JP3143897B2 - モノリシック高周波ic - Google Patents

モノリシック高周波ic

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JP3143897B2 JP09314753A JP31475397A JP3143897B2 JP 3143897 B2 JP3143897 B2 JP 3143897B2 JP 09314753 A JP09314753 A JP 09314753A JP 31475397 A JP31475397 A JP 31475397A JP 3143897 B2 JP3143897 B2 JP 3143897B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体を用
いたモノリシック高周波IC〔以下、MMIC(monoli
thic microwave IC )と記す〕に関し、特にMMIC内
のキャパシタの接続構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】モノリシックアナログICであるMMI
Cは、通常、FET、キャパシタ、抵抗、インダクタン
ス素子などを半絶縁性GaAs基板上に集積化して構成
される。従来のMMICとして2段電力増幅器を例に挙
げてその等価回路図である図2を参照して説明する。
【0003】図2において、INおよびOUTはそれぞ
れRF入・出力ボンディングパッド、VG1、VG2は
ゲートバイアスボンディングパッド、VD1、VD2は
ドレインバイアスボンディングパッド、GNDは接地ボ
ンディングパッドである。また、C1〜C7はMIMキ
ャパシタ、L1〜L5はインダクタ、Q1およびQ2は
GaAsFET、R1、R2は抵抗素子である。マイク
ロ波帯で用いられるMMICでは、FETの接地端子
(この場合はソース)は、接地性をよくし、入力(ゲー
ト)側との干渉を小さくするために図2に示すように単
独で配置されることが多い。回路構成を説明すると以下
の通りである。C1、L1、C2、R1で入力側の整合
回路および初段FET(Q1)のゲートバイアス回路を
構成する。同様に2段目のFET(Q2)のゲートバイ
アス回路はL2、C3、R2で構成される。初段FET
と2段目のFETの間の整合回路はL3およびC4によ
り構成される。L4、C5は初段FET(Q1)のドレ
インバイアス回路を、L5、C6は2段目のFET(Q
2)のドレインバイアス回路をそれぞれ構成する。C7
は結合コンデンサである。
【0004】いま、ここで図2に示すMMICチップが
出来上がってから組立が終わるまでの間を考えると、接
地端子(GND)はいまだ接地されていないので、FE
TおよびFETのソース・ドレインに接続されている素
子以外は基板に対してフローティング状態にある。FE
Tは、ソース−基板間、ドレイン−基板間にリーク電流
パスをもつからソースまたはドレインに接続された素子
はフローティング状態にはならない。このような回路に
ボンディングパッドから静電気が加わった場合、○で囲
んだリークパスをもたないMIMキャパシタC1、C
2、C3はFETを通したリークパスをもつC4、C
5、C6、C7に較べて静電破壊しやすい。静電破壊耐
性を十分に確保するにはMIMキャパシタの容量を大き
くしたり、容量絶縁膜を厚くしたりすればよい。しか
し、MIMキャパシタ容量の増加は回路設計上限度があ
り、また回路設計の自由度が低下するため、容量絶縁膜
の厚膜化の方が容易である。容量絶縁膜の厚さを厚くし
て静電破壊耐性を確保する場合、最も耐性の低いとこ
ろ、すなわちC1、C2、C3に合わせて膜厚を設計し
なければならない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】通常、工程の複雑化を
避けるためMIMキャパシタの容量絶縁膜はすべて同一
の膜厚に形成される。そのため、上述したように一番静
電破壊耐量の低いキャパシタの容量絶縁膜を十分な静電
破壊耐量を確保できる膜厚にすると、もともと耐圧上厚
くする必要のない他のキャパシタの容量絶縁膜も厚くな
ってしまい、必要な容量を確保するために大きなMIM
キャパシタ面積を要することになる。このことが従来チ
ップ面積の縮小化を阻害していた。なんらかの保護回
路、具体的には一時的に電荷を受けるバッファ素子を挿
入すればMIMキャパシタ面積を縮小することができる
と考えられるが、MIMキャパシタの面積縮小とバッフ
ァ素子分の面積増加が相殺しあうので効果的な対策とは
なりえない。
【0006】本発明の課題は、上述した従来のMMIC
の問題点を解決することであって、その目的は、MIM
キャパシタの面積を増大させることなく静電破壊耐性を
向上させることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によるモノリシッ
ク高周波ICは、半絶縁性GaAs基板上に集積化され
たFETおよび少なくとも一方の電極がパッドに直接接
続されたキャパシタを含み、前記キャパシタのうち少な
くとも1つは信号入力端子に直接接続されているもので
あって、全ての前記キャパシタの少なくとも一方の電極
はDC的に低抵抗な線路によって当該IC内のFETの
ソースまたはドレインに接続されていることを特徴とし
ている。そして、必要に応じて、前記DC的に低抵抗な
線路は、高周波的には高インピーダンスになされる。ま
た、前記キャパシタはMIM構造のものが用いられる。
【0008】[作用]本発明の化合物半導体MMICに
おいては、MIMキャパシタのボンディングパッドに接
続された側の電極を、DC的に低抵抗な線路によって、
MMIC上のFETのソースまたはドレインに接続す
る。理想FETではそうではないが、実際のFETでは
ソース−基板間、ドレイン−基板間のいずれにおいても
電流リークパスが存在する。また、MMICにおいて
は、特に電力増幅器においてはゲート幅が数mm〜数十
mmという大きなFETを使うことが多い。したがっ
て、MMIC内のFETは十分に容量の大きなバッファ
素子として働くことが可能である。すなわち、FETの
ソースまたはドレインにDC的に低抵抗な線路によって
接続されたMIMキャパシタはこのようにして形成され
たリークパスの存在により静電破壊耐性が向上し、容量
絶縁膜の薄膜化が可能になる。結果として、MIMキャ
パシタの面積を低減し、チップサイズを縮小することが
できる。なお、MIMキャパシタとFETを高周波的に
高インピーダンスな線路で接続するのは、たとえば図1
のようにソース(GND)側に接続した場合にFETの
接地性を劣化させないためであり、また出力側から入力
側への干渉が起きないようにするためである。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の望
ましい実施の形態について説明する。図1は、図2の回
路にストリップ線路などの線路S1〜S3を付加して、
静電破壊耐性の低いMIMキャパシタC1〜C3の静電
破壊耐性を向上させたMMICの等価回路図である。S
1〜S3は導体の線路であるからDC的には低抵抗であ
る。それぞれのMIMキャパシタC1〜C3の電極のう
ちのボンディングパッド側の電極が、それぞれS1〜S
3によって初段FET(Q1)あるいは2段目のFET
(Q2)のソースに接続される。これによって、C1〜
C3は電流リークパスをもつことになり、静電破壊耐性
が向上する。ここで、S1〜S3を高周波的に高インピ
ーダンスとしておけば、Q1、Q2の接地性を劣化させ
ることはなく、かつ入力側への干渉を小さく抑えること
ができる。S1〜S3としては、動作周波数の1/4波
長の長さのストリップ線路(若しくはマイクロストリッ
プ線路)を用いるか、または基板の厚さに対して十分に
細い低抵抗線路を用いればよい。
【0010】
【実施例】以下、図1を参照して本発明の第1の実施例
について説明する。この例は、半絶縁性GaAs基板上
に形成された、動作周波数が10GHzの2段高周波電
力増幅器である。ゲート幅は初段FET(Q1)が1.
5mm、2段目のFET(Q2)が6mmである。MI
MキャパシタC1〜C3は動作周波数の1/4波長のス
トリップ線路(長さ約2mm)によって、Q1またはQ
2のソースに接続され、電荷のリークパスが確保されて
いる。1/4波長のストリップ線路で接続することによ
って、C1〜C3とFETのソースは高周波的に分離さ
れた状態になる。
【0011】その他のMIMキャパシタでは、C4〜C
6がDC的に低抵抗なインダクタを介してQ1またはQ
2のドレイン側に接続される。C7は直接Q2のドレイ
ンに接続される。すなわち、C1〜C7まで全てのMI
MキャパシタがQ1またはQ2のソースまたはドレイン
に接続され、部分的に静電破壊耐性の小さなMIMキャ
パシタは存在しなくなる。静電破壊耐性の最小値が向上
するので、容量絶縁膜を薄膜化することができる。した
がって、MIMキャパシタの面積を縮小することができ
る。
【0012】再び図1を参照して本発明の第2の実施例
について説明する。本実施例は動作周波数が2GHzの
2段電力増幅器である。この動作周波数では、1/4波
長が約11mm(GaAs基板の揚合)と長くなるた
め、1/4波長のストリップ線路を使うのはチップ面積
上好ましくない。したがって、この場合基板の厚さ(2
00μmとする)に対して十分に幅の細い導体線路(幅
10μm)でMIMキャパシタC1〜C3をQ1または
Q2のソースと接続する。導体線路には厚さ2〜5μm
程度のAuメッキ線を用いれば高周波的に十分に高イン
ピーダンスでDC的に低抵抗な配線が得られる。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるMM
ICは、静電破壊耐性の低いキャパシタのボンディング
パッド側の電極を基板に対するリークパスを有するソー
スまたはドレインに低抵抗線路のよって接続したもので
あるので、本IC内には部分的に静電破壊耐性の低いキ
ャパシタは存在しなくなる。したがって、本発明によれ
ば、容量絶縁膜を薄膜化することができ、これによりキ
ャパシタを小型化することが可能になり、MMICのチ
ップサイズの縮小化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態および実施例を説明するた
めの等価回路図。
【図2】従来のMMICの等価回路図。
【符号の説明】
IN RF入力ボンディングパッド OUT RF出カボンディングパッド VG1、VG2 ゲートバイアスボンディングパッド VD1、VD2 ドレインバイアスボンディングパッド GND 接地ボンディングパッド C1〜C7 MIMキャパシタ L1〜L5 インダクタ Q1、Q2 GaAsFET R1、R2 抵抗 S1〜S3 線路

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 FETおよび少なくとも一方の電極がパ
    ッドに直接接続されたキャパシタを含み、前記キャパシ
    タのうち少なくとも1つは信号入力端子に直接接続され
    ている化合物半導体モノリシック高周波ICにおいて、
    全ての前記キャパシタの少なくとも一方の電極はDC的
    に低抵抗な線路によって当該IC内のFETのソースま
    たはドレインに接続されていることを特徴とするモノリ
    シック高周波IC。
  2. 【請求項2】 前記DC的に低抵抗な線路が高周波的に
    は高インピーダンスであることを特徴とする請求項1記
    載のモノリシック高周波IC。
  3. 【請求項3】 FETが多段に接続されて電力増幅器が
    構成されていることを特徴とする請求項1記載のモノリ
    シック高周波IC。
  4. 【請求項4】 前記キャパシタがMIM構造のキャパシ
    タであることを特徴とする請求項1記載のモノリシック
    高周波IC。
  5. 【請求項5】 前記DC的に低抵抗な線路が、ストリッ
    プ線路若しくはマイクロストリップ線路または基板厚に
    対して十分に幅の狭い導体線路であることを特徴とする
    請求項1記載のモノリシック高周波IC。
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