JP2002299554A - 高周波半導体装置 - Google Patents
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Abstract
た線路導体で形成したインダクタンス素子には寄生容量
が存在するため、高周波設計に寄生容量を考慮する必要
があった。 【解決手段】 インダクタンス素子直下の接地プレー
トを除去して間隙部を設けることによって接地電位との
間に介在する誘電体による寄生容量を解消することがで
き、特性の良好な高周波半導体装置を得ることができ
る。
Description
を用いたMMIC全般に関するものである。
イスを利用したMMIC(Monolithic Microwave Integrate
d Circuit )には、高周波信号を取り扱うため、通常の
シリコン集積回路などとは違い、配線には高周波導波路
が必要となる。このような高周波導波路としては、線路
特性が安定で分散特性(伝播定数の周波数依存性)が少
ないマイクロストリップ線路が使用される。また、MMIC
は受動デバイスとしてインダクタンス素子が必要である
が、基本的にはマイクロストリップ線路を使用したイン
ダクタンス素子が採用される。
したインダクタンス素子を示す平面図であり、図9は図
8の線分A-A'における断面図を示す図である。
ンス素子を示すものであり、このインダクタンス素子1
00は、線路導体1が蛇行した形状を有している。ま
た、その両端には伝送路となる線路導体1が接続されて
いる。
る。基板部分については、たとえばGaAsなどから構成さ
れ、能動デバイス(図示せず)が形成される半導体基板
2上にその表面を保護する表面絶縁膜3が設けられた構
造を持っている。そして、その上部に接地電位に接続さ
れる接地プレート4および樹脂絶縁膜材料などからなる
層間絶縁膜5が設けられている。層間絶縁膜5の表面に
は線路導体1が設けられ、線路導体1は接地プレート4
との間でストリップ線路を構成している。
来のインダクタンス素子は、伝送路の一部を単に蛇行さ
せることで構成されており、簡便に所望のインダクタン
スを得ることができる。しかしながら、このインダクタ
ンス素子には寄生容量が存在しており、高周波設計を行
う場合にその寄生容量を考慮する必要があった。
素子を提供することを目的とする。
子において寄生容量が存在していた理由は、伝送路の一
部を単に変形(蛇行など)するだけでインダクタンス素
子を構成していたことが原因である。
トがセットになって所望の伝送特性を得るものであるの
で、これを利用してインダクタンス素子を構成した場
合、そこには、接地プレートとの間に介在する層間絶縁
膜による寄生容量が付加されるのである。
図2は図1の線分A-A'における断面図である。
するため、インダクタンス素子100の領域に位置する
接地プレート4を除去して間隙部4a を設けるものであ
る。
00の直下には接地電位が存在しなくなるので、接地電
位との間に介在していた誘電体(層間絶縁膜5)による
寄生容量が解消される。
は接地プレート4が対向しないため、電気的には集中定
数的な扱いとなる。
板上に接地プレート、さらにその上に層間絶縁膜を介し
て線路導体とインダクタンス素子を設け、前記インダク
タンス素子直下の接地プレートを除去して間隙部を形成
することにより、前記インダクタンス素子と前記接地プ
レート間の寄生容量を低減するものである。
ダクタンス素子が一直線状の導体層からなるインダクタ
ンス素子である。
線状の導体層が屈曲してなるインダクタンス素子であ
る。
してなる導体層が蛇行した構造(メアンダ構造)のイン
ダクタンス素子である。
してなる導体層が螺旋構造(スパイラスパターン)のイ
ンダクタンス素子である。
イラルパターンの中心における導体層をエアブリッジに
よってスパイラルの外部へ引き出す構造のインダクタン
ス素子である。
イラルパターンの中心における導体層を層間絶縁膜を介
して多層配線構造でスパイラルの外側へ引き出すインダ
クタンス素子である。
イラルパターンの中心における導体層をスルーホールを
介してスパイラルパターンの下側へ引き出すインダクタ
ンス素子である。
ダクタンス素子が複数個直列に接続されてフィルタ素子
をなすものである。
状の導体層の直下に設ける間隙部を複数個とすることに
より、前記インダクタンス素子が複数個直列に接続した
フィルタ素子をなすものである。
クタンス素子の導体層と接地プレートの間の層間絶縁膜
に樹脂絶縁膜を用いる。樹脂絶縁膜は酸化膜や窒化膜に
比べ比誘電率が小さいために、インダクタンス素子の寄
生容量を更に小さくすることができる。
脂絶縁膜にポリイミドまたはベンゾシクロブテンを用い
て、寄生容量を小さくする。
路導体と前記層間絶縁膜を多層形成するインダクタンス
素子である。
を示すMMICの平面図である。
る。
体基板2を使用し、FETなどの能動デバイス(図示せ
ず)を形成した後、その表面に窒化シリコンからなる表
面絶縁膜3を設けている。そして、表面絶縁膜2上に接
地電位に接続される接地プレート4が設けられ、その上
に層間絶縁膜5が設けられる。層間絶縁膜はポリイミド
やベンゾシクロブテン(BCB)によって構成されてお
り、各層間絶縁膜5には所定パターンの線路導体1が設
けられる。線路導体1には金(Au)が使用され、スパッタ
リングや蒸着などによって被着した後、イオンミリング
やリフトオフによってパターンニングされる。
となる部分と伝送路200となる部分で表面上の違いは
ない。このような一直線の形状をもった伝送路200は
元来、所定のインダクタンスを持っているが、本実施例
のインダクタンス素子100では、さらにその直下の接
地プレート4が除去されて間隙部4a が設けられてい
る。この部分でのインダクタンスは、局所的に集中定数
的な線路として取り扱う。
されたインダクタンス100を得ることが出来る。
00における線路導体1は、一直線の形状を持っていた
が、一直線の形状を組み合わせてL 字型などのような構
造を採用することも出来る。また、図1で説明したメア
ンダ型はもちろん、図5に示すスパイラル型なども採用
できる。
パイラル型のインダクタンス素子である。
いわゆるスパイラルパターンを持っている。なお、この
例ではその一端がスパイラルの中心に位置するため、そ
こから電位を引き出すためにはスパイラルを構成する線
路導体1と交差する必要がある。このような引出しに
は、いわゆるエアブリッジによって空中配線するか、ま
たは層間絶縁膜によって多層配線構造を用いることがで
きる。また、スルーホールによってインダクタンス素子
100の下側から電位を引出すことも可能であり、たと
えばスパイラル構造の直下にこのインダクタンス素子と
接続される端子があれば、このスルーホールによって直
接接続することも出来る。
示す図である。
分A-A'における断面図である。
造を持っている。前記したように、本発明のインダクタ
ンス素子は、接地プレート4と対向していないため、電
気的には集中定数的な振舞いをもっているが、本実施例
では、それを複数配置することでフィルタ素子を実現す
るものである。
インダクタンス素子100が設けられた伝送線路と見な
すことができ、各インダクタンス素子100同士の間隔
(線路導体によって結合される距離)と、各インダクタ
ンス素子100の値との相関で特定の周波数に対するフ
ィルタが構成できるのである。
層の場合を示したが、これを層間絶縁膜5を介して多層
に設けた、いわゆる3次元MMICに本発明を採用すること
もできる。
ンダクタンス素子の直下には接地電位が存在しなくなる
ので、接地電位との間に介在する誘電体による寄生容量
を解消することができ、特性の良好な高周波半導体装置
を得ることができる。
8)
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体基板上に設けられた接地プレート
と、 前記接地プレート上に層間絶縁膜を介して設けられた線
路導体と、 前記線路導体に接続された導体層であって、その直下に
おいて前記接地プレートが除去された間隙部を有するイ
ンダクタンス素子と、 を備えることを特徴とする高周波半導体装置。 - 【請求項2】 前記インダクタンス素子の導体層は、一
直線の構造を有することを特徴とする請求項1記載の高
周波半導体装置。 - 【請求項3】 前記インダクタンス素子の導体層は、一
直線の構造を組み合わせた屈曲構造を有することを特徴
とする請求項2記載の高周波半導体装置。 - 【請求項4】 前記インダクタンス素子の導体層は、蛇
行した構造を有することを特徴とする請求項3記載の高
周波半導体装置。 - 【請求項5】 前記インダクタンス素子の導体層は、螺
旋構造を有するスパイラルパターンであることを特徴と
する請求項3記載の高周波半導体装置。 - 【請求項6】 前記スパイラルパターンの中心の導体層
は、エアブリッジによってスパイラルの外側へ引き出さ
れることを特徴とする請求項5記載の高周波半導体装
置。 - 【請求項7】 前記スパイラルパターンの中心の導体層
は、層間絶縁膜を介した多層配線構造によってスパイラ
ルの外側へ引き出されることを特徴とする請求項5記載
の高周波半導体装置。 - 【請求項8】 前記スパイラルパターンの中心の導体層
は、スルーホールを介してスパイラルの下側へ引き出さ
れることを特徴とする請求項5記載の高周波半導体装
置。 - 【請求項9】 前記インダクタンス素子が複数直列に接
続されてフィルタ素子をなすことを特徴とする請求項1
記載の高周波半導体装置。 - 【請求項10】 前記導体層が一直線の構造を有してお
り、その直下に複数の間隙部が配列されることで、前記
複数のインダクタンス素子をなすことを特徴とする請求
項9記載の高周波半導体装置。 - 【請求項11】 前記層間絶縁膜は樹脂絶縁材料である
ことを特徴とする請求項1記載の高周波半導体装置。 - 【請求項12】 前記樹脂絶縁材料は、ポリイミドまた
はベンゾシクロブテンで構成されることを特徴とする請
求項11記載の高周波半導体装置。 - 【請求項13】 前記線路導体は、前記層間絶縁膜を介
して多層に設けられることを特徴とする請求項1記載の
高周波半導体装置。
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