JPH0491456A - マイクロ波半導体装置 - Google Patents
マイクロ波半導体装置Info
- Publication number
- JPH0491456A JPH0491456A JP2205480A JP20548090A JPH0491456A JP H0491456 A JPH0491456 A JP H0491456A JP 2205480 A JP2205480 A JP 2205480A JP 20548090 A JP20548090 A JP 20548090A JP H0491456 A JPH0491456 A JP H0491456A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- permittivity
- film
- semiconductor substrate
- epsilonr
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Waveguides (AREA)
- Microwave Amplifiers (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〕
本発明はマイクロストリップラインを備えたＭＭＩＣ（
モノリシック・マイクロウニイブ・集積回路）などのマ
イクロ波半導体装置に関するものである。
モノリシック・マイクロウニイブ・集積回路）などのマ
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３図の斜視図に示される構造のＭＭＩＣがある。Ｇ
ａＡｓ （ガリウム砒素）半導体基板１上には、ＭＥＳ
ＦＥＴ （ショットキー形電界効果トランジスタ）２や
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）キャパシタ４、インクディジタル
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か形成されている。
、第３図の斜視図に示される構造のＭＭＩＣがある。Ｇ
ａＡｓ （ガリウム砒素）半導体基板１上には、ＭＥＳ
ＦＥＴ （ショットキー形電界効果トランジスタ）２や
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）キャパシタ４、インクディジタル
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か形成されている。
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か形成され、不要な他の素子と電気的に接
触しないようになっている。
ブリッヂ１２か形成され、不要な他の素子と電気的に接
触しないようになっている。
マイクロストリップライン１１部分の断面図は第４図に
示される。半導体基板１の下部には裏面電極８、上部に
は窒化膜１３が形成されており、この窒化膜１３上には
配線金属、つまり、上記、のマイクロストリップライン
１１が形成されている。
示される。半導体基板１の下部には裏面電極８、上部に
は窒化膜１３が形成されており、この窒化膜１３上には
配線金属、つまり、上記、のマイクロストリップライン
１１が形成されている。
ＵＨＦＨＦ上の周波数においては配線の長さは進行波の
波長λに比べて無視出来なくなり、逆にこれを利用して
フィルタ等を形成することが出来る。
波長λに比べて無視出来なくなり、逆にこれを利用して
フィルタ等を形成することが出来る。
この種のマイクロストリップライン１１は伝搬される信
号波長λの１／４の長さで特徴的な線路特性を示すため
、λ／４の長さを持った配線利用が多い。
号波長λの１／４の長さで特徴的な線路特性を示すため
、λ／４の長さを持った配線利用が多い。
しかしながら、上記従来の第４図に示される断面構造を
有するマイクロストリップライン１１を使用して、配線
長をλ／４の長さに設定すると、マイクロストリップラ
イン１１の長さは長くなってしまう。例えば、信号周波
数が１２ＧＨｚではλ／４長は２２９２μｍと長くなる
。通常、ＭＭＩＣにおけるＦＥＴサイズは４００μｍ角
の面積内に入るため、このＦＥＴサイズに比較すると２
２９２μｍというλ／４長は非常に大きいことが理解さ
れる。このため、マイクロストリップライン１１がＧａ
Ａｓ基板１上に占める面積は大きくなり、ＭＭＩＣチッ
プは大形化していた。
有するマイクロストリップライン１１を使用して、配線
長をλ／４の長さに設定すると、マイクロストリップラ
イン１１の長さは長くなってしまう。例えば、信号周波
数が１２ＧＨｚではλ／４長は２２９２μｍと長くなる
。通常、ＭＭＩＣにおけるＦＥＴサイズは４００μｍ角
の面積内に入るため、このＦＥＴサイズに比較すると２
２９２μｍというλ／４長は非常に大きいことが理解さ
れる。このため、マイクロストリップライン１１がＧａ
Ａｓ基板１上に占める面積は大きくなり、ＭＭＩＣチッ
プは大形化していた。
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、半導体基板と配線金属とを備えたマイクロ波半導体
装置において、配線金属は半導体基板より高い誘電率を
有する誘電膜を介して半導体基板上に形成されたもので
ある。
で、半導体基板と配線金属とを備えたマイクロ波半導体
装置において、配線金属は半導体基板より高い誘電率を
有する誘電膜を介して半導体基板上に形成されたもので
ある。
また、配線金属上に半導体基板より高い誘電率を有する
第２の誘電膜が形成されたものである。
第２の誘電膜が形成されたものである。
配線金属に接する高誘電率の誘電膜の影響により、線路
の特性インピーダンスは低下する。
の特性インピーダンスは低下する。
次に、本発明の第１の実施例によるＭＭＩＣについて第
１図を参照して説明する。同図はＭＭＩＣの一部断面図
を示している。このＭＭＩＣは第３図と同様な構造をし
ているが、マイクロストリップライン２４に接して高誘
電体膜２３が形成されている点が異なっている。ＧａＡ
ｓ半導体基板２１は厚さが１００μｍ１比誘電率εｒが
１２．９である。このＧａＡｓ半導体基板２１上には比
誘電率εｒが７の窒化膜（ＳｉＮ）２２が１μｍの厚さ
に形成されている。この窒化膜２２はＭＩＭキャパシタ
を構成する絶縁膜の形成と同時に形成されるものであり
、窒化膜２２上には比誘電率εｒが１００の高誘電体膜
２３が１μｍの厚さに形成されている。
１図を参照して説明する。同図はＭＭＩＣの一部断面図
を示している。このＭＭＩＣは第３図と同様な構造をし
ているが、マイクロストリップライン２４に接して高誘
電体膜２３が形成されている点が異なっている。ＧａＡ
ｓ半導体基板２１は厚さが１００μｍ１比誘電率εｒが
１２．９である。このＧａＡｓ半導体基板２１上には比
誘電率εｒが７の窒化膜（ＳｉＮ）２２が１μｍの厚さ
に形成されている。この窒化膜２２はＭＩＭキャパシタ
を構成する絶縁膜の形成と同時に形成されるものであり
、窒化膜２２上には比誘電率εｒが１００の高誘電体膜
２３が１μｍの厚さに形成されている。
高誘電体膜２３の材質としては、例えば、比誘電率εｒ
が１００程度のものとしてＴａＯｘがあり、また、比誘
電率εｒが１００〜２００程度のものとしてＴ ｉＯｓ
さらに、比誘電率εｒが２００〜３００程度の高誘電率
のものとしてＢａＴ１０３などがある。現在実用化され
つつあるのは、”ｌ”ａｏｘ系のものであり、この誘電
体膜はスパッタリングや気相成長（ＣＶＤ）技術により
形成されている。しかし、本実施例においては高誘電体
膜２３の材質にこれらのいずれの材質を用いても良い。
が１００程度のものとしてＴａＯｘがあり、また、比誘
電率εｒが１００〜２００程度のものとしてＴ ｉＯｓ
さらに、比誘電率εｒが２００〜３００程度の高誘電率
のものとしてＢａＴ１０３などがある。現在実用化され
つつあるのは、”ｌ”ａｏｘ系のものであり、この誘電
体膜はスパッタリングや気相成長（ＣＶＤ）技術により
形成されている。しかし、本実施例においては高誘電体
膜２３の材質にこれらのいずれの材質を用いても良い。
マイクロストリップライン２４は、半導体基板２１より
高い誘電率を有する誘電膜、すなわち、高誘電体膜２３
を介する半導体基板２１上に形成されている。このマイ
クロストリップライン２４は、下層部が厚さ４００Ａの
Ｔｉ金属、上層部が厚さ３μｍのＡｕ金属から形成され
ており（Ａｕ／Ｔｉ）、線路幅は７０μｍになっている
。下層部のＴｉ金属は、マイクロストリップライン２４
と高誘電体膜２３との密着性を向上させるための下地金
属である。
高い誘電率を有する誘電膜、すなわち、高誘電体膜２３
を介する半導体基板２１上に形成されている。このマイ
クロストリップライン２４は、下層部が厚さ４００Ａの
Ｔｉ金属、上層部が厚さ３μｍのＡｕ金属から形成され
ており（Ａｕ／Ｔｉ）、線路幅は７０μｍになっている
。下層部のＴｉ金属は、マイクロストリップライン２４
と高誘電体膜２３との密着性を向上させるための下地金
属である。
また、半導体基板２１の下側には裏面電極２５が形成さ
れている。この裏面電極２５は、上記のマイクロストリ
ップライン２４の場合と同様に厚さ４００ＡのＴｉ金属
を下地金属とし、このＴｉ金属上にＡｕ金属が３μｍの
厚さに形成されて構成されている（Ａｕ／Ｔｉ）。Ａｕ
金属は最初に２０００Ａ程度の厚さになるまで蒸着され
、その後、メツキ技術により、３μｍの厚さに形成され
る。
れている。この裏面電極２５は、上記のマイクロストリ
ップライン２４の場合と同様に厚さ４００ＡのＴｉ金属
を下地金属とし、このＴｉ金属上にＡｕ金属が３μｍの
厚さに形成されて構成されている（Ａｕ／Ｔｉ）。Ａｕ
金属は最初に２０００Ａ程度の厚さになるまで蒸着され
、その後、メツキ技術により、３μｍの厚さに形成され
る。
第２図は本発明の第２の実施例によるＭＭＩＣであり、
同図はこのＭＭＩＣの一部断面図を示している。なお、
第１図と同一または相当する部分については同符号を用
いてその説明は省略する。
同図はこのＭＭＩＣの一部断面図を示している。なお、
第１図と同一または相当する部分については同符号を用
いてその説明は省略する。
本実施例によるＭＭＩＣの構造は、マイクロストリップ
ライン２４上にさらに第２の高誘電体膜２６が形成され
ている点が上述した第１の実施例と相違している。この
第２の高誘電体膜２６の厚さは１μｍであり、その材質
は上記の誘電体膜２３と同じであり、比誘電率εｒは１
００である。
ライン２４上にさらに第２の高誘電体膜２６が形成され
ている点が上述した第１の実施例と相違している。この
第２の高誘電体膜２６の厚さは１μｍであり、その材質
は上記の誘電体膜２３と同じであり、比誘電率εｒは１
００である。
次に、上記各実施例におけるマイクロストリップライン
２４の各特性について、従来構造のマイクロストリップ
ライン１１の特性と比較しつつ説明する。以下の第１表
は、２次元（断面）の有限要素法による電界計算から求
めた波長短縮率Ｒを基にし、信号周波数１２ＧＨｚにお
けるλ／４長および特性インピーダンスＺＯを各種マイ
クロストリップラインについて計算した結果を示してい
る。
２４の各特性について、従来構造のマイクロストリップ
ライン１１の特性と比較しつつ説明する。以下の第１表
は、２次元（断面）の有限要素法による電界計算から求
めた波長短縮率Ｒを基にし、信号周波数１２ＧＨｚにお
けるλ／４長および特性インピーダンスＺＯを各種マイ
クロストリップラインについて計算した結果を示してい
る。
ただし、構造Ａは第４図に示された従来構造、構造Ｂは
第１図に示された第１の実施例の構造、および構造Ｃは
第２図に示された第２の実施例の構造である。なお、従
来構造Ａにおける基板厚さ、マイクロストリップライン
１１の幅などの各寸法、および各物質の比誘電率εｒは
上記各実施例と同一の値として計算しである。
第１図に示された第１の実施例の構造、および構造Ｃは
第２図に示された第２の実施例の構造である。なお、従
来構造Ａにおける基板厚さ、マイクロストリップライン
１１の幅などの各寸法、および各物質の比誘電率εｒは
上記各実施例と同一の値として計算しである。
従来構造Ａにおける特性インピーダンスＺＯが５０．６
（Ω）であるのに対し、第１の実施例の構造Ｂにおける
特性インピーダンスＺＯは４７．２（Ω）、第２の実施
例の構造Ｃにおける特性インピーダンスＺＯは４４．８
（Ω）になっている。つまり、従来に比較して特性イ
ンピーダンスＺＯは低下している。これは、第１の実施
例ではマイクロストリップライン２４下に高誘電体膜２
３、第２の実施例ではマイクロストリップライン２４下
に高誘電体膜２３およびマイクロストリップライン２４
上に高誘電体膜２６が形成されているためである。
（Ω）であるのに対し、第１の実施例の構造Ｂにおける
特性インピーダンスＺＯは４７．２（Ω）、第２の実施
例の構造Ｃにおける特性インピーダンスＺＯは４４．８
（Ω）になっている。つまり、従来に比較して特性イ
ンピーダンスＺＯは低下している。これは、第１の実施
例ではマイクロストリップライン２４下に高誘電体膜２
３、第２の実施例ではマイクロストリップライン２４下
に高誘電体膜２３およびマイクロストリップライン２４
上に高誘電体膜２６が形成されているためである。
このため、λ／４長は従来構造Ａにおける長さ２２９２
μｍに対し、第１の実施例の構造Ｂにおける長さは２１
６７μｍ１第２の実施例の構造Ｃにおける長さは２０６
１μｍになっている。つまり、従来のλ／４長に比較し
、第１の実施例では１２５μｍ（−５，５％）、第２の
実施例では２３１μｍ（−１０，１％）だけλ／４長が
短くなっている。この結果、上記各実施例によれば、Ｍ
Ｍ Ｉ Ｃ上にマイクロストリップライン２４が占める
面積は縮小し、従来のようにＭＭＩＣチップは大形化し
ない。
μｍに対し、第１の実施例の構造Ｂにおける長さは２１
６７μｍ１第２の実施例の構造Ｃにおける長さは２０６
１μｍになっている。つまり、従来のλ／４長に比較し
、第１の実施例では１２５μｍ（−５，５％）、第２の
実施例では２３１μｍ（−１０，１％）だけλ／４長が
短くなっている。この結果、上記各実施例によれば、Ｍ
Ｍ Ｉ Ｃ上にマイクロストリップライン２４が占める
面積は縮小し、従来のようにＭＭＩＣチップは大形化し
ない。
なお、上記の特性計算においては高誘電体膜２３．２６
の各比誘電率εｒを１００として計算したが、さらに、
大きい比誘電率εｒを有する誘電体膜を使用することに
より、λ／４長もこれに伴ってさらに短くなる。また、
ＧａＡｓ半導体基板２１の厚さを１００μｍとしている
が、これより薄い半導体基板２１を使用することによっ
ても、λ／４長は短くなる。また、パッシベーションや
ＭＩＭキャパシタ用の絶縁膜として用いた窒化膜２２（
または酸化膜（Ｓ Ｌ Ｏ２） ）を除去し、半導体基
板２１上に直接高誘電体膜２３を形成することによって
もλ／４長は短くなる。
の各比誘電率εｒを１００として計算したが、さらに、
大きい比誘電率εｒを有する誘電体膜を使用することに
より、λ／４長もこれに伴ってさらに短くなる。また、
ＧａＡｓ半導体基板２１の厚さを１００μｍとしている
が、これより薄い半導体基板２１を使用することによっ
ても、λ／４長は短くなる。また、パッシベーションや
ＭＩＭキャパシタ用の絶縁膜として用いた窒化膜２２（
または酸化膜（Ｓ Ｌ Ｏ２） ）を除去し、半導体基
板２１上に直接高誘電体膜２３を形成することによって
もλ／４長は短くなる。
以上説明したように本発明によれば、配線金属に接する
高誘電率の誘電膜の影響により、線路の特性インピーダ
ンスは低下する。このため、配線金属が半導体基板上に
占める面積の増加は抑制され、マイクロ波半導体装置は
大形化しない。
高誘電率の誘電膜の影響により、線路の特性インピーダ
ンスは低下する。このため、配線金属が半導体基板上に
占める面積の増加は抑制され、マイクロ波半導体装置は
大形化しない。
第１図は本発明の第１の実施例によるＭＭＩＣにおける
マイクロストリップ線路部の一部拡大断面図、第２図は
本発明の第２の実施例によるＭＭＩＣにおけるマイクロ
ストリップ線路部の一部拡大断面図、第３図はＭＭＩＣ
の構造を示す斜視図、第４図は従来のＭＭＩＣにおける
マイクロストリップ線路部の一部拡大断面図である。 ２１・・・ＧａＡｓ半導体基板、２２・・・窒化膜、２
３．２６・・・高誘電体膜、２４・・・マイクロストリ
ップライン、２５・・・裏面電極。
マイクロストリップ線路部の一部拡大断面図、第２図は
本発明の第２の実施例によるＭＭＩＣにおけるマイクロ
ストリップ線路部の一部拡大断面図、第３図はＭＭＩＣ
の構造を示す斜視図、第４図は従来のＭＭＩＣにおける
マイクロストリップ線路部の一部拡大断面図である。 ２１・・・ＧａＡｓ半導体基板、２２・・・窒化膜、２
３．２６・・・高誘電体膜、２４・・・マイクロストリ
ップライン、２５・・・裏面電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板と配線金属とを備えたマイクロ波半導体
装置において、前記配線金属は前記半導体基板より高い
誘電率を有する誘電膜を介して前記半導体基板上に形成
されたことを特徴とするマイクロ波半導体装置。 ２、配線金属上に半導体基板より高い誘電率を有する第
２の誘電膜が形成されたことを特徴とする請求項１記載
のマイクロ波半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2205480A JPH0491456A (ja) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | マイクロ波半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2205480A JPH0491456A (ja) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | マイクロ波半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0491456A true JPH0491456A (ja) | 1992-03-24 |
Family
ID=16507553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2205480A Pending JPH0491456A (ja) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | マイクロ波半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0491456A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002057535A (ja) * | 2000-06-28 | 2002-02-22 | Trw Inc | 高ダイナミック・レンジ低雑音増幅器 |
-
1990
- 1990-08-02 JP JP2205480A patent/JPH0491456A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002057535A (ja) * | 2000-06-28 | 2002-02-22 | Trw Inc | 高ダイナミック・レンジ低雑音増幅器 |
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