂的在發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周不存在與
(±5度)平行的邊，當(dāng)所述平面形狀為多邊形時(shí)，是指其各邊與
(±5度)不平行，包括所述平面形狀為圓、橢圓或它們的一部分(半圓等)。
另外，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第三目的，依次經(jīng)過(guò)發(fā)射極的形成、以該發(fā)射極為掩模的臺(tái)面的形成、基極的形成、向該發(fā)射極和該發(fā)射極臺(tái)面的側(cè)面的絕緣膜側(cè)壁的形成、以該發(fā)射極和該絕緣膜側(cè)壁為掩模的基極臺(tái)面的形成等步驟，制造實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二(1)的HBT。
另外，為了實(shí)現(xiàn)第四目的，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一、第二和第三目的的HBT是與電容元件、電阻元件、電感元件、二極管中的至少一種集成在一起的單片微波集成電路(以下稱作MMIC)。
下面，說(shuō)明功率放大器模塊。
用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第五目的的要點(diǎn)如下所述。即一種功率放大器模塊，其特征在于多級(jí)連接把至少一個(gè)以上的雙極晶體管并聯(lián)而構(gòu)成的第一放大電路、把至少一個(gè)以上的雙極晶體管并聯(lián)而構(gòu)成第二放大電路，所述第一放大電路具有的雙極晶體管作為平面配置，是在發(fā)射極兩側(cè)具有基極的雙極晶體管，所述第二放大電路具有的雙極晶體管作為平面配置，是具有依次配置了基極、發(fā)射極和集電極的部分的雙極晶體管。
在所述發(fā)射極兩側(cè)具有基極的所述第一放大電路具有的雙極晶體管的所述發(fā)射極的平面形狀中，四邊形是代表形狀。多使用矩形。
第二放大電路的雙極晶體管具有依次配置了基極、發(fā)射極和集電極的部分，并且通常所述發(fā)射極具有至少包圍所述基極的一部分的部分。該雙極晶體管的所述發(fā)射極的平面形狀一般為在內(nèi)部具有空間，并且至少具有曲線部和直線部的任意一者的封閉的平面圖形或具有該封閉的平面圖形一部分的形狀。
而且，在所述發(fā)射極的平面圖形的內(nèi)部的空間部分配置了所述基極。
該第二放大電路具有的雙極晶體管的發(fā)射極的平面形狀中，環(huán)狀或環(huán)狀的一部分是代表性的。如上所述，作為該環(huán)狀，可以是封閉的多邊形的外形形狀。
須指出的是，所述第一放大電路和所述第二放大電路可以分別形成在不同的半導(dǎo)體襯底上，或形成在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上。這由全體模塊設(shè)計(jì)的各要求事項(xiàng)決定。
另外，所述第一或第二放大電路是在功率放大器模塊的驅(qū)動(dòng)級(jí)或輸出級(jí)的哪一個(gè)中使用，也由全體模塊設(shè)計(jì)的各要求事項(xiàng)決定。
須指出的是，所述雙極晶體管的發(fā)射極層材料的代表例是從InGaP、AlGaAs、InP和InGaAlAs的群中選擇的至少一者。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第六目的，依次經(jīng)過(guò)發(fā)射極的形成、發(fā)射極臺(tái)面的形成、基極的形成、基極臺(tái)面的形成、集電極的形成步驟而制造的。如果更具體地例示該步驟，則如下所述。
包括在半絕緣性襯底的上部上層疊集電極用半導(dǎo)體層，在所述集電極用半導(dǎo)體層上形成基極用半導(dǎo)體層，在所述基極用半導(dǎo)體層上層疊形成發(fā)射極用半導(dǎo)體層的步驟；在所述發(fā)射極用半導(dǎo)體層的上部形成所希望形狀的發(fā)射極的步驟；把所述發(fā)射極用半導(dǎo)體層加工成臺(tái)面形狀，形成發(fā)射極區(qū)域的步驟；在所述基極用半導(dǎo)體層上形成基極的步驟；把所述基極用半導(dǎo)體層加工為搭載了在平面區(qū)域內(nèi)包含所述發(fā)射極區(qū)域的區(qū)域的臺(tái)面形狀，形成基極區(qū)域的步驟；形成集電極的步驟；并且在所述發(fā)射極和基極的加工步驟中，具有以下的特征。
即對(duì)于第一放大電路具有的雙極晶體管區(qū)域，作為平面配置，是在發(fā)射極兩側(cè)具有基極的電極的平面配置。而對(duì)于所述第二放大電路具有的雙極晶體管區(qū)域，作為平面配置，以具有依次配置了基極、發(fā)射極和集電極的部分，并且所述發(fā)射極具有包圍所述基極的至少一部分的電極的平面配置的配置，進(jìn)行加工。關(guān)于各電極的平面形狀和配置，與模塊構(gòu)造的說(shuō)明是同樣的。
這樣，本發(fā)明的功率放大器模塊使用形成在絕緣性或半絕緣性襯底上的半導(dǎo)體元件，在構(gòu)成功率放大器模塊時(shí)的制約下，不但能充分降低功率增益的溫度依存性，而且能盡可能表現(xiàn)高功率轉(zhuǎn)換效率。
下面簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的縱剖面構(gòu)造圖(圖1A-A’切斷面)。
圖3是以往技術(shù)的集電極頂部HBT的縱剖面構(gòu)造圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例1和2(圖4B-B’切斷面)的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的縱剖面構(gòu)造圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例2(圖4C-C’切斷面)的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的縱剖面構(gòu)造圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的縱剖面構(gòu)造圖(圖7A-A’切斷面)。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。
圖11是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的制造步驟的說(shuō)明圖。
圖12是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的制造步驟的說(shuō)明圖。
圖13是關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造例的圖。
圖14是本發(fā)明的實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。
圖15是本發(fā)明的實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的制造步驟的說(shuō)明圖。
圖16是本發(fā)明的實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的制造步驟的說(shuō)明圖。
圖17是本發(fā)明的實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的制造步驟的說(shuō)明圖。
圖18是本發(fā)明的實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件中使用的發(fā)射極頂部HBT的制造步驟的說(shuō)明圖。
圖19是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的功率放大器模塊用MMIC中的發(fā)射極頂部HBT、電容元件、電阻元件的集成化的縱剖面構(gòu)造圖。
圖20是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的功率放大器模塊用MMIC中使用的多電極指HBT的平面構(gòu)造圖。
圖21是由2級(jí)HBT和偏壓電路構(gòu)成的功率放大器用MMIC的電路圖。
圖22是本發(fā)明的實(shí)施例5的功率放大器模塊的縱剖面構(gòu)造圖。
圖23是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的框圖。
圖24是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第一放大電路的例子的電路圖。
圖25是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第一放大電路的例子的平面圖。
圖26是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第一放大電路的例子的剖視圖。
圖27是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第一放大電路中使用的基本HBT的例子的平面圖。
圖28是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第二放大電路的例子的電路圖。
圖29是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第二放大電路的例子的平面圖。
圖30是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第二放大電路的例子的器件剖視圖。
圖31是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第二放大電路中使用的基本HBT的例子的平面圖。
圖32是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第二放大電路中使用的基本HBT的例子的平面圖。
圖33是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的第二放大電路中使用的基本HBT的例子的平面圖。
圖34是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的例子的框圖。
圖35A～圖35H是按步驟順序表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的制造方法的器件剖視圖。
圖36是表示本發(fā)明其他實(shí)施例的功率放大器的例子的框圖。
圖37是表示本發(fā)明其他實(shí)施例的功率放大器的第二放大電路的例子的平面圖。
圖38是表示本發(fā)明其他實(shí)施例的功率放大器的第二放大電路的例子的平面圖。
圖39是表示以往構(gòu)造的功率放大器的特性的溫度依存性的測(cè)定結(jié)果的圖。
圖40是表示本發(fā)明的功率放大器的特性的溫度依存性的測(cè)定結(jié)果的圖。
圖41是表示單體HBT的功率增益的溫度依存性的測(cè)定結(jié)果的圖。
圖42是表示代表的功率放大器模塊的安裝的剖視圖。
圖43是表示代表的功率放大器模塊的安裝的平面圖。
下面簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖符號(hào)。
1-發(fā)射極；2-基極；3-集電極；4-發(fā)射極布線；5-基極布線；6-集電極布線；7-半導(dǎo)體襯底；8-子集電極層；9-集電極層；10-基極；11-發(fā)射極層；12-帽狀層；13-層間絕緣膜；14-基極臺(tái)面外周；15-側(cè)壁；16-光敏電阻；17-發(fā)射極頂部HBT；18-電阻元件；19-電容元件；20-電阻膜；21、22、23-電容層疊膜；24-電容元件下部電極布線；25-金屬帽；26-芯片元件；27-傳輸線路；31-接合線；32-MMIC；33-熱通道；28、29、30-地線層；34-偏壓線路；35-高電阻寄生發(fā)射極基極區(qū)域；36-集電極焊盤；37-基極焊盤；38-偏壓孔焊盤；101-功率放大器；102-第一放大電路；103-第二放大電路；104a-輸入匹配電路；105-基本HBT；106-基本HBT；107-發(fā)射極層；108-基極層；109-集電極層；110-子集電極層；111-發(fā)射極布線；112-發(fā)射極；113-基極；114-集電極布線；115-集電極；116-基極布線；117-電阻；118-發(fā)射極接觸層；119-半絕緣性GaAs襯底；120-環(huán)狀發(fā)射極單體HBT功率增益的溫度依存性；121-矩形發(fā)射極單體HBT功率增益的溫度依存性；122-高頻信號(hào)輸入端子；123-高頻信號(hào)輸出端子；124-第一放大電路的形成區(qū)域；125-第二放大電路的形成區(qū)域。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1下面參照?qǐng)D1、圖11、圖12、圖13說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1的發(fā)射極頂部HBT。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。在環(huán)狀發(fā)射極1的內(nèi)側(cè)配置了基極2，在外側(cè)配置了集電極3。另外，發(fā)射極布線4(集電極3的內(nèi)側(cè)未圖示)、基極布線5(集電極3的內(nèi)側(cè)未圖示)、集電極布線6分別通過(guò)通孔(未圖示)連接著發(fā)射極1、基極2、集電極3。r由基極臺(tái)面外周14和發(fā)射極1的距離決定，但是，如果作為光刻的對(duì)位余量考慮了1.0μm，則例如寬度為4.5μm的發(fā)射極時(shí)，能實(shí)現(xiàn)r＝2.5或以下。須指出的是，在本實(shí)施例中，考慮了使用干蝕刻制造HBT時(shí)的情形，對(duì)位余量為1.0μm。如果對(duì)位余量在此之下，則由于基極臺(tái)面表面14上的干蝕刻損傷的影響，從發(fā)射極經(jīng)過(guò)基極流入集電極的電子在基極臺(tái)面14上復(fù)合，發(fā)生電流放大率劣化的問(wèn)題。如果使用濕蝕刻，則能避免損傷的影響，但是關(guān)于它將在實(shí)施例2和3中詳細(xì)描述。
圖11和圖12表示了通過(guò)干蝕刻制造圖1所示的HBT時(shí)的制造步驟。首先，在半絕緣性GaAs襯底(表面(100)(±5度)面)7上通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)了高摻雜n型GaAs子集電極層(Si濃度5×1018cm-3，膜厚0.6μm)8、n型GaAs集電極層(Si濃度1×1016cm-3，膜厚0.8μm)9、p型GaAs基極層(C濃度3×1019cm-3，膜厚70nm)10、n型InGaP發(fā)射極層(InP摩爾比0.5、Si濃度3×1017cm-3，膜厚0.2μm)11、n型InGaAs帽狀層(InAs摩爾比0.5、Si濃度4×1019cm-3，膜厚0.2μm)12。然后，使用高頻濺射法，在晶片整個(gè)面淀積WSi(Si摩爾比0.3，膜厚0.3μm)，通過(guò)光刻和使用了CF4的干蝕刻，形成了發(fā)射極1然后，以該發(fā)射極1為掩模，通過(guò)CF4和Cl2等離子體，干蝕刻InGaAs帽狀層12、InGaP發(fā)射極層11，露出了GaAs基極層10。然后，通過(guò)剝離法形成了Ti(膜厚50nm)/Pt(膜厚50nm)/Au(膜厚200nm)基極2(圖11)。
然后，使用光刻和C2F6、SF6，干蝕刻GaAs基極層10和GaAs集電極層9，形成基極臺(tái)面14，露出了GaAs子集電極層8。然后，通過(guò)剝離法，形成AuGe(膜厚60nm)/Ni(膜厚10nm)/Au(膜厚200nm)集電極3，在350℃，在30分鐘形成合金(圖12)。然后，使用金屬的淀積、光刻、銑削，實(shí)施布線，制作了具有圖5所示的縱剖面構(gòu)造的發(fā)射極頂部HBT。
在圖1中說(shuō)明的實(shí)施例中，把發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域?yàn)閳A形的環(huán)狀構(gòu)造作為代表例而表示，但是環(huán)狀構(gòu)造沒(méi)必要是圓形，具有任意性。例如如圖13所示那樣的環(huán)狀形狀也是可以的。
另外，本實(shí)施例中，說(shuō)明了在GaAs襯底上制作HBT，但是能應(yīng)用于形成在InP、GaN、GaP、InSb等閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上的所有HBT。
根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)橹辉谠摥h(huán)狀發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的內(nèi)側(cè)存在具有平面形狀為環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的HBT的基極，所以基極只限定于通孔區(qū)域中，具有能容易地實(shí)現(xiàn)r＜2.5的效果。
實(shí)施例2下面，參照?qǐng)D1、圖2、圖4、圖5、圖6說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)射極頂部HBT。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。在實(shí)施例1所示的環(huán)狀發(fā)射極HBT(圖1)中，如果要實(shí)現(xiàn)基極臺(tái)面外周14和發(fā)射極1的對(duì)位余量減小到0.5μm，r＜2.0，則在圖1的A-A’切斷面中，如圖2所示，在基極臺(tái)面外周14表現(xiàn)了反臺(tái)面形狀。因?yàn)榛鶚O臺(tái)面外周14和發(fā)射極1的對(duì)位余量小，所以復(fù)合速度高的GaAs表面存在于集電極內(nèi)的電子擴(kuò)散距離內(nèi)，電流放大率劣化。因此，如圖4所示，與出現(xiàn)反臺(tái)面形狀的
方向平行的邊不存在于發(fā)射極1外周和基極臺(tái)面外周14上。如果這樣，則在圖4的B-B’切斷面中，成為圖5所示的垂直臺(tái)面形狀，在圖4C-C’切斷面中，成為圖6所示的正臺(tái)面形狀，不發(fā)生圖2所示的電子表面復(fù)合的問(wèn)題。
圖4所示的HBT的制作方法只把實(shí)施例1的干蝕刻變?yōu)闈裎g刻。具體而言，對(duì)含有As的層的濕蝕刻使用了磷酸∶過(guò)氧化氫水∶水＝1∶2∶40，對(duì)含有P的層的濕蝕刻使用了鹽酸。
在本實(shí)施例中，說(shuō)明了制作在GaAs襯底上的HBT，但是能應(yīng)用于形成在InP、GaN、GaP、InSb等閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上的所有HBT。
根據(jù)本實(shí)施例，在沒(méi)有干蝕刻損傷和反臺(tái)面形狀引起的電流放大率劣化的前提下，具有能容易實(shí)現(xiàn)r＜2.0的效果。
實(shí)施例3下面，參照?qǐng)D7說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例3的發(fā)射極頂部HBT。
圖7是實(shí)施例3的發(fā)射極頂部HBT的平面構(gòu)造圖。雖然存在與
方向平行的邊，但是HBT的基極集電極結(jié)的外周和發(fā)射極基極結(jié)的外周的
方向的距離最小值比
方向的距離最小值還大。具體而言，基極臺(tái)面外周14和發(fā)射極1的對(duì)位余量在
方向?yàn)?.5μm，在
方向?yàn)?.5μm。另外，HBT的制作與實(shí)施例2同樣，使用了濕蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明，在使用了形成在表面具有(100)(±5度)面的閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上，具有平面形狀為環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的發(fā)射極頂部型HBT的半導(dǎo)體器件中，該HBT的基極集電極結(jié)區(qū)域的外周和發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周的
方向的距離的最小值比
方向的距離的最小值還大，結(jié)果，具有能容易實(shí)現(xiàn)r＜2.0的效果。
當(dāng)圖9和圖10所示的非環(huán)狀發(fā)射極時(shí)，如果設(shè)計(jì)為基極集電極結(jié)區(qū)域的外周和發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周的
方向的距離的最小值比
方向的距離的最小值還大，當(dāng)然也能容易實(shí)現(xiàn)r＜2.0。
在本實(shí)施例中說(shuō)明了在GaAs襯底上制作的HBT，但是能應(yīng)用于形成在InP、GaN、GaP、InSb等閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上的所有HBT。
實(shí)施例4下面，參照?qǐng)D14～圖18說(shuō)明滿足r＜1.5的HBT及其制造方法。
圖14是滿足r＜1.5的HBT的平面構(gòu)造圖。發(fā)射極1的外周都由與{010}平行的邊構(gòu)成，通過(guò)絕緣膜側(cè)壁15自對(duì)準(zhǔn)地形成發(fā)射極1和基極臺(tái)面外周，其距離0.3μm。當(dāng)發(fā)射極寬度為4.5μm時(shí)，r＝1.5。
圖15～圖18是說(shuō)明圖14所示的HBT的制造方法的縱剖面構(gòu)造圖。從通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延生長(zhǎng)法的結(jié)晶生長(zhǎng)到GaAs基極層10的露出和基極2的形成，與實(shí)施例1同樣。然后，通過(guò)等離子體激發(fā)化學(xué)氣相淀積法，整個(gè)面淀積SiO2膜(膜厚0.5μm)，通過(guò)使用了C2F6、CHF3等離子體的SiO2各向異性干蝕刻，形成了SiO2側(cè)壁(膜厚0.3μm)15(圖15)。
然后，在發(fā)射極電極指間形成光致抗蝕劑，以該光致抗蝕劑、露出的發(fā)射極1和SiO2側(cè)壁15為掩模，形成了基極臺(tái)面14。蝕刻通過(guò)濕蝕刻進(jìn)行，但是，因?yàn)榛鶚O臺(tái)面方位與{010}平行，所以使用濕蝕刻，臺(tái)面形狀也變?yōu)榇怪?圖16)。
然后，除去光致抗蝕劑，通過(guò)剝離法形成AuGe(膜厚60nm)/Ni(膜厚10nm)/Au(膜厚200nm)集電極3，在350℃，在30分鐘形成合金(圖17)。
然后使用金屬的淀積、光刻、銑削，實(shí)施布線，制作了具有圖18所示的縱剖面構(gòu)造的發(fā)射極頂部HBT。
本實(shí)施例中，說(shuō)明了在GaAs襯底上制作的HBT，但是能應(yīng)用于形成在InP、GaN、GaP、InSb等閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上的所有HBT。
根據(jù)本實(shí)施例，基極臺(tái)面外周14和發(fā)射極1的距離靠近到0.3μm左右，結(jié)果具有能容易地實(shí)現(xiàn)r＜1.5的效果。
實(shí)施例5下面，參照?qǐng)D19～圖21說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例5的半導(dǎo)體器件以及使用它的功率放大器模塊。
圖19是滿足r＜1.5的HBT17與電阻元件18、電容元件19集成在一起的MMIC(單片微波集成電路)的縱剖面構(gòu)造圖。電阻元件18由1層電阻體WSiN構(gòu)成，電容元件19由SiO2膜22、Si3N4膜23、SiO2膜24等三層構(gòu)成。須指出的是，24是從電容元件的下部電極連接的布線第一層。
作為MMIC，除了所述電阻元件和電容元件以外，在與HBT17同一襯底上具有包含電感元件、pn結(jié)二極管、肖特基勢(shì)壘二極管的任意一種無(wú)源元件。HBT17可以是并聯(lián)多個(gè)HBT而形成的多電極指HBT，圖20表示了四并聯(lián)的多電極指HBT的平面構(gòu)造例。這時(shí)為了避免各HBT間的不均勻動(dòng)作，有時(shí)在各HBT的發(fā)射極或基極上附加鎮(zhèn)流電阻。
圖21是作為半導(dǎo)體器件而制作的MMIC的電路圖。本MMIC32用于圖22所示功率放大器模塊內(nèi)。在圖22的封裝中，使用了相對(duì)介電系數(shù)為8的低溫?zé)滩Ａ沾梢r底。25是金屬帽，26是芯片元件。27是傳輸線路，通過(guò)厚膜絲網(wǎng)印刷形成了Ag和Pt的層疊膜。MMIC芯片32的背面通過(guò)銀膠電連接到地線層29。配置在MMIC芯片32的表面的輸入輸出用電極焊盤通過(guò)接合線31向芯片外引出。33是熱通道，28和30是與29相同的地線層。使用寬帶編碼復(fù)用方式(W-CDMA)信號(hào)，評(píng)價(jià)了功率放大器的結(jié)果為功率附加效率45％，功率增益28dB，與使用以往技術(shù)的發(fā)射極頂部HBT時(shí)的40％、25dB相比，確認(rèn)了大幅度的特性的提高。
根據(jù)本實(shí)施例，使用r＜1.5的半導(dǎo)體器件，具有能制造功率附加效率和功率增益高的功率放大器的效果。
根據(jù)本發(fā)明，能實(shí)現(xiàn)使用了r＜2.5到r＜1.5、并且適合于功率附加效率和功率增益高的功率放大器的制作的HBT的半導(dǎo)體器件。
下面，在例示功率放大器模塊的具體實(shí)施例之前，列舉本發(fā)明的更具體的形態(tài)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第五目的，在本發(fā)明的功率放大器中，在由并聯(lián)至少一個(gè)以上的雙極晶體管的第一放大電路、并聯(lián)至少一個(gè)以上雙極晶體管的第二放大電路構(gòu)成的多級(jí)功率放大器中，第一放大電路中使用的雙極晶體管的平面形狀為矩形的發(fā)射極形狀，第二放大電路中使用的雙極晶體管是平面形狀為環(huán)狀的發(fā)射極形狀，并且基極只存在于所述環(huán)狀發(fā)射極的內(nèi)側(cè)。
另外，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第五目的，在本發(fā)明的功率放大器中，在由并聯(lián)至少一個(gè)以上的雙極晶體管的第一放大電路、并聯(lián)至少一個(gè)以上雙極晶體管的第二放大電路構(gòu)成的多級(jí)功率放大器中，第一放大電路中使用的雙極晶體管的平面形狀為矩形的發(fā)射極形狀，第二放大電路中使用的雙極晶體管是平面形狀為環(huán)形形狀的一部分的發(fā)射極形狀，并且基極只存在于所述環(huán)狀發(fā)射極的內(nèi)側(cè)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第五目的，在本發(fā)明的功率放大器中，在并聯(lián)了至少一個(gè)以上的雙極晶體管的放大電路中，雙極晶體管的平面形狀具有環(huán)狀的發(fā)射極形狀，基極只存在于所述環(huán)狀發(fā)射極的內(nèi)側(cè)，并且，基極與具有負(fù)的溫度系數(shù)的電阻相連，抵消基極電阻的溫度變化。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第五目的，在本發(fā)明的功率放大器中，在并聯(lián)了至少一個(gè)以上的雙極晶體管的放大電路中，雙極晶體管的平面形狀具有環(huán)狀的一部分的發(fā)射極形狀，基極只存在于作為所述環(huán)狀一部分的發(fā)射極的內(nèi)側(cè)，并且，基極與具有負(fù)的溫度系數(shù)的電阻相連，抵消基極電阻的溫度變化。
下面，參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明表示本發(fā)明的實(shí)施例的功率放大器以及功率放大器的制造方法。須指出的是，在用于說(shuō)明實(shí)施例的所有圖中，對(duì)具有同一功能時(shí)采用了相同的符號(hào)，省略了對(duì)它的重復(fù)說(shuō)明。
實(shí)施例6下面，參照附圖，說(shuō)明本實(shí)施例6的功率放大器。圖23是表示本實(shí)施例的功率放大器的結(jié)構(gòu)框圖。本例是2級(jí)結(jié)構(gòu)的功率放大器。圖中，符號(hào)102、103分別是第一放大電路、第二放大電路，符號(hào)104a、104b、104c分別是輸入匹配電路、級(jí)間匹配電路、輸出匹配電路。放大的高頻信號(hào)從端子122輸入到本功率放大器中，通過(guò)所述匹配電路104a、104b、104c、放大電路102、103放大后，從端子123輸出。
圖42、圖43是表示代表性的功率放大器模塊的安裝狀態(tài)的剖視圖和平面圖。在安裝襯底160上搭載了半導(dǎo)體元件151和無(wú)源元件152。符號(hào)154表示導(dǎo)體層，構(gòu)成與半導(dǎo)體元件151的電信號(hào)連接。在本例子中，層疊使用了多個(gè)安裝襯底160、161、162。須指出的是，半導(dǎo)體元件151是所述功率放大器。
圖24表示了所述第一放大電路102的電路圖。并聯(lián)了8個(gè)發(fā)射極面積108μm2的基本HBT105。圖24用虛線包圍表示了該基本HBT105的部分。另外，圖25表示了放大電路102的平面構(gòu)造，圖26表示了沿著圖25中的AA’的截面構(gòu)造。這里，符號(hào)118、107、108、109、110、119分別是發(fā)射極接觸層、InGaP發(fā)射極層、GaAs基極層、GaAs集電極層、GaAs子集電極層、GaAs襯底。另外，符號(hào)112、113、115分別是發(fā)射極、基極、集電極。符號(hào)111、116、114分別是連接各基本HBT的發(fā)射極布線、基極布線、集電極布線。
圖27表示了基本HBT的詳細(xì)平面圖。本例子是發(fā)射極形狀為矩形的HBT。在形成在半絕緣性GaAs襯底上的GaAs子集電極110上搭載了各部分。符號(hào)109是集電極區(qū)域，在平面上，在其中央，在發(fā)射極接觸層118上形成了矩形的發(fā)射極112。如圖26的剖視圖中所示，在該發(fā)射極接觸層118的下部形成了發(fā)射極層107。發(fā)射極112兩側(cè)的矩形區(qū)域是基極113，用符號(hào)108表示的是基極區(qū)域。存在于集電極區(qū)域109的兩側(cè)的矩形區(qū)域是集電極115。
圖28表示了所述第二放大電路103的電路圖。本例子是并聯(lián)28個(gè)發(fā)射極面積132μm2的基本HBT106。圖28中，用虛線包圍表示了該基本HBT106的部分。圖29表示了放大電路103的平面構(gòu)造，圖8表示了沿著圖29的BB’的剖面構(gòu)造。這里，符號(hào)118、107、108、109、110、119分別是發(fā)射極接觸層、InGaP發(fā)射極層、GaAs基極層、GaAs集電極層、GaAs子集電極層、GaAs襯底。另外，符號(hào)112、113、115分別是發(fā)射極、基極、集電極。符號(hào)111、116、114分別是連接各基本HBT的發(fā)射極布線、基極布線、集電極布線。
圖31表示了基本HBT的詳細(xì)平面圖。與圖25所示的例子不同，該基本HBT的例子中，發(fā)射極形狀是環(huán)狀。在本例子中，是基極只存在于環(huán)狀發(fā)射極的內(nèi)側(cè)的HBT。在形成在GaAs襯底上的GaAs子集電極110上搭載了各部分。符號(hào)109是圓形的集電極區(qū)域，在平面上，在其中央，在發(fā)射極接觸層118上形成了環(huán)狀的發(fā)射極112。如圖30的剖視圖所示，在該發(fā)射極接觸層118的下部形成了發(fā)射極層7。在環(huán)狀的發(fā)射極112的內(nèi)側(cè)配置了基極113。用符號(hào)8表示的是基極區(qū)域。包圍集電極區(qū)域109的大部分而存在的區(qū)域是集電極115。
須指出的是，在本實(shí)施例的功率放大器中，第二放大電路中使用的基本HBT以圖31所示的圓形的環(huán)狀發(fā)射極HBT為代表例進(jìn)行了表示，但是也可以是具有圖32所示的作為環(huán)狀的一部分區(qū)域形狀的發(fā)射極形狀，并且基極只存在于作為該環(huán)狀的一部分形狀的發(fā)射極內(nèi)側(cè)的HBT。
也可以是圖33所示的多邊形發(fā)射極形狀的HBT。圖33的例子具體到四邊形，但是能使用其它多邊形。HBT的各部分的配置與圖31的例子同樣，所以省略了詳細(xì)說(shuō)明。
即第二放大電路中使用的基本HBT中，發(fā)射極形狀是環(huán)狀或環(huán)狀的一部分的形狀、或者多邊形等形狀，基極可以只存在于該發(fā)射極區(qū)域的內(nèi)側(cè)。
另外，在本實(shí)施例的功率放大器中，表示了第一放大電路102是驅(qū)動(dòng)級(jí)，第二放大電路103是輸出級(jí)時(shí)的情形，但是，如圖34所示，即使第一放大電路102是輸出級(jí)，第二放大電路103是驅(qū)動(dòng)級(jí)，也具有相同的效果?？墒?，這時(shí)，有必要調(diào)整各放大電路中使用的基本HBT的并聯(lián)數(shù)。
另外，作為本實(shí)施例的功率放大器中使用的雙極晶體管，以InGaP發(fā)射極HBT為例進(jìn)行了表示，但是在本發(fā)明中，除此之外，能使用AlGaAs發(fā)射極HBT、使用InP襯底的InP發(fā)射極HBT、InGaAlAs發(fā)射極HBT等廣闊范圍的HBT。
另外，放大電路2和放大電路3可以形成在同一半導(dǎo)體襯底上，匹配電路104a、104b、104c也可以形成在形成有放大電路102和放大電路103的襯底上。
實(shí)施例7下面，參照附圖，說(shuō)明功率放大器的制造方法。
圖35A～35H是根據(jù)制造步驟表示功率放大器的制造方法的器件剖視圖。本例子是2級(jí)結(jié)構(gòu)的功率放大器的例子。圖中，符號(hào)124、125分別是第一放大電路的形成部分、第二放大電路的形成部分。下面，主要說(shuō)明基本HBT。本例子中，第一放大電路中使用的基本HBT是矩形發(fā)射極形狀HBT，第二放大電路中使用的基本HBT是環(huán)狀發(fā)射極形狀HBT。
首先，在半絕緣性GaAs襯底119上通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延生長(zhǎng)法生長(zhǎng)了n型GaAs子集電極層(Si濃度5×1018cm-3，膜厚0.6μm)110、n型GaAs集電極層(Si濃度1×1016cm-3，膜厚0.8μm)109、p型GaAs基極層(C濃度4×1019cm-3，膜厚90nm)108、n型InGaP發(fā)射極層(InP摩爾比0.5、Si濃度3×1017cm-3，膜厚30nm)107、n型InGaAs發(fā)射極接觸層(InAs摩爾比0.5、Si濃度1×1019cm-3，膜厚0.2μm)118(圖35A)。
然后，使用高頻濺射法，在晶片整個(gè)面淀積WSi(Si摩爾比0.3，膜厚0.3μm)112(圖35B)，通過(guò)光刻和使用了CF4的干蝕刻，形成發(fā)射極112(圖35C)。
然后，把n型InGaAs發(fā)射極接觸層118和n型InGaP發(fā)射極層107加工成所希望的形狀，形成發(fā)射極區(qū)域(圖35D)。加工方法的例子如下所述。通過(guò)光刻和使用了蝕刻液(蝕刻液的組成例磷酸∶過(guò)氧化氫水∶水＝1∶2∶40)的濕蝕刻，除去n型InGaAs發(fā)射極接觸層118的不要區(qū)域。接著，通過(guò)使用了鹽酸的濕蝕刻，除去n型InGaP發(fā)射極層107的不要區(qū)域。
然后，使用通用例子的剝離法，形成Ti(膜厚50nm)/Pt(膜厚50nm)/Au(膜厚200nm)基極113(圖35E)。
然后，通過(guò)光刻和使用了蝕刻液(蝕刻液的組成例磷酸∶過(guò)氧化氫水∶水＝1∶2∶40)的濕蝕刻，除去p型GaAs基極層108，形成基極區(qū)域。實(shí)施蝕刻直到n型GaAs集電極層109，使n型GaAs子集電極層110露出(圖35F)。
然后，通過(guò)通用例子的剝離法，形成集電極115，在350℃，用30分鐘形成合金(圖35G)。集電極115的結(jié)構(gòu)為AuGe(膜厚60nm)/Ni(膜厚10nm)/Au(膜厚200nm)的層疊體。
最后，形成元件間分離用的隔離溝120。形成連接基本HBT間的發(fā)射極之間、基極之間、集電極之間的布線(圖35H)。須指出的是，所述各布線省略了圖示。
另外，HBT各部分的平面形狀如實(shí)施例6所述，當(dāng)然能用各種形態(tài)實(shí)施。這里，省略了該點(diǎn)的詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例8在本例子中，說(shuō)明組合使用本發(fā)明的各種HBT構(gòu)成功率放大器的例子。
圖36是表示2級(jí)結(jié)構(gòu)的功率放大器的例子的結(jié)構(gòu)框圖。圖中，符號(hào)102、103分別是第一放大電路、第二放大電路。另外，符號(hào)104a、104b、104c分別是輸入匹配電路、級(jí)間匹配電路、輸出匹配電路。放大的高頻信號(hào)從端子122輸入到本功率放大器中，通過(guò)所述匹配電路104a、104b、104c、放大電路102、103放大后，從端子123輸出。
第一放大電路102并聯(lián)有6個(gè)實(shí)施例1中說(shuō)明的平面形狀是矩形形狀的發(fā)射極HBT。
第二放大電路103并聯(lián)有128個(gè)實(shí)施例6說(shuō)明的具有平面形狀為環(huán)狀形狀或者環(huán)狀形狀的一部分的發(fā)射極的HBT，在基極布線116上串聯(lián)電阻117(圖38)。該電阻的例子是WSiN。其室溫下的電阻值為10Ω。如圖39所示，該電阻117可以導(dǎo)入各基本HBT中。這時(shí)WSiN電阻的室溫值是280Ω。本實(shí)施例的WSiN電阻的電阻值是一個(gè)例子，根據(jù)要求的功率放大器的規(guī)格而不同。
<功率放大器模塊發(fā)明的特性例>
參照附圖，說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明而取得的特性和效果。
圖39和圖40分別比較本發(fā)明的功率放大器的特性和以往技術(shù)的功率放大器的特性，進(jìn)行了表示。測(cè)定條件為頻率是1.9GHz，集電極電壓3.4V，周圍溫度是-20℃到+85℃的范圍。
圖39表示了以往技術(shù)的功率放大器的功率增益和輸出功率的關(guān)系。從圖39可知，如果周圍溫度在-20℃到+85℃的范圍變化，則功率增益變化3.3dB。而圖40表示了本發(fā)明的功率放大器的功率增益和輸出功率的關(guān)系。從圖40可知，如果周圍溫度在-20℃到+85℃的范圍變化，則功率增益變化降低到2.9dB。即根據(jù)本發(fā)明，功率增益的溫度變化改善了0.4dB。
這樣，本發(fā)明的功率放大器模塊提供功率增益的溫度依存性小的高性能功率放大器。另外，根據(jù)本發(fā)明的其他方面，能提供功率增益的溫度依存性小的高性能功率放大器的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，使用形成在半導(dǎo)體襯底上且具有平面形狀為環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的雙極晶體管，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底是在表面具有(100)(±5度)面的閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底，所述雙極晶體管是發(fā)射極頂部型異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，并且該異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的基極存在于所述環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周不存在與
方向(±5度)大致平行的邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述平面形狀是多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述平面形狀是圓、橢圓或它們的一部分。
5.一種半導(dǎo)體器件，使用形成在表面具有(100)(±5度)面的閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上且具有平面形狀為非環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的發(fā)射極頂部型異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于該異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的基極集電極結(jié)區(qū)域的外周和發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周的與
方向大致平行方向的距離最小值比與
方向大致平行方向的距離最小值還大。
6.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于依次經(jīng)過(guò)以下步驟，包括異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的發(fā)射極的形成、以該發(fā)射極為掩模的發(fā)射極臺(tái)面的形成、基極的形成、向所述發(fā)射極和所述發(fā)射極臺(tái)面的側(cè)面的絕緣膜側(cè)壁的形成、以所述發(fā)射極和該絕緣膜側(cè)壁為掩模的基極臺(tái)面的形成。
7.一種半導(dǎo)體器件，使用形成在半導(dǎo)體襯底上且具有平面形狀為環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的雙極晶體管，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底是在表面具有(100)(±5度)面的閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底，所述雙極晶體管是發(fā)射極頂部型異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，并且該異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的基極存在于所述環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的內(nèi)側(cè)的半導(dǎo)體器件是具有電容元件、電阻元件、電感元件、二極管中的至少一種的單片微波集成電路。
8.一種半導(dǎo)體器件，使用形成在表面具有(100)(±5度)面的閃鋅礦型半導(dǎo)體襯底上，具有平面形狀為非環(huán)狀的發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的發(fā)射極頂部型異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于該異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的基極集電極結(jié)區(qū)域的外周和發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的外周的與
方向大致平行方向的距離最小值比與
方向大致平行方向的距離最小值還大的半導(dǎo)體器件是具有電容元件、電阻元件、電感元件、二極管中的至少一種的單片微波集成電路。
9.一種功率放大器模塊，其特征在于多級(jí)連接把至少一個(gè)以上的雙極晶體管并聯(lián)而構(gòu)成的第一放大電路、把至少一個(gè)以上的雙極晶體管并聯(lián)而構(gòu)成第二放大電路；所述第一放大電路具有的雙極晶體管作為平面配置，是在發(fā)射極兩側(cè)具有基極的雙極晶體管；所述第二放大電路具有的雙極晶體管作為平面配置，是具有依次配置了基極、發(fā)射極和集電極的部分，并且所述集電極具有包圍所述基極的至少一部分的部分的雙極晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于在發(fā)射極兩側(cè)具有基極的構(gòu)成所述第一放大電路的雙極晶體管的所述發(fā)射極具有四邊形的平面形狀；具有依次配置了基極、發(fā)射極和集電極的部分，并且所述集電極具有包圍所述基極的至少一部分的部分的構(gòu)成所述第二放大電路的雙極晶體管的所述發(fā)射極在內(nèi)部具有空間，并且至少具有曲線部和直線部的任意一者，具有封閉的平面圖形；在所述發(fā)射極的平面圖形的內(nèi)部的空間部分中配置了所述基極。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第一放大電路具有的雙極晶體管的所述基極的平面形狀是四邊形。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第一放大電路具有的雙極晶體管的所述基極的平面形狀是四邊形。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第二放大電路具有的雙極晶體管的所述發(fā)射極的平面形狀是環(huán)狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第二放大電路具有的雙極晶體管的所述發(fā)射極的平面形狀是環(huán)狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第二放大電路具有的雙極晶體管的所述發(fā)射極的平面形狀是環(huán)狀的一部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第二放大電路具有的雙極晶體管的所述發(fā)射極的平面形狀是環(huán)狀的一部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第一放大電路和所述第二放大電路是分別形成在不同的半導(dǎo)體襯底上的放大電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第一放大電路和所述第二放大電路是分別形成在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上的放大電路。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第一放大電路是驅(qū)動(dòng)級(jí)，并且所述第二放大電路是輸出級(jí)。
20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第二放大電路是驅(qū)動(dòng)級(jí)，并且所述第一放大電路是輸出級(jí)。
21.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述雙極晶體管的發(fā)射極層是從InGaP、AlGaAs、InP和InGaAlAs的群中選擇的至少一者。
22.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第二放大電路的基極區(qū)域連接了具有負(fù)的溫度系數(shù)的電阻。
23.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率放大器模塊，其特征在于所述第二放大電路的基極區(qū)域連接了具有負(fù)的溫度系數(shù)的電阻。
24.一種功率放大器模塊的制造方法，其特征在于包括在半絕緣性襯底的上部上至少層疊集電極用半導(dǎo)體層，在所述集電極用半導(dǎo)體層上形成基極用半導(dǎo)體層，在所述基極用半導(dǎo)體層上層疊形成發(fā)射極用半導(dǎo)體層的步驟；在所述發(fā)射極用半導(dǎo)體層的上部形成所希望形狀的發(fā)射極的步驟；把所述發(fā)射極用半導(dǎo)體層加工成臺(tái)面形狀，形成發(fā)射極區(qū)域的步驟；在所述基極用半導(dǎo)體層上形成基極的步驟；把所述基極用半導(dǎo)體層加工為搭載了在平面區(qū)域內(nèi)包含所述發(fā)射極區(qū)域的區(qū)域的臺(tái)面形狀，形成基極區(qū)域的步驟；形成集電極的步驟；并且在所述發(fā)射極和基極的加工步驟中對(duì)于第一放大電路具有的雙極晶體管區(qū)域，作為平面配置，加工為在發(fā)射極兩側(cè)具有基極的電極的平面配置；而對(duì)于所述第二放大電路具有的雙極晶體管區(qū)域，作為平面配置，以具有依次配置了基極、發(fā)射極和集電極的部分，并且所述發(fā)射極是具有包圍所述基極的至少一部分的部分的電極的平面配置的配置，進(jìn)行加工。
全文摘要
以低成本實(shí)現(xiàn)功率附加效率和功率增益高且能降低功率增益的溫度依存性的功率放大器。因此，在使用了形成在半導(dǎo)體襯底上，具有平面形狀為環(huán)狀的發(fā)射極頂部異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的半導(dǎo)體器件中，采用了只在環(huán)狀發(fā)射極基極結(jié)區(qū)域的內(nèi)側(cè)存在基極的構(gòu)造。這樣，不使用制造步驟復(fù)雜的集電極頂部構(gòu)造，能降低單位發(fā)射極面積的基極集電極結(jié)容量，結(jié)果能實(shí)現(xiàn)功率附加效率和功率增益高、適合于半導(dǎo)體器件的功率放大器。
文檔編號(hào)H03F3/19GK1450652SQ0311056
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者大部功, 田上知紀(jì), 草野忠四郎, 梅本康成, 黑川敦, 望月和浩, 大西正已, 松本秀俊 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所