JPH03142962A - 高周波半導体集積回路 - Google Patents
高周波半導体集積回路Info
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- JPH03142962A JPH03142962A JP28211089A JP28211089A JPH03142962A JP H03142962 A JPH03142962 A JP H03142962A JP 28211089 A JP28211089 A JP 28211089A JP 28211089 A JP28211089 A JP 28211089A JP H03142962 A JPH03142962 A JP H03142962A
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Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はマイクロ波等高周波通信機器に不可欠なマイク
ロ波、ミリ波帯用の半導体集積回路に関するものである
。
ロ波、ミリ波帯用の半導体集積回路に関するものである
。
［従来の技術］
近年、通信情報網が広がり、衛星放送、衛星通信、ＣＡ
ＴＶなどのニュー・メディアが注目されている。これら
の高周波を用いる通信機器では、その小型化のためにＩ
Ｃ化が進んでいる。
ＴＶなどのニュー・メディアが注目されている。これら
の高周波を用いる通信機器では、その小型化のためにＩ
Ｃ化が進んでいる。
従来、マイクロ波、ミリ波帯の分布定数回路は、マイク
ロスト、リップ・ラインやコプレーナ−・ウェーブ・ガ
イドやスロット・ラインなどの線路より戒っている。こ
の配線と能動素子等を集積化した高周波集積回路をモノ
リシック・マイクロ波ＩＣ（ＭＭＴＣ）と呼んでいる。
ロスト、リップ・ラインやコプレーナ−・ウェーブ・ガ
イドやスロット・ラインなどの線路より戒っている。こ
の配線と能動素子等を集積化した高周波集積回路をモノ
リシック・マイクロ波ＩＣ（ＭＭＴＣ）と呼んでいる。
半導体基板としては、主にＧａＡｓが用いられているが
、ＵＨＦＨＦ下ではＳｉが用いられたり、特殊な用途で
は、ＩｎＰが用いられることもある。
、ＵＨＦＨＦ下ではＳｉが用いられたり、特殊な用途で
は、ＩｎＰが用いられることもある。
第５図に従来の高周波半導体集積回路であるＭＭＩＣの
断面図を示す。１は半導体基板、２は配線金属、３はＦ
Ｅ Ｔ （ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）などの能動素子、６はマイクロストリップ・
ライン、７は裏面金属、９はビア・ホールである。マイ
クロ波帯で用いられるＭＭ Ｉ Ｇでは半導体基板とし
て通常ＧａＡｓが用いられ、能動素子としては、ＭＥＳ
ＦＥＴ（旧ｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉ１７
ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＢ Ｔ （Ｈｅｔｅｒｏ
Ｂｉｐｏ！ａｎ ｔｔａｎｓｉｓｌｏｔ）あるいはダ
イオードが用いられる。配線金属は通常、Ｔｉ／Ａｕや
Ｔ ｉ ／ Ｐ ｆ ／ Ａ ｎが用いられ、マイクロ
波帯の分布定数回路等を構成する。この配線金属の上や
下には絶縁膜あるいは保護膜として誘電体であるＳｉ３
Ｎ４やＳｉＯ２が用いられる。その比誘電率は８１０２
で４、Ｓ ｔ ３ Ｎ４で７であり、ＧａＡｓ半導体基
板の比誘電率１２゜６より小さい。しかも、その誘電体
の厚さは１μｍ以下と薄く、マイクロ波分布定数回路の
電気長を決める定数誘電率はほぼＧａＡｓ基板の比誘電
率の厚さで決まっている。
断面図を示す。１は半導体基板、２は配線金属、３はＦ
Ｅ Ｔ （ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）などの能動素子、６はマイクロストリップ・
ライン、７は裏面金属、９はビア・ホールである。マイ
クロ波帯で用いられるＭＭ Ｉ Ｇでは半導体基板とし
て通常ＧａＡｓが用いられ、能動素子としては、ＭＥＳ
ＦＥＴ（旧ｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉ１７
ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＢ Ｔ （Ｈｅｔｅｒｏ
Ｂｉｐｏ！ａｎ ｔｔａｎｓｉｓｌｏｔ）あるいはダ
イオードが用いられる。配線金属は通常、Ｔｉ／Ａｕや
Ｔ ｉ ／ Ｐ ｆ ／ Ａ ｎが用いられ、マイクロ
波帯の分布定数回路等を構成する。この配線金属の上や
下には絶縁膜あるいは保護膜として誘電体であるＳｉ３
Ｎ４やＳｉＯ２が用いられる。その比誘電率は８１０２
で４、Ｓ ｔ ３ Ｎ４で７であり、ＧａＡｓ半導体基
板の比誘電率１２゜６より小さい。しかも、その誘電体
の厚さは１μｍ以下と薄く、マイクロ波分布定数回路の
電気長を決める定数誘電率はほぼＧａＡｓ基板の比誘電
率の厚さで決まっている。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、衛星放送用のＲＧＨ２帯低雑着増幅器Ｍ
ＭｉＣ等を構成すると、そのチップ・サイズは２〜３Ｉ
ＩＩｎ１角以上すなわち、４ ｍｍ２〜９ ｍｍ２にも
およんでしまい、非常にチップ、コストが高まり、実用
化されていなかった。つまり、従来のＭＭＩＣはきわめ
てチップ・サイズが大きくなってしまう課題があった。
ＭｉＣ等を構成すると、そのチップ・サイズは２〜３Ｉ
ＩＩｎ１角以上すなわち、４ ｍｍ２〜９ ｍｍ２にも
およんでしまい、非常にチップ、コストが高まり、実用
化されていなかった。つまり、従来のＭＭＩＣはきわめ
てチップ・サイズが大きくなってしまう課題があった。
上記のように、従来のＭＭＩＣは、非常にチップ・サイ
ズが大きい課題を有しており、実用化の障壁になってい
た。
ズが大きい課題を有しており、実用化の障壁になってい
た。
本発明は、上記従来技術の課題を解決するため、電子回
路を表面に有する半導体基板の裏面に、半導体基板の比
誘電率より大きい比誘電率をもつ誘電体を設けることに
より、非常に小型のＭＭＩＣを形成する高周波半導体集
積回路を提供し、実用化の道を開くものである。
路を表面に有する半導体基板の裏面に、半導体基板の比
誘電率より大きい比誘電率をもつ誘電体を設けることに
より、非常に小型のＭＭＩＣを形成する高周波半導体集
積回路を提供し、実用化の道を開くものである。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板の表面
に少なくとも能動素子と配線金属を有する高周波半導体
集積回路において、前記電子回路を表面に有する半導体
基板の裏面に、半導体基板の比誘電率より大きい比誘電
率をもつ誘電体を設けたことを特徴とする高周波半導体
集積回路である。
に少なくとも能動素子と配線金属を有する高周波半導体
集積回路において、前記電子回路を表面に有する半導体
基板の裏面に、半導体基板の比誘電率より大きい比誘電
率をもつ誘電体を設けたことを特徴とする高周波半導体
集積回路である。
［作用コ
前記した本発明の構成によれば、電子回路を表面に有す
る半導体基板の裏面に、半導体基板の比誘電率より大き
い比誘電率をもつ誘電体を設けることにより、前記ＭＭ
ＩＣを形成する高周波半導体集積回路小型化が達成でき
る。すなわち、前記比誘電率の大きい誘電体を裏面に用
いることにより、配線金属よりなる分布定数回路上の実
効電気波長が短くなり、チップ・サイズが１０分の１程
度以下に小型化できる作用がある。
る半導体基板の裏面に、半導体基板の比誘電率より大き
い比誘電率をもつ誘電体を設けることにより、前記ＭＭ
ＩＣを形成する高周波半導体集積回路小型化が達成でき
る。すなわち、前記比誘電率の大きい誘電体を裏面に用
いることにより、配線金属よりなる分布定数回路上の実
効電気波長が短くなり、チップ・サイズが１０分の１程
度以下に小型化できる作用がある。
［実施例］
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する
。なお本発明は下記の実施例に限定されるものではない
。
。なお本発明は下記の実施例に限定されるものではない
。
第１図は本発明の実施例における誘電体を有する高周波
半導体集積回路の断面図を示す図である。
半導体集積回路の断面図を示す図である。
１の半導体基板上に、配線金属２を形成し、通常のＭＭ
ＩＣを構成する。通常、基板と配線金属間には、絶縁膜
がはさまれ、配線金属上には保護膜が用いられる。この
ＭＭＩＣの裏に半導体基板の比誘電率より大きい比誘電
率を持つ誘電体５が、４の接着剤によって張り合わされ
る。接着剤としては、エポキシ系樹脂が有望で１５０℃
程度で硬化される。他の有機質、あるいは無機質の絶縁
体を接着剤とすることも可能である。３は能動素子で、
半導体基板がＳｉではＭＯＳＦＥＴやバイポーラ・トラ
ンジスタが用いられ、マイクロ波帯で通常用いられるＧ
ａＡｓを半導体基板として用いるときは、ＭＥＳＦＥＴ
（旧ｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔ７ ｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＢ Ｔ （Ｈｅｔｅｒｏ Ｂｉ
ｐｏｌａｎ ｔｒａｎｓｉｇｆｏｒ）、あるいはダイオ
ードが能動素子として用いられる。ＨＥＭＴやＨＢＴで
は、Ａ／ＧａＡｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓヘテロ接合基板を
用いる。ＩｎＰを用いて、さらに移動度を高めることも
可能である。
ＩＣを構成する。通常、基板と配線金属間には、絶縁膜
がはさまれ、配線金属上には保護膜が用いられる。この
ＭＭＩＣの裏に半導体基板の比誘電率より大きい比誘電
率を持つ誘電体５が、４の接着剤によって張り合わされ
る。接着剤としては、エポキシ系樹脂が有望で１５０℃
程度で硬化される。他の有機質、あるいは無機質の絶縁
体を接着剤とすることも可能である。３は能動素子で、
半導体基板がＳｉではＭＯＳＦＥＴやバイポーラ・トラ
ンジスタが用いられ、マイクロ波帯で通常用いられるＧ
ａＡｓを半導体基板として用いるときは、ＭＥＳＦＥＴ
（旧ｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔ７ ｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＢ Ｔ （Ｈｅｔｅｒｏ Ｂｉ
ｐｏｌａｎ ｔｒａｎｓｉｇｆｏｒ）、あるいはダイオ
ードが能動素子として用いられる。ＨＥＭＴやＨＢＴで
は、Ａ／ＧａＡｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓヘテロ接合基板を
用いる。ＩｎＰを用いて、さらに移動度を高めることも
可能である。
ところで、５の誘電体としてしは、半導体基板の比誘電
率より大きい比誘電率のものを使う。たとえば、比誘電
率が７０〜１００のＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｄ２０３−Ｔｉ
Ｏ２やＴ ｓ Ｏ２やＢｏＯ−Ｎｄ２０３−ＴｉＯ２や
ＢａＯＳｍ２Ｏ３ＴｌＯ２や（ＢａＳｒ） ０−３ｍ２
０．−ＴｉＯ２やＮｄ２Ｔｉ２０７− （Ｂａ−Ｐｂ）
ＴｉＯ３−Ｔ ｓ Ｏ２等を用いることが可能である。
率より大きい比誘電率のものを使う。たとえば、比誘電
率が７０〜１００のＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｄ２０３−Ｔｉ
Ｏ２やＴ ｓ Ｏ２やＢｏＯ−Ｎｄ２０３−ＴｉＯ２や
ＢａＯＳｍ２Ｏ３ＴｌＯ２や（ＢａＳｒ） ０−３ｍ２
０．−ＴｉＯ２やＮｄ２Ｔｉ２０７− （Ｂａ−Ｐｂ）
ＴｉＯ３−Ｔ ｓ Ｏ２等を用いることが可能である。
このとき、この比誘電率εｅｆｆによって、配線金属上
の電気波長はｌ／εｅｆｆ倍になるので、ＧａＡｓ基板
の１７３程度になり、ナツプ面積にして１／１０程度に
まで縮小化することが可能となる。この誘電体は張りあ
わせ法だけでなく、ＭＭＩＣの裏にスパッタ等によって
堆積することも可能である。
の電気波長はｌ／εｅｆｆ倍になるので、ＧａＡｓ基板
の１７３程度になり、ナツプ面積にして１／１０程度に
まで縮小化することが可能となる。この誘電体は張りあ
わせ法だけでなく、ＭＭＩＣの裏にスパッタ等によって
堆積することも可能である。
また、この構成で十分大きいεｅｆｆを得るためには、
半導体基板はできるだけ薄くし、１０〜３０μｍにする
。接着剤の厚さは１〜３μｍ以下におさえる必要がある
。そして、誘電体膜厚は２００μｍ以上が望ましく、１
ｍｍ程度でもよい。半導体基板と誘電体の厚さの比を
大きくとればとるほどεｅｆｆは大きくとれ、効果は大
きくなる。
半導体基板はできるだけ薄くし、１０〜３０μｍにする
。接着剤の厚さは１〜３μｍ以下におさえる必要がある
。そして、誘電体膜厚は２００μｍ以上が望ましく、１
ｍｍ程度でもよい。半導体基板と誘電体の厚さの比を
大きくとればとるほどεｅｆｆは大きくとれ、効果は大
きくなる。
また、接着剤の厚さは小さくしなければならないが、こ
の効果をおさえるには、配線の幅をこの厚さより大きく
とっていくとよい。
の効果をおさえるには、配線の幅をこの厚さより大きく
とっていくとよい。
第２図は本発明の第２の実施例における高周波半導体集
積回路の断面図を示す図である。この例は、第１図の実
施例の裏面に７の裏面金属を形成した場合である。この
時、裏面金属を接地すれば、６のマイクロストリップ・
ラインを構成することができる。チップ・サイズは、同
様に従来の１／１０以下にすることができる。
積回路の断面図を示す図である。この例は、第１図の実
施例の裏面に７の裏面金属を形成した場合である。この
時、裏面金属を接地すれば、６のマイクロストリップ・
ラインを構成することができる。チップ・サイズは、同
様に従来の１／１０以下にすることができる。
第３図は本発明の第３の実施例における高周波半導体集
積回路の断面を示す図である。本発明では、高周波信号
の配線として、マイクロストリップ・ラインと同じ働き
をするコプレーナ−・ウェーブ・ガイド８を構成してい
る。このように、分布定数回路として、スロット・ライ
ン等様々なマイクロ波回路を実現できる。チップ・サイ
ズは同様に従来の１７１０以下になる。
積回路の断面を示す図である。本発明では、高周波信号
の配線として、マイクロストリップ・ラインと同じ働き
をするコプレーナ−・ウェーブ・ガイド８を構成してい
る。このように、分布定数回路として、スロット・ライ
ン等様々なマイクロ波回路を実現できる。チップ・サイ
ズは同様に従来の１７１０以下になる。
第４図は本発明の第４の実施例における高周波半導体集
積回路の断面図を示す図である。本発明では、マイクロ
波回路や能動素子を構成する表面の接地を９のビア・ホ
ールを通して裏面につなぎ行なっている。このようにす
ると、表面の接地が低インダクタンスでとれる上、能動
素子のソース接地や、コプレーナ−・ウェーブ・ガイド
の接地の形成することが可能になる。チップ・サイズは
同様に従来の１７１０以下になる。
積回路の断面図を示す図である。本発明では、マイクロ
波回路や能動素子を構成する表面の接地を９のビア・ホ
ールを通して裏面につなぎ行なっている。このようにす
ると、表面の接地が低インダクタンスでとれる上、能動
素子のソース接地や、コプレーナ−・ウェーブ・ガイド
の接地の形成することが可能になる。チップ・サイズは
同様に従来の１７１０以下になる。
以上の説明においては、比誘電率７０〜１００の誘電体
で説明して来たが、従来のＧａＡｓ基板の比誘電率１２
．６より大きい比誘電率、例えば２０〜６０程度に対し
ても、従来の１２．６に対する電気波長より比誘電率の
ルートに反比例して短かくなり、チップ面積は大幅に縮
小化されるのは、言うまでもない。
で説明して来たが、従来のＧａＡｓ基板の比誘電率１２
．６より大きい比誘電率、例えば２０〜６０程度に対し
ても、従来の１２．６に対する電気波長より比誘電率の
ルートに反比例して短かくなり、チップ面積は大幅に縮
小化されるのは、言うまでもない。
また、ＧａＡｓ基板のみならず、ＳｉやＩｎＰ等の他の
半導体基板に対しても同じ効果のあることは言うまでも
ない。
半導体基板に対しても同じ効果のあることは言うまでも
ない。
このように、ＭＭ Ｉ Ｃの裏面に比誘電率の大きい誘
電体を形成して、回路を大幅に小型化できる。
電体を形成して、回路を大幅に小型化できる。
［発明の効果］
以上のように、電子回路を表面に有する半導体基板の裏
面に、半導体基板の比誘電率より大きい比誘電率を持つ
誘電体を形成することによって、チップ面積の大幅な縮
小化を可能ととすることができ、顕著な効果を達成でき
た。
面に、半導体基板の比誘電率より大きい比誘電率を持つ
誘電体を形成することによって、チップ面積の大幅な縮
小化を可能ととすることができ、顕著な効果を達成でき
た。
とくに比誘電率７０〜１００程度の誘電体を用いれば、
比誘電率１０程度の通常の半導体集積回路のチップ面積
は１／１０以下に縮小化でき、その実用的効果は絶大な
ものがある。
比誘電率１０程度の通常の半導体集積回路のチップ面積
は１／１０以下に縮小化でき、その実用的効果は絶大な
ものがある。
第１図は本発明の一実施例における誘電体を有する高周
波半導体集積回路の断面図を示す図、第２図は、第２の
実施例における高周波半導体集積回路の断面図を示す図
、第３図は第３の実施例における高周波半導体集積回路
の断面図を示す図、第４図は第４の実施例における高周
波半導体集積回路の断面図を示す図、第５図は従来の高
周波半導体集積回路の断面図を示す図、第６図は第２の
従来の高周波半導体集積回路の断面図を示す図である。 １・・・半導体基板 ２・・・配線金属３・・・能
動素子 ４・・・接着剤５・・・誘電体 ６・・・マイクロストリップ・ライン ７・・・裏面金属 ８・・・コプレーナ−・ウェーブ・ガイド９・・・ビア
・ホール 第１図 第２図 第４凶 第５図 第６図
波半導体集積回路の断面図を示す図、第２図は、第２の
実施例における高周波半導体集積回路の断面図を示す図
、第３図は第３の実施例における高周波半導体集積回路
の断面図を示す図、第４図は第４の実施例における高周
波半導体集積回路の断面図を示す図、第５図は従来の高
周波半導体集積回路の断面図を示す図、第６図は第２の
従来の高周波半導体集積回路の断面図を示す図である。 １・・・半導体基板 ２・・・配線金属３・・・能
動素子 ４・・・接着剤５・・・誘電体 ６・・・マイクロストリップ・ライン ７・・・裏面金属 ８・・・コプレーナ−・ウェーブ・ガイド９・・・ビア
・ホール 第１図 第２図 第４凶 第５図 第６図
Claims (1)
- （１）半導体基板の表面に少なくとも能動素子と配線金
属を有する高周波半導体集積回路において、前記電子回
路を表面に有する半導体基板の裏面に、半導体基板の比
誘電率より大きい比誘電率をもつ誘電体を設けたことを
特徴とする高周波半導体集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28211089A JPH03142962A (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 高周波半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28211089A JPH03142962A (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 高周波半導体集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03142962A true JPH03142962A (ja) | 1991-06-18 |
Family
ID=17648258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28211089A Pending JPH03142962A (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 高周波半導体集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03142962A (ja) |
-
1989
- 1989-10-30 JP JP28211089A patent/JPH03142962A/ja active Pending
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