JP2002064345A - バイアホールを備えた高周波受動回路および高周波増幅器 - Google Patents
バイアホールを備えた高周波受動回路および高周波増幅器Info
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Abstract
高周波増幅器の小型化を実現する。 【解決手段】入力整合回路部125の構成素子である入力
整合用並列インダクタ114はスパイラルインダクタ、入
力整合用並列キャパシタ115はMIMキャパシタを用い、Ga
As基板124の主面から表面バイアホールを適用して形成
される入力整合回路用バイアホール121内部に入力整合
用並列キャパシタ115を形成している。ドレイン電圧給
電回路107の構成素子であるチョークインダクタ119はス
パイラルインダクタ、バイパスキャパシタ120はMIMキャ
パシタを、GaAs基板124の主面から表面バイアホールを
適用して形成されるドレイン電圧給電回路用バイアホー
ル123内部にバイパスキャパシタ120を形成している。引
出し配線135によりドレイン電圧端子136がスパイラルイ
ンダクタとドレイン電圧給電回路用バイアホール123の
間から引き出されている。
Description
た高周波受動回路および高周波増幅器の小型化を実現す
る技術に関する。
末のように、様々な移動体通信横器が実用化されてい
る。例えば日本では携帯電話として900MHz、1.
5GHz帯のセルラと1.9GHz帯のパーソナルハン
ディホンシステム(PHS)、世界的にはGSMそして
アメリカのPCSの中でもCDMAが挙げられる。今
後、アナログ方式、ディジタル方式に次ぐ、第三世代の
方式として、IMT2000が実用化される予定であ
る。
は、端末の小型、軽量化が必須の流れであり、これに用
いられる部品の小型化が重要となってくる。部品の小型
化の流れとして、携帯端末の高周波部品をMMIC(Mo
nolithic MicrowaveIC)化することが強く望まれてい
る。能動素子およびその整合回路、バイアス回路を同一
基板上に集積化することで、整合回路、バイアス給電回
路などを外付けのチップ部品で構成するハイブリッドI
Cに比べて小型化に有利である。
を接地させることが必要であり、従来、接地を図るため
に用いられる方法として、半導体基板上からワイヤボン
ディングを行う方法と、バイアホールを用いる方法の2
通りがある。ワイヤボンディングを用いる方法に比べて
バイアホールを用いる方法は、高性能化、組立ての実装
コスト低減の面で有効であり、そのため、MMICにお
いては、バイアホールを用いる方法がよく用いられる。
ールを備えた高周波受動回路および高周波増幅器の従来
例を説明する。図8(1)、(2)はそれぞれ従来のバ
イアホールを備えた高周波受動回路を含んだ高周波増幅
器の回路図、バイアホールを備えた高周波受動回路のパ
ターン図を示している。
ジスタ(以下、FETと略す。)801において、ゲー
ト端子802には、ゲートバイアス抵抗805、入力整
合回路806が接続され、ドレイン端子803には、ド
レイン電圧給電回路807、出力整合回路808が接続
され、ソース端子804は、接地端子809に接続され
ていて、ソース接地型の高周波増幅器を構成している。
入力端子810と出力端子811は50Ωインピーダン
ス系となっており、入力整合回路806、出力整合回路
808は50Ωに対して整合されている。また、入力
側、出力側にはそれぞれ入力側DCカット用キャパシタ
812、出力側DCカット用キャパシタ813が挿入さ
れている。
ダクタ814、入力整合用並列キャパシタ815、入力
整合用直列インダクタ816から構成され、入力整合用
並列キャパシタ815は入力整合回路用バイアホール8
21により接地されている。出力整合回路808は出力
整合用直列インダクタ817、出力整合用並列キャパシ
タ818から構成され、出力整合用並列キャパシタ81
8は出力整合回路用バイアホール822により接地され
ている。ドレイン電圧給電回路807はチョークインダ
クタ819、バイパスキャパシタ820から構成され、
バイパスキャパシタ820はドレイン電圧給電回路用バ
イアホール823により接地されている。
備えた高周波受動回路のパターン図であり、それぞれ入
力整合回路806とドレイン電圧給電回路807を示し
ており、図8(3)はその断面図(A−A’)を示して
いる。以下では、入力整合回路806とドレイン電圧給
電回路807の共通部分について、入力整合回路806
を取り上げて説明する。
整合回路806の構成素子は、半導体基板としてGaA
s基板824上に形成される。入力整合用並列インダク
タ814と入力整合用直列インダクタ816はスパイラ
ル形状をした電極パターン、入力整合用並列キャパシタ
815はMIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタ
パターンを用いる。
に示すようにGaAs基板824上にシリコンオキサイ
ド(SiO)などの絶縁膜834を介して形成される。
即ち、スパイラル状電極パターンは、金/チタン蒸着な
どの下層配線金属層831と金メッキなどの上層配線金
属層830がシリコンナイトライド(SiN)などの層
間絶縁膜832を介してコンタクトホール833により
接続された構造である。
金属層831から引き出された電極の先端上に、高誘電
体層828として誘電率100以上であるチタン酸スト
ロンチウム(SrTiO3:STO)を介して、上層配線金属
829を金/チタン蒸着などにより形成した構造であ
る。上層配線金属829から引き出された電極は図8−
2に示すように、バイヤーホール上の接地金属層826
と接続されている。
aAs基板824の主面(回路素子が形成されている
面)からエッチング形成する方法(以下、表面バイアホ
ールと略する。)、あるいはGaAs基板824の反対
主面からエッチング形成する方法(以下、裏面バイアホ
ールと略する。)を適用して形成される。バイアホール
821の内壁は、裏面接地金属829と導通した導電膜
が形成され、接地金属層826を介してMIMキャパシ
タ用上層配線金属829と電気的に接続されている。
圧給電回路807の構成素子は、半導体基板としてGa
As基板824上に形成される。チョークインダクタ8
19はスパイラル状電極パターン、バイパスキャパシタ
820はMIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタ
パターンを用いる。ドレイン電圧給電回路用バイアホー
ル823は表面バイアホール、あるいは裏面バイアホー
ルを適用して形成される。
端子825は、スパイラル状電極パターンの下層配線金
属層831から引出し配線835によりドレイン電圧端
子836を引出すことで構成できる。以上の構成におい
て、高周波受動回路を構成する素子であるスパイラルイ
ンダクタ、MIMキャパシタ、バイアホールはGaAs
基板上にそれぞれ個別に形成されるとともに、図8(2
A)、図8(2B)から看守できるように、2次元平面
上異なった位置に配置されている。そして、それぞれの
素子が配線で接続されおり、上記で述べた入力整合回路
808とドレイン電圧給電回路807を用いて高周波増
幅器を構成している。
周波増幅器乃至は高周波受動回路は、入力整合回路806
とドレイン電圧給電回路807を構成する素子であるスパ
イラルインダクタ、MIMキャパシタ、バイアホールがGaA
s基板に対してそれぞれ個別に、2次元的に配置されてい
るために、占有面積が大きくなり、高周波受動回路、お
よび高周波増幅器の小型化を妨げるという問題がある。
を備えた高周波受動回路および高周波増幅器の小型化を
実現可能にすることを目的とするものである。
してバイアホールを備えた高周波受動回路および高周波
増幅器の小型化を実現可能にするために、本発明のバイ
アホールを備えた高周波受動回路は、半導体基板の主面
上に形成されたスパイラルインダクタと、半導体基板の
主面から半導体基板を貫通しているバイアホールとを備
え、上記バイアホールは、上記スパイラルインダクタに
隣接して配されるとともに、当該バイアホールの内部の
接地金属層上に高誘電体層、配線金属層がその順に積層
形成されて、接地金属層と配線金属層との間で容量素子
を確保しており、上記スパイラルインダクタの一端がス
パイラルインダクタの外部領域に引き出されて上記配線
金属層と電気的に接続されていることを特徴としてい
る。
アホールを備えた高周波受動回路を、整合回路として、
またはバイアス給電回路の高周波チョークとして構成す
ることを特徴としている。また、本発明のバイアホール
を備えた高周波受動回路は、半導体基板の主面上に形成
されたスパイラルインダクタと、半導体基板の主面から
半導体基板を貫通しているバイアホールとを備え、上記
バイアホールは、上記スパイラルインダクタに隣接して
配されていると共に、当該バイアホールの内部の接地金
属層上に第一の高誘電体層、第一の配線金属層、第二の
高誘電体層、第二の配線金属層がこの順に形成され、上
記接地金属層と第一の配線金属層との間で第一の容量素
子を、上記第一の配線金属層と第二の配線金属層との間
で第二の容量素子をそれぞれ構成し、上記接地金属層と
上記第二の配線金属層が電気的に接続されて、接地金属
層と第一の配線金属層との間で、第一の容量素子と第二
の容量素子の和の静電容量を確保しており、更に、上記
スパイラルインダクタの一端がスパイラルインダクタの
外部領域に引き出されて上記第一の配線金属層と電気的
に接続されていることを特徴としている。
アホールを備えた高周波受動回路を、整合回路として、
またはバイアス給電回路の高周波チョークとして構成す
ることを特徴としている。また、本発明のバイアホール
を備えた高周波受動回路は、半導体基板を貫通して形成
されたバイアホールの、半導体基板の一方の主面側にあ
る金属層が当該主面に沿って延長され、当該延長部分の
上に高誘電体層を介してスパイラル状をした金属層から
なるインダクタが形成されていることを特徴としてい
る。ここで、上記金属層の延長部分は、その上方のスパ
イラル状インダクタと並行したスパイラル状に形成する
ことができる。
アホールを備えた高周波受動回路を、整合回路として、
またはバイアス給電回路の高周波チョークとして構成す
ることを特徴としている。また、本発明のバイアホール
を備えた高周波受動回路は、半導体基板を貫通してバイ
アホールが形成され、当該バイアホールの、半導体基板
の一方の主面上にある金属層を覆って高誘電体層が形成
され、上記誘電体層上にスパイラル状金属層からなるイ
ンダクタが、上記金属層と一部が対向する状態で形成さ
れ、対向部分においてバイアホールとインダクタとの間
に容量素子を確保していることを特徴としている。
アホールを備えた高周波受動回路を整合回路として、ま
たはバイアス給電回路の高周波チョークとして構成した
ことを特徴としている。また、本発明のバイアホールを
備えた高周波受動回路は、半導体基板の反対側主面から
半導体基板を貫通しているバイアホールを備え、上記バ
イアホールの半導体基板の主面側の第一の金属層上に高
誘電体層を有し、上記高誘電体層上に第二の金属層が形
成され、第一の金属層と第二の金属層との間で容量素子
を確保していることを特徴としている。
波受動回路の第二の金属層が、電界効果型トランジスタ
のゲート接地回路のゲート端子に電気的に接続され、ま
たは、パイポーラトランジスタのベース接地回路のベー
ス端子に電気的に接続され、または、上記抵抗素子の一
端であって上記第二の金属層が電気的に接続されている
端子が、電界効果型トランジスタのソース端子に電気的
に接続されて、セルフバイアス回路を構成していること
を特徴としている。
波受動回路は、半導体基板を貫通してバイアホールを形
成し、上記バイアホールの内部の接地金属層上に高誘電
体層、配線金属層をこの順に積層して接地金属層と配線
金属層との間で容量素子を確保していることを特徴とし
ている。また、本発明の高周波増幅器は、上記高周波受
動回路の配線金属層が、電界効果型トランジスタのゲー
ト接地回路のゲート端子に電気的に接続されているか、
或は、上記高周波受動回路の配線金属層が、パイポーラ
トランジスタのベース接地回路のベース端子に電気的に
接続されており、或は、上記高周波受動回路に抵抗素子
が、その一方の端子に上記接地金属層を接続し、他方の
端子に上記配線金属層を接続した状態で、配されてお
り、その抵抗素子の一端であって上記配線金属層が電気
的に接続されている端子が、電界効果型トランジスタの
ソース端子に電気的に接続されて、セルフバイアス回路
を構成していることを特徴としている。
波受動回路は、半導体基板を貫通してバイアホールが形
成され、当該バイアホールの内部の接地金属層上に第一
の高誘電体層、第一の配線金属層、第二の高誘電体層、
第二の配線金属層をこの順に積層形成し、上記接地金属
層と第一配線金属層との間で第一の容量素子を、上記第
一の配線金属層と第二の配線金属層との間で第二の容量
素子を夫々確保し、上記接地金属層と上記第二の配線金
属層が電気的に接続されて、接地金属層と第一の配線金
属層との間で、第一の容量素子と第二の容量素子の和の
静電容量を確保していることを特徴としている。
アホールを備えた高周波受動回路の第一の配線金属層
が、電界効果型トランジスタのゲート接地回路のゲート
端子に電気的に接続されているか、あるいは、第一の配
線金属層が、パイポーラトランジスタのベース接地回路
のベース端子に電気的に接続されている、または、上記
高周波受動回路に抵抗素子を配して、上記抵抗素子の一
方の端子に上記第二の配線金属層あるいは上記接地金属
層が電気的に接続され、上記抵抗素子の他方の端子に上
記第一の配線金属層が電気的に接続されているととも
に、上記抵抗素子の上記第二の配線金属層と電気的に接
続されている端子が、電界効果型トランジスタのソース
端子に電気的に接続されて、セルフバイアス回路を構成
していることを特徴としている。
バイアホールを備えた高周波受動回路および高周波増幅
器について、図面を参博しながら詳細に説明する。 (実施の形態1)図1(1)〜(3)は本発明のバイアホー
ルを備えた高周波受動回路および高周波増幅器の第1の
実施の形態を説明するための図面である。
動回路および高周波増幅器の回路図である。この回路
は、図8(1)に示した回路と基本的に同じであり、部
品、部材を示す番号が異なるだけであるので、説明は省
略する。図1(2A)、(2B)は、本発明の第1の実施形態
として、図1(1)中の入力整合回路部125とドレイン電
圧給電回路107を基板上において実現する構造を示す平
面図である。
ある。入力整合回路部125の構成素子である入力整合用
並列インダクタ114はスパイラル状電極パターン、入力
整合用並列キャパシタ115はMIMキャパシタを用い、GaAs
基板124の主面から表面バイアホールを適用して形成さ
れる入力整合回路用バイアホール121内部に入力整合用
並列キャパシタ115を形成している。
に詳細に説明する。GaAs基板124の裏面には全面に亘っ
て裏面接地金属層127が形成され、表面側の所望する部
分にシリコンオキサイド(SiO)等の絶縁層134が形成さ
れている。絶縁層134の存在しない表面部分にはエッチ
ングによりバイヤホール121が形成されている。前記絶
縁層134の上には、金メッキなどによりスパイラル状の
下層配線金属層131が形成され、その上にシリコンナイ
トランド(SiN)等の層間絶縁膜132を介して、金/チタ
ン蒸着などにより上層配線金属層130が形成されてい
る。上層配線金属層130は、図1(2A)に示すように直線
状をしている。この上層配線金属層130と下層配線金属
層131とは、層間絶縁膜132を貫通して設けたコンタクト
ホール133により接続されていて、両者により等価的に
入力整合用並列インダクタ114を構成している。
下層から接地金属層126、高誘電体層128、容量素子用第
1配線金属層129の3層構造膜が形成されている。接地金
属層126は、バイヤホール底面において裏面接地金属層1
27と接触しており、GaAs基板124表面側においてバイヤ
ホール周縁近傍に広がっている。高誘電体層128は、例
えば、誘電率100以上あるチタン酸ストロンチウム(SrT
iO3:STO)が用いられている。容量素子用第1配線金属
層129は、金/チタン蒸着などにより形成される。この
容量素子用第1配線金属層129は、層間絶縁膜132上を引
き出され、前記上層配線金属層130と一体接続されてい
る。前記した接地金属層128、高誘電体層128、容量素子
用第1配線金属層129の3層構造膜は、高誘電体層128の誘
電率、2つの金属層126、129の対向面積、対向間隔によ
って定まる静電容量を持った入力整合用並列キャパシタ
115を形成している。
の構成も、基本的に図1(2A)に示した入力整合回路と
同じである。異なっているところは、引出し配線135に
よりドレイン電圧端子136がスパイラルインダクタとド
レイン電圧給電回路用バイアホール123の聞から引き出
されている点だけである。従って、これ以上の説明は省
略する。
ホールの中に組み込む形で構成されているので、従来の
ように各素子を別々に配置構成していたものに比べて、
小型化に資するところ大である。なお、高周波増幅器の
能動素子として電界効果型トランジスタのみならず、バ
イポーラトランジスタ、MOSFETなどのデバイスでも良
い。
ているが、その他、ミキサ、VCOなどの広く高周波デバ
イスヘの適用が可能である。 (実施の形態2)図2(1)〜(3)は第2の実施の形態を
説明するための図面である。適用回路は、図1(1)と同
じなので示さない。図2(2A)が入力整合回路、図2(2
B)がドレイン電圧給電回路である。図2(3)は、それ
らの断面図である。
は、バイヤホール215内に形成する入力整合用並列キャ
パシタ215の静電容量を大きくした点である。即ち、バ
イヤホール215内壁に、下層から、接地金属層226、第一
の高誘電体層2281、容量素子用第一配線金属層2291、第
二の高誘電体層2282、容量素子用第二配線金属層2292の
5層からなる積層膜を形成し、この積層膜の、GaAs基板
上に延びた端縁一部において、第一の高誘電体層2281と
第二の高誘電体層2282とを同じ誘電材料を用いて接続
し、またその上から接地金属層226と容量素子用第二配
線金属層2292とを金属材料で接続したものである。各金
属膜、誘電体層材料は、第1の実施形態と同一材料が用
いられる。
素子用第二配線金属層2292とが容量素子用第一配線金属
層2291と対向することとなり、対向面積において、第1
の実施形態のそれの2倍近いものになる。従って、誘電
体層の誘電率が同じであれば、静電容量は第1の実施形
態の2倍近い値となるのである。それでいて全体の占有
面積は第1の実施形態と変わらないので、小型化を拐な
うことも無い。
実施の形態を説明するための図である。図3(1)は、第
3の実施の形態が適用される高周波増幅器の回路図を示
している。図からわかるように図8(1)の回路と同じで
ある。従って、詳細な説明は省略する。
受動回路として、入力整合回路部325とドレイン電圧給
電回路307の平面図である。図3(3)は、図3(2)の断
面図である。以下では、入力整合回路部325とドレイン
電圧給電回路307のうち、入力整合回路部325を取り上げ
て説明する。
O)などの絶縁膜334を介して、金/チタン蒸着などによ
り第一層配線金属層330を、平面視スパイラル状に形成
し、この第一層配線金属層330に沿って、誘電率100以上
であるチタン酸ストロンチウム(SrTiO3:STO)を用い
て高誘電体層328を、平面視ほぼ同一形状に形成し、さ
らにこの高誘電体層328上に沿って、金メッキ、金/チ
タン蒸着などにより第二層配線金属層331を、平面視ほ
ぼ同一形状に形成する。前記第一層配線金属層330のス
パイラル中心側端部は、図3−3のように、バイヤホール
上の接地金属層326と接続され、当該接地金属層326、バ
イヤホールを介して接地されている。
と第二層配線金属層331とが高誘電体層328を介して対向
していることにより、入力整合用並列キャパシタ315が
構成される。また、第二層配線金属層331がスパイラル
状をした長尺体となっているので、高周波に対してイン
ダクタ要素を持ち、入力整合用並列インダクタ314を構
成する。従って、図3(2)、(3)の構成は、キャパシ
タの一端が接地され、他端がインダクタと接続された回
路となり、等価的に図3(1)の入力整合回路部325、ド
レイン電圧給電回路307を構成することができる。
実施の形態を説明する図である。図4(1)は本実施の形
態が適用される高周波受動回路および高周波増幅器の回
路図である。図4(1)を見れば明らかなように、図8
(1)の回路と同じである。従って、説明は省略する。
中、入力整合回路部425とドレイン電圧給電回路407を構
成した回路パターンを示す平面図である。図4(2A)
は、入力整合回路部425の平面図であり、図4(2B)は、
ドレイン電圧給電回路407の平面図であり、図4(3)
は、それらの断面図である。以下では、入力整合回路部
425とドレイン電圧給電回路407は共通部分が多いので、
入力整合回路部425を代表例として取り上げて説明す
る。
ラルインダクタで構成される入力整合用並列インダクタ
414の中央部付近の下方に配置されている。入力整合回
路用バイアホール421は、GaAs基板424の裏面から裏面バ
イアホールを適用して形成され、金メッキあるいは、金
/チタン蒸着などにより形成されるバイアホール上の接
地金属層426は、GaAs基板424の裏面接地金属層427と導
通している。
とほぼ同一形状をした高誘電体層428、たとえば誘電率1
00以上であるチタン酸ストロンチウム(SrTiO3:STO)
を形成し、この高誘電体層428上に下層配線金属429を金
/チタン蒸着などにより形成する。前記接地金属層42
6、高誘電体層428、下層配線金属429によって形成され
るMIMキャパシタによって、入力整合用並列キャパシタ4
15が構成される。
には、シリコンオキサイド(SiO)などの層間絶縁膜43
2、絶縁膜434が形成され、その上に、金/チタン蒸着な
どによりスパイラル状をした上層配線430が形成されて
いる。この上層配線430のスパイラル中央部は、コンタ
クトホール433により下層配線金属429と導通されてい
て、上層配線430と下層配線金属429とでスパイラルイン
ダクタを形成している。
様、キャパシタの一端が接地され、他端がインダクタと
接続された回路となり、等価的に図4(1)の入力整合回
路部425を構成することができる。 (実施の形態5)図5(1)〜(3)は、第5の実施の形態
を説明するための図面である。
る高周波増幅器の回路図を示している。図5(1)は、ゲ
ート接地型電界効果型トランジスタを用いた高周波増幅
器の回路図である。電界効果型トランジスタ501のゲー
ト端子502には、バイパスキャパシタ536とゲート電圧端
子537が接続され、バイパスキャパシタ536は接地用バイ
アホール539により接地されている。ソース端子504には
入力整合回路506と、チョークインダクタ540、そしてそ
の端子にソース電圧端子538が接続され、ドレイン端子5
03には出力整合回路508とチョークインダクタ519、バイ
パスキャパシタ520が接続されている。入力端子510と出
力端子511は50Ωインピーダンス系となっており、入力
整合回路506、出力整合回路508は50Ωに対して整合され
ている。
については、第1、2、3、4の実施の形態で説明した構成
を適用できる。図5(2)は、ベース接地型バイポーラト
ランジスタを用いた高周波増幅器の回路図である。バイ
ポーラトランジスタ541のベース端子542には、バイパス
キャパシタ536とベース電圧端子543が接続され、バイパ
スキャパシタ536は接地用バイアホール539により接地さ
れている。エミッタ端子544には入力整合回路506と、チ
ョークインダクタ540、そしてその端子にエミッタ電圧
端子545が接続され、コレタタ端子546には出力整合回路
508とチョークインダクタ519、バイパスキャパシタ520
が接続されている。入力端子510と出力端子511は50Ωイ
ンピーダンス系となっており、入力整合回路506、出力
整合回路508は50Ωに対して整合されている。
については、第1、2、3、4の実施の形態で説明した構成
を適用できる。図5(3)はセルフバイアス方式のソース
接地型電界効果型トランジスタを、用いた高周波増幅器
の回路図である。電界効果型トランジスタ501のゲート
端子502には、ゲートバイアス抵抗505、入力整合回路50
6が接続され、ソース端子504にはセルフバイアス抵抗54
7、セルフバイアスバイパスキヤパシタ548が接続され、
接地用バイアホール538により接地されている。ドレイ
ン端子503には出力整合回路508とチョークインダクタ51
9、バイパスキャパシタ520が接続されている。入力端子
510と出力端子511は50Ωインピーダンス系となってお
り、入力整合回路506、出力整合回路508は50Ωに対して
整合されている。
については、第1、2、3、4の実施の形態で説明した構成
を適用できる。図5(4)は、上記各回路中の、一端がバ
イヤホールを通じて接地されたキヤパシタを構成する回
路パターンを示す断面図である。上記図5(1)、
(2)、(3)の接地用バイアホール539は、図5(2)に
示すように、GaAs基板524の裏面から裏面バイアホール
を適用して形成され、金メッキあるいは、金/チタン蒸
着などにより形成されるバイアホールの接地金属層526
はGaAs基板524の裏面接地金属層527と導通している。
電率100以上であるチタン酸ストロンチウム(SrTiO3:S
TO)を形成して、この高誘電体層528上に配線金属529を
金/チタン蒸着などにより形成する。接地金属層526、
高誘電体層528、配線金属529を用いて得られるMIMキャ
パシタによりバイパスキャパシタ536、セルフバイアス
バイパスキャパシタ548が構成されている。
金属529をゲート端子502と電気的に接続することにより
得られる。また、上記図5(3)の回路構成は、セルフバ
イアス、抵抗547の一方の端子に配線金属529、そしても
う一方の端子に接地金属層526を電気的に接続すること
により得られる。或は、高誘電体層528の周辺の絶縁層5
34を抵抗層とし、セルフバイアス抵抗547の代用とする
こともできる。
シタが基板上同一位置に形成されることとなり、小型化
に資する。 (実施の形態6)図6(1)、(2)は、第6の実施の形態
を説明するための図面である。図6(1)は、第6の実施
の形態が適用される高周波増幅器の回路図を示してい
る。図6(1)は、図5(2)と同一であり、図6(2)は、
図5(3)と同一であるので、回路の説明は省略する。
については、本発明の第1、2、3、4の実施の形態で説明
した回路(図1(1)、2(1)、3(1)、4(1))を適用
できる。図6(2)は第6の実施形態を示す断面図であ
る。上記図6(1)、(2)、(3)の接地用バイアホール
638は、GaAs基板624の主面から表面バイアホールを適用
して形成され、接地用バイアホール638内部にバイパス
キャパシタ636、セルフバイアスバイパスキャパシタ648
を形成している。接地金属層626は接地用バイアホール6
38の内部および上部の周辺部に、金メッキあるいは、金
/チタン蒸着などにより形成され、GaAs基板624の裏面
接地金属層627と導通している。接地金属層626上に高誘
電体層628として誘電率100以上であるチタン酸ストロン
チウム(SrTiO3:STO)を形成して、この高誘電体層628
上に容量素子用第一配線金属層629を金/チタン蒸着な
どにより形成する。これにより接地金属層626、容量素
子用第一配線金属層629、高誘電体層628により容量素子
としてバイパスキャパシタ636、セルフバイアスバイパ
スキャパシタ648が形成される。
の実施の形態を示す図である。本実施の形態が第6の実
施の形態と異なるところは、キャパシタの容量を増大し
た点である。これ以外の構成は、第6の実施の形態と同
じであるので、説明を省略し、キャパシタの構成だけ説
明する。図7(3)に示すように、接地用バイアホール73
8はGaAs基板724の主面から表面バイアホールを適用して
形成され、内部にバイパスキャパシタを形成している。
接地金属層726は接地用バイアホール738の内部、および
上部の周辺部に金メッキあるいは、金/チタン蒸着など
により形成され、GaAs基板724の裏面接地金属層727と導
通している。接地金属層726上に第一の高誘電体層7281
として誘電率100以上であるチタン酸ストロンチウム(S
rTiO3:STO)を形成して、この第一の高誘電体層7281上
に容量素子用第一配線金属層7291を金/チタン蒸着など
により形成する。
に第二の高誘電体層7282として誘電率100以上であるチ
タン酸ストロンチウム(SrTiO3:STO)を形成して、こ
の第二の高誘電体層7282上に容量素子用第二配線金属層
7292を金/チタン蒸着などにより形成する。接地金属層
726と容量素子用第二配線金属層7292が電気的に接続さ
れている。
一配線金属層7291、第一の高誘電体層7281により第一の
容量素子、そして容量素子用第一配線金属層7291、容量
素子用第二配線金属層7292、第二の高誘電体層7282によ
り第二の容量素子が形成され、等価回路的には第一の容
量素子と第二の容量素子が並列に接続された状態(容量
値は第一の容量素子と第二の容量素子の和)で、バイパ
スキャパシタが形成されている。
ールを備えた高周波受動回路は、半導体基板の主面上に
形成されたスパイラルインダクタと、半導体基板の主面
から半導体基板を貫通しているバイアホールとを備え、
上記バイアホールは、上記スパイラルインダクタに隣接
して配されるとともに、当該バイアホールの内部の接地
金属層上に高誘電体層、配線金属層がその順に積層形成
されて、接地金属層と配線金属層との間で容量素子を確
保しており、上記スパイラルインダクタの一端がスパイ
ラルインダクタの外部領域に引き出されて上記配線金属
層と電気的に接続されているものであるから、バイアホ
ールの中にキャパシタを一体的に組み込むことができ、
この結果、スパイラルインダクタ、キャパシタ、バイア
ホールが半導体基板に対して3次元的に配置されて、そ
の占有面積が削減されることにより高周波受動回路、お
よびそれを主要素とした高周波増幅器の小型化を図るこ
とができるという効果を有する。
波受動回路は、半導体基板の主面上に形成されたスパイ
ラルインダクタと、半導体基板の主面から半導体基板を
貫通しているバイアホールとを備え、上記バイアホール
は、上記スパイラルインダクタに隣接して配されている
と共に、当該バイアホールの内部の接地金属層上に第一
の高誘電体層、第一の配線金属層、第二の高誘電体層、
第二の配線金属層がこの順に形成され、上記接地金属層
と第一の配線金属層との間で第一の容量素子を、上記第
一の配線金属層と第二の配線金属層との間で第二の容量
素子をそれぞれ構成し、上記接地金属層と上記第二の配
線金属層が電気的に接続されて、接地金属層と第一の配
線金属層との間で、第一の容量素子と第二の容量素子の
和の静電容量を確保しており、更に、上記スパイラルイ
ンダクタの一端がスパイラルインダクタの外部領域に引
き出されて上記第一の配線金属層と電気的に接続されて
いるものであるから、上記と同様、スパイラルインダク
タ、キャパシタ、バイアホールの3次元的な配置によ
り、高周波受動回路、および高周波増幅器の小型化を図
れるといった効果を有すると共に、静電容量を、占有面
積を増大させることなく増大することができ、特に、高
周波増幅器のバイアス給電回路のように大容量を必要と
する回路の設計が容易になるといった効果を併せ持つ。
波受動回路は、半導体基板を貫通して形成されたバイア
ホールの、半導体基板の一方の主面側にある金属層が当
該主面に沿って延長され、当該延長部分の上に高誘電体
層を介してスパイラル状をした金属層からなるインダク
タが形成されているものであるから、バイアホールの、
半導体基板の一方の主面側にある金属層の延長部分とス
パイラル状をした金属層とが高誘電体層を介して対向す
ることにより、静電容量を確保し、その上にスパイラル
インダクタが配置されていることとなり、スパイラルイ
ンダクタ、キャパシタ、バイアホールの3次元的な配置
が実現し、占有面積の低減に寄与し、高周波受動回路、
および高周波増幅器の小型化を図ることができる。
波受動回路は、半導体基板を貫通してバイアホールが形
成され、当該バイアホールの、半導体基板の一方の主面
上にある金属層を覆って高誘電体層が形成され、上記誘
電体層上にスパイラル状金属層からなるインダクタが、
上記金属層と一部が対向する状態で形成され、対向部分
においてバイアホールとインダクタとの間に容量素子を
確保しているものであるから、スパイラルインダクタ、
キャパシタ、バイアホールが半導体基板内から上におい
て3次元的に配置されることになり、占有面積の削減、
高周波受動回路、および高周波増幅器の小型化に資する
ところ大である。
波受動回路は、半導体基板の反対側主面から半導体基板
を貫通してバイアホールを形成し、上記バイアホールの
半導体基板の主面側の第一の金属層上に高誘電体層を有
し、上記高誘電体層上に第二の金属層が形成され、第一
の金属層と第二の金属層との間で容量素子を確保してい
るものであるから、キャパシタとバイアホールが半導体
基板上で3次元的に配置されて、その占有面積が削減さ
れ、高周波受動回路、および高周波増幅器の小型化を図
ることができる。
波受動回路は、半導体基板を貫通してバイアホールを形
成し、上記バイアホールの内部の接地金属層上に高誘電
体層、配線金属層をこの順に積層して接地金属層と配線
金属層との間で容量素子を確保しているものであるか
ら、バイアホールの中にキャパシタを組み込むことがで
き、高周波受動回路およびそれを主たる要素として用い
た高周波増幅器の一層の小型化に資するものである。
波受動回路は、半導体基板を貫通してバイアホールが形
成され、当該バイアホールの内部の接地金属層上に第一
の高誘電体層、第一の配線金属層、第二の高誘電体層、
第二の配線金属層をこの順に積層形成し、上記接地金属
層と第一配線金属層との間で第一の容量素子を、上記第
一の配線金属層と第二の配線金属層との間で第二の容量
素子を夫々確保し、上記接地金属層と上記第二の配線金
属層が電気的に接続されて、接地金属層と第一の配線金
属層との間で、第一の容量素子と第二の容量素子の和の
静電容量を確保しているものであるから、上記と同様高
周波受動回路、高周波増幅器の小型化が実現すると共
に、それでいて、更に、静電容量の大容量化も図れると
いった効果が有る。
えた高周波受動回路および高周波増幅器の説明図であ
り、(1)は、本実施の形態の高周波受動回路が適用さ
れる高周波回路図、(2A)は、高周波受動回路の一例と
して整合回路を構成する電極パターンの平面図、(2B)
は、高周波受動回路の他の一例としてバイアス給電回路
を構成する電極パターンの平面図、(3)は、2A)の断
面図である。
えた高周波受動回路および高周波増幅器の説明図であ
り、(1)は、本実施の形態の高周波受動回路が適用さ
れる高周波回路図、(2A)は、高周波受動回路の一例と
して整合回路を構成する電極パターンの平面図、(2B)
は、高周波受動回路の他の一例としてバイアス給電回路
を構成する電極パターンの平面図、(3)は、(2A)の
断面図である。
えた高周波受動回路および高周波増幅器の説明図であ
り、(1)は、本実施の形態の高周波受動回路が適用さ
れる高周波回路図、(2)は、高周波受動回路の一例と
して整合回路を構成する電極パターンの平面図、(3)
は、(2)の断面図である。
えた高周波受動回路および高周波増幅器の説明図であ
り、(1)は、本実施の形態の高周波受動回路が適用さ
れる高周波回路図、(2A)は、高周波受動回路の一例と
して整合回路を構成する電極パターンの平面図、(2B)
は、高周波受動回路の他の一例としてバイアス給電回路
を構成する電極パターンの平面図、(3)は、(2A)の
断面図である。
えた高周波受動回路および高周波増幅器の説明図であ
り、(1)(2)(3)は、夫々高周波増幅回路の回路
図、(4)は、上記各回路に適用される受動回路をGaAs
基板に形成した状態を示す断面図である。
えた高周波受動回路および高周波増幅器の説明図であ
り、(1)(2)は、夫々高周波増幅回路の回路図、
(3)は、上記各回路に適用される受動回路をGaAs基板
に形成した状態を示す断面図である。
えた高周波受動回路および高周波増幅器の説明図であ
り、(1)(2)は、夫々高周波増幅回路の回路図、
(3)は、上記各回路に適用される受動回路をGaAs基板
に形成した状態を示す断面図である。
動回路および高周波増幅器の説明図であり(1)は高周
波回路図、(2A)は、同回路中の整合回路を基板上に構
成したものを示す平面図、(2B)は、上記回路中のバイ
アス給電回路を基板上に構成したものを示す平面図、
(3)は、(2B)の断面図である。
Claims (26)
- 【請求項1】半導体基板の主面上に形成されたスパイラ
ルインダクタと、半導体基板の主面から半導体基板を貫
通しているバイアホールとを備え、 上記バイアホールは、上記スパイラルインダクタに隣接
して配されるとともに、当該バイアホールの内部の接地
金属層上に高誘電体層、配線金属層がその順に積層形成
されて、接地金属層と配線金属層との間で容量素子を構
成しており、 上記スパイラルインダクタの一端がスパイラルインダク
タの外部領域に引き出されて上記配線金属層と電気的に
接続されていることを特徴とするバイアホールを備えた
高周波受動回路。 - 【請求項2】上記スパイラルインダクタは、上層配線金
属層と下層配線金属層との2層構造をし、少なくとも一
方の金属層が、スパイラル状に形成されると共に、両金
属層がコンタクトホールを介して接続されていることを
特徴とする請求項1記載の高周波受動回路。 - 【請求項3】請求項1または2に記載のバイアホールを
備えた高周波受動回路が整合回路若しくはバイアス給電
回路の高周波チョークとして構成されていることを特徴
とするバイアホールを備えた高周波増晦器。 - 【請求項4】半導体基板の主面上に形成されたスパイラ
ルインダクタと、半導体基板の主面から半導体基板を貫
通しているバイアホールとを備え、 上記バイアホールは、上記スパイラルインダクタに隣接
して配されていると共に、当該バイアホールの内部の接
地金属層上に第一の高誘電体層、第一の配線金属層、第
二の高誘電体層、第二の配線金属層がこの順に形成さ
れ、上記接地金属層と第一の配線金属層との間で第一の
容量素子を、 上記第一の配線金属層と第二の配線金属層との間で第二
の容量素子をそれぞれ構成し、上記接地金属層と上記第
二の配線金属層が電気的に接続されて、接地金属層と第
一の配線金属層との間で、第一の容量素子と第二の容量
素子の和の静電容量を確保しており、 更に、上記スパイラルインダクタの一端がスパイラルイ
ンダクタの外部領域に引き出されて上記第一の配線金属
層と電気的に接続されていることを特徴とするバイアホ
ールを備えた高周波受動回路。 - 【請求項5】上記スパイラルインダクタは、上層配線金
属層と下層配線金属層との2層構造をし、少なくとも一
方の金属層が、スパイラル状に形成されると共に、両金
属層がコンタクトホールを介して接続されていることを
特徴とする請求項4記載の高周波受動回路。 - 【請求項6】請求項4または5に記載のバイアホールを
備えた高周波受動回路が、整合回路またはバイアス給電
回路の高周波チョークとして構成されていることを特徴
とするバイアホールを備えた高周波増幅器。 - 【請求項7】半導体基板を貫通して形成されたバイアホ
ールの、半導体基板の一方の主面側にある金属層が当該
主面に沿って延長され、当該延長部分の上に高誘電体層
を介してスパイラル状をした金属層からなるインダクタ
が形成されていることを特徴とするバイアホールを備え
た高周波受動回路。 - 【請求項8】請求項7記載のバイアホールを備えた高周
波受動回路において、上記金属層の延長部分は、その上
方のスパイラル状インダクタと平行したスパイラル状を
していることを特徴とするバイアホールを備えた高周波
受動回路。 - 【請求項9】請求項7に記載のバイアホールを備えた高
周波受動回路が、整合回路またはバイアス給電回路の高
周波チョークとして構成されていることを特徴とするバ
イアホールを備えた高周波増幅器。 - 【請求項10】半導体基板を貫通してバイアホールが形
成され、当該バイアホールの、半導体基板の一方の主面
上にある金属層を覆って高誘電体層が形成され、上記誘
電体層上にスパイラル状金属層からなるインダクタが、
上記金属層と一部が対向する状態で形成され、対向部分
においてバイアホールとインダクタとの間に容量素子を
確保していることを特徴とするバイアホールを備えた高
周波受動回路。 - 【請求項11】請求項10に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路が、整合回路またはバイアス給電回路
の高周波チョークとして構成されていることを特徴とす
るバイアホールを備えた高周波増幅器。 - 【請求項12】半導体基板の反対側主面から半導体基板
を貫通しているバイアホールを備え、上記バイアホール
の半導体基板の主面側の第一の金属層上に高誘電体層を
有し、上記高誘電体層上に第二の金属層が形成され、第
一の金属層と第二の金属層との間で容量素子を確保して
いることを特徴とするバイアホールを備えた高周波受動
回路。 - 【請求項13】
.請求項12記載のバイアホールを備えた高周波受動
回路に抵抗素子を配して、上記抵抗素子の一方の端子に
上記第一の金属層が電気的に接続され、上記抵抗素子の
他方の端子に上記第二の金属層が電気的に接続されてい
ることを特徴とするバイアホールを備えた高周波受動回
路。 - 【請求項14】請求項12に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、第二の金属層が、電界効果
型トランジスタのゲート接地回路のゲート端子に電気的
に接続されていることを特徴とするバイアホールを備え
た高周波増幅器。 - 【請求項15】請求項12に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、第二の金属層が、バイポー
ラトランジスタのベース接地回路のベース端子に電気的
に接続されていることを特徴とするバイアホールを備え
た高周波増幅器。 - 【請求項16】請求項13に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、上記抵抗素子の上記第二の
金属層が電気的に接続されている端子が、電界効果型ト
ランジスタのソース端子に電気的に接続されて、セルフ
バイアス回路を構成していることを特徴とするバイアホ
ールを備えた高周波増幅器。 - 【請求項17】半導体基板を貫通してバイアホールを形
成し、上記バイアホールの内部の接地金属層上に高誘電
体層、配線金属層をこの順に積層して接地金属層と配線
金属層との間で容量素子を確保していることを特徴とす
るバイアホールを備えた高周波受動回路。 - 【請求項18】請求項17に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路に抵抗素子が、その一方の端子に上記
接地金属層を接続し、他方の端子に上記配線金属層を接
続した状態で、配されていることを特徹とするバイアホ
ールを備えた高周波受動回路。 - 【請求項19】請求項17に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、配線金属層が、電界効果型
トランジスタのゲート接地回路のゲート端子に電気的に
接続されていることを特徴とするバイアホールを備えた
高周波増幅器。 - 【請求項20】請求項17に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、配線金属層が、バイポーラ
トランジスタのベース接地回路のベース端子に電気的に
接続されていることを特徴とするバイアホールを備えた
高周波増幅器。 - 【請求項21】請求項18に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、上記抵抗素子の上記配線金
属層が電気的に接続されている端子が、電界効果型トラ
ンジスタのソース端子に電気的に接続されて、セルフバ
イアス回路を構成していることを特徴とするバイアホー
ルを備えた高周波増幅器。 - 【請求項22】半導体基板を貫通してバイアホールが形
成され、当該バイアホールの内部の接地金属層上に第一
の高誘電体層、第一の配線金属層、第二の高誘電体層、
第二の配線金属層をこの順に積層形成し、上記接地金属
層と第一配線金属層との間で第一の容量素子を、上記第
一の配線金属層と第二の配線金属層との間で第二の容量
素子を夫々確保し、上記接地金属層と上記第二の配線金
属層が電気的に接続されてい、接地金属層と第一の配線
金属層との間で、第一の容量素子と第二の容量素子の和
の静電容量を確保していることを特徴とするバイアホー
ルを備えた高周波受動回路。 - 【請求項23】請求項22に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路に抵抗素子を配して、上記抵抗素子の
一方の端子に上記第二の配線金属層あるいは上記接地金
属層が電気的に接続され、上記抵抗素子の他方の端子に
上記第一の配線金属層が電気的に接続されていることを
特徴とするバイアホールを備えた高周波受動回路。 - 【請求項24】請求項22に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、第一の配線金属層が、電界
効果型トランジスタのゲート接地回路のゲート端子に電
気的に接続されていることを特徴とするバイアホールを
備えた高周波増幅器。 - 【請求項25】請求項23に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、第一の配線金属層が、バイ
ポーラトランジスタのベース接地回路のベース端子に電
気的に接続されていることを特徴とするバイアホールを
備えた高周波増幅器。 - 【請求項26】請求項23に記載のバイアホールを備え
た高周波受動回路において、上記抵抗素子の上記第二の
配線金属層が電気的に接続されている端子が、電界効果
型トランジスタのソース端子に電気的に接続されて、セ
ルフバイアス回路を構成していることを特徴とするバイ
アホールを備えた高周波増幅器。
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