JPH04109604A - マイクロ波半導体装置 - Google Patents
マイクロ波半導体装置Info
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- JPH04109604A JPH04109604A JP22882890A JP22882890A JPH04109604A JP H04109604 A JPH04109604 A JP H04109604A JP 22882890 A JP22882890 A JP 22882890A JP 22882890 A JP22882890 A JP 22882890A JP H04109604 A JPH04109604 A JP H04109604A
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- inductor
- inductance
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- spiral inductor
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Landscapes
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
- 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〕
本発明は半導体基板上にモノリシックに形成されたイン
ダクタンス素子を備えたマイクロ波半導体装置に関する
ものである。
ダクタンス素子を備えたマイクロ波半導体装置に関する
ものである。
従来、この種のマイクロ波半導体装置としては、例えば
、第４図の斜視図に示される構造のＭＭＩＣ（モノリシ
ック・マイクロ波・集積回路）がある０ＧａＡｓ （ガ
リウム砒素）半導体基板１上１こは、ＭＥＳＦＥＴ （
ショットキー形電界効果トランジスタ）２、ダイオード
３等の能動素子や、ＭＩＭ（メタル・インシュレータ・
メタル）キャノくシタ４、インタディジタル形キャパシ
タ５、インダクタ６および抵抗７等の受動素子が集積化
されている。また、裏面電極８とのコンタクトをとるた
めにピアホール９が形成されおり、また、外部装置との
電気的接続をとるためにボンディングワイヤ１０が設け
られている。また、基板１上に形成された各素子間を電
気的に接続するため、マイクロストリップライン１１が
形成されている。このマイクロストリップライン１１に
はその途中にエアブリッヂ１２が形成され、他の素子と
の間にできる静電容量を小さくしている。
、第４図の斜視図に示される構造のＭＭＩＣ（モノリシ
ック・マイクロ波・集積回路）がある０ＧａＡｓ （ガ
リウム砒素）半導体基板１上１こは、ＭＥＳＦＥＴ （
ショットキー形電界効果トランジスタ）２、ダイオード
３等の能動素子や、ＭＩＭ（メタル・インシュレータ・
メタル）キャノくシタ４、インタディジタル形キャパシ
タ５、インダクタ６および抵抗７等の受動素子が集積化
されている。また、裏面電極８とのコンタクトをとるた
めにピアホール９が形成されおり、また、外部装置との
電気的接続をとるためにボンディングワイヤ１０が設け
られている。また、基板１上に形成された各素子間を電
気的に接続するため、マイクロストリップライン１１が
形成されている。このマイクロストリップライン１１に
はその途中にエアブリッヂ１２が形成され、他の素子と
の間にできる静電容量を小さくしている。
第５図は上記のインダクタ６領域の断面図を示している
。ＧａＡｓ半導体基板１の厚さＴは通常５０〜１５０μ
ｍに形成されており、半導体装置１上には窒化膜（Ｓｉ
Ｎ）１Ｂを介してインダクタ６を構成する配線金属６ａ
が形成されている。
。ＧａＡｓ半導体基板１の厚さＴは通常５０〜１５０μ
ｍに形成されており、半導体装置１上には窒化膜（Ｓｉ
Ｎ）１Ｂを介してインダクタ６を構成する配線金属６ａ
が形成されている。
このインダクタ６は配線金属６ａが単巻状になって形成
されているため、インダクタンスは小さい。
されているため、インダクタンスは小さい。
このため、大きなインダクタンスを有するインダクタン
ス素子が必要とされる場合には、スパイラルインダクタ
等が使用される。このスパイラルインダクタは伝送線路
（配線金属）がスパイラル状に巻かれて形成されたもの
であり、インダクタンスか大きくなっている。
ス素子が必要とされる場合には、スパイラルインダクタ
等が使用される。このスパイラルインダクタは伝送線路
（配線金属）がスパイラル状に巻かれて形成されたもの
であり、インダクタンスか大きくなっている。
しかしながら、このスパイラルインダクタは配線部分が
長いため、この配線部分に大地（裏面金属８）に対する
容量が発生する。このため、この対地容量とスパイラル
インダクタのインダクタンスとの間で自己共振が生じて
しまう。スパイラルインダクタがインダクタンスとして
機能を果たす周波数帯域はこの自己共振周波数に依存す
る。つまり、装置に伝播される信号の周波数が自己共振
周波数に達すると、インダクタはその機能を果たさなく
なる。また、スパイラルインダクタとその対地容量との
間で生じる自己共振の共振周波数は一般的に低い。この
ため、従来、スパイラルインダクタかインダクタンスと
して機能する周波数帯域は限られたものであった。
長いため、この配線部分に大地（裏面金属８）に対する
容量が発生する。このため、この対地容量とスパイラル
インダクタのインダクタンスとの間で自己共振が生じて
しまう。スパイラルインダクタがインダクタンスとして
機能を果たす周波数帯域はこの自己共振周波数に依存す
る。つまり、装置に伝播される信号の周波数が自己共振
周波数に達すると、インダクタはその機能を果たさなく
なる。また、スパイラルインダクタとその対地容量との
間で生じる自己共振の共振周波数は一般的に低い。この
ため、従来、スパイラルインダクタかインダクタンスと
して機能する周波数帯域は限られたものであった。
本発明はこのような課題を解消するためになされたもの
で、半導体基板上に伝送線路がモノリシックに曲折して
形成されたインダクタンス素子を備えたマイクロ波半導
体装置において、インダクタンス素子が形成された領域
の半導体基板の厚さを薄く形成したものである。
で、半導体基板上に伝送線路がモノリシックに曲折して
形成されたインダクタンス素子を備えたマイクロ波半導
体装置において、インダクタンス素子が形成された領域
の半導体基板の厚さを薄く形成したものである。
インダクタンス素子領域の半導体基板の厚さが薄くなる
と、インダクタンス素子と大地との間に介在している誘
電体の誘電率は減少する。
と、インダクタンス素子と大地との間に介在している誘
電体の誘電率は減少する。
次に、本発明の一実施例によるＭＭＩＣについて第１図
および第２図を参照して説明する。本実施例によるＭＭ
ＩＣは第４図と同様な構造をしているが、インダクタ６
が第２図に示されるスパイラルインダク２１になってい
る点、およびこのインダクタ２１が形成されている基板
領域のみが第１図に示される減厚された構造になってい
る点が異なっている。
および第２図を参照して説明する。本実施例によるＭＭ
ＩＣは第４図と同様な構造をしているが、インダクタ６
が第２図に示されるスパイラルインダク２１になってい
る点、およびこのインダクタ２１が形成されている基板
領域のみが第１図に示される減厚された構造になってい
る点が異なっている。
つまり、ＧａＡｓ半導体基板２２はインダクタ２１が形
成された領域部分の厚さが７５μｍに減厚されており、
その他の部分の厚さは１５０μｍになっている。この減
厚はドライエツチングやウェットエツチング等によって
半導体基板２２の裏面に孔部２２ａを形成することによ
って行われる。
成された領域部分の厚さが７５μｍに減厚されており、
その他の部分の厚さは１５０μｍになっている。この減
厚はドライエツチングやウェットエツチング等によって
半導体基板２２の裏面に孔部２２ａを形成することによ
って行われる。
ウェットエツチングの場合には、ＧａＡｓ半導体基板２
２の温度を３０°Ｃに設定し、ＨＳＯ２゜ＨＯ、ＨＯを
１対２〜３対１に混合した化半溶液を使用してエツチン
グするのが好ましい。
２の温度を３０°Ｃに設定し、ＨＳＯ２゜ＨＯ、ＨＯを
１対２〜３対１に混合した化半溶液を使用してエツチン
グするのが好ましい。
また、この減厚部分には裏面金属２３がメタライズされ
ていない。このため、インダクタ２１の領域下にはグラ
ンドパターン部がなくなり、ＭＭＩＣを回路基板にダイ
ボンディングした場合には、回路基板が大地に相当する
ものになる。従って、インダクタ２１と大地との間には
、比誘電率ε。
ていない。このため、インダクタ２１の領域下にはグラ
ンドパターン部がなくなり、ＭＭＩＣを回路基板にダイ
ボンディングした場合には、回路基板が大地に相当する
ものになる。従って、インダクタ２１と大地との間には
、比誘電率ε。
が１２，９のＧａＡｓ半導体基板２２および比誘電率ε
か１の空気から構成される誘電体が介在することにな
る。このため、他の減厚されていない部分の誘電率に比
較して減厚部分の誘電率は小さくなっている。
か１の空気から構成される誘電体が介在することにな
る。このため、他の減厚されていない部分の誘電率に比
較して減厚部分の誘電率は小さくなっている。
半導体基板２２の表面にはＳｉＮ膜２４が１μｍの厚さ
に形成されており、スパイラルインダクタ２１はこのＳ
ｉＮ膜２膜上４上成されている。
に形成されており、スパイラルインダクタ２１はこのＳ
ｉＮ膜２膜上４上成されている。
インダクタ２１は、ＳｉＮ膜２膜上４上００Ａの厚さに
形成されたＴｉ金属と、このＴ１金属上に３μｍの厚さ
に形成されたＡｕ金属とかなる配線金属によって構成さ
れている。また、スパイラルインダクタ２１の平面図は
第２図に示される。インダクタ２１は、配線金属が約４
５０μｍ角のスパイラル状になって形成されている。こ
の配線金属幅は１０μｍ１各配線金属間の間隔は１０ｔ
１ｍである。
形成されたＴｉ金属と、このＴ１金属上に３μｍの厚さ
に形成されたＡｕ金属とかなる配線金属によって構成さ
れている。また、スパイラルインダクタ２１の平面図は
第２図に示される。インダクタ２１は、配線金属が約４
５０μｍ角のスパイラル状になって形成されている。こ
の配線金属幅は１０μｍ１各配線金属間の間隔は１０ｔ
１ｍである。
このスパイラルインダクタ２１の等価回路図は第３図に
示される。すなわち、インダクタ２１は、インダクタン
ス分りおよび直流抵抗骨Ｒの直列接続として表現される
。しかし、インダクタ２１を構成する配線金属に対地容
量が生じるため、インダクタンス分りおよび抵抗骨Ｒの
各一端と大地との間に対地容量Ｃ２，Ｃ３が生じる。ま
た、インダクタ２１の巻き終りの配線金属２１ａは、第
２図に示されるように、スパイラル状に形成された他の
配線金属と交差する。このため、配線金属間には浮遊容
量Ｃ１が生じる。この浮遊容量Ｃ１はインダクタンス分
りおよび抵抗骨Ｒに対して並列的に生じる。
示される。すなわち、インダクタ２１は、インダクタン
ス分りおよび直流抵抗骨Ｒの直列接続として表現される
。しかし、インダクタ２１を構成する配線金属に対地容
量が生じるため、インダクタンス分りおよび抵抗骨Ｒの
各一端と大地との間に対地容量Ｃ２，Ｃ３が生じる。ま
た、インダクタ２１の巻き終りの配線金属２１ａは、第
２図に示されるように、スパイラル状に形成された他の
配線金属と交差する。このため、配線金属間には浮遊容
量Ｃ１が生じる。この浮遊容量Ｃ１はインダクタンス分
りおよび抵抗骨Ｒに対して並列的に生じる。
次に、このような本実施例による減厚された半導体基板
２２上に形成されたスパイラルインダクタ２１と、第５
図に示される一様な厚さの半導体基板１上に形成された
従来構造のスパイラルインダクタとについて、自己共振
周波数ｆ の違いを求める。ここで、従来のスパイラル
インダクタの形状および寸法は第２図に示される本実施
例の場合と同様なものとし、また、スパイラルインダク
タ下の半導体基板１の厚さＴは一様に１５０．ｃｚｍで
あるとする。この場合においても、スパイラルインダク
タの等価回路は第３図と同様に示される。
２２上に形成されたスパイラルインダクタ２１と、第５
図に示される一様な厚さの半導体基板１上に形成された
従来構造のスパイラルインダクタとについて、自己共振
周波数ｆ の違いを求める。ここで、従来のスパイラル
インダクタの形状および寸法は第２図に示される本実施
例の場合と同様なものとし、また、スパイラルインダク
タ下の半導体基板１の厚さＴは一様に１５０．ｃｚｍで
あるとする。この場合においても、スパイラルインダク
タの等価回路は第３図と同様に示される。
まず、従来のスパイラルインダクタについて、２〜１８
ＧＨｚの信号周波数帯域においてＳパラメータを測定し
、第３図に示される等価回路にこの測定結果を適用する
。この結果、従来のインダクタにおける等価回路の各素
子定数は、次のように求まった。
ＧＨｚの信号周波数帯域においてＳパラメータを測定し
、第３図に示される等価回路にこの測定結果を適用する
。この結果、従来のインダクタにおける等価回路の各素
子定数は、次のように求まった。
Ｌ−２０，９ｎＨ
Ｒ−３，９５Ω
Ｃｌ−０，３７８ｆＦ
Ｃ２−０，２００ｐＦ
Ｃ３−０，１５０ｐＦ
スパイラルインダクタは各対地容量０１〜Ｃ３によって
自己共振を起こすが、この自己共振周波数ｆ は、上記
の各素子定数値を次式に代入する「 ことにより求めることが出来る。
自己共振を起こすが、この自己共振周波数ｆ は、上記
の各素子定数値を次式に代入する「 ことにより求めることが出来る。
なお、Ｃは各浮遊容ＪｉＣ１−Ｃ３の合成浮遊容量であ
り、次式に示される。
り、次式に示される。
Ｃ−Ｃ１＋ （Ｃ２・Ｃ３／ （Ｃ２＋Ｃ３） １こ
の計算の結果、従来構造のスパイラルインダクタの自己
共振周波数ｆ は３．７６ＧＨｚと求まった。
の計算の結果、従来構造のスパイラルインダクタの自己
共振周波数ｆ は３．７６ＧＨｚと求まった。
これに対して本実施例によるスパイラルインダクタ２１
の自己共振周波数ｆ は、次のように求「 めることが出来る。インダクタ２１と大地との間に介在
する誘電体の誘電率ε は前述のように小さくなる。ま
た、インダクタ２１領域下の半導体基板２１の厚さは７
５μｍであり、他の領域における厚さ１５０μｍの半分
の厚さである。従って、インダクタ２１を構成する配線
金属に生じる対地容量Ｃ２，Ｃ３の値は１／７程度に減
少するものと考えられる。このため、本実施例における
自己共振周波数ｆ は、対地容量Ｃ２，Ｃ３をそれぞれ
０．０２９ｐＦ、０．０２１ｐＦとし、上記の計算をす
ることによって求めることが出来る。
の自己共振周波数ｆ は、次のように求「 めることが出来る。インダクタ２１と大地との間に介在
する誘電体の誘電率ε は前述のように小さくなる。ま
た、インダクタ２１領域下の半導体基板２１の厚さは７
５μｍであり、他の領域における厚さ１５０μｍの半分
の厚さである。従って、インダクタ２１を構成する配線
金属に生じる対地容量Ｃ２，Ｃ３の値は１／７程度に減
少するものと考えられる。このため、本実施例における
自己共振周波数ｆ は、対地容量Ｃ２，Ｃ３をそれぞれ
０．０２９ｐＦ、０．０２１ｐＦとし、上記の計算をす
ることによって求めることが出来る。
この計算の結果、本実施例のスパイラルインダクタ２１
における自己共振周波数ｆ は９．８２ＧＨｚになった
。この値は従来のインダクタ構造に比較すると約２．６
倍になっている。すなわち、本実施例によるインダクタ
構造によれば、自己共振周波数ｆ は約２．６倍も大き
くなり、スパイラルインダクタ２１がインダクタンスと
して機能する周波数帯域は増大する。
における自己共振周波数ｆ は９．８２ＧＨｚになった
。この値は従来のインダクタ構造に比較すると約２．６
倍になっている。すなわち、本実施例によるインダクタ
構造によれば、自己共振周波数ｆ は約２．６倍も大き
くなり、スパイラルインダクタ２１がインダクタンスと
して機能する周波数帯域は増大する。
以上説明したように本発明によれば、インダクタンス素
子領域の半導体基板の厚さが薄く形成されているため、
インダクタンス素子と大地との間に介在している誘電体
の誘電率は減少する。このため、インダクタンス素子と
大地との間に生じる対地容量は減少し、自己共振周波数
は高くなる。
子領域の半導体基板の厚さが薄く形成されているため、
インダクタンス素子と大地との間に介在している誘電体
の誘電率は減少する。このため、インダクタンス素子と
大地との間に生じる対地容量は減少し、自己共振周波数
は高くなる。
従って、素子がインダクタンスとして機能する周波数帯
域は広がり、高いインダクタンスを持った素子を備えた
マイクロ波半導体装置を提供することが可能になる。
域は広がり、高いインダクタンスを持った素子を備えた
マイクロ波半導体装置を提供することが可能になる。
第１図は本発明の一実施例によるＭＭＩＣのインダクタ
領域の一部拡大断面図、第２図は第１図に示されたスパ
イラルインダクタの平面図、第３図はスパイラルインダ
クタの等価回路図、第４図はＭＭＩＣの構造を示す斜視
図、第５図は従来のＭＭＩＣのインダクタ領域の一部拡
大断面図である。 ２１・・・スパイラルインダクタ、２２・・・ＧａＡｓ
半導体基板、２３・・・裏面金属、２４・・・ＳｉＮ膜
、Ｌ・・・インダクタンス分、Ｒ・・・直流抵抗分、Ｃ
Ｉ・・・配線金属間に生じる浮遊容量、Ｃ２，Ｃ３・・
・対地容量。
領域の一部拡大断面図、第２図は第１図に示されたスパ
イラルインダクタの平面図、第３図はスパイラルインダ
クタの等価回路図、第４図はＭＭＩＣの構造を示す斜視
図、第５図は従来のＭＭＩＣのインダクタ領域の一部拡
大断面図である。 ２１・・・スパイラルインダクタ、２２・・・ＧａＡｓ
半導体基板、２３・・・裏面金属、２４・・・ＳｉＮ膜
、Ｌ・・・インダクタンス分、Ｒ・・・直流抵抗分、Ｃ
Ｉ・・・配線金属間に生じる浮遊容量、Ｃ２，Ｃ３・・
・対地容量。
Claims (1)
- 半導体基板上に伝送線路がモノリシックに曲折して形
成されたインダクタンス素子を備えたマイクロ波半導体
装置において、前記インダクタンス素子が形成された領
域の前記半導体基板の厚さが薄く形成されていることを
特徴とするマイクロ波半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22882890A JPH04109604A (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | マイクロ波半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22882890A JPH04109604A (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | マイクロ波半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04109604A true JPH04109604A (ja) | 1992-04-10 |
Family
ID=16882498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22882890A Pending JPH04109604A (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | マイクロ波半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04109604A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0677407A (ja) * | 1992-04-06 | 1994-03-18 | Nippon Precision Circuits Kk | 半導体装置 |
| JPH06326252A (ja) * | 1993-05-17 | 1994-11-25 | Nec Corp | モノリシックマイクロ波集積回路およびそのチッ プ |
| JP2008270617A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-11-06 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1990
- 1990-08-30 JP JP22882890A patent/JPH04109604A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0677407A (ja) * | 1992-04-06 | 1994-03-18 | Nippon Precision Circuits Kk | 半導体装置 |
| JPH06326252A (ja) * | 1993-05-17 | 1994-11-25 | Nec Corp | モノリシックマイクロ波集積回路およびそのチッ プ |
| JP2008270617A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-11-06 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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