JPH0927594A - 高周波モノリシック集積回路 - Google Patents

高周波モノリシック集積回路

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JPH0927594A
JPH0927594A JP7177087A JP17708795A JPH0927594A JP H0927594 A JPH0927594 A JP H0927594A JP 7177087 A JP7177087 A JP 7177087A JP 17708795 A JP17708795 A JP 17708795A JP H0927594 A JPH0927594 A JP H0927594A
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JP
Japan
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circuit
silicon substrate
substrate
integrated circuit
low
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JP7177087A
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Inventor
Kenji Sekine
健治 関根
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】機能の異なる回路を1チップ内に構成する際、
各々の回路に適した電気抵抗率を有するシリコン基板を
用い、個々の特性を低下させずに1チップ集積回路を実
現する。 【解決手段】電気抵抗率の異なる複数のシリコン基板を
張り合わせた多層シリコン基板を用い、電気抵抗率の高
い方のシリコン基板3上に変復調回路及び高出力増幅回
路、低雑音増幅回路の整合回路部を形成すると共にこの
シリコン基板の一部を取り除いて、そこに現れた電気抵
抗率の低いシリコン基板の部分にバイポ−ラトランジス
タやFET等のアクティブ素子1を形成する。 【効果】高出力増幅回路、低雑音増幅回路、変復調回路
等機能の異なる回路を1チップ内に構成する高周波モノ
リシック集積回路において、各々の回路に必要な特性を
低下させること無く1チップ内に集積化が可能と成り、
携帯電話等の無線端末の小型化や性能向上が可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波領域における半
導体集積回路、更に詳しく言えば、高出力増幅回路、低
雑音増幅回路、ミクサ、変復調回路等の異なった機能を
有する回路を1チップ内に構成する集積回路の回路形
態、および、トランジスタやダイオード等のような半導
体素子と同一基板上にインピーダンス整合回路としてマ
イクロストリップ線路やコプレナ線路の様な分布定数線
路やスパイラルインダクタを設けたMMIC(モノリシ
ックマイクロ波IC)の回路形態に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン基板を用いて高出力増幅
回路、低雑音増幅回路、ミクサ、変復調回路等の異なっ
た機能を有する回路を1チップ内に構成する集積回路は
殆ど使われていない。これは、個々の回路に要求される
性能が異なっているため、それに用いる基板や素子構造
が各々の回路特有のものとなるためである。例えば、ミ
クサや変復調回路等のICでは比較的電気抵抗の高い
(10Ω・cm程度)基板を用いその表面に素子や回路
を形成するが、高出力増幅回路用の素子では基板の裏面
をアース導体とし、FETの場合にはソース接地、バイ
ポーラの場合はエミッタ接地とするために比較的電気抵
抗の低い(0.02Ω・cm程度)基板を用る。また、
高周波領域においてマイクロストリップ線路やコプレナ
線路の様な分布定数線路から成るインピーダンス整合回
路をシリコン基板の様な導電性の半導体基板上に設ける
場合、一般的にはまず半導体基板上にSiO2等により
誘電体層を形成し、その上に金属の導体層により線路を
形成する例が学会(電子通信学会論文誌 ’70/10
Vol.53−B No.10)で報告されている。
以下、高周波領域の半導体素子として一般的に使用され
ているSi−MOSFETを例に取り、高出力増幅回路
のインピーダンス整合回路の構成法の従来技術について
説明する。第4図にSi−MOSFETの構造を、第5
図にそのA−A’断面を示す。図において1−1はゲ−
ト電極、1−2はソース電極、1−3はドレイン電極で
ある。1−4は層間絶縁膜であり、一般にはSiO2
PSGが良く使われる。1−5は素子を形成する為の高
抵抗層で低抵抗基板の上にイオン打ち込み等で作られ、
一般には厚さ数μm、電気抵抗1Ω・cm以上である。
1−6はソース抵抗を低減するための低抵抗層で一般に
は厚さ100μm以上で0.1Ω・cm以下が使われ
る。また、1−7は基板の裏面に設けられた金属層によ
るアース導体である。ソース電極1−2の下にはソース
をアースに落した場合の抵抗を減らすため低抵抗層の孔
が設けられている。第6図は前記Si−MOSFETの
ゲート電極とドレイン電極にマイクロストリップ線路を
接続した場合の断面構造を示す。層間絶縁膜を誘電体層
とし、ゲート電極とドレイン電極の金属層をそのまま線
路の導体として使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】第6図に示したような
従来構造のMMICにおいて、マイクロストリップ線路
は1−1、1−3が線路導体として、1−4の絶縁膜が
誘電体層として働くが、1−5の導電性半導体基板であ
るシリコン基板は誘電体層と下部導体(アース導体)の
中間的な働きをするものと思われるが何れにしてもマイ
クロストリップ線路の損失を大幅に増加させる。この損
失を増加させないためには1−4の絶縁膜を厚くすれば
良いが、この膜は一般にはSiO2やPSGが良く使わ
れ厚さは10μm以下が一般的であり、これを厚くする
ことは極めて難しい。また、絶縁幕が薄いとマイクロス
トリップ線路の特性インピーダンスが極めて低いものと
成り回路設計が難しくなる。また、スパイラルインダク
タンスを形成した場合にもシリコン基板が損失を大幅に
増加させてしまう。このため、シリコン基板の電気抵抗
を高め、この層を損失の少ない誘電体層として用いる事
が出来れば損失の少ない整合回路が実現できる。また、
ミクサや変復調回路は高出力増幅回路や低雑音増幅回路
ほど回路損失を低減する必要が無いので一般に使われる
高抵抗なシリコン基板の表面に回路を形成すれば良い。
【0004】本発明の目的は、高出力増幅回路、低雑音
増幅回路、ミクサ、変復調回路等の異なった機能を有す
る回路を1チップ内に構成する際、各々の回路に適した
電気抵抗率を有するシリコン基板を用い、個々の特性を
劣化させること無く1チップ集積回路を実現することで
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目標を達
成するため、電気抵抗率の異なった複数のシリコン基板
を張り合わせた多層構造のシリコン基板を用い、基板の
高い電気抵抗率を有する方のシリコン基板上にミクサや
変復調回路及び高出力増幅回路、低雑音増幅回路の整合
回路部を形成すると共に高い電気抵抗率を有する方のシ
リコン基板の一部を取り除いた低い電気抵抗率を有する
方のシリコン基板の部分に高出力増幅素子、低雑音増幅
素子となるバイポーラトランジスタやFET等のアクテ
ィブ素子を形成するような構成とした。
【0006】
【作用】高出力増幅回路の出力側整合回路の損失は増幅
器の効率を低減し、低雑音増幅回路の入力側整合回路の
損失は、増幅器の雑音指数を劣化させる。このため、前
記整合回路の損失を極力減らす必要がある。
【0007】マイクロストリップ線路の損失は、一般に
次式(数1)で表わされる。 (IEEE Vol.MT
T−16,NO.6 JUNE 1968)
【0008】
【数1】
【0009】(数1)において、Poは線路の出力端電力
を、Piは線路の入力端電力を、αは減衰定数を、lは
線路長を表している。
【0010】減衰定数αは、線路を構成する誘電体の誘
電体損(tanδ)で発生する損失で決まる減衰定数α
dと線路導体とアース導体の電気抵抗成分で発生する損
失で決まる減衰定数αcの和となる。
【0011】このため、マイクロストリップ線路の損失
を低減するためには、誘電体の誘電体損を小さくすると
共に幅の広い線路導体を用い導体損を小さくする事が重
要である。マイクロストリップ線路の特性インピーダン
スは、線路導体幅が広いほど、誘電体層が薄いほど低い
値となる。例えば、誘電体層がSiO2で厚さが5μm
の場合、50Ωの線路幅は約9μmとなり、このままで
は線路幅が細くて導体損失が大きくなる。また、導体損
を減らすべく線路幅を増やすと特性インピーダンスが下
がり(線路幅を50μmにすると約10Ω)回路設計が
難しくなる。このため、誘電体層の厚さを増し特性イン
ピーダンスを下げること無く線路導体の幅を増すことが
有効な手段と成って来る。また、スパイラルインダクタ
の損失を減らすにも誘電体基板の厚さを増すこと及び基
板の電気抵抗率を高くする事が有効である。このため、
電気抵抗率の異なったシリコン基板を張り合わせた構造
のシリコン基板を用い、高い電気抵抗率を有する方のシ
リコン基板上にミクサや変復調回路及び高出力増幅回
路、低雑音増幅回路の整合回路部を形成し、高出力増幅
素子や低雑音増幅素子のようにその素子構造の面から低
い電気抵抗率を有する基板を用いた方が有利なものは、
高い電気抵抗率を有する方のシリコン基板の一部を取り
除いた低い電気抵抗率を有する方のシリコン基板の部分
に形成するような構成とすれば個々の特性を劣化させる
こと無く1チップ集積回路が実現可能と成る。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。第1図は、本発明による実施例の一つであり、高抵
抗基板の一部をエッチング等で取り除き低抵抗基板を露
出させその部分に素子を形成した場合の断面構造を示
す。図において1は半導体素子、2−1、2−2はマイ
クロストリップ線路であり前者は出力整合回路を、後者
は入力整合回路を形成する。3は高抵抗基板、5は低抵
抗基板、4は高抵抗基板と低抵抗基板を張り合わせるた
めの中間層となるSiO2膜、6はアース導体である。
第2図は第1図の上面図であり、素子としてSi−MO
SFETを、整合回路としてマイクロストリップ線路を
用いた場合の構成を示す。図において1−1はゲート電
極で入力側の整合回路を構成するマイクロストリップ線
路2−2に接続されている。1−2はソ−ス電極であ
り、低抵抗基板5を通して下のアース導体6に接続され
ている。1−3はドレイン電極で出力側の整合回路を構
成するマイクロストリップ線路2−1に接続されてい
る。図において点線で囲まれたFET近傍は高抵抗基板
3が取り除かれている。また、低抵抗基板部と高抵抗基
板の上面とは斜めにエッチングされており配線を容易に
している。
【0013】第6図は、本発明による実施例の一つであ
り、携帯電話等に代表される送受信端末に適用した場合
の構成をブロック図で示したものである。図において太
い点線で囲まれた範囲11は各種の回路を搭載したIC
チップ、細い点線の範囲12は送信用の高出力増幅回
路、13は送受アンテナ共用器、14はアンテナ、細い
点線の範囲15は受信用の低雑音増幅回路、16は受信
ミクサ、17は送信ミクサ、18は周波数シンセサイ
ザ、19は復調回路、20は変調回路、21はベースバ
ンド部である。図において各種の回路及び高出力増幅回
路、低雑音増幅回路の入出力整合回路12−1、12−
3、15−1、15−3は高抵抗基板の上に形成し、高
出力増幅回路12に使われる高出力素子12−2及び低
雑音増幅回路15に使われる低雑音素子15−2は高抵
抗基板3が取り除かれた部分に形成されている。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、高出力増幅回路、低雑
音増幅回路、ミクサ、変復調回路等の異なった機能を有
する回路を1チップ内に構成する高周波モノリシック集
積回路において、各々の回路に必要な特性を劣化させる
こと無く1チップ内に集積化が可能と成り、もって携帯
電話等の無線端末の小型化や高性能化を図ることが可能
と成る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による高周波モノリシック集積回路の実
施例の構造を示す断面図。
【図2】本発明による高周波モノリシック集積回路の実
施例の構造を示す上面図。
【図3】本発明による高周波モノリシック集積回路の実
施例を示す機能ブロック図。
【図4】従来の高周波用半導体素子(Si−MOSFE
T)の構造を示す上面図。
【図5】従来の高周波用半導体素子(Si−MOSFE
T)の構造を示す断面図。
【図6】従来のシリコン高周波モノリシック集積回路の
構造を示す断面図。
【符号の説明】
1…半導体素子、1−1…ゲ−ト電極、1−2…ソ−ス
電極、1−3…ドレイン電極、1−4…層間絶縁膜、1
−5…高抵抗層、1−6…低抵抗層、1−7…裏面導
体、2−1、2−2マイクロストリップ線路、3…高抵
抗基板、4…SiO2膜、5…低抵抗基板、6…ア−ス
導体、11…ICチップ、12…高出力増幅回路、12
−1…出力整合回路、12−2…高出力素子、12−3
…入力整合回路、13…アンテナ共用器、14…アンテ
ナ、15…低雑音増幅回路、15−1…入力整合回路、
15−2…低雑音素子、15−3…出力整合回路、16
…受信ミクサ、17…送信ミクサ、18…周波数シンセ
サイザ、19…復調回路、20…変調回路、21…ベ−
スバンド部。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高出力増幅回路、低雑音増幅回路、ミク
    サ、変復調回路等の異なった機能を有する回路を1チッ
    プ内に構成する集積回路において、回路を構成する基板
    として電気抵抗率の異なった複数のシリコン基板を張り
    合わせた多層構造のシリコン基板を用い、前記基板の高
    い電気抵抗率を有する方のシリコン基板上に集積回路を
    形成すると共に高い電気抵抗率を有する方のシリコン基
    板の一部を取り除いた低い電気抵抗率を有する方のシリ
    コン基板の部分を少なくとも1ヶ所以上設け、前記低い
    電気抵抗率を有する方のシリコン基板の部分にバイポー
    ラトランジスタやFET等のアクティブ素子を形成した
    ことを特徴とする高周波モノリシック集積回路。
  2. 【請求項2】電気抵抗率の異なった複数のシリコン基板
    を張り合わせた多層構造のシリコン基板を用い、高い電
    気抵抗を有するシリコン基板の一部を取り除いた低い電
    気抵抗を有する基板の部分にバイポーラトトランジスタ
    やFET等のアクティブ素子を形成し、残っている高い
    電気抵抗率を有する基板の部分にストリップ線路やスパ
    イラルインダクタンスを用いたインピーダンス整合回路
    を構成したことを特徴とする高周波モノリシック集積回
    路。
  3. 【請求項3】請求項1及び請求項2に記載の電気抵抗率
    の異なった複数のシリコン基板を張り合わせた多層構造
    の基板として、シリコン基板の間にSiO2を用い多層
    化したSOI基板を用い、高い電気抵抗層を有するシリ
    コン基板の電気抵抗が10Ω・cm以上、低い電気抵抗
    層を有するシリコン基板の電気抵抗が0.1Ω・cm以
    下としたことを特徴とした高周波モノリシック集積回
    路。
  4. 【請求項4】請求項1から請求項3に記載の高周波モノ
    リシック集積回路を用いた無線装置。
JP7177087A 1995-07-13 1995-07-13 高周波モノリシック集積回路 Pending JPH0927594A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002015274A1 (en) * 2000-08-14 2002-02-21 Niigata Seimitsu Co., Ltd. Semiconductor device for communication
US6973290B2 (en) 1997-02-05 2005-12-06 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Radio architecture
JP2007288210A (ja) * 2007-06-18 2007-11-01 Renesas Technology Corp 半導体集積回路
US7414821B2 (en) 2000-02-21 2008-08-19 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device
CN115022794A (zh) * 2022-05-31 2022-09-06 歌尔微电子股份有限公司 抗跌落振膜结构芯片及其制备方法

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