JP2006310510A - Compound semiconductor switch circuit device - Google Patents

Compound semiconductor switch circuit device Download PDF

Info

Publication number
JP2006310510A
JP2006310510A JP2005130764A JP2005130764A JP2006310510A JP 2006310510 A JP2006310510 A JP 2006310510A JP 2005130764 A JP2005130764 A JP 2005130764A JP 2005130764 A JP2005130764 A JP 2005130764A JP 2006310510 A JP2006310510 A JP 2006310510A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
gate
drain electrode
source
drain
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
Application number
JP2005130764A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Asano
哲郎 浅野
Hidetoshi Ishihara
秀俊 石原
Mikito Sakakibara
幹人 榊原
Yuichi Kusaka
祐一 日下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2005130764A priority Critical patent/JP2006310510A/en
Publication of JP2006310510A publication Critical patent/JP2006310510A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound semiconductor switch circuit device in which leakage of high frequency signal is suppressed and degradation in strain characteristics is prevented. <P>SOLUTION: One end of the interdigital teeth of two gate electrodes is connected with a gate connection metal layer on a nitride film. The gate connection metal layer is arranged between a first source electrode and a second source electrode and a drain interconnect line or between a first drain electrode and a second drain electrode and a source interconnect line. Since the gate electrode of the off side FET has GND potential as high frequency signal, leakage of high frequency signal is prevented between drain and source. The gate connection metal layer and the two gate electrodes (interdigital teeth) surround the interdigital teeth of one source electrode (gate electrode) thus preventing leakage of high frequency signal. Since resist removing liquid enters between adjacent gate electrodes sufficiently during formation of the gate electrode, lift-off is facilitated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、化合物半導体スイッチ回路装置に係り、特に高周波信号の漏れを抑制し、歪み特性の劣化を防止した化合物半導体スイッチ回路装置に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor switch circuit device, and more particularly to a compound semiconductor switch circuit device that suppresses leakage of high-frequency signals and prevents deterioration of distortion characteristics.

携帯電話等の移動体用通信機器では、GHz帯のマイクロ波を使用している場合が多く、アンテナの切換回路や送受信の切換回路などに、これらの高周波信号を切り替えるためのスイッチ素子が用いられることが多い。その素子としては、高周波を扱うことからガリウム・砒素(GaAs)を用いた電界効果トランジスタ(以下FETという)を使用する事が多く、これに伴って前記スイッチ回路自体を集積化したモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)の開発が進められている。   In mobile communication devices such as cellular phones, microwaves in the GHz band are often used, and switching elements for switching these high-frequency signals are used in antenna switching circuits and transmission / reception switching circuits. There are many cases. As the element, a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) using gallium arsenide (GaAs) is often used because it handles high frequency, and accordingly, the monolithic microwave integration in which the switch circuit itself is integrated. A circuit (MMIC) is being developed.

図8は、従来の化合物半導体チップの一例として、FETを複数段接続した2つのスイッチング素子からなるスイッチMMICを示す。   FIG. 8 shows a switch MMIC composed of two switching elements in which FETs are connected in a plurality of stages as an example of a conventional compound semiconductor chip.

化合物半導体基板に第1および第2スイッチング素子SW1、SW2となる2つのFET群を配置する。各FET群は3つのFETを直列に接続したものである。各FET群を構成する6つのゲート電極にはそれぞれ、第1コントロール抵抗CR1、第2コントロール抵抗CR2が接続されている。また共通入力端子INおよび出力端子OUT1およびOUT2に接続する電極パッドI、O1、O2と、制御端子Ctl1およびCtl2にそれぞれ接続する2つの電極パッドC1、およびC2、が基板の周辺に設けられている。   Two FET groups serving as the first and second switching elements SW1 and SW2 are arranged on the compound semiconductor substrate. Each FET group consists of three FETs connected in series. A first control resistor CR1 and a second control resistor CR2 are connected to the six gate electrodes constituting each FET group. Further, electrode pads I, O1, and O2 connected to the common input terminal IN and the output terminals OUT1 and OUT2, and two electrode pads C1 and C2 connected to the control terminals Ctl1 and Ctl2, respectively, are provided around the substrate. .

点線で示した第2層目の金属層による配線は各FETのゲート電極を形成するゲート金属層220であり、実線で示した第3層目の金属層による配線は各素子の接続およびパッドの形成を行う配線金属層230である。第1層目の金属層であり基板にオーミックに接触するオーミック金属層は各FETのソース電極、ドレイン電極等を形成するものであり、図8では、配線金属層と重なるために図示されていない。   The wiring of the second metal layer indicated by the dotted line is the gate metal layer 220 forming the gate electrode of each FET, and the wiring of the third metal layer indicated by the solid line is the connection of each element and the pad The wiring metal layer 230 is formed. The ohmic metal layer which is the first metal layer and is in ohmic contact with the substrate forms the source electrode and drain electrode of each FET, and is not shown in FIG. 8 because it overlaps with the wiring metal layer. .

第1スイッチング素子SW1のFET1−1は上側から伸びる櫛状の3本の配線金属層230が共通入力端子パッドIに接続されるソース電極215(あるいはドレイン電極)であり、この下にオーミック金属層で形成されるソース電極(あるいはドレイン電極)が設けられる。各ソース電極215は配線金属層230によるソース配線231によりそれぞれ接続されている。   The FET 1-1 of the first switching element SW1 is a source electrode 215 (or drain electrode) connected to the common input terminal pad I by three comb-shaped wiring metal layers 230 extending from the upper side, and an ohmic metal layer below this A source electrode (or a drain electrode) formed in (1) is provided. Each source electrode 215 is connected by a source wiring 231 made of a wiring metal layer 230.

また下側から伸びる櫛歯状の3本の配線金属層230がFET1−1のドレイン電極216(あるいはソース電極)であり、この下にオーミック金属層で形成されるドレイン電極(あるいはソース電極)が設けられる。各ドレイン電極216は配線金属層230によるドレイン配線232によりそれぞれ接続されている。   Further, the three comb-like wiring metal layers 230 extending from the lower side are the drain electrodes 216 (or source electrodes) of the FET 1-1, and the drain electrodes (or source electrodes) formed of the ohmic metal layers are below this. Provided. Each drain electrode 216 is connected by a drain wiring 232 made of a wiring metal layer 230.

ソース電極215およびドレイン電極216は櫛歯をかみ合わせた形状に配置され、その間にゲート金属層220で形成されるゲート電極217が5本の櫛歯形状に配置されている。各ゲート電極217は、一点鎖線で示す動作領域300外でゲート配線221によってそれぞれ接続されている(例えば特願2004−371831号明細書参照。)。   The source electrode 215 and the drain electrode 216 are arranged in a shape in which comb teeth are engaged, and the gate electrode 217 formed of the gate metal layer 220 is arranged in the shape of five comb teeth. The gate electrodes 217 are connected to each other by a gate wiring 221 outside the operation region 300 indicated by a one-dot chain line (see, for example, Japanese Patent Application No. 2004-371831).

上記のスイッチMMICにおいて、ソース電極とドレイン電極が近接する箇所において、これらの間に高周波アナログ信号(以下高周波信号)の漏れが発生し、これが原因となって電気的特性が劣化する問題があった。   In the above switch MMIC, there is a problem that a high frequency analog signal (hereinafter referred to as a high frequency signal) leaks between the source electrode and the drain electrode in the vicinity of each other, and this causes deterioration in electrical characteristics. .

具体的には、第1スイッチング素子SW1をオン側のスイッチング素子とした場合、高周波信号は、矢印の如く共通入力端子パッドIから各FETのチャネル層を通過し、第1出力端子パッドO1へ伝搬する。   Specifically, when the first switching element SW1 is an on-side switching element, a high-frequency signal passes from the common input terminal pad I through the channel layer of each FET as indicated by an arrow and propagates to the first output terminal pad O1. To do.

オフ側のスイッチング素子となる第2スイッチング素子SW2においては高周波信号はFETのチャネル層中を通過しない。つまり、一点鎖線で示す動作領域300においては、近接するソース電極−ドレイン電極間で高周波信号が漏れることはない。また二点鎖線で囲んだX領域では、共通入力端子パッドIに最も近いためハイパワーの高周波信号にさらされている。しかしX領域においても、高周波信号の漏れは発生しない。   In the second switching element SW2 serving as the off-side switching element, the high frequency signal does not pass through the channel layer of the FET. That is, in the operation region 300 indicated by the alternate long and short dash line, a high frequency signal does not leak between adjacent source and drain electrodes. Further, the X region surrounded by the two-dot chain line is closest to the common input terminal pad I and is exposed to a high-power high-frequency signal. However, high-frequency signal leakage does not occur even in the X region.

そのためオン側の共通入力端子IN−第1出力端子OUT1間の信号経路において、出力信号のリニアリティ特性は設計通りの値を確保できる。   Therefore, in the signal path between the common input terminal IN on the ON side and the first output terminal OUT1, the linearity characteristic of the output signal can ensure a designed value.

しかし、FETを多段接続したハイパワースイッチ回路装置のソース電極およびドレイン電極が隣接し直接対向する箇所において、高周波信号のリークがFETのチャネル層外で発生することがわかった。   However, it has been found that high-frequency signal leakage occurs outside the channel layer of the FET at locations where the source electrode and drain electrode of the high power switch circuit device in which FETs are connected in multiple stages are adjacent and directly facing each other.

つまり、ソース電極−ドレイン電極が隣接し直接対向する実線のY領域において、ソース電極−ドレイン電極間(具体的にはソース電極215−ドレイン配線232間)で高周波信号の漏れが発生する。このため出力信号の歪みレベルは設計通りの値を確保できず、高調波レベルが高過ぎるという問題があった。   That is, high-frequency signal leakage occurs between the source electrode and the drain electrode (specifically, between the source electrode 215 and the drain wiring 232) in the solid Y region where the source electrode and the drain electrode are adjacent and directly opposed to each other. For this reason, the distortion level of the output signal cannot be ensured as designed, and there is a problem that the harmonic level is too high.

図9は、図8に示す従来のスイッチMMICの他のパターンである。図8のスイッチMMICでは、ゲート配線221がゲート電極217の櫛歯に対して共通入力端子パッドI側に配置され、ゲート電極217の櫛歯の先端が第1出力端子パッドO1および第2出力端子パッドO2側に配置される。   FIG. 9 shows another pattern of the conventional switch MMIC shown in FIG. In the switch MMIC of FIG. 8, the gate wiring 221 is arranged on the common input terminal pad I side with respect to the comb teeth of the gate electrode 217, and the tips of the comb teeth of the gate electrode 217 are the first output terminal pad O1 and the second output terminal. Arranged on the pad O2 side.

一方、図9のスイッチMMICでは、ゲート配線221がゲート電極217の櫛歯に対して第1出力端子パッドO1、第2出力端子パッドO2側に配置され、ゲート電極217の櫛歯の先端が共通入力端子パッドI側に配置される。他の構成要素は同様であるので説明は省略する。   On the other hand, in the switch MMIC of FIG. 9, the gate wiring 221 is arranged on the first output terminal pad O1 and second output terminal pad O2 side with respect to the comb teeth of the gate electrode 217, and the tips of the comb teeth of the gate electrode 217 are common. Arranged on the input terminal pad I side. Since other components are the same, description thereof is omitted.

この場合、共通入力端子パッドIに最も近いX’領域はハイパワーの高周波信号にさらされているのもかかわらずソース電極−ドレイン電極が隣接して直接対向しているためこのX’領域において大きな高周波信号の漏れが発生することが判った。具体的には、オン側の共通入力端子IN−第1出力端子OUT1間の信号経路において、Pin0.1dBが設計より数dB低い値しか確保できない。その上Y領域においてもソース電極215−ドレイン電極216間に高周波信号の漏れが発生し、歪特性も悪い問題があった。 In this case, since the X ′ region closest to the common input terminal pad I is exposed to a high-power high-frequency signal, the source electrode and the drain electrode are adjacent and directly opposed to each other, so that the X ′ region is large. It was found that high frequency signal leakage occurred. Specifically, in the signal path between the ON-side common input terminal IN and the first output terminal OUT1, only Pin 0.1 dB can be ensured by a value lower than the design by several dB. In addition, in the Y region, a high frequency signal leaks between the source electrode 215 and the drain electrode 216, and there is a problem in that the distortion characteristics are poor.

本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、化合物半導体基板の動作領域上に櫛状のソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を設けたスイッチング素子と、前記動作領域外の前記基板表面に設けた絶縁膜と、前記スイッチング素子のソース電極またはドレイン電極に接続する第1RFポートと、前記スイッチング素子のドレイン電極またはソース電極に接続する第2RFポートと、前記スイッチング素子のゲート電極に接続する制御端子と、を具備し、前記ゲート電極はそれぞれの櫛歯の一端を前記動作領域外に延在し、1つの前記櫛歯の一端と、隣り合う他の前記櫛歯の一端とを前記絶縁膜の上に配置した金属層に接続することにより解決するものである。   The present invention has been made in view of the various circumstances described above, and includes a switching element in which a comb-like source electrode, gate electrode, and drain electrode are provided on an operation region of a compound semiconductor substrate, and the substrate surface outside the operation region. An insulating film provided on the switching element; a first RF port connected to a source electrode or a drain electrode of the switching element; a second RF port connected to a drain electrode or a source electrode of the switching element; and a gate electrode of the switching element. A control terminal, wherein the gate electrode has one end of each comb tooth extending outside the operation region, and the one end of one comb tooth and one end of another adjacent comb tooth are insulated from each other. This is solved by connecting to a metal layer disposed on the film.


本発明に依れば以下の効果が得られる。

According to the present invention, the following effects can be obtained.

第1に、隣り合うゲート電極の櫛歯の一端を動作領域外に延在して金属層で接続し、金属層を全てのソース電極の櫛歯の先端−ドレイン配線間および全てのドレイン電極の櫛歯の先端−ソース配線間に配置する。   First, one end of the comb teeth of adjacent gate electrodes extends outside the operation region and is connected by a metal layer, and the metal layers are connected between the tips of the comb teeth of all the source electrodes and the drain wiring and of all the drain electrodes. It arrange | positions between the front-end | tip of a comb tooth-source wiring.

これにより、ソース電極−ドレイン配線間およびドレイン電極−ソース配線間において、基板を介して流れる高周波電流を金属層により遮断できる。すなわち、スイッチMMICにおいて、ソース電極−ドレイン電極間の従来の高周波信号のリーク経路は全て金属層、ゲート電極またはゲート配線で遮断できる。   Thereby, the high frequency current flowing through the substrate can be blocked by the metal layer between the source electrode and the drain wiring and between the drain electrode and the source wiring. That is, in the switch MMIC, all of the conventional high-frequency signal leakage paths between the source electrode and the drain electrode can be blocked by the metal layer, the gate electrode, or the gate wiring.

オフ側FETにおいてゲート電極、ゲート配線および金属層は、高周波信号としてGND電位である。従って、オフ側FETの従来の高周波信号の全てのリーク経路において、ソース電極とドレイン電極の電位の間にGND電位が配置されたこととなる。つまりソース電極およびドレイン電極間の直接的な高周波信号の電界が、ソース電極およびドレイン電極間に高周波信号としてGND電位のゲート電極、ゲート配線、および金属層を配置することにより、大幅に弱まるため、ソース電極−ドレイン電極間の高周波信号の漏れを防止できる。   In the off-side FET, the gate electrode, the gate wiring, and the metal layer are at a GND potential as a high-frequency signal. Therefore, the GND potential is arranged between the potentials of the source electrode and the drain electrode in all leak paths of the conventional high-frequency signal of the off-side FET. That is, since the electric field of the direct high-frequency signal between the source electrode and the drain electrode is greatly weakened by arranging the gate electrode, the gate wiring, and the metal layer of the GND potential as the high-frequency signal between the source electrode and the drain electrode, High-frequency signal leakage between the source electrode and the drain electrode can be prevented.

ゲート電極は、ゲート金属層のリフトオフで形成するため、レジスト除去液の滲入が不十分であると正確なパターンが形成されない。   Since the gate electrode is formed by lift-off of the gate metal layer, an accurate pattern cannot be formed if the penetration of the resist removal liquid is insufficient.

本実施形態では、ゲート電極は櫛状のパターンで形成するため、レジスト除去液がゲート電極間に滲入しリフトオフも容易となる。そして、ゲート電極のパターン形成後に金属層を形成し、ソース電極またはドレイン電極の先端を高周波信号のGND電位で包囲する。従って、リフトオフが容易でなおかつ高周波信号のリークを遮断できる。   In the present embodiment, since the gate electrode is formed in a comb-like pattern, the resist removal liquid penetrates between the gate electrodes, and lift-off is facilitated. Then, after forming the gate electrode pattern, a metal layer is formed, and the tip of the source or drain electrode is surrounded by the GND potential of the high-frequency signal. Therefore, the lift-off is easy and the leakage of the high frequency signal can be cut off.

図1から図7を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

まず、図1は、FETを複数段接続した4つのスイッチング素子からなるDPDT(Double Pole Double Throw)スイッチMMICの一例を示す回路図である。   First, FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a DPDT (Double Pole Double Throw) switch MMIC composed of four switching elements in which FETs are connected in a plurality of stages.

DPDTは、CDMA携帯電話等に用いられるスイッチMMICであり、第1〜第4スイッチング素子SW1、SW2、SW3、SW4、2つの第1RFポート(第1共通入力端子IN1、第2共通入力端子IN2)と2つの第2RFポート(第1出力端子OUT1、第2出力端子OUT2)を有する。第1および第2スイッチング素子SW1、SW2で構成されるSPDTスイッチと、第3および第4スイッチング素子SW3、SW4で構成される他のSPDTスイッチを、第2RFポートで互いに接続した構成である。   The DPDT is a switch MMIC used for a CDMA mobile phone or the like, and includes first to fourth switching elements SW1, SW2, SW3, SW4, two first RF ports (first common input terminal IN1, second common input terminal IN2). And two second RF ports (first output terminal OUT1, second output terminal OUT2). The SPDT switch composed of the first and second switching elements SW1 and SW2 and the other SPDT switch composed of the third and fourth switching elements SW3 and SW4 are connected to each other via the second RF port.

各スイッチング素子SW1、SW2、SW3、SW4は、それぞれFETが3段直列に接続したFET群である。例えば第1スイッチング素子SW1は、FET1−1、FET1−2、FET1−3が直列接続する。第2スイッチング素子SW2は、FET2−1、FET2−2、FET2−3が直列接続する。第3スイッチング素子SW3は、FET3−1、FET3−2、FET3−3が、第4スイッチング素子SW4は、FET4−1、FET4−2、FET4−3がそれぞれ直列接続する。   Each switching element SW1, SW2, SW3, SW4 is a group of FETs in which FETs are connected in series in three stages. For example, in the first switching element SW1, FET1-1, FET1-2, and FET1-3 are connected in series. In the second switching element SW2, FET2-1, FET2-2, and FET2-3 are connected in series. The third switching element SW3 is connected to FET3-1, FET3-2, and FET3-3, and the fourth switching element SW4 is connected to FET4-1, FET4-2, and FET4-3 in series.

第1スイッチング素子SW1の一端(FET1−3)のドレイン電極(またはソース電極)は、第3スイッチング素子SW3の一端(FET3−3)のドレイン電極(またはソース電極)と接続し、第2スイッチング素子SW2の一端(FET2−3)のドレイン電極(またはソース電極)は、第4スイッチング素子SW4の一端(FET4−3)のドレイン電極(またはソース電極)と接続する。   The drain electrode (or source electrode) of one end (FET1-3) of the first switching element SW1 is connected to the drain electrode (or source electrode) of one end (FET3-3) of the third switching element SW3, and the second switching element The drain electrode (or source electrode) of one end (FET2-3) of SW2 is connected to the drain electrode (or source electrode) of one end (FET4-3) of the fourth switching element SW4.

第1および第2スイッチング素子SW1、SW2の他端(FET1−1、FET2−1)のソース電極(またはドレイン電極)は第1共通入力端子IN1に接続し、第3および第4スイッチング素子SW3、SW4の他端(FET3−1、FET4−1)のソース電極(またはドレイン電極)は第2共通入力端子IN2に接続する。   The source electrodes (or drain electrodes) of the other ends (FET1-1, FET2-1) of the first and second switching elements SW1, SW2 are connected to the first common input terminal IN1, and the third and fourth switching elements SW3, The source electrode (or drain electrode) of the other end of SW4 (FET3-1, FET4-1) is connected to the second common input terminal IN2.

また第1、第3スイッチング素子SW1、SW3に共通の第1出力端子OUT1、およびまた第2、第4スイッチング素子SW2、SW4に共通の第2出力端子OUT2を有する。尚、スイッチMMICにおいては、ソース電極およびドレイン電極は等価である。従って以下ソース電極およびドレイン電極はこれらを入れ替えても同様である。   The first output terminal OUT1 is common to the first and third switching elements SW1 and SW3, and the second output terminal OUT2 is common to the second and fourth switching elements SW2 and SW4. In the switch MMIC, the source electrode and the drain electrode are equivalent. Therefore, hereinafter, the source electrode and the drain electrode are the same even if they are interchanged.

また、第1スイッチング素子SW1と第4のスイッチング素子SW4のFETのゲート電極にはそれぞれコントロール抵抗CRが接続し、破線で示すロジック回路Lを介して制御端子Ctlに接続する。また第2スイッチング素子SW2および第3スイッチング素子SW3のゲート電極もそれぞれコントロール抵抗CRを介してロジック回路LのポイントCPに接続する。   The control resistors CR are connected to the gate electrodes of the FETs of the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4, respectively, and are connected to the control terminal Ctl via the logic circuit L indicated by the broken line. The gate electrodes of the second switching element SW2 and the third switching element SW3 are also connected to the point CP of the logic circuit L through the control resistor CR.

コントロール抵抗CRは、交流接地となる制御端子Ctlの直流電位およびロジック回路LのポイントCPの直流電位に対して、ゲート電極を介して高周波信号が漏出することを防止する目的で配置されている。コントロール抵抗CRの抵抗値はそれぞれ5KΩ〜10KΩ程度である。   The control resistor CR is disposed for the purpose of preventing leakage of a high-frequency signal through the gate electrode with respect to the DC potential of the control terminal Ctl serving as AC ground and the DC potential of the point CP of the logic circuit L. The resistance value of the control resistor CR is about 5 KΩ to 10 KΩ, respectively.

本実施形態のスイッチMMICはロジック回路Lを備える。ロジック回路Lはインバータ回路であり、構成は次のとおりである。   The switch MMIC of this embodiment includes a logic circuit L. The logic circuit L is an inverter circuit, and has the following configuration.

ソース電極がGND端子に接続されたエンハンスメント型(E型)FET(E−FET)のドレイン電極がポイントCPであり、ポイントCPに負荷抵抗Rlの一端が接続し、負荷抵抗Rlの他端が電源端子VDDに接続する。E−FETのゲート電極が入力抵抗Riを介して制御端子Ctlに接続する。 The drain electrode of the enhancement type (E type) FET (E-FET) whose source electrode is connected to the GND terminal is the point CP, one end of the load resistor Rl is connected to the point CP, and the other end of the load resistor Rl is the power source Connect to terminal V DD . The gate electrode of the E-FET is connected to the control terminal Ctl via the input resistance Ri.

制御端子CtlとGND端子間およびポイントCPとGND端子間には、雑音吸収および発振防止のためそれぞれ容量Ciおよび容量Crが接続されている。また入力抵抗Riは静電破壊防止、雑音吸収および発振防止のために配置されている。   A capacitor Ci and a capacitor Cr are connected between the control terminal Ctl and the GND terminal and between the point CP and the GND terminal for noise absorption and oscillation prevention, respectively. The input resistor Ri is disposed for preventing electrostatic breakdown, absorbing noise, and preventing oscillation.

ロジック回路L(インバータ回路)の動作は次のとおりである。制御端子Ctlに印加されたロジック信号はインバータにより反転され、ポイントCPに制御信号の反転信号が発生する。すなわち制御端子Ctlが3VのときはポイントCPは0Vとなり、制御端子Ctlが0VのときはポイントCPは3Vとなる。   The operation of the logic circuit L (inverter circuit) is as follows. The logic signal applied to the control terminal Ctl is inverted by the inverter, and an inverted signal of the control signal is generated at the point CP. That is, when the control terminal Ctl is 3V, the point CP is 0V, and when the control terminal Ctl is 0V, the point CP is 3V.

図1のDPDTスイッチMMICの回路動作は以下のとおりである。制御端子Ctlに3Vが印加されるとき、制御端子Ctlの信号がそのままゲート電極に入力される第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4が、オンとなる。これにより、第1共通入力端子IN1−第1出力端子OUT1間および第2共通入力端子IN2−第2出力端子OUT2間が導通状態となりそれぞれ信号経路が形成される。   The circuit operation of the DPDT switch MMIC in FIG. 1 is as follows. When 3V is applied to the control terminal Ctl, the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 in which the signal of the control terminal Ctl is directly input to the gate electrode are turned on. As a result, the first common input terminal IN1 and the first output terminal OUT1 and the second common input terminal IN2 and the second output terminal OUT2 become conductive, and a signal path is formed.

一方ポイントCPの信号、すなわち反転信号0Vがゲート電極に入力される第2スイッチング素子SW2および第3スイッチング素子SW3は、オフとなる。従って、第1共通入力端子IN1−第2出力端子OUT2間および第2共通入力端子IN2−第1出力端子OUT1間が遮断される。制御端子Ctlに0Vが印加されるときはその逆の動作である。   On the other hand, the signal at the point CP, that is, the second switching element SW2 and the third switching element SW3 to which the inverted signal 0V is input to the gate electrode are turned off. Accordingly, the first common input terminal IN1 and the second output terminal OUT2 and the second common input terminal IN2 and the first output terminal OUT1 are blocked. When 0V is applied to the control terminal Ctl, the reverse operation is performed.

このようなDPDTでは、第1RFポートと第2RFポートを入れ替えて使用することができる。その場合には共通入力端子から出力端子へ向かう高周波信号の経路が逆向きとなる。   In such DPDT, the first RF port and the second RF port can be used interchangeably. In this case, the high-frequency signal path from the common input terminal to the output terminal is reversed.

図2は、上記のDPDTを化合物半導体基板の1チップに集積化した平面図である。回路を構成するそれぞれの素子のパターン配置は図1の回路図の配置とほぼ同様である。FETはMESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)、GaAs JFET(Junction FET)、HEMT(High Electron Mobility Transistor)のいずれでも良いが、ここでは主にHEMTを用いて説明する。   FIG. 2 is a plan view in which the above-mentioned DPDT is integrated on one chip of a compound semiconductor substrate. The pattern arrangement of each element constituting the circuit is substantially the same as the arrangement of the circuit diagram of FIG. The FET may be any of MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor), GaAs JFET (Junction FET), and HEMT (High Electron Mobility Transistor), but here, HEMT is mainly used for explanation.

HEMTの基板構造は、例えば半絶縁性GaAs基板上にバッファ層、電子供給層、チャネル(電子走行)層、キャップ層等を積層したものである。また、HEMTにおいては、バッファ層に達する絶縁化領域50で分離することにより、動作領域100、コントロール抵抗CR、負荷抵抗Rlや入力抵抗Riなどの不純物領域を形成する。   The substrate structure of the HEMT is obtained by stacking a buffer layer, an electron supply layer, a channel (electron travel) layer, a cap layer, etc. on a semi-insulating GaAs substrate, for example. In the HEMT, an isolation region 50 reaching the buffer layer is used to form impurity regions such as an operation region 100, a control resistor CR, a load resistor Rl, and an input resistor Ri.

第1スイッチング素子SW1〜第4スイッチング素子SW4は、それぞれ3つのFETを直列接続したFET群である。各スイッチング素子SW1〜SW4のゲート電極にはそれぞれ、コントロール抵抗CRが接続されている。また第1共通入力端子IN1、第2共通入力端子IN2、第1出力端子OUT1、第2出力端子OUT2に接続する第1共通入力端子パッドI1、第2共通入力端子パッドI2、第1出力端子パッドO1、第2出力端子パッドO2が基板の周辺に設けられている。尚、破線で囲まれたロジック回路Lは、図1の如くE−FETや各端子に対応するパッドV、G、C、負荷抵抗Rl、入力抵抗Ri、容量Cr、Ciなどが配置される。ロジック回路Lの詳細については、ここでの説明は省略する。   The first switching element SW1 to the fourth switching element SW4 are each a group of FETs in which three FETs are connected in series. A control resistor CR is connected to each of the gate electrodes of the switching elements SW1 to SW4. The first common input terminal IN1, the second common input terminal IN2, the first output terminal OUT1, the first common input terminal pad I1, the second common input terminal pad I2, and the first output terminal pad connected to the second output terminal OUT2. O1 and a second output terminal pad O2 are provided around the substrate. As shown in FIG. 1, the logic circuit L surrounded by a broken line includes E-FETs, pads V, G, C, load resistors R1, input resistors Ri, capacitors Cr, Ci, and the like corresponding to the terminals. The details of the logic circuit L are not described here.

各スイッチング素子は、同様の構成であるので、以下第1スイッチング素子SW1について説明する。   Since each switching element has the same configuration, the first switching element SW1 will be described below.

FET1−1、FET1−2、FET1−3はそれぞれ、第1層目の金属層であり基板にオーミックに接触するオーミック金属層(AuGe/Ni/Au)によって、第1ソース電極および第1ドレイン電極が形成される。尚、図2ではオーミック金属層は配線金属層30と重なるために図示されていない。   Each of FET1-1, FET1-2, and FET1-3 is a first metal electrode and a first drain electrode by an ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) that is in ohmic contact with the substrate. Is formed. In FIG. 2, the ohmic metal layer is not shown because it overlaps the wiring metal layer 30.

第2層目の金属層はゲート金属層(例えばPt/Mo)20であり、ゲート電極Gを形成する。ゲート電極Gは櫛状であり、ゲート電極Gの各櫛歯(以下ゲート電極17)がゲート配線21により接続されたものである。ゲート配線21もゲート金属層20により形成され、すなわちゲート電極17とゲート配線21は連続している。   The second metal layer is a gate metal layer (for example, Pt / Mo) 20 and forms the gate electrode G. The gate electrode G has a comb shape, and each comb tooth (hereinafter referred to as a gate electrode 17) of the gate electrode G is connected by a gate wiring 21. The gate wiring 21 is also formed by the gate metal layer 20, that is, the gate electrode 17 and the gate wiring 21 are continuous.

第3層目の金属層は、配線金属層(Ti/Pt/Au)30であり、オーミック金属層に重畳し第2ソース電極Sおよび第2ドレイン電極Dを形成する。第2ソース電極Sは櫛状であり、第2ソース電極Sの各櫛歯(以下第2ソース電極15)がソース配線31により接続されたものである。ソース配線31も配線金属層30により形成され、すなわち第2ソース電極15とソース配線31は連続している。   The third metal layer is a wiring metal layer (Ti / Pt / Au) 30 and forms a second source electrode S and a second drain electrode D overlapping the ohmic metal layer. The second source electrode S has a comb shape, and each comb tooth (hereinafter, second source electrode 15) of the second source electrode S is connected by the source wiring 31. The source wiring 31 is also formed by the wiring metal layer 30, that is, the second source electrode 15 and the source wiring 31 are continuous.

第2ドレイン電極Dは櫛状であり、第2ドレイン電極Dの各櫛歯(以下第2ドレイン電極16)がドレイン配線32により接続されたものである。ドレイン配線32も配線金属層30により形成され、すなわち第2ドレイン電極16とドレイン配線32は連続している。配線金属層30は、パッドも形成する。   The second drain electrode D has a comb shape, and each comb tooth (hereinafter, second drain electrode 16) of the second drain electrode D is connected by the drain wiring 32. The drain wiring 32 is also formed by the wiring metal layer 30, that is, the second drain electrode 16 and the drain wiring 32 are continuous. The wiring metal layer 30 also forms pads.

一点鎖線で示す動作領域100において、FET1−1は左側から伸びる3本の配線金属層30が第1共通入力端子パッドI1に接続される第2ソース電極15であり、この下にオーミック金属層で形成される第1ソース電極がある。また右側から伸びる3本の配線金属層30がFET1−1の第2ドレイン電極16であり、この下に第1ドレイン電極がある。この両電極は櫛歯をかみ合わせた形状に配置され、その間にゲート電極17が5本配置されている。   In the operation region 100 indicated by the alternate long and short dash line, the FET 1-1 has three wiring metal layers 30 extending from the left side as the second source electrode 15 connected to the first common input terminal pad I1, and below this is an ohmic metal layer. There is a first source electrode formed. Further, the three wiring metal layers 30 extending from the right side are the second drain electrodes 16 of the FET 1-1, and the first drain electrode is below this. These electrodes are arranged in a shape in which comb teeth are engaged, and five gate electrodes 17 are arranged therebetween.

FET1−2では、左側から延びる3本の第2ドレイン電極16は、FET1−1の第2ドレイン電極16と接続している。ここで、この電極は高周波信号の通過点に過ぎず一般には外部に導出する必要が無いためパッドは設けられていない。また、右側から延びる4本の第2ソース電極15は、FET1−3の第2ソース電極15に接続している。この電極も同様に高周波信号の通過点に過ぎず一般には外部に導出する必要が無いためパッドは設けられていない。この両電極の下にオーミック金属層がある。これらは櫛歯をかみ合わせた形状に配置され、その間にゲート電極17が6本の櫛状に配置されている。   In the FET 1-2, the three second drain electrodes 16 extending from the left side are connected to the second drain electrode 16 of the FET 1-1. Here, since this electrode is only a high-frequency signal passing point and generally does not need to be led to the outside, no pad is provided. The four second source electrodes 15 extending from the right side are connected to the second source electrode 15 of the FET 1-3. Similarly, this electrode is merely a high-frequency signal passing point and generally does not need to be led out, so no pad is provided. There is an ohmic metal layer under both electrodes. These are arranged in a shape in which comb teeth are engaged, and the gate electrode 17 is arranged in the form of six combs therebetween.

FETを多段に直列に接続したスイッチ回路装置はFET1段のスイッチ回路装置に比べ、FET群がOFFの時により大きな電圧振幅に耐えられるため高出力スイッチ回路装置となる。その際FETを直列に接続するときに接続部となるFETのソース電極またはドレイン電極は一般には外部に導出する必要が無いためパッドを設ける必要はない。   A switch circuit device in which FETs are connected in series in multiple stages is a high output switch circuit device because it can withstand a larger voltage amplitude when the FET group is OFF, as compared with a switch circuit device having one FET. At that time, there is no need to provide a pad because the source electrode or drain electrode of the FET that becomes a connection portion when the FETs are connected in series does not generally need to be led out to the outside.

FET1−3は左側から伸びる3本の配線金属層30が第2ソース電極15であり、この下に第1ソース電極がある。また右側から伸びる櫛状の4本の配線金属層30が、第1出力端子パッドO1に接続する第2ドレイン電極16であり、この下に第1ドレイン電極がある。この両電極は櫛歯をかみ合わせた形状に配置され、その間にゲート電極17が6本配置されている。ゲート配線20は、コントロール抵抗CRを介して制御端子パッドCと接続する。   In the FET 1-3, the three wiring metal layers 30 extending from the left side are the second source electrodes 15, and the first source electrode is below this. Further, the four comb-like wiring metal layers 30 extending from the right side are the second drain electrodes 16 connected to the first output terminal pads O1, and the first drain electrodes are below them. These two electrodes are arranged in a shape in which comb teeth are engaged, and six gate electrodes 17 are arranged therebetween. The gate wiring 20 is connected to the control terminal pad C through the control resistor CR.

コントロール抵抗CRは、前述の如く絶縁化領域50により分離された不純物領域により構成され、本実施形態では高抵抗体とする。高抵抗体は、HEMT構造のキャップ層を除去し、下層の高シート抵抗値を有する半導体層のみを抵抗層としたものである。コントロール抵抗CRは高周波信号の漏れを防止するため、高い抵抗値にする必要があるが、高抵抗体で構成することにより、短い距離で抵抗値を高めることができる。一方負荷抵抗Rlや入力抵抗Riは精度の良い抵抗値を得るためHEMT構造のキャップ層を除去しない不純物領域より構成されている。   The control resistor CR is constituted by the impurity region separated by the insulating region 50 as described above, and is a high resistance in this embodiment. The high resistance body is formed by removing the cap layer having the HEMT structure and using only the lower semiconductor layer having a high sheet resistance as a resistance layer. The control resistor CR needs to have a high resistance value in order to prevent leakage of high-frequency signals. However, the resistance value can be increased over a short distance by using a high resistance body. On the other hand, the load resistance Rl and the input resistance Ri are constituted by impurity regions in which the cap layer of the HEMT structure is not removed in order to obtain a highly accurate resistance value.

また、各パッドI1、I2、O1、O2周辺には、高周波信号の漏れを防ぎ、アイソレーション向上のため周辺不純物領域51が配置される。また、各パッド−各FET間、各パッド−ソース(ドレイン)配線間、抵抗−抵抗間にも同様に周辺不純物領域51が形成されている。   Further, a peripheral impurity region 51 is disposed around each of the pads I1, I2, O1, and O2 to prevent leakage of high frequency signals and improve isolation. Similarly, peripheral impurity regions 51 are formed between each pad and each FET, between each pad and source (drain) wiring, and between each resistance and resistance.

更に、第1スイッチング素子SW1および第2スイッチング素子SW2とロジック回路Lの間にも周辺不純物領域51を配置し、アイソレーションを向上させる。これらの周辺不純物領域51も絶縁化領域50により分離される。周辺不純物領域51は近接するパッドなどの金属層と直流的に接続するか、あるいはフローティング電位である。   Further, the peripheral impurity region 51 is also arranged between the first switching element SW1 and the second switching element SW2 and the logic circuit L to improve isolation. These peripheral impurity regions 51 are also separated by the insulating region 50. The peripheral impurity region 51 is connected to a metal layer such as an adjacent pad in a direct current or is at a floating potential.

尚、配線金属層は、1層目となる上記の配線金属層30と、ハッチングで示す2層目の配線金属層(Ti/Pt/Au)40がある。第2ソース電極S、第2ドレイン電極Dは1層目の配線金属30のみで形成されるが、各パッドは配線金属層30、40の2層を積層して形成される。また配線金属層30、40により、第1スイッチング素子SW1〜第4スイッチング素子SW4とロジック回路Lとを接続する所望のパターンの配線も形成される。   The wiring metal layer includes the wiring metal layer 30 as the first layer and the second wiring metal layer (Ti / Pt / Au) 40 indicated by hatching. The second source electrode S and the second drain electrode D are formed by only the first-layer wiring metal 30, but each pad is formed by stacking two layers of the wiring metal layers 30 and 40. Further, the wiring metal layers 30 and 40 also form a wiring having a desired pattern for connecting the first switching element SW1 to the fourth switching element SW4 and the logic circuit L.

図3は、図2のa−a線断面図であり、一組のソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を示す。   FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. 2 and shows a set of source electrode, gate electrode, and drain electrode.

基板は、半絶縁性GaAs基板131上にノンドープのバッファ層132を積層し、バッファ層132上に、電子供給層となるn+型AlGaAs層133、チャネル(電子走行)層となるノンドープInGaAs層135、電子供給層となるn+型AlGaAs層133を積層したものである。電子供給層133とチャネル層135間には、スペーサ層134が配置される。   The substrate is formed by laminating a non-doped buffer layer 132 on a semi-insulating GaAs substrate 131. On the buffer layer 132, an n + type AlGaAs layer 133 serving as an electron supply layer, a non-doped InGaAs layer 135 serving as a channel (electron transit) layer, An n + type AlGaAs layer 133 serving as an electron supply layer is laminated. A spacer layer 134 is disposed between the electron supply layer 133 and the channel layer 135.

バッファ層132は、不純物が添加されていない高抵抗層であり、その膜厚は、数千Å程度である。電子供給層133上には、障壁層136となるノンドープのAlGaAs層を積層し、所定の耐圧とピンチオフ電圧を確保している。更にキャップ層となるn+型GaAs層137を最上層に積層している。キャップ層137には高濃度の不純物が添加されており、その不純物濃度は、1〜5×1018cm−3程度である。 The buffer layer 132 is a high-resistance layer to which no impurity is added, and its film thickness is about several thousand Å. On the electron supply layer 133, a non-doped AlGaAs layer serving as the barrier layer 136 is stacked to ensure a predetermined breakdown voltage and pinch-off voltage. Further, an n + type GaAs layer 137 serving as a cap layer is laminated on the uppermost layer. A high concentration impurity is added to the cap layer 137, and the impurity concentration is about 1 to 5 × 10 18 cm −3 .

電子供給層133、障壁層136、スペーサ層134は、チャネル層135よりバンドギャップが大きい材料が用いられる。また電子供給層133には、n型不純物(例えばSi)が2〜4×1018cm−3程度に添加されている。 For the electron supply layer 133, the barrier layer 136, and the spacer layer 134, a material having a band gap larger than that of the channel layer 135 is used. Further, an n-type impurity (for example, Si) is added to the electron supply layer 133 at about 2 to 4 × 10 18 cm −3 .

HEMTの動作領域100は、バッファ層132に達する絶縁化領域50によって分離することにより形成される。HEMTのエピタキシャル構造はキャップ層137を含んでいる。キャップ層137の不純物濃度は1〜5×1018cm−3程度と高濃度であるため、キャップ層137の配置されている領域は機能的には高濃度の不純物領域といえる。 The HEMT operating region 100 is formed by isolation by an insulating region 50 reaching the buffer layer 132. The HEMT epitaxial structure includes a cap layer 137. Since the impurity concentration of the cap layer 137 is as high as about 1 to 5 × 10 18 cm −3 , it can be said that the region where the cap layer 137 is disposed is functionally a high concentration impurity region.

以下、HEMTの動作領域100とは、絶縁化領域50で分離され、HEMTの第1ソース電極13、第2ソース電極15、第1ドレイン電極14、第2ドレイン電極16およびゲート電極17が配置される領域の半導体層をいう。すなわち電子供給層133、チャネル(電子走行)層135、スペーサ層134、障壁層136、キャップ層137などのHEMTを構成する各半導体層をすべて含んだトータルとしての領域を動作領域100とする。   Hereinafter, the HEMT operation region 100 is separated by the insulating region 50, and the first source electrode 13, the second source electrode 15, the first drain electrode 14, the second drain electrode 16, and the gate electrode 17 of the HEMT are disposed. A semiconductor layer in a certain region. That is, the total region including all semiconductor layers constituting the HEMT such as the electron supply layer 133, the channel (electron transit) layer 135, the spacer layer 134, the barrier layer 136, and the cap layer 137 is defined as the operation region 100.

絶縁化領域50は、電気的に完全な絶縁ではなく、不純物(B+)をイオン注入することによりエピタキシャル層にキャリアトラップを設け、絶縁化した領域である。つまり、絶縁化領域50にもエピタキシャル層として不純物は存在しているが、絶縁化のための不純物(B+)注入により不活性化されている。尚、FETがGaAs MESFETの場合には、絶縁化領域50は、不純物領域が形成されない半絶縁基板の一部に相当する。   The insulating region 50 is not electrically completely insulated, but is a region where carrier traps are provided in the epitaxial layer by ion implantation of impurities (B +). In other words, impurities exist in the insulating region 50 as an epitaxial layer, but are inactivated by impurity (B +) implantation for insulation. In the case where the FET is a GaAs MESFET, the insulating region 50 corresponds to a part of a semi-insulating substrate in which no impurity region is formed.

動作領域100では図のごとく、高濃度不純物が添加されたキャップ層137を除去することにより、ソース領域137sおよびドレイン領域137dを設ける。ソース領域137sおよびドレイン領域137dにはオーミック金属層10で形成される第1ソース電極13、第1ドレイン電極14が接続し、その上層には配線金属層30により第2ソース電極15、第2ドレイン電極16が形成される。   In the operation region 100, as shown in the drawing, the source region 137s and the drain region 137d are provided by removing the cap layer 137 to which the high concentration impurity is added. A first source electrode 13 and a first drain electrode 14 formed of an ohmic metal layer 10 are connected to the source region 137s and the drain region 137d, and a second source electrode 15 and a second drain are formed on the upper layer by a wiring metal layer 30. An electrode 16 is formed.

また、動作領域100の一部のキャップ層137をエッチングにより除去して、ノンドープAlGaAs層136を露出し、ゲート金属層20をショットキー接続させてゲート電極17を形成する。ここでの図示は省略するが、ゲート配線21も同様に所定のパターンでノンドープAlGaAs層136にゲート金属層20をショットキー接続させる。   Further, a part of the cap layer 137 in the operation region 100 is removed by etching, the non-doped AlGaAs layer 136 is exposed, and the gate metal layer 20 is Schottky connected to form the gate electrode 17. Although illustration is omitted here, the gate metal layer 20 is similarly Schottky connected to the non-doped AlGaAs layer 136 in a predetermined pattern.

図4は、図2の例えばFET1−1の動作領域100の拡大平面図である。   FIG. 4 is an enlarged plan view of the operation region 100 of the FET 1-1 of FIG.

動作領域100上に第1ソース電極13、第1ドレイン電極14が配置され、それぞれソース領域およびドレイン領域(ここでは不図示)とコンタクトする。また、それらに重畳して第2ソース電極15、第2ドレイン電極16が配置される。第2ソース電極15、第2ドレイン電極16はそれぞれソース配線31、ドレイン配線32に接続する。   A first source electrode 13 and a first drain electrode 14 are disposed on the operation region 100 and are in contact with a source region and a drain region (not shown here), respectively. In addition, a second source electrode 15 and a second drain electrode 16 are disposed so as to overlap with them. The second source electrode 15 and the second drain electrode 16 are connected to the source wiring 31 and the drain wiring 32, respectively.

各ゲート電極17は均等な幅に形成され一端(先端)を動作領域100外に延在する。そして1つのゲート電極17と隣り合う他のゲート電極の先端をゲート接続金属層18により接続する。ゲート接続金属層18は、隣り合う2本のゲート電極17を接続し、隣り合うゲート接続金属層18同士は連続しない。後述するがゲート接続金属層18は動作領域100外の基板表面に設けられたゲート電極17上の窒化膜にコンタクトホールCHを設け、コンタクトホールCHを介してゲート電極17とコンタクトする。   Each gate electrode 17 is formed to have a uniform width and has one end (tip) extending outside the operation region 100. Then, the tip of another gate electrode adjacent to one gate electrode 17 is connected by a gate connection metal layer 18. The gate connection metal layer 18 connects two adjacent gate electrodes 17, and the adjacent gate connection metal layers 18 are not continuous. As will be described later, the gate connection metal layer 18 is provided with a contact hole CH in a nitride film on the gate electrode 17 provided on the substrate surface outside the operation region 100, and is in contact with the gate electrode 17 through the contact hole CH.

また1つのゲート電極17の他端は、他のゲート電極17の他端とゲート配線21により接続し各櫛歯が束ねられる。   Further, the other end of one gate electrode 17 is connected to the other end of the other gate electrode 17 by a gate wiring 21, and each comb tooth is bundled.

ここでは、ゲート接続金属層18、ゲート電極17先端の一部、第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の先端も動作領域100外に配置される。ゲート配線21、第1ソース電極13および第2ソース電極15の一端(先端)は動作領域100内に配置されているが、動作領域100外に配置されていてもよい。   Here, the gate connection metal layer 18, a part of the tip of the gate electrode 17, and the tips of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 are also arranged outside the operation region 100. Although one ends (tips) of the gate wiring 21, the first source electrode 13, and the second source electrode 15 are disposed in the operation region 100, they may be disposed outside the operation region 100.

FET1−1において、第1ソース電極13および第2ソース電極15の一端(先端)はゲート配線21の近傍に配置される。第2ソース電極15の他端は他の第2ソース電極15の他端とソース配線31により接続する。また、第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の一端(先端)は、ゲート接続金属層18の近傍に配置される。そして、第2ドレイン電極16の他端は他の第2ドレイン電極16の他端とドレイン配線32により接続する。第1ソース電極13および第2ソース電極15の一端(先端)とドレイン配線32は近接し、第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の一端(先端)とソース配線31は近接する。   In the FET 1-1, one end (tip) of the first source electrode 13 and the second source electrode 15 is disposed in the vicinity of the gate wiring 21. The other end of the second source electrode 15 is connected to the other end of the other second source electrode 15 by a source wiring 31. One end (tip) of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 is disposed in the vicinity of the gate connection metal layer 18. The other end of the second drain electrode 16 is connected to the other end of the other second drain electrode 16 by a drain wiring 32. One end (tip) of the first source electrode 13 and the second source electrode 15 and the drain wiring 32 are close to each other, and one end (tip) of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 and the source wiring 31 are close to each other.

つまり、FET1−1の第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の先端に沿ってその近傍にゲート接続金属層18が配置される。ゲート接続金属層18は、第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の幅に沿って配置される。その延在方向は第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16よびゲート電極17の櫛歯の延在方向に垂直な方向である。   That is, the gate connection metal layer 18 is disposed in the vicinity of the tips of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 of the FET 1-1. The gate connection metal layer 18 is disposed along the width of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16. The extending direction is a direction perpendicular to the extending direction of the comb teeth of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 and the gate electrode 17.

これにより、1つの第2ドレイン電極16(櫛歯)は、隣り合う2つのゲート電極17とゲート接続金属層18によって包囲される。そしてゲート接続金属層18は、第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の先端とソース配線31との間に配置される。   Accordingly, one second drain electrode 16 (comb teeth) is surrounded by two adjacent gate electrodes 17 and the gate connection metal layer 18. The gate connection metal layer 18 is disposed between the tips of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 and the source wiring 31.

尚、FET1−2では第1ソース電極13、第2ソース電極15および第1ドレイン電極14、第2ドレイン電極16がFET1−1と逆になる。すなわち、FET1−2では、第1ソース電極13および第2ソース電極15先端に沿ってその近傍に、ゲート接続金属層18が配置される。ゲート接続金属層18は、1つの第1ソース電極13および第2ソース電極15と隣り合う2つのゲート電極17の先端同士を接続する。1つの第2ソース電極15(櫛歯)は、隣り合う2つのゲート電極17とゲート接続金属層18によって包囲される。そして、ゲート接続金属層18は第1ソース電極13および第2ソース電極15とドレイン配線32の間に配置される。第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の先端はゲート配線21の近傍に配置される。   In the FET 1-2, the first source electrode 13, the second source electrode 15, the first drain electrode 14, and the second drain electrode 16 are opposite to the FET 1-1. That is, in the FET 1-2, the gate connection metal layer 18 is disposed in the vicinity along the tips of the first source electrode 13 and the second source electrode 15. The gate connection metal layer 18 connects the tips of two gate electrodes 17 adjacent to the first source electrode 13 and the second source electrode 15. One second source electrode 15 (comb teeth) is surrounded by two adjacent gate electrodes 17 and a gate connection metal layer 18. The gate connection metal layer 18 is disposed between the first source electrode 13 and the second source electrode 15 and the drain wiring 32. The tips of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 are disposed in the vicinity of the gate wiring 21.

FET1−3は、FET1−1と同様である。ここではFET1−1およびFET1−2のドレイン同士が接続されドレイン配線32を共通とし、FET1−2およびFET1−3のソース同士が接続されソース配線31を共通としている。   The FET1-3 is the same as the FET1-1. Here, the drains of the FET 1-1 and the FET 1-2 are connected and the drain wiring 32 is shared, and the sources of the FET 1-2 and the FET 1-3 are connected and the source wiring 31 is shared.

図5は図4のb−b線断面図である。   5 is a cross-sectional view taken along line bb of FIG.

HEMT構造において、動作領域100外は絶縁化領域50が配置される。すなわちゲート電極17(櫛歯)の先端は絶縁化領域50上に配置される。そして、1つの第1ソース電極および第2ソース電極(または第1ドレイン電極および第2ドレイン電極)の両側に配置された2つのゲート電極17をゲート接続金属層18により接続する。   In the HEMT structure, an insulating region 50 is disposed outside the operation region 100. That is, the tip of the gate electrode 17 (comb teeth) is disposed on the insulating region 50. Then, two gate electrodes 17 arranged on both sides of one first source electrode and second source electrode (or first drain electrode and second drain electrode) are connected by a gate connection metal layer 18.

ゲート電極17上には窒化膜60が設けられている。ゲート接続金属層18は動作領域100外の窒化膜60上に配置され、窒化膜60に設けたコンタクトホールCHを介して、隣り合う2つのゲート電極17とコンタクトする。   A nitride film 60 is provided on the gate electrode 17. The gate connection metal layer 18 is disposed on the nitride film 60 outside the operation region 100 and is in contact with two adjacent gate electrodes 17 through contact holes CH provided in the nitride film 60.

尚、図示は省略するが、GaAs MESFETの場合は、ゲート電極17がコンタクトする基板表面はGaAs半絶縁基板となる。そして、ゲート接続金属層18は不純物領域である動作領域100外の半絶縁基板上に絶縁膜を介して設けられ、ゲート電極17とコンタクトする。   Although not shown, in the case of a GaAs MESFET, the substrate surface with which the gate electrode 17 contacts is a GaAs semi-insulating substrate. The gate connection metal layer 18 is provided on the semi-insulating substrate outside the operation region 100 which is an impurity region via an insulating film, and is in contact with the gate electrode 17.

このように本実施形態では、ゲート電極17においてゲート配線21に接続する端部と反対側の端部(先端)を、ゲート接続金属層18に接続する。そして、ゲート接続金属層18を第1ソース電極13および第2ソース電極15または第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の先端近傍に配置する。   Thus, in the present embodiment, the end (tip) opposite to the end connected to the gate wiring 21 in the gate electrode 17 is connected to the gate connection metal layer 18. Then, the gate connection metal layer 18 is disposed near the tips of the first source electrode 13 and the second source electrode 15 or the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16.

これにより、第1ソース電極13および第2ソース電極15とドレイン配線32、または第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16とソース配線31との間に必ずゲート接続金属層18またはゲート配線21が配置されるパターンが実現できる。   As a result, the gate connection metal layer 18 or the gate wiring 21 is always provided between the first source electrode 13 and the second source electrode 15 and the drain wiring 32 or between the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 and the source wiring 31. Arranged patterns can be realized.

動作領域100において、高周波信号は図4の矢印の経路で伝搬する。すなわちFETがオフのときFETのチャネル層を高周波信号が通過することはないが、従来(図8)ではX領域において矢印の如く高周波信号のリーク経路がFETのチャネル層外に形成されていた。本実施形態では、従来のX領域の高周波信号のリーク経路において、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間にゲート接続金属層18が配置されている。   In the operation region 100, the high-frequency signal propagates along the path indicated by the arrow in FIG. That is, when the FET is off, the high-frequency signal does not pass through the channel layer of the FET, but in the prior art (FIG. 8), a leak path of the high-frequency signal is formed outside the channel layer of the FET as indicated by an arrow in the X region. In the present embodiment, the gate connection metal layer 18 is disposed between the second source electrode S and the second drain electrode D in the conventional X-region high-frequency signal leakage path.

これにより、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間において基板を介して高周波電流が流れることを阻止することができ、高周波信号の漏れを防ぐことができる。   Accordingly, it is possible to prevent a high frequency current from flowing between the second source electrode S and the second drain electrode D through the substrate, and it is possible to prevent leakage of a high frequency signal.

また同様にFETのチャネル層外のY領域においては第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間にゲート電極G(ゲート配線21)が配置されている。従ってY領域において高周波信号の漏れは発生しない。   Similarly, a gate electrode G (gate wiring 21) is disposed between the second source electrode S and the second drain electrode D in the Y region outside the channel layer of the FET. Therefore, high-frequency signal leakage does not occur in the Y region.

これにより、FETのチャネル層外(第1ソース電極13−第1ドレイン電極14間の動作領域以外)においてはX領域およびY領域とも第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間にゲート電極G(ゲート接続金属層18またはゲート配線21)が配置されているため、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間において基板を介して高周波電流が流れることを阻止することができ、高周波信号の漏れを防ぐことができる。   Thereby, outside the channel layer of the FET (except for the operation region between the first source electrode 13 and the first drain electrode 14), the gate electrode G is interposed between the second source electrode S and the second drain electrode D in both the X region and the Y region. Since (the gate connection metal layer 18 or the gate wiring 21) is disposed, it is possible to prevent a high-frequency current from flowing between the second source electrode S and the second drain electrode D through the substrate, Leakage can be prevented.

以下、図6および図7を参照して更に説明する。   Hereinafter, further description will be given with reference to FIGS. 6 and 7.

図6は本実施形態を示す断面図である。図6(A)は図4のc−c線断面図であり、図6(B)は図4のd−d線断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing this embodiment. 6A is a cross-sectional view taken along line cc in FIG. 4, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line dd in FIG.

図6(A)の如く第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16の先端およびソース配線31は、動作領域100外に配置される。そして絶縁化領域50(GaAs MESFETの場合は半絶縁性基板の一部)の上の第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16およびソース配線31は、高周波信号が通過する。   As shown in FIG. 6A, the tips of the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 and the source wiring 31 are arranged outside the operation region 100. A high-frequency signal passes through the first drain electrode 14, the second drain electrode 16, and the source wiring 31 on the insulating region 50 (a part of the semi-insulating substrate in the case of GaAs MESFET).

ここで、図6(A)において第2ソース電極Sおよび第2ドレイン電極Dの間に、ゲート電極G(ゲート接続金属層18)が配置されない場合を考える。高周波信号は窒化膜60を介して、絶縁化領域50に伝わる。絶縁化領域50は窒化膜60同様誘電体として高周波信号を通す。つまり、この場合、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間において高周波信号の漏れが発生する。   Here, consider a case where the gate electrode G (gate connection metal layer 18) is not disposed between the second source electrode S and the second drain electrode D in FIG. The high frequency signal is transmitted to the insulating region 50 through the nitride film 60. The insulating region 50 transmits a high-frequency signal as a dielectric like the nitride film 60. That is, in this case, leakage of a high-frequency signal occurs between the second source electrode S and the second drain electrode D.

また、この状態では第2ソース電極S−第2ドレイン電極Dが直接対向配置されているため第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間で直接的な電界が存在している。このため高周波信号のリーク電流が流れることになる。本実施形態の場合FETを多段接続したスイッチング素子によるハイパワーのスイッチMMICのため高周波信号の振幅が大きく、高周波リーク電流の振幅も大きい。   In this state, since the second source electrode S and the second drain electrode D are directly opposed to each other, a direct electric field exists between the second source electrode S and the second drain electrode D. For this reason, a leak current of a high frequency signal flows. In the case of this embodiment, the high-frequency switch MMIC is a high-power switch MMIC composed of FETs connected in multiple stages, so that the amplitude of the high-frequency signal is large and the amplitude of the high-frequency leakage current is also large.

さらに第2ドレイン電極16はその下層の第1ドレイン電極14に接続している。そして第1ドレイン電極14の先端は絶縁化領域50(GaAs MESFETの場合は半絶縁性基板の一部)とショットキー接続している。従ってソース配線31−第1ドレイン電極14間にも、ソース配線31−第2ドレイン電極16間と同様に、大きな高周波リーク電流が流れる。   Further, the second drain electrode 16 is connected to the first drain electrode 14 below it. The tip of the first drain electrode 14 is Schottky connected to the insulating region 50 (a part of the semi-insulating substrate in the case of GaAs MESFET). Accordingly, a large high-frequency leakage current flows between the source line 31 and the first drain electrode 14 as well as between the source line 31 and the second drain electrode 16.

このため、従来(図8)のY領域の如く、ソース配線231と、第2ドレイン電極216の櫛歯の先端が対向して配置されている場合に、高周波信号の漏れが発生してしまう。   For this reason, when the source wiring 231 and the tip of the comb tooth of the second drain electrode 216 are arranged to face each other as in the conventional Y region (FIG. 8), leakage of the high frequency signal occurs.

また、図9のX’領域およびY領域についても同様である。すなわちX’領域では共通入力端子パッドIに最も近いためハイパワーの高周波信号にさらされているにもかかわらず、ソース配線231と、第2ドレイン電極216の櫛歯の先端が、対向して配置されているため大きな高周波リーク電流が発生する。さらにY領域においてもX’領域ほどハイパワーの高周波信号にさらされていないが、X’領域と同様の構造となっているため多少のリークが発生し、高周波信号の漏れが大きくなってしまう。   The same applies to the X ′ region and the Y region in FIG. 9. That is, in the X ′ region, the source wiring 231 and the tip of the comb teeth of the second drain electrode 216 are arranged to face each other even though the X ′ region is closest to the common input terminal pad I and exposed to a high-power high-frequency signal. Therefore, a large high frequency leakage current is generated. Further, the Y region is not exposed to a high-frequency high-frequency signal as much as the X ′ region, but has a similar structure to the X ′ region, so that some leakage occurs and the leakage of the high-frequency signal becomes large.

本実施形態では図6(A)の如く、ソース配線31−第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16間にゲート電極17と接続するゲート接続金属層18が配置される。従って、ソース配線31−第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16間の高周波信号の漏れをゲート接続金属層18で遮断することができる。以下そのメカニズムについて説明する。   In this embodiment, as shown in FIG. 6A, a gate connection metal layer 18 connected to the gate electrode 17 is disposed between the source wiring 31 and the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16. Accordingly, leakage of high-frequency signals between the source wiring 31 and the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 can be blocked by the gate connection metal layer 18. The mechanism will be described below.

第1に、ゲート電極Gは5〜10KΩのコントロール抵抗CRを介して制御端子Ctlに接続されている。(図2参照)制御端子Ctlには制御信号が印加されるが、制御信号はDC信号であるため制御端子は高周波信号のGND電位となる。またゲート電極Gがロジック回路LのポイントCPに接続される場合も同様である。   First, the gate electrode G is connected to the control terminal Ctl via a control resistor CR of 5 to 10 KΩ. (See FIG. 2) A control signal is applied to the control terminal Ctl. Since the control signal is a DC signal, the control terminal becomes the GND potential of the high-frequency signal. The same applies when the gate electrode G is connected to the point CP of the logic circuit L.

オン側のFETにおいて、ゲート電極17は動作領域100表面に直接接してショットキ接合を形成している。つまりFETのチャネル層を流れる高周波電流の影響を受けてゲート電極17の電位は高周波振動している。しかしオフ側のFETにおいてはチャネル層には電流が流れておらず、従って動作領域100表面の電位はほとんど高周波振動していない。つまりゲート電極17は、オン側FETのように高周波振動することはなく、制御端子Ctlと同様ほとんど高周波信号のGND電位と見なすことができる。また、そのゲート電極17と接続するゲート接続金属層18も高周波信号のほぼGND電位と見なすことができる。   In the on-side FET, the gate electrode 17 directly contacts the surface of the operation region 100 to form a Schottky junction. That is, the potential of the gate electrode 17 vibrates at a high frequency under the influence of a high frequency current flowing through the channel layer of the FET. However, in the off-side FET, no current flows in the channel layer, and therefore the potential on the surface of the operating region 100 hardly oscillates at high frequency. That is, the gate electrode 17 does not vibrate at a high frequency like the on-side FET, and can be regarded as a GND potential of a high-frequency signal almost like the control terminal Ctl. Further, the gate connection metal layer 18 connected to the gate electrode 17 can also be regarded as the GND potential of the high frequency signal.

従ってオフ側のFETのソース配線31−第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16間にゲート接続金属層18を配置することにより、平面パターンとしての配置がソース配線31−高周波信号としてのGND電位−第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16となる。   Therefore, by disposing the gate connection metal layer 18 between the source wiring 31 of the off-side FET and the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16, the arrangement as a planar pattern is the source wiring 31-the GND potential as the high frequency signal. -The first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 are formed.

ゲート接続配線18は図の如くゲート電極17間において窒化膜60上に形成されている。しかし、高周波信号は窒化膜60を通過するため、電界としては窒化膜60がない場合と同等である。従って、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間の高周波信号の漏れを防止することができる。   The gate connection wiring 18 is formed on the nitride film 60 between the gate electrodes 17 as shown in the figure. However, since the high-frequency signal passes through the nitride film 60, the electric field is the same as when the nitride film 60 is not present. Therefore, leakage of high frequency signals between the second source electrode S and the second drain electrode D can be prevented.

ゲート接続金属層18を配置しない場合はソース配線31−第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16間に直接的な高周波信号の電界が存在するが、間に高周波信号としてのGND電位を挟むことでソース配線31−第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16間の直接的な電界が大幅に弱まる。従ってソース配線31−第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16間において基板を介して高周波電流が流れることを阻止することができ、高周波信号の漏れを防ぐことができる。特にFETを多段接続したハイパワースイッチMMICにおいては高周波信号の振幅が大きく、従ってソース配線31−第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16間に強い高周波信号の電界が発生するため、ゲート接続金属層18を配置しない場合は大きな高周波電流が流れる。本実施形態では多段接続のハイパワースイッチMMICであっても高周波信号の漏れを防止できる。   When the gate connection metal layer 18 is not disposed, an electric field of a direct high-frequency signal exists between the source wiring 31 and the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16, but a GND potential as a high-frequency signal is sandwiched therebetween. Thus, the direct electric field between the source wiring 31 and the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 is greatly weakened. Accordingly, it is possible to prevent a high frequency current from flowing between the source wiring 31 and the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16 through the substrate, and to prevent leakage of a high frequency signal. In particular, in the high power switch MMIC in which FETs are connected in multiple stages, the amplitude of the high frequency signal is large. Therefore, a strong electric field of the high frequency signal is generated between the source wiring 31 and the first drain electrode 14 and the second drain electrode 16. When the layer 18 is not disposed, a large high-frequency current flows. In the present embodiment, high-frequency signal leakage can be prevented even with a multi-stage high power switch MMIC.

尚、図6(B)の如く、ドレイン配線32−第1ソース電極13および第2ソース電極15間も同様に、その間にゲート配線21が配置されているため高周波信号の漏れを防止できる。このように、本実施形態によれば第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間のどの経路にも必ずその間にゲート電極G(ゲート電極17、ゲート配線21)、およびゲート接続金属層18が配置されているため、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間の高周波信号の漏れを防止することができる。   As shown in FIG. 6B, since the gate wiring 21 is similarly disposed between the drain wiring 32 and the first source electrode 13 and the second source electrode 15, leakage of high frequency signals can be prevented. Thus, according to the present embodiment, the gate electrode G (gate electrode 17, gate wiring 21) and the gate connection metal layer 18 are always provided in any path between the second source electrode S and the second drain electrode D. Since it is disposed, leakage of a high-frequency signal between the second source electrode S and the second drain electrode D can be prevented.

尚、従来構造のX領域において高周波信号の漏れが発生しなかった理由も、上記のメカニズムによるものである。本実施形態では、従来構造において高周波信号のリーク経路となっていたソース電極−ドレイン電極間の全てに、ゲート電極Gを配置することにより、高周波信号を遮断することができる。   The reason why high frequency signal leakage did not occur in the X region of the conventional structure is also due to the above mechanism. In the present embodiment, the high-frequency signal can be blocked by disposing the gate electrode G between the source electrode and the drain electrode, which has been a leakage path for the high-frequency signal in the conventional structure.

以上のメカニズムは、本実施形態(図4)においてゲート配線21が動作領域100外にある場合も同様に働く。すなわち動作領域100外にあるゲート配線21またはゲート接続金属層18を挟むことにより第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間の高周波信号の漏れを防ぐことができる。   The above mechanism works similarly when the gate wiring 21 is outside the operation region 100 in the present embodiment (FIG. 4). That is, it is possible to prevent leakage of a high-frequency signal between the second source electrode S and the second drain electrode D by sandwiching the gate wiring 21 or the gate connection metal layer 18 outside the operation region 100.

また、図7の如く、ゲート電極G’を櫛状に設けず、1本のゲート電極G’を曲折させて第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間に延在するレイアウトを考える。   Further, as shown in FIG. 7, a layout in which the gate electrode G ′ is not provided in a comb shape and one gate electrode G ′ is bent and extends between the second source electrode S and the second drain electrode D is considered.

このレイアウトでは、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間に必ずゲート電極G’が挟まれており、ゲート電極G’により第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間の高周波信号の漏れを防ぐことができる。   In this layout, the gate electrode G ′ is always sandwiched between the second source electrode S and the second drain electrode D, and the leakage of the high-frequency signal between the second source electrode S and the second drain electrode D by the gate electrode G ′. Can be prevented.

しかしこのレイアウトはゲート−ドレイン間、またはゲート−ソース間に外部より印加される静電気に極めて弱いという問題がある。その理由は、このようなゲート電極G’のパターンの場合、制御端子Ctlに印加された静電エネルギーがチャネル層上のゲート電極G’の始点ST(コントロール抵抗CRに最も近い部分)に集中するためである。従ってこのようなゲート電極G’は低い静電気電圧でゲート電極G’の始点ST部分が破壊するため、結果的にMMICとして静電破壊電圧が低く、信頼性上好ましくないレイアウトである。   However, this layout has a problem that it is extremely vulnerable to static electricity applied from the outside between the gate and the drain or between the gate and the source. The reason is that, in the case of such a pattern of the gate electrode G ′, the electrostatic energy applied to the control terminal Ctl concentrates on the start point ST (portion closest to the control resistor CR) of the gate electrode G ′ on the channel layer. Because. Accordingly, since the gate electrode G 'has a low electrostatic voltage and the start point ST of the gate electrode G' is destroyed, the electrostatic breakdown voltage is low as an MMIC, resulting in an unfavorable layout.

一方、本実施形態では複数の櫛状のゲート電極17をゲート配線21によって束ねている。これにより、制御端子Ctlに印加された静電エネルギーを、ゲート配線21を介してFET全体に渡ってまんべんなく振り分けることができる。   On the other hand, in the present embodiment, a plurality of comb-like gate electrodes 17 are bundled by the gate wiring 21. Thereby, the electrostatic energy applied to the control terminal Ctl can be distributed evenly over the entire FET via the gate wiring 21.

このように、本実施形態によれば櫛状のゲート電極構造を維持できる。つまり信頼性を損なうことなく、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間の高周波信号の漏れを防ぐことができる。   Thus, according to this embodiment, a comb-like gate electrode structure can be maintained. That is, it is possible to prevent leakage of high-frequency signals between the second source electrode S and the second drain electrode D without impairing reliability.

特に、本実施形態の如くDPDTの場合には、信号の入出力が逆となり第1RFポートおよび第2RFポートを入れ替えて使用する場合もある。本実施形態では高周波信号の伝搬が逆向きの経路になった場合であっても、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間の何れの従来のリーク経路も完全に遮断することができる。すなわちいずれのRFポートの端子パッドが最も高周波信号の電界が強い入力端子パッドになったとしても高周波信号のリークを完全に防止することができるため、設計どおりのPin0.1dBと歪特性を得ることができる。 In particular, in the case of DPDT as in this embodiment, the input / output of signals is reversed, and the first RF port and the second RF port may be used interchangeably. In the present embodiment, any conventional leak path between the second source electrode S and the second drain electrode D can be completely blocked even when the high-frequency signal propagates in the opposite direction. That is, even if the terminal pad of any RF port becomes an input terminal pad having the strongest electric field of the high frequency signal, it is possible to completely prevent the leakage of the high frequency signal, so that the Pin 0.1 dB and the distortion characteristic as designed can be obtained. Obtainable.

高周波信号の漏れを防止するためには、第2ソース電極S−第2ドレイン電極D間のリーク経路に対してゲート電極Gが途切れることなく連続して配置されることが望ましい。しかしゲート電極Gは、ゲート金属層20のリフトオフで形成する。つまりリフトオフの際レジスト除去液を不要なゲート金属層20の下のレジストに滲入させ、レジストと共にゲート金属層を除去する。従って、レジスト除去液が十分滲入しない場合、正確なパターンが形成されない。   In order to prevent leakage of the high-frequency signal, it is desirable that the gate electrode G is continuously arranged without interruption in the leakage path between the second source electrode S and the second drain electrode D. However, the gate electrode G is formed by lift-off of the gate metal layer 20. That is, at the time of lift-off, the resist removing liquid is allowed to penetrate into the resist under the unnecessary gate metal layer 20, and the gate metal layer is removed together with the resist. Therefore, when the resist removing liquid does not sufficiently penetrate, an accurate pattern cannot be formed.

本実施形態ではゲート電極Gは櫛状のパターンを有する。つまり、ゲート電極G形成時にはゲート配線21と逆側のゲート電極17先端は離間している。従って、ゲート電極1Gのパターンをリフトオフで形成する場合、レジスト除去液がゲート電極17間に十分滲入するため、容易にリフトオフできる。   In the present embodiment, the gate electrode G has a comb-like pattern. That is, when the gate electrode G is formed, the tip of the gate electrode 17 opposite to the gate wiring 21 is separated. Therefore, when the pattern of the gate electrode 1G is formed by lift-off, the resist removal liquid sufficiently permeates between the gate electrodes 17, so that the lift-off can be easily performed.

そしてその後、ゲート接続金属層で隣り合う2つのゲート電極17を接続することにより、第2ソース電極S−第2ドレイン電極Dの直線的なリークパスを一切遮断し、高周波信号の漏れを完全に防止することができる。   Then, by connecting the two adjacent gate electrodes 17 with the gate connection metal layer, the linear leak path between the second source electrode S and the second drain electrode D is completely cut off, and the leakage of the high frequency signal is completely prevented. can do.

尚、図示は省略するが、FETがGaAs MESFETの場合には、ノンドープのGaAs基板に、イオン注入により不純物領域を形成すればよい。   Although illustration is omitted, when the FET is a GaAs MESFET, an impurity region may be formed by ion implantation in a non-doped GaAs substrate.

例えば動作領域100は、イオン注入により形成したn型不純物領域であり、ソース領域137sおよびドレイン領域137dはイオン注入により形成したn+型不純物領域である。またアイソレーション向上のための周辺不純物領域51はソース領域137sおよびドレイン領域137dと同時にイオン注入により形成したn+型不純物領域であり、コントロール抵抗(高抵抗体)は動作領域100と同時にイオン注入により形成したn型不純物領域である。   For example, the operation region 100 is an n-type impurity region formed by ion implantation, and the source region 137s and the drain region 137d are n + -type impurity regions formed by ion implantation. The peripheral impurity region 51 for improving isolation is an n + type impurity region formed by ion implantation at the same time as the source region 137s and the drain region 137d, and the control resistance (high resistance body) is formed by ion implantation at the same time as the operation region 100. N-type impurity region.

またノンドープのGaAs基板に所定の不純物濃度を有するエピタキシャル層を積層し、絶縁化領域で分離することにより上記の不純物領域を形成してもよい。   Alternatively, the impurity region may be formed by stacking an epitaxial layer having a predetermined impurity concentration on a non-doped GaAs substrate and separating the epitaxial layer by an insulating region.

さらにチャネル層上のソース電極およびドレイン電極において、第1ソース電極13および第2ソース電極15と第1ドレイン電極14および第2ドレイン電極16がそれぞれ重畳している場合を例に説明したが、チャネル層上に第2ソース電極、第2ドレイン電極は必ずしも無くてもよい。すなわちゲート接続金属層18近辺のパターン形状として第2ソース電極の先端部は無く第1ソース電極の一端のみ存在し、第2ドレイン電極の先端部は無く第1ドレイン電極の一端のみ存在しても良い。   Further, in the source electrode and the drain electrode on the channel layer, the case where the first source electrode 13, the second source electrode 15, the first drain electrode 14, and the second drain electrode 16 overlap each other has been described as an example. The second source electrode and the second drain electrode are not necessarily required on the layer. That is, as the pattern shape in the vicinity of the gate connection metal layer 18, there is no tip portion of the second source electrode and there is only one end of the first source electrode, and there is no tip portion of the second drain electrode and only one end of the first drain electrode is present. good.

以上、ロジック回路を備えたDPDTスイッチMMICを例に説明したが、スイッチ回路装置の構成は上記の例に限らず、SP3T、SP4T、DP4T、DP7Tのように入力ポートおよび出力ポートが異なるスイッチ回路装置であってもよく、またロジック回路を備えていても備えていなくても良い。さらにオフ側出力端子に、高周波信号の漏れを防止するシャントFETを接続しても良い。


Although the DPDT switch MMIC provided with the logic circuit has been described above as an example, the configuration of the switch circuit device is not limited to the above example, and the switch circuit device having different input ports and output ports such as SP3T, SP4T, DP4T, and DP7T It is also possible to have a logic circuit or not. Furthermore, a shunt FET that prevents leakage of high-frequency signals may be connected to the off-side output terminal.


本発明を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating this invention. 本発明を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating this invention. 本発明を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating this invention. 本発明を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating this invention. 本発明を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating this invention. 本発明を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating this invention. 本発明を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating this invention. 従来技術を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating a prior art. 従来技術を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10 オーミック金属層
13 第1ソース電極
15 第2ソース電極
14 第1ドレイン電極
16 第2ドレイン電極
17 ゲート電極
18 ゲート接続金属層
20 ゲート金属層
21 ゲート配線
30 配線金属層
31 ソース配線
32 ドレイン配線
40 配線金属層
50 絶縁化領域
51 周辺不純物領域
60 窒化膜
100 動作領域
131 GaAs基板
132 バッファ層
133 電子供給層
134 スペーサ層
135 チャネル層
136 障壁層
137 キャップ層
137s ソース領域
137d ドレイン領域
215 ソース電極
216 ドレイン電極
217 ゲート電極
220 ゲート金属層
221 ゲート配線
230 配線金属層
231 ソース配線
232 ドレイン配線
260 窒化膜
300 動作領域
IN 共通入力端子
IN1 第1共通入力端子
IN2 第2共通入力端子
Ctl 制御端子
OUT1 第1出力端子
OUT2 第2出力端子
I 共通入力端子パッド
I1 第1共通入力端子パッド
I2 第2共通入力端子パッド
C 制御端子パッド
C1 第1制御端子パッド
C2 第2制御端子パッド
O1 第1出力端子パッド
O2 第2出力端子パッド
CR コントロール抵抗
SW1 第1スイッチング素子
SW2 第2スイッチング素子
SW3 第3スイッチング素子
SW4 第4スイッチング素子
CP ポイント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ohmic metal layer 13 1st source electrode 15 2nd source electrode 14 1st drain electrode 16 2nd drain electrode 17 Gate electrode 18 Gate connection metal layer 20 Gate metal layer 21 Gate wiring 30 Wiring metal layer 31 Source wiring 32 Drain wiring 40 Wiring metal layer 50 Insulating region 51 Peripheral impurity region 60 Nitride film 100 Operating region 131 GaAs substrate 132 Buffer layer 133 Electron supply layer 134 Spacer layer 135 Channel layer 136 Barrier layer 137 Cap layer 137s Source region 137d Drain region 215 Source electrode 216 Drain Electrode 217 Gate electrode 220 Gate metal layer 221 Gate wire 230 Wire metal layer 231 Source wire 232 Drain wire 260 Nitride film 300 Operating region IN Common input terminal IN1 First common input Child IN2 Second common input terminal Ctl Control terminal OUT1 First output terminal OUT2 Second output terminal I Common input terminal pad I1 First common input terminal pad I2 Second common input terminal pad C Control terminal pad C1 First control terminal pad C2 2nd control terminal pad O1 1st output terminal pad O2 2nd output terminal pad CR Control resistance SW1 1st switching element SW2 2nd switching element SW3 3rd switching element SW4 4th switching element CP Point

Claims (10)

化合物半導体基板の動作領域上に櫛状のソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を設けたスイッチング素子と、
前記動作領域外の前記基板表面に設けた絶縁膜と、
前記スイッチング素子のソース電極またはドレイン電極に接続する第1RFポートと、
前記スイッチング素子のドレイン電極またはソース電極に接続する第2RFポートと、
前記スイッチング素子のゲート電極に接続する制御端子と、を具備し、
前記ゲート電極はそれぞれの櫛歯の一端を前記動作領域外に延在し、1つの前記櫛歯の一端と、隣り合う他の前記櫛歯の一端とを前記絶縁膜の上に配置した金属層に接続することを特徴とする化合物半導体スイッチ回路装置。
A switching element provided with a comb-like source electrode, gate electrode, and drain electrode on the operating region of the compound semiconductor substrate;
An insulating film provided on the substrate surface outside the operating region;
A first RF port connected to a source electrode or a drain electrode of the switching element;
A second RF port connected to a drain electrode or a source electrode of the switching element;
A control terminal connected to the gate electrode of the switching element,
The gate electrode has a metal layer in which one end of each comb tooth extends outside the operation region, and one end of one comb tooth and one end of another adjacent comb tooth are arranged on the insulating film. A compound semiconductor switch circuit device, characterized by being connected to a semiconductor device.
1つの前記動作領域の前記ソース電極または前記ドレイン電極は、それぞれの櫛歯の一端の近傍に前記金属層が配置されることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。   2. The compound semiconductor switch circuit device according to claim 1, wherein the metal layer is arranged in the vicinity of one end of each comb tooth of the source electrode or the drain electrode in one operation region. 前記ゲート電極の1つの櫛歯と他の櫛歯の間に前記ソース電極又は前記ドレイン電極の1つの櫛歯が配置されることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。   2. The compound semiconductor switch circuit device according to claim 1, wherein one comb tooth of the source electrode or the drain electrode is arranged between one comb tooth of the gate electrode and another comb tooth. 1つの前記ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の櫛歯の他端は、他の前記ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の櫛歯の他端とそれぞれゲート配線、ソース配線、ドレイン配線により接続されることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。   The other end of the comb teeth of one of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode is connected to the other end of the comb teeth of the other gate electrode, the source electrode, and the drain electrode by a gate wiring, a source wiring, and a drain wiring, respectively. The compound semiconductor switch circuit device according to claim 1. 前記金属層は前記ソース電極またはドレイン電極の櫛歯の一端と、前記ドレイン配線または前記ソース配線との間に配置されることを特徴とする請求項4に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。   5. The compound semiconductor switch circuit device according to claim 4, wherein the metal layer is disposed between one end of a comb tooth of the source electrode or the drain electrode and the drain wiring or the source wiring. 前記スイッチング素子は、前記ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極により構成されるFETを直列に多段接続してなることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。   2. The compound semiconductor switch circuit device according to claim 1, wherein the switching element is formed by connecting FETs composed of the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode in a multistage manner in series. 前記ゲート電極は第1方向に延在し、前記金属層は第2方向に延在することを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。   2. The compound semiconductor switch circuit device according to claim 1, wherein the gate electrode extends in a first direction, and the metal layer extends in a second direction. 前記第2方向は、前記第1方向に対して垂直方向であることを特徴とする請求項7に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。   The compound semiconductor switch circuit device according to claim 7, wherein the second direction is a direction perpendicular to the first direction. 前記ゲート配線は、前記化合物半導体基板表面に配置されることを特徴とする請求項4に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。   The compound semiconductor switch circuit device according to claim 4, wherein the gate wiring is disposed on a surface of the compound semiconductor substrate. 前記第1RFポートおよび第2RFポート間に高周波アナログ信号が伝搬することを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体スイッチ回路装置。
2. The compound semiconductor switch circuit device according to claim 1, wherein a high-frequency analog signal propagates between the first RF port and the second RF port.
JP2005130764A 2005-04-28 2005-04-28 Compound semiconductor switch circuit device Pending JP2006310510A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005130764A JP2006310510A (en) 2005-04-28 2005-04-28 Compound semiconductor switch circuit device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005130764A JP2006310510A (en) 2005-04-28 2005-04-28 Compound semiconductor switch circuit device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006310510A true JP2006310510A (en) 2006-11-09

Family

ID=37477069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005130764A Pending JP2006310510A (en) 2005-04-28 2005-04-28 Compound semiconductor switch circuit device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006310510A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008057524A1 (en) * 2006-11-10 2008-05-15 Skyworks Solutions, Inc. Compact low loss high frequency switch with improved linearity performance
US9614520B2 (en) 2015-03-13 2017-04-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor switch

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008057524A1 (en) * 2006-11-10 2008-05-15 Skyworks Solutions, Inc. Compact low loss high frequency switch with improved linearity performance
US7877058B2 (en) 2006-11-10 2011-01-25 Skyworks Solutions, Inc. Compact low loss high frequency switch with improved linearity performance
US8175523B2 (en) 2006-11-10 2012-05-08 Skyworks Solutions, Inc. Compact low loss high frequency switch with improved linearity performance
US8509682B2 (en) 2006-11-10 2013-08-13 Skyworks Solutions, Inc. Compact switch with enhanced linearity performance
US9614520B2 (en) 2015-03-13 2017-04-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor switch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100710774B1 (en) Compound semiconductor switch circuit device
JP5112620B2 (en) Compound semiconductor device
JP2006310509A (en) Compound semiconductor switch circuit device
US7498616B2 (en) Compound semiconductor switch circuit device
KR100725574B1 (en) Compound semiconductor switch circuit device
KR100725884B1 (en) Compound semiconductor switch circuit device
KR100684241B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100701139B1 (en) Semiconductor device
US7339210B2 (en) Compound semiconductor switching circuit device
KR100742067B1 (en) Semiconductor device
JP4535668B2 (en) Semiconductor device
JP2006310511A (en) Compound semiconductor switch circuit device
JP2006310510A (en) Compound semiconductor switch circuit device
JP2007242751A (en) Compound semiconductor switching circuit device
JP2007281551A (en) Compound semiconductor switch circuit device
JP2007149885A (en) Compound semiconductor switch circuit device and manufacturing method thereof
JP5147169B2 (en) Switch circuit device
JP2009231583A (en) Compound semiconductor switch circuit device
JP2007149886A (en) Compound semiconductor switch circuit device and manufacturing method thereof
JP2009231582A (en) Compound semiconductor switch circuit device
JP2007048900A (en) Compound semiconductor device