JP2020150104A - Microwave integrated circuit - Google Patents

Microwave integrated circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2020150104A
JP2020150104A JP2019045545A JP2019045545A JP2020150104A JP 2020150104 A JP2020150104 A JP 2020150104A JP 2019045545 A JP2019045545 A JP 2019045545A JP 2019045545 A JP2019045545 A JP 2019045545A JP 2020150104 A JP2020150104 A JP 2020150104A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring layer
vias
integrated circuit
layer
microwave integrated
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.)
Granted
Application number
JP2019045545A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7222276B2 (en
Inventor
憲司 内藤
Kenji Naito
憲司 内藤
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.)
Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Original Assignee
Sumitomo Electric Device Innovations Inc
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 Sumitomo Electric Device Innovations Inc filed Critical Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Priority to JP2019045545A priority Critical patent/JP7222276B2/en
Priority to CN202010161337.6A priority patent/CN111696952A/en
Priority to US16/815,827 priority patent/US11264341B2/en
Publication of JP2020150104A publication Critical patent/JP2020150104A/en
Priority to US17/581,442 priority patent/US20220148985A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7222276B2 publication Critical patent/JP7222276B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

To provide a microwave integrated circuit which effectively reduces an oscillation in an output signal.SOLUTION: A microwave integrated circuit includes: a semiconductor substrate 3; a plurality of amplification units formed in the semiconductor substrate 3; an electric wiring W3 that is formed in one electric wiring layer excluding the electric wiring layer of a top layer and the electric wiring layer of a bottom layer from a plurality of electric wiring layers formed on the semiconductor substrate 3, and supplies a power source to a plurality of amplification units; a plurality of conductive regions 51 formed while nipping the electric wiring W3 in the electric wiring layer; a plurality of vias 21a that connect an another conductive region 53 formed in a region that nips the electric wiring W3 in the two electric wiring layers just above and just under the electric wiring layer with a WG. Each of the plurality of vias 21a forms a via structure connected by a plurality of other vias 21b and 21d in conductive regions 55 and 59 of the electric wiring layer of the bottom layer.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、マイクロ波集積回路に関するものである。 The present invention relates to microwave integrated circuits.

従来から、マイクロ波デバイスを集積するマイクロ波集積回路が用いられている。マイクロ波集積回路としては、トランジスタ等の回路素子が形成された半導体基板上に、絶縁層及び配線層が積層された多層化MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)が知られている(例えば、下記特許文献1〜3参照)。このような多層化MMICの構造によれば、回路の専有面積の削減が実現できる。 Conventionally, microwave integrated circuits that integrate microwave devices have been used. As a microwave integrated circuit, a multilayer MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) in which an insulating layer and a wiring layer are laminated on a semiconductor substrate on which a circuit element such as a transistor is formed is known (for example, the following patent documents). See 1-3). According to such a multi-layered MMIC structure, it is possible to reduce the occupied area of the circuit.

特開2003−309121号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-309121 特開2010−205941号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-205941 特開2017−085040号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-085040

近年、上述した従来の多層化MMICの構造を有するマイクロ波集積回路においては、回路サイズの小型化が要請されている。しかしながら、回路サイズが縮小された従来のマイクロ波集積回路においては、各回路ユニット間のアイソレーションが不十分で、出力信号における発振が生じる場合があった。 In recent years, in the microwave integrated circuit having the structure of the conventional multilayer MMIC described above, there is a demand for miniaturization of the circuit size. However, in a conventional microwave integrated circuit in which the circuit size is reduced, the isolation between each circuit unit is insufficient, and oscillation may occur in the output signal.

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、出力信号における発振を効果的に低減することが可能なマイクロ波集積回路を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a microwave integrated circuit capable of effectively reducing oscillation in an output signal.

上記課題を解決するために、本発明の一側面に係るマイクロ波集積回路は、半導体基板と、半導体基板中に形成された複数の増幅ユニットと、半導体基板上に形成された複数の配線層のうち、最上層の配線層及び最下層の配線層を除く一つの配線層に形成され、複数の増幅ユニットに電源を供給する電源線と、一つの配線層において当該電源線を挟んで形成された複数の導電領域と、一つの配線層の直上および直下の二つの配線層において当該電源線を挟む領域に形成された別の導電領域と、を接続する複数のビアと、を有し、複数のビアのそれぞれは、最上層の配線層および最下層の配線層の少なくともいずれか一方に複数の別のビアにより接続されているビア構造を形成する。 In order to solve the above problems, the microwave integrated circuit according to one aspect of the present invention comprises a semiconductor substrate, a plurality of amplification units formed in the semiconductor substrate, and a plurality of wiring layers formed on the semiconductor substrate. Of these, a power supply line formed in one wiring layer excluding the uppermost wiring layer and the lowermost wiring layer to supply power to a plurality of amplification units, and the power supply line sandwiched between the power supply lines in one wiring layer. It has a plurality of vias connecting a plurality of conductive regions and another conductive region formed in a region sandwiching the power supply line in two wiring layers directly above and below one wiring layer, and a plurality of vias. Each of the vias forms a via structure connected by a plurality of different vias to at least one of the uppermost wiring layer and the lowest wiring layer.

本発明によれば、出力信号における発振を効果的に低減することができる。 According to the present invention, oscillation in the output signal can be effectively reduced.

実施形態に係るマイクロ波集積回路1の平面図である。It is a top view of the microwave integrated circuit 1 which concerns on embodiment. 図1のマイクロ波集積回路の断面図である。It is sectional drawing of the microwave integrated circuit of FIG. 図1のマイクロ波集積回路1の全体の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole circuit structure of the microwave integrated circuit 1 of FIG. 図1のマイクロ波集積回路1内における表面側から見た各回路ユニットの配置及び各回路ユニットに与えられるバイアス及び各回路ユニット間で入出力されるRF信号の経路を示す図である。It is a figure which shows the arrangement of each circuit unit seen from the surface side in the microwave integrated circuit 1 of FIG. 1, the bias given to each circuit unit, and the path of the RF signal input / output between each circuit unit. 図1のマイクロ波集積回路1内に構成される各増幅ユニットの回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of each amplification unit configured in the microwave integrated circuit 1 of FIG. 図1のマイクロ波集積回路1における配線W1,W3付近における配線W1の形成方向に対する垂直方向の断面図である。It is sectional drawing in the direction perpendicular to the formation direction of the wiring W1 in the vicinity of wirings W1 and W3 in the microwave integrated circuit 1 of FIG. 多層配線層5内に形成されたビア構造の平面図である。It is a top view of the via structure formed in the multilayer wiring layer 5. 図7のビア構造の配列の様子を示す平面図である。It is a top view which shows the state of the arrangement of the via structure of FIG. マイクロ波集積回路1による出力信号の発振防止の効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect of preventing the oscillation of an output signal by a microwave integrated circuit 1.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[マイクロ波集積回路の構成]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[Microwave integrated circuit configuration]

図1は、実施形態に係るマイクロ波集積回路1の平面図、図2は、マイクロ波集積回路の断面図である。図1及び図2に示すマイクロ波集積回路1は、マイクロ波信号を増幅して出力する集積回路であり、フェイスダウンでフリップチップ実装が可能なMMICであるWLCSP(Wafer Level Chip Size Package)チップである。マイクロ波集積回路1は、FET(Field Effect Transistor)等を含む回路ユニットが内部に形成されたGaAs基板である半導体基板3と、半導体基板3上に積層された多層配線層5と、多層配線層5の半導体基板3に対して反対側の表面7上に形成されたハンダボール9とを含んで構成される。この半導体基板3及び多層配線層5は、平面視において、例えばサイズが2.3mm×1.66mmの矩形状の平面形状を有する。 FIG. 1 is a plan view of the microwave integrated circuit 1 according to the embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the microwave integrated circuit. The microwave integrated circuit 1 shown in FIGS. 1 and 2 is an integrated circuit that amplifies and outputs a microwave signal, and is a WLCSP (Wafer Level Chip Size Package) chip that is a MMIC that can be flip-chip mounted face-down. is there. The microwave integrated circuit 1 includes a semiconductor substrate 3 which is a GaAs substrate in which a circuit unit including a FET (Field Effect Transistor) is formed, a multilayer wiring layer 5 laminated on the semiconductor substrate 3, and a multilayer wiring layer. 5 includes a solder ball 9 formed on the surface 7 opposite to the semiconductor substrate 3. The semiconductor substrate 3 and the multilayer wiring layer 5 have a rectangular planar shape having a size of, for example, 2.3 mm × 1.66 mm in a plan view.

半導体基板3の多層配線層5側の表面には、半導体基板3の内部に形成されたFET11、抵抗素子13等の各回路素子の端子として機能する導電膜15が形成され、半導体基板3の裏面には保護膜16が形成され、多層配線層5は、導電膜15が形成された半導体基板3の表面に積層される。多層配線層5は、第1絶縁層17a、第2絶縁層17b、第3絶縁層17c、第4絶縁層17d、及び第5絶縁層17eの5層構造をなしており、第1絶縁層17aの第2絶縁層17b側の面上に第1層配線19aが形成され、第2絶縁層17bの第3絶縁層17c側の面上に第2層配線19bが形成され、第3絶縁層17cの第4絶縁層17d側の面上に第3層配線19cが形成され、第4絶縁層17dの第5絶縁層17e側の面上に第4層配線19dが形成されている。 On the surface of the semiconductor substrate 3 on the multilayer wiring layer 5 side, a conductive film 15 that functions as a terminal of each circuit element such as the FET 11 and the resistance element 13 formed inside the semiconductor substrate 3 is formed, and the back surface of the semiconductor substrate 3 is formed. A protective film 16 is formed on the semiconductor substrate 16, and the multilayer wiring layer 5 is laminated on the surface of the semiconductor substrate 3 on which the conductive film 15 is formed. The multilayer wiring layer 5 has a five-layer structure of a first insulating layer 17a, a second insulating layer 17b, a third insulating layer 17c, a fourth insulating layer 17d, and a fifth insulating layer 17e, and has a first insulating layer 17a. The first layer wiring 19a is formed on the surface of the second insulating layer 17b on the side of the second insulating layer 17b, the second layer wiring 19b is formed on the surface of the second insulating layer 17b on the side of the third insulating layer 17c, and the third insulating layer 17c is formed. The third layer wiring 19c is formed on the surface of the fourth insulating layer 17d on the side of the fifth insulating layer 17d, and the fourth layer wiring 19d is formed on the surface of the fourth insulating layer 17d on the side of the fifth insulating layer 17e.

第1絶縁層17aは、FET11の各電極に対応する導電膜15及びそれらの導電膜15間がSiN膜(SiNパシベーション膜)で覆われた半導体基板3の表面上に、ポリイミド膜及びSiN膜からなる2層で形成される。例えば、第1絶縁層17aは、ポリイミド膜の厚さが1.4μm、SiN膜の厚さが0.1μmで形成される。この第1絶縁層17aの表面に、金属シード層上に金メッキが施されることによって第1層配線19aが形成される。例えば、第1層配線19aは、金属シード層の厚さが0.515μm、金メッキの厚さが1μmで形成される。 The first insulating layer 17a is formed from the polyimide film and the SiN film on the surface of the semiconductor substrate 3 in which the conductive film 15 corresponding to each electrode of the FET 11 and the conductive film 15 between them are covered with a SiN film (SiN passivation film). It is formed of two layers. For example, the first insulating layer 17a is formed with a polyimide film having a thickness of 1.4 μm and a SiN film having a thickness of 0.1 μm. The surface of the first insulating layer 17a is plated with gold on the metal seed layer to form the first layer wiring 19a. For example, the first layer wiring 19a is formed with a metal seed layer having a thickness of 0.515 μm and a gold plating having a thickness of 1 μm.

第2〜第4絶縁層17b〜17dは、それぞれ、第1〜第3絶縁層17a〜17c上に、SiN膜およびポリイミド膜からなる2層で形成される。例えば、第2絶縁層17bは、2層の厚さが、0.33μm、2.0μmで形成され、第3絶縁層17bは、2層の厚さが、0.3μm、2.0μmで形成され、第4絶縁層17cは、2層の厚さが、0.2μm、2.0μmで形成される。それぞれの第2〜第4絶縁層17b〜17dの表面に、金属シード層上に金メッキが施されることによって第2〜第4層配線19b〜19dが形成される。例えば、第2層配線19b、及び第3層配線19cは、金属シード層の厚さが0.205μm、金メッキの厚さが1μmで形成され、第4層配線19dは、金属シード層の厚さが0.205μm、金メッキの厚さが2μmで形成される。 The second to fourth insulating layers 17b to 17d are formed of two layers composed of a SiN film and a polyimide film on the first to third insulating layers 17a to 17c, respectively. For example, the second insulating layer 17b is formed with two layers having thicknesses of 0.33 μm and 2.0 μm, and the third insulating layer 17b is formed with two layers having thicknesses of 0.3 μm and 2.0 μm. The fourth insulating layer 17c is formed with two layers having a thickness of 0.2 μm and 2.0 μm. The surfaces of the second to fourth insulating layers 17b to 17d are gold-plated on the metal seed layer to form the second to fourth layer wirings 19b to 19d. For example, the second layer wiring 19b and the third layer wiring 19c are formed with a metal seed layer thickness of 0.205 μm and a gold plating thickness of 1 μm, and the fourth layer wiring 19d is formed with a metal seed layer thickness. Is 0.205 μm, and the thickness of the gold plating is 2 μm.

第5絶縁層17eは、第4絶縁層17dに、SiN膜、及びポリイミド膜からなる2層で形成される。例えば、第5絶縁層17eは、2層の厚さが、0.2μm、2.5μmで形成される。この第5絶縁層17eの表面には、半導体基板3の内部の回路ユニットあるいは第1〜第4層配線19dと電気的に接続された球状の導電体である複数のハンダボール9が、2次元的に配置されて形成されている。これらのハンダボール9が、マイクロ波集積回路1が実装基板にフリップチップ実装された際に、実装基板上の配線に電気的に接続される。 The fifth insulating layer 17e is formed on the fourth insulating layer 17d by two layers composed of a SiN film and a polyimide film. For example, the fifth insulating layer 17e is formed with two layers having a thickness of 0.2 μm and 2.5 μm. On the surface of the fifth insulating layer 17e, a plurality of solder balls 9 which are spherical conductors electrically connected to the circuit unit inside the semiconductor substrate 3 or the first to fourth layer wirings 19d are two-dimensional. Are arranged and formed. These solder balls 9 are electrically connected to the wiring on the mounting board when the microwave integrated circuit 1 is flip-chip mounted on the mounting board.

上記構成の多層配線層5においては、ハンダボール9、導電膜15、及び第1〜第4層配線19a〜19dが、第1〜第5絶縁層17a〜17eのうちの1層以上を貫通するビア21によって、互いに電気的に接続される。また、多層配線層5内、例えば、第2絶縁層17b内には、キャパシタ23等の受動素子が、第1層配線19a及び第2層配線19b等のいずれかの2層の配線に接続された状態で形成されている。 In the multilayer wiring layer 5 having the above configuration, the solder balls 9, the conductive film 15, and the first to fourth layer wirings 19a to 19d penetrate one or more of the first to fifth insulating layers 17a to 17e. The vias 21 are electrically connected to each other. Further, in the multilayer wiring layer 5, for example, in the second insulating layer 17b, a passive element such as a capacitor 23 is connected to the wiring of any two layers such as the first layer wiring 19a and the second layer wiring 19b. It is formed in a state of being.

図3は、マイクロ波集積回路1内における全体の回路構成を示すブロック図である。図3に示すように、マイクロ波集積回路1は、入力端子(信号入力端子)PINから入力された第1の周波数(例えば、周波数38GHz)のRF信号(高周波信号)を増幅する初段増幅器である低雑音アンプ(LNA:Low Noise Amplifier)31と、低雑音アンプ31によって増幅された後に2分岐された一方の第1の周波数のRF信号を増幅する主系列増幅段と、低雑音アンプ31によって増幅された後に2分岐された他方の第1の周波数のRF信号を逓倍して、第1の周波数の2倍の周波数の逓倍波(例えば、周波数77GHzのRF信号)を生成する分岐段と、分岐段から出力された逓倍波を増幅して出力する副系列増幅段とが、半導体基板3上に集積されて構成される。 FIG. 3 is a block diagram showing the entire circuit configuration in the microwave integrated circuit 1. As shown in FIG. 3, the microwave integrated circuit 1, a first frequency input from an input terminal (signal input terminal) P IN (e.g., frequency 38 GHz) in the first-stage amplifier for amplifying an RF signal (radio frequency signal) of A low-frequency amplifier (LNA) 31, a main-series amplifier stage that amplifies the RF signal of one of the first frequencies branched into two after being amplified by the low-frequency amplifier 31, and a low-noise amplifier 31. A branch stage that multiplies the RF signal of the other first frequency, which is amplified and then branched into two, to generate a multiplied wave (for example, an RF signal having a frequency of 77 GHz) that is twice the frequency of the first frequency. A sub-series amplification stage that amplifies and outputs the multiplication wave output from the branch stage is integrated on the semiconductor substrate 3.

主系列増幅段は、ドライバーアンプ(Driver Amplifier)33とパワーアンプ(Power Amplifier)35とが直列的に接続された2段の増幅回路の構成を有しており、出力端子(信号出力端子)POUT1から所定の信号強度(例えば、50mW)に増幅した第1の周波数のRF信号を出力する。分岐段は、2段の増幅回路である低雑音アンプ37及び低雑音アンプ41の間に逓倍器39が挟まれた構成を有し、第2の周波数のRF信号を増幅して出力する。副系列増幅段は、ドライバーアンプ43とパワーアンプ45とが直列的に接続された2段の増幅回路の構成を有しており、分岐段の後段に接続されている。この分岐段においては、低雑音アンプ37によって低雑音アンプ31から分岐されたRF信号が増幅され、逓倍器39によってそのRF信号の周波数が逓倍されて第2の周波数の逓倍波(例えば、周波数77GHzのRF信号)が生成された後に、再度逓倍波が低雑音アンプ41によって増幅される。さらに、分岐段によって生成された逓倍波は、副系列増幅段のドライバーアンプ43及びパワーアンプ45によって順次増幅され、所定の信号強度(例えば30mW)の逓倍波として出力端子POUT2から出力される。 The main series amplifier stage has a configuration of a two-stage amplifier circuit in which a driver amplifier (Driver Amplifier) 33 and a power amplifier (Power Amplifier) 35 are connected in series, and an output terminal (signal output terminal) P. The RF signal of the first frequency amplified to a predetermined signal strength (for example, 50 mW) is output from OUT1 . The branch stage has a configuration in which a multiplier 39 is sandwiched between a low noise amplifier 37 and a low noise amplifier 41, which are two-stage amplifier circuits, and amplifies and outputs an RF signal of a second frequency. The sub-series amplifier stage has a configuration of a two-stage amplifier circuit in which a driver amplifier 43 and a power amplifier 45 are connected in series, and is connected to the subsequent stage of the branch stage. In this branching stage, the RF signal branched from the low noise amplifier 31 is amplified by the low noise amplifier 37, and the frequency of the RF signal is multiplied by the multiplier 39 to multiply the frequency of the second frequency (for example, frequency 77 GHz). After the RF signal) is generated, the multiplied wave is amplified again by the low noise amplifier 41. Further, the multiplication wave generated by the branch stage is sequentially amplified by the driver amplifier 43 and the power amplifier 45 of the sub-series amplification stage, and is output from the output terminal P OUT 2 as a multiplication wave having a predetermined signal strength (for example, 30 mW).

上記回路構成のうち、低雑音アンプ31、分岐段に含まれる低雑音アンプ37,41、主系列増幅段に含まれるドライバーアンプ33及びパワーアンプ35、副系列増幅段に含まれるドライバーアンプ43及びパワーアンプ45を含む増幅ユニットは、それぞれ、後述するように、2段のFETを含むカレントリユース(Current Reuse)型の増幅器の構成を採る。一方、逓倍器39は、非線形素子である1段のFET(電界効果トランジスタ)によって構成され、バイアスが深くあるいは浅く設定されることにより、入出力特性の非線形性によってドレインから高調波成分を含む出力信号を出力する非線形動作をさせることで容易に高調波を生成できる。そして、逓倍器39は、帯域(遮断周波数)の制限が設けられることにより、ドレイン出力から所定の逓倍波(例えば、2倍波)のみを出力する。 Among the above circuit configurations, the low noise amplifier 31, the low noise amplifiers 37 and 41 included in the branch stage, the driver amplifier 33 and the power amplifier 35 included in the main series amplification stage, and the driver amplifier 43 and power included in the sub series amplification stage. Each amplification unit including the amplifier 45 adopts the configuration of a current reuse type amplifier including a two-stage FET, as will be described later. On the other hand, the multiplier 39 is composed of a one-stage FET (field effect transistor) which is a non-linear element, and by setting the bias deeply or shallowly, the output including harmonic components from the drain due to the non-linearity of the input / output characteristics. Harmonics can be easily generated by performing a non-linear operation that outputs a signal. Then, the multiplier 39 outputs only a predetermined multiplied wave (for example, a double wave) from the drain output by providing a limitation of the band (cutoff frequency).

図4には、マイクロ波集積回路1内における表面側から見た各回路ユニットの配置及び各回路ユニットに与えられるバイアス及び各回路ユニット間で入出力されるRF信号の経路を示している。ここでは、バイアスの経路を実線で示し、RF信号(逓倍波を含む)の経路を点線で示し、バイアスの経路は第3層配線19cによって形成され、RF信号の経路は第1層配線19aおよび第2層配線19bによって形成される。 FIG. 4 shows the arrangement of each circuit unit seen from the surface side in the microwave integrated circuit 1, the bias given to each circuit unit, and the path of the RF signal input / output between each circuit unit. Here, the bias path is shown by a solid line, the RF signal (including the multiplication wave) path is shown by a dotted line, the bias path is formed by the third layer wiring 19c, and the RF signal path is the first layer wiring 19a and. It is formed by the second layer wiring 19b.

マイクロ波集積回路1の多層配線層5の一辺5a側には、入力端子PINの役割を有するハンダボール9aが設けられ、入出力間のカップリングによる出力の発振を防ぐために、副系列増幅段の出力端子POUT2の役割を有するハンダボール9bは、多層配線層5の一辺5aの反対側の一辺5b側に設けられる。また、主系列増幅段の出力端子POUT1の役割を有するハンダボール9cは、入出力間のカップリング及び副系列増幅段との間のカップリングによる出力の発振を防ぐために、多層配線層5の一辺5a,5bに隣接する一辺5c側に設けられる。 One side 5a side of the multilayer wiring layer 5 of a microwave integrated circuit 1, the solder balls 9a is provided with a function of the input terminal P IN, in order to prevent oscillation of the output due to the coupling between the input and output, the sub-sequence amplification stage The solder ball 9b having the role of the output terminal P OUT2 of the above is provided on the side 5b on the opposite side of the side 5a of the multilayer wiring layer 5. Further, the solder ball 9c having the role of the output terminal P OUT 1 of the main sequence amplification stage is provided with the multilayer wiring layer 5 in order to prevent the output from oscillating due to the coupling between the input and output and the coupling with the sub series amplification stage. It is provided on the side 5c adjacent to the sides 5a and 5b.

上記のハンダボール9a,9b,9cの配置に対応して、各回路ユニットの配置は、次のように設定されている。低雑音アンプ31は、ハンダボール9aの位置に対応して一辺5aの中央寄りに配置され、分岐段及び副系列増幅段を構成する逓倍器39、低雑音アンプ41、ドライバーアンプ43、及びパワーアンプ45は、一辺5aと一辺5bとの間で、一辺5cの反対側の辺5d寄りに並んで配置される。一方、主系列増幅段を構成するドライバーアンプ33及びパワーアンプ35に関しては、配置スペースを確保するために、ドライバーアンプ33が表面の中央から一辺5b寄りに配置され、パワーアンプ35がハンダボール9cに近い一辺5c側に配置される。上記のような配置に対応して、第1層配線19aにおけるドライバーアンプ33の出力とパワーアンプ35の入力との間には、RF信号の経路として、一辺5cに沿ったRF信号伝送用の配線W1が設けられる。 Corresponding to the arrangement of the solder balls 9a, 9b, 9c described above, the arrangement of each circuit unit is set as follows. The low noise amplifier 31 is arranged near the center of one side 5a corresponding to the position of the solder ball 9a, and constitutes a branch stage and a sub-series amplification stage, a multiplier 39, a low noise amplifier 41, a driver amplifier 43, and a power amplifier. The 45 is arranged side by side between the side 5a and the side 5b and closer to the side 5d on the opposite side of the side 5c. On the other hand, with respect to the driver amplifier 33 and the power amplifier 35 constituting the main sequence amplification stage, the driver amplifier 33 is arranged closer to one side 5b from the center of the surface in order to secure an arrangement space, and the power amplifier 35 is placed on the solder ball 9c. It is arranged on the closest side 5c side. Corresponding to the above arrangement, wiring for RF signal transmission along one side 5c as an RF signal path between the output of the driver amplifier 33 and the input of the power amplifier 35 in the first layer wiring 19a. W1 is provided.

さらに、マイクロ波集積回路1の多層配線層5には、各回路ユニットにバイアス(電源)を供給するための経路(電源線)及びハンダボール9も形成されている。すなわち、多層配線層5の表面の一辺5a側に、低雑音アンプ31及び主系列増幅段の初段のドライバーアンプ33を駆動する共通のバイアス(第1の電源電圧)VDD1を供給するためのハンダボール9dと、主系列増幅段の終段のパワーアンプ35を駆動するバイアス(第4の電源電圧)VDD4を供給するためのハンダボール9eとが設けられる。第3層配線19cには、ハンダボール9eとパワーアンプ35とを電気的に接続する配線W2が形成され、ハンダボール9dと低雑音アンプ31及びドライバーアンプ33とを電気的に接続する配線W3が形成される。この配線W3は、ドライバーアンプ33とパワーアンプ35との間のRF信号の経路W1に対して多層配線層5の表面の中央側に隣接して形成される。すなわち、この配線W3は、入力端子PINであるハンダボール9aの位置と出力端子POUT1であるハンダボール9cの位置との間、かつ、低雑音アンプ31の位置と配線W1の位置との間に形成されている。加えて、多層配線層5の表面の一辺5b側に、分岐段に含まれる低雑音アンプ37、逓倍器39、及び低雑音アンプ41を駆動する共通のバイアス(第2の電源電圧)VDD2を供給するためのハンダボール9fと、副系列増幅段のドライバーアンプ43及びパワーアンプ45を駆動する共通のバイアス(第3の電源電圧)VDD3を供給するためのハンダボール9g,9hが設けられる。これらのハンダボール9f、9g、9hのそれぞれと各回路ユニットとを電気的に接続する配線も第3層配線19cに設けられる。 Further, a path (power supply line) and a solder ball 9 for supplying a bias (power supply) to each circuit unit are also formed in the multilayer wiring layer 5 of the microwave integrated circuit 1. That is, a solder ball for supplying a common bias (first power supply voltage) VDD1 that drives the low noise amplifier 31 and the driver amplifier 33 of the first stage of the main series amplification stage to one side 5a side of the surface of the multilayer wiring layer 5. 9d and a solder ball 9e for supplying a bias (fourth power supply voltage) VDD4 for driving the power amplifier 35 at the final stage of the main series amplification stage are provided. Wiring W2 for electrically connecting the solder ball 9e and the power amplifier 35 is formed in the third layer wiring 19c, and wiring W3 for electrically connecting the solder ball 9d and the low noise amplifier 31 and the driver amplifier 33 is provided. It is formed. The wiring W3 is formed adjacent to the center side of the surface of the multilayer wiring layer 5 with respect to the RF signal path W1 between the driver amplifier 33 and the power amplifier 35. That is, the wiring W3 is between the position of the position and the output terminal P OUT1 at which solder balls 9c of the solder balls 9a is an input terminal P IN, and, between the position of the low-noise amplifier 31 and the position of the wire W1 Is formed in. In addition, a common bias (second power supply voltage) VDD2 for driving the low noise amplifier 37, the multiplier 39, and the low noise amplifier 41 included in the branch stage is supplied to one side 5b side of the surface of the multilayer wiring layer 5. Soldering balls 9f for supplying noise balls 9f and solder balls 9g and 9h for supplying a common bias (third power supply voltage) VDD3 for driving the driver amplifier 43 and the power amplifier 45 in the sub-series amplification stage are provided. Wiring that electrically connects each of these solder balls 9f, 9g, and 9h to each circuit unit is also provided in the third layer wiring 19c.

次に、図5を参照して、低雑音アンプ31,37,41、ドライバーアンプ33,43、及びパワーアンプ35,45を含む各増幅ユニットの回路構成について説明する。各回路ユニットは、電源と接地との間に直流的に直列に接続され、かつRF信号の入力とRF信号の出力との間で交流的に直列に接続された2段のFETを含む、カレントリユース型の増幅器を構成する。 Next, with reference to FIG. 5, the circuit configuration of each amplification unit including the low noise amplifiers 31, 37, 41, the driver amplifiers 33, 43, and the power amplifiers 35, 45 will be described. Each circuit unit contains a two-stage FET that is connected in series DC between the power supply and ground and connected in series AC between the input of the RF signal and the output of the RF signal. Configure a reuse type amplifier.

すなわち、各増幅ユニットは、FETT1,T2、伝送線路L1〜L4、キャパシタC1〜C4、及び抵抗素子R1によって構成されている。FETT1は、そのゲートG1がキャパシタC3を介して入力端子Inに交流的に接続され、そのソースS1は接地されている。この入力端子Inは、RF信号の入力用の端子である。加えて、FETT1のゲートG1は、伝送線路L1を介してゲートバイアス印加用の電源端子VGGに電気的に接続され、電源端子VGGはキャパシタC1を介して交流的に接地されている。また、FETT2は、そのゲートG2が伝送線路L2,L3を介してFETT1のドレインD1に電気的に接続され、そのソースS2はキャパシタC2を介して、交流的に接地されている。さらに、FETT2のソースS2は、伝送線路L4及び抵抗素子R1を介して、伝送線路L2と伝送線路L3との間の接続点N1に電気的に接続されている。加えて、FETT2のドレインD2は、キャパシタC4を介してRF信号出力用の出力端子Outに交流的に接続されるとともに、バイアス印加用の電源端子VDDに接続されている。キャパシタC3,C4は、直流成分遮断用のカップリングキャパシタである。 That is, each amplification unit is composed of FETs T1 and T2, transmission lines L1 to L4, capacitors C1 to C4, and a resistance element R1. The gate G1 of the FET T1 is AC-connected to the input terminal In via the capacitor C3, and the source S1 is grounded. This input terminal In is a terminal for inputting an RF signal. In addition, the gate G1 of the FET T1 is electrically connected to the power supply terminal VGG for applying the gate bias via the transmission line L1, and the power supply terminal VGG is AC grounded via the capacitor C1. Further, the gate G2 of the FET T2 is electrically connected to the drain D1 of the FET T1 via the transmission lines L2 and L3, and the source S2 thereof is AC grounded via the capacitor C2. Further, the source S2 of the FET T2 is electrically connected to the connection point N1 between the transmission line L2 and the transmission line L3 via the transmission line L4 and the resistance element R1. In addition, the drain D2 of the FET T2 is AC-connected to the output terminal Out for RF signal output via the capacitor C4, and is also connected to the power supply terminal VDD for applying bias. Capacitors C3 and C4 are coupling capacitors for blocking DC components.

このような構成の増幅ユニットにおいては、電源端子VDDからFETT2に流れ込んだバイアス電流は、ソースS2から流れ出し、抵抗素子R1及び伝送線路L4を通過してFETT1のドレインD1に流れ込み、FETT1のソースS1からグラウンドに排出される。このように、電源端子VDDと接地の間でFETT2とFETT2とが直流的に直列に接続されることにより、FETT2に供給したバイアス電流がFETT1でも再利用される構成が実現できる。 In the amplification unit having such a configuration, the bias current flowing from the power supply terminal VDD into the FETT2 flows out from the source S2, passes through the resistance element R1 and the transmission line L4, flows into the drain D1 of the FETT1, and flows from the source S1 of the FETT1. It is discharged to the ground. In this way, by connecting the FETT2 and the FETT2 in series in a direct current manner between the power supply terminal VDD and the ground, it is possible to realize a configuration in which the bias current supplied to the FETT2 is reused in the FETT1 as well.

また、抵抗素子R1は、FETT2を自己バイアスで動作させる役割を有する。すなわち、抵抗素子R1にバイアス電流が流れることにより電圧降下が生じ、その電圧降下がFETT2のゲートバイアスを与える結果となる。 Further, the resistance element R1 has a role of operating the FET T2 with self-bias. That is, a voltage drop occurs due to the bias current flowing through the resistance element R1, and the voltage drop results in giving the gate bias of the FET T2.

また、伝送線路L4は、増幅ユニットの対象とするRF信号(逓倍波も含む)の波長λに対応するλ/4の長さを有している。これにより、伝送線路L2,L3を伝搬するRF信号に対して、バイアスの経路が影響を与えることを防止できる。すなわち、伝送線路L4の一端側はキャパシタC2によって交流的に接地されているので、接続点N1から見て伝送線路L4は実質的に交流的にオープンにされることとなる。その結果、伝送線路L4の経路は、伝送線路L2,L3を伝搬するRF信号に対して影響を与えない。 Further, the transmission line L4 has a length of λ / 4 corresponding to the wavelength λ of the RF signal (including the multiplied wave) targeted by the amplification unit. As a result, it is possible to prevent the bias path from affecting the RF signals propagating on the transmission lines L2 and L3. That is, since one end side of the transmission line L4 is AC-grounded by the capacitor C2, the transmission line L4 is substantially AC-opened when viewed from the connection point N1. As a result, the path of the transmission line L4 does not affect the RF signal propagating through the transmission lines L2 and L3.

さらに、FETT2のゲートG1には、電源端子VGGから直接ゲートバイアス(固定バイアス)が与えられる。電源端子VGGとゲートG1との間の伝送線路L1もλ/4の長さに設定され、その一端が交流的に接地されているので、伝送線路L1の経路は、入力端子InからゲートG1に伝搬するRF信号に対しても実質的に影響を与えない。このように、入力端子Inと出力端子Outとの間でFETT1とFETT2とが交流的に直列に接続されることにより、RF信号を効率的に増幅して出力することができる。 Further, a gate bias (fixed bias) is directly applied to the gate G1 of the FET T2 from the power supply terminal VGG. Since the transmission line L1 between the power supply terminal VGG and the gate G1 is also set to the length of λ / 4 and one end thereof is AC grounded, the path of the transmission line L1 is from the input terminal In to the gate G1. It also has virtually no effect on the propagating RF signal. In this way, the FET T1 and the FET T2 are connected in series in an alternating current manner between the input terminal In and the output terminal Out, so that the RF signal can be efficiently amplified and output.

なお、上記構成の増幅ユニットは、FETT1が固定バイアス、FETT2が自己バイアスで動作する構成を有しているが、FETT1のソースS1を抵抗素子R1と同じ抵抗値を有する抵抗素子とキャパシタとの並列回路で接地し、ゲートG1を有意な抵抗値を有する抵抗素子、あるいはλ/4の長さの伝送線路で直接接地することで、FETT1も自己バイアスで動作させてもよい。このとき、2つのFETT1,T2を同一のサイズ(同一のゲート幅)に設定することで、2つのFETの動作条件が同一にされる。図5の回路構成のように、一方のFETT1を固定バイアスとし、他方のFETT2を自己バイアスとする構成においては、固定バイアスを調整してFETT1の動作点を調整することで、2段増幅回路の歪特性と最大出力特性とをバランスさせることができる。 The amplification unit having the above configuration has a configuration in which the FET T1 operates with a fixed bias and the FET T2 operates with a self-bias, but the source S1 of the FET T1 is arranged in parallel with the resistor element having the same resistance value as the resistance element R1 and the capacitor. The FET T1 may also be operated by self-bias by grounding the circuit and directly grounding the gate G1 with a resistance element having a significant resistance value or a transmission line having a length of λ / 4. At this time, by setting the two FETs T1 and T2 to the same size (same gate width), the operating conditions of the two FETs are made the same. In the configuration in which one FETT1 is a fixed bias and the other FETT2 is a self-bias as in the circuit configuration of FIG. 5, the fixed bias is adjusted to adjust the operating point of the FETT1 to obtain a two-stage amplifier circuit. The distortion characteristic and the maximum output characteristic can be balanced.

各増幅ユニットに含まれるFETのサイズ(ゲート幅)は、例えば、以下のように同一に設定される。
低雑音アンプ31…80μm、
ドライバーアンプ33(38GHz)…240μm、
パワーアンプ35(38GHz)…400μm
ドライバーアンプ43(77GHz)…160μm
パワーアンプ45(77GHz)…300μm
すなわち、主系列増幅段を構成する2つのアンプ33,35に含まれるFETのサイズ比は3:5であり、副系列増幅段を構成する2つのアンプ43,45に含まれるFETのサイズ比は8:15であり、主系列増幅段を構成する2つのアンプ33,35に含まれるFETの合計のサイズと、副系列増幅段を構成する2つのアンプ43,45に含まれるFETの合計のサイズとの比は32:23に設定される。これにより、規定の温度範囲において所望の出力が得られる。
The size (gate width) of the FET included in each amplification unit is set to be the same, for example, as follows.
Low noise amplifier 31 ... 80 μm,
Driver amplifier 33 (38 GHz) ... 240 μm,
Power amplifier 35 (38 GHz) ... 400 μm
Driver amplifier 43 (77GHz) ... 160μm
Power amplifier 45 (77 GHz) ... 300 μm
That is, the size ratio of the FETs included in the two amplifiers 33 and 35 constituting the main series amplification stage is 3: 5, and the size ratio of the FETs included in the two amplifiers 43 and 45 constituting the subseries amplification stage is It is 8:15, and the total size of the FETs contained in the two amplifiers 33 and 35 constituting the main series amplification stage and the total size of the FETs contained in the two amplifiers 43 and 45 constituting the sub-series amplification stage. The ratio with is set to 32:23. This gives the desired output in the specified temperature range.

次に、図6〜8を参照しながら、マイクロ波集積回路1の多層配線層5内に形成された信号遮蔽のためのビア構造について説明する。図6は、マイクロ波集積回路1における配線W1,W3付近における配線W1,W3の形成方向に対する垂直な方向の断面図、図7は、多層配線層5内に形成されたビア構造の平面図、図8は、ビア構造の配列の様子を概略的に示す平面図である。なお、図6においては、ハンダボール9の図示を省略している。 Next, a via structure for signal shielding formed in the multilayer wiring layer 5 of the microwave integrated circuit 1 will be described with reference to FIGS. 6 to 8. FIG. 6 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the formation direction of the wirings W1 and W3 in the vicinity of the wirings W1 and W3 in the microwave integrated circuit 1, and FIG. 7 is a plan view of the via structure formed in the multilayer wiring layer 5. FIG. 8 is a plan view schematically showing the arrangement of via structures. In FIG. 6, the solder ball 9 is not shown.

図6に示すように、第3絶縁層17c上の第3層配線19cには、バイアス供給用の配線W3が設けられ、第1絶縁層17a上の第1層配線19aにはそれと並列にRF信号伝送用の配線W1が設けられ、第4絶縁層17d上の第4層配線19dにはハンダボール9を介してグラウンドに接続されるグラウンド配線層WGが設けられる。そして、第3絶縁層17c上には、第3層配線19cとして、配線W3に並列に両側から挟んで形成された複数の導電領域51が形成され、第2絶縁層17b上には、配線W3とそれを挟む複数の導電領域51とを含む領域に亘って導電領域53が形成される。複数の導電領域51は、その導電領域51の平面形状に対応して形成された第4絶縁層17dを貫通するビア21aによって、真上の第4層配線19dのグラウンド配線層WGに電気的に接続され、導電領域51の平面形状に対応して形成された第3絶縁層17cを貫通するビア21aによって、真下の第2層配線19bの導電領域53に電気的に接続される。グラウンド配線層WGは配線W3及び複数の導電領域51を跨って覆う範囲に形成されているので、配線W3は、グラウンド配線層WG、ビア21a、導電領域51、及び導電領域53によって、延在する方向に垂直な方向からその周囲を囲まれ、これらのビア21a及び導電領域51,53は、グラウンド配線層WGを経由して接地されることになる。 As shown in FIG. 6, the third layer wiring 19c on the third insulating layer 17c is provided with the wiring W3 for bias supply, and the first layer wiring 19a on the first insulating layer 17a is RF in parallel with the wiring W3. Wiring W1 for signal transmission is provided, and a ground wiring layer WG connected to the ground via a solder ball 9 is provided on the fourth layer wiring 19d on the fourth insulating layer 17d. A plurality of conductive regions 51 formed in parallel with the wiring W3 from both sides are formed on the third insulating layer 17c as the third layer wiring 19c, and the wiring W3 is formed on the second insulating layer 17b. A conductive region 53 is formed over a region including a plurality of conductive regions 51 sandwiching the conductive region 51. The plurality of conductive regions 51 are electrically connected to the ground wiring layer WG of the fourth layer wiring 19d directly above by the via 21a penetrating the fourth insulating layer 17d formed corresponding to the planar shape of the conductive region 51. The via 21a is connected and penetrates the third insulating layer 17c formed corresponding to the planar shape of the conductive region 51, and is electrically connected to the conductive region 53 of the second layer wiring 19b directly below. Since the ground wiring layer WG is formed in a range that covers the wiring W3 and the plurality of conductive regions 51, the wiring W3 extends by the ground wiring layer WG, the via 21a, the conductive region 51, and the conductive region 53. Surrounded from a direction perpendicular to the direction, these vias 21a and conductive regions 51 and 53 are grounded via the ground wiring layer WG.

さらに、ビア21a及び導電領域51,53によって形成されるビア構造には、次のようなビア構造も追加されている。すなわち、導電領域53と半導体基板3との間において、第2絶縁層17bを貫通するビア21b、第1層配線19aとして形成された導電領域55、第1絶縁層17aを貫通するビア21c、及び半導体基板3上に形成された導電領域57を含む追加のビア構造が設けられる。加えて、さらに追加のビア構造も設けられている。すなわち、導電領域53と半導体基板3との間において、第2絶縁層17bを貫通し、ビア21bに並列に形成されたビア21d、第1層配線19aとして形成された導電領域59、第1絶縁層17aを貫通するビア21e、及び半導体基板3上に形成された導電領域61を含む追加のビア構造が設けられる。これらの追加のビア構造によって、ビア21aを含むビア構造が、第1層配線19a上の導電領域55,59及び半導体基板3上の導電領域57,61まで電気的に接続される。 Further, the following via structure is added to the via structure formed by the via 21a and the conductive regions 51 and 53. That is, between the conductive region 53 and the semiconductor substrate 3, the via 21b penetrating the second insulating layer 17b, the conductive region 55 formed as the first layer wiring 19a, the via 21c penetrating the first insulating layer 17a, and An additional via structure is provided that includes a conductive region 57 formed on the semiconductor substrate 3. In addition, additional via structures are also provided. That is, between the conductive region 53 and the semiconductor substrate 3, the via 21d is formed in parallel with the via 21b through the second insulating layer 17b, the conductive region 59 formed as the first layer wiring 19a, and the first insulation. An additional via structure is provided that includes a via 21e penetrating the layer 17a and a conductive region 61 formed on the semiconductor substrate 3. With these additional via structures, the via structure including the via 21a is electrically connected to the conductive regions 55 and 59 on the first layer wiring 19a and the conductive regions 57 and 61 on the semiconductor substrate 3.

これらのビア構造及び追加のビア構造は、多層配線層5内のバイアス供給用の複数の配線に沿って複数設けられる。図7において符号BS1で示す実線は、配線W3に沿ってビア21b,21cによって形成された追加のビア構造の形状を示し、同図において符号BS2で示す実線は、配線W3に沿ってビア21d,21eによって形成された追加のビア構造の形状を示す。このように2つの追加のビア構造は、配線W3に沿って互いに千鳥状に配置されて形成される。また、図8に示すように、これらの追加のビア構造において、ビア21b,21c及びビア21d,21eの配線W3に沿った長さは、マイクロ波集積回路1の処理対象のRF信号の波長λに対応してλ/8より短く設定され、かつ複数のビア21b,21c及びビア21d,21eの配線W3に沿った配列間隔(間隙)もλ/8より短く設定されている。また、ビア21aを含むビア構造も同様な形状および配置で形成されていてもよい。 A plurality of these via structures and additional via structures are provided along the plurality of wirings for bias supply in the multilayer wiring layer 5. In FIG. 7, the solid line indicated by the reference numeral BS1 indicates the shape of the additional via structure formed by the vias 21b and 21c along the wiring W3, and the solid line indicated by the reference numeral BS2 in FIG. 7 indicates the shape of the via 21d and 21d along the wiring W3. The shape of the additional via structure formed by 21e is shown. In this way, the two additional via structures are formed so as to be staggered with each other along the wiring W3. Further, as shown in FIG. 8, in these additional via structures, the length of the vias 21b, 21c and the vias 21d, 21e along the wiring W3 is the wavelength λ of the RF signal to be processed by the microwave integrated circuit 1. Correspondingly, it is set shorter than λ / 8, and the arrangement spacing (gap) of the plurality of vias 21b, 21c and vias 21d, 21e along the wiring W3 is also set shorter than λ / 8. Further, the via structure including the via 21a may be formed in the same shape and arrangement.

図6に戻って、多層配線層5内には、その辺部の近傍に、半導体基板3から最上層の第4層配線19dまでを電気的に接続する別のビア構造も形成されている。すなわち、半導体基板3上には複数の導電領域63が形成され、第1〜第3絶縁層17a〜17c上には、それぞれ、導電領域63に対応した形状および範囲に導電領域65,67,69が形成され、これらの複数の導電領域63,65,67,69は、これらに対応した形状および範囲に形成された複数のビア21fを経由してグラウンド配線層WGに電気的に接続されている。これらの別のビア構造は、図7において実線BS3で示すように、多層配線層5の各辺5a,5b,5c,5dに沿って複数形成され、その各辺5a,5b,5c,5dに沿った長さ及び間隔は、λ/8より短く設定されている。 Returning to FIG. 6, in the multilayer wiring layer 5, another via structure for electrically connecting the semiconductor substrate 3 to the fourth layer wiring 19d of the uppermost layer is also formed in the vicinity of the side portion thereof. That is, a plurality of conductive regions 63 are formed on the semiconductor substrate 3, and the conductive regions 65, 67, and 69 have shapes and ranges corresponding to the conductive regions 63 on the first to third insulating layers 17a to 17c, respectively. Are formed, and these plurality of conductive regions 63, 65, 67, 69 are electrically connected to the ground wiring layer WG via a plurality of vias 21f formed in the shapes and ranges corresponding to these. .. As shown by the solid line BS3 in FIG. 7, a plurality of these other via structures are formed along the respective sides 5a, 5b, 5c, 5d of the multilayer wiring layer 5, and are formed on the respective sides 5a, 5b, 5c, 5d. The length and spacing along are set shorter than λ / 8.

以上説明したマイクロ波集積回路1においては、複数の増幅ユニットに電源を供給する配線W3が第2層〜第4層配線19b〜19dを跨った複数のビア21aと第2層配線19b及び第3層配線19c上の導電領域53,51とによって囲まれるとともに、それらの複数のビア21aおよび導電領域53,51はグラウンド配線層WGに電気的に接続されている。さらに、このビア構造は、第2層配線19bから半導体基板3までの間に形成された追加のビア構造に接続されている。このようなビア構造により、半導体基板3に形成される複数の増幅ユニット間の電気的な干渉が低減される。その結果、出力信号における発振を効果的に低減することができる。具体的には、このようなビア構造によって、低雑音アンプ31の入力と、ドライバーアンプ33とパワーアンプ35とを接続する配線W1(パワーアンプ35の入力)との間を電気的に遮蔽することができ、主系列の出力信号における発振を低減することができる。特に、入力端子PINの役割を有するハンダボール9aと主系列の出力端子POUT1の役割を有するハンダボール9cとが隣接する辺5a,5c側に設けられているが(図4参照)、本実施形態のビア構造によれば、これらのハンダボール9a,9cが互いに電気的に分離される。その結果、出力信号における発振をより効果的に低減できる。 In the microwave integrated circuit 1 described above, the wiring W3 that supplies power to the plurality of amplification units has a plurality of vias 21a, second layer wirings 19b, and third layers that straddle the second layer to fourth layer wirings 19b to 19d. It is surrounded by conductive regions 53 and 51 on the layer wiring 19c, and the plurality of vias 21a and the conductive regions 53 and 51 are electrically connected to the ground wiring layer WG. Further, this via structure is connected to an additional via structure formed between the second layer wiring 19b and the semiconductor substrate 3. With such a via structure, electrical interference between a plurality of amplification units formed on the semiconductor substrate 3 is reduced. As a result, oscillation in the output signal can be effectively reduced. Specifically, such a via structure electrically shields the input of the low noise amplifier 31 from the wiring W1 (input of the power amplifier 35) connecting the driver amplifier 33 and the power amplifier 35. It is possible to reduce the oscillation in the output signal of the main series. In particular, the solder balls 9c having the role of output terminals P OUT1 of solder balls 9a and main sequence having a role of input terminal P IN is adjacent sides 5a, is provided on the 5c side (see FIG. 4), the According to the via structure of the embodiment, these solder balls 9a and 9c are electrically separated from each other. As a result, oscillation in the output signal can be reduced more effectively.

特に、上記ビア構造の配線に沿った長さは、マイクロ波集積回路1が対象とするRF信号の波長λに対応するλ/8の長さより短くされている。このような構成によれば、ビア構造がアンテナとして機能してRF信号を拾ってしまうという事態を防止でき、複数のビア構造による信号のシールド効果を高めることができる。さらに、複数のビア構造の配線に沿った間隔もλ/8の長さよりも短くされているので、複数のビア構造の間におけるRF信号の伝搬を防止して複数のビア構造による信号のシールド効果を高めることができ、出力信号における発振をより効果的に低減することができる。 In particular, the length along the wiring of the via structure is shorter than the length of λ / 8 corresponding to the wavelength λ of the RF signal targeted by the microwave integrated circuit 1. According to such a configuration, it is possible to prevent the via structure from functioning as an antenna and picking up the RF signal, and it is possible to enhance the signal shielding effect of the plurality of via structures. Furthermore, since the spacing along the wiring of the plurality of via structures is also shorter than the length of λ / 8, the propagation of the RF signal between the plurality of via structures is prevented and the signal shielding effect due to the plurality of via structures is obtained. Can be increased, and oscillation in the output signal can be reduced more effectively.

また、本実施形態では、半導体基板3の表面から最上層の第4層配線19dまで接続する別のビア構造も形成されている。こうすれば、半導体基板3と第4層配線19dとの間で信号のシールド効果を発揮することができ、出力信号における発振を一層低減することができる。特に、これらの別のビア構造が多層配線層5の辺5a,5b,5c,5dに沿って矩形状に形成されているので、多層配線層5の辺5a,5b,5c,5dの外側を経由した入力端子と出力端子との間(例えば、2つのハンダボール9a,9cの間)のRF信号の伝搬を防止することができる。 Further, in the present embodiment, another via structure connecting the surface of the semiconductor substrate 3 to the fourth layer wiring 19d of the uppermost layer is also formed. By doing so, the signal shielding effect can be exhibited between the semiconductor substrate 3 and the fourth layer wiring 19d, and the oscillation in the output signal can be further reduced. In particular, since these other via structures are formed in a rectangular shape along the sides 5a, 5b, 5c, 5d of the multilayer wiring layer 5, the outside of the sides 5a, 5b, 5c, 5d of the multilayer wiring layer 5 is formed. It is possible to prevent the propagation of the RF signal between the input terminal and the output terminal (for example, between the two solder balls 9a and 9c).

また、本実施形態に設けられる複数のビア構造は、配線に沿って二列で千鳥状に配置されている。これにより、配線に沿って並列に並ぶ複数のビア構造によって直線的に信号が抜ける隙間を少なくすることにより、RF信号のシールド効果を高めることができる。その結果、出力信号における発振をより効果的に低減することができる。 Further, the plurality of via structures provided in the present embodiment are arranged in two rows in a staggered manner along the wiring. As a result, the shielding effect of the RF signal can be enhanced by reducing the gap through which the signal passes linearly due to the plurality of via structures arranged in parallel along the wiring. As a result, oscillation in the output signal can be reduced more effectively.

図9は、マイクロ波集積回路1による出力信号の発振防止の効果(端子間のアイソレーション効果)を示すグラフである。ここでは、主系列で処理するRF信号の周波数を様々変化させた場合に観測される発振成分の強度(端子間のアイソレーション)(dB)を、ビア構造を含まない比較例と比較して示している。この結果によれば、マイクロ波集積回路1においては、38GHzにおいて発振の強度(端子間のアイソレーション)が約5dBほど改善されている。 FIG. 9 is a graph showing the effect of preventing the oscillation of the output signal by the microwave integrated circuit 1 (isolation effect between terminals). Here, the intensity (isolation between terminals) (dB) of the oscillating component observed when the frequency of the RF signal processed in the main sequence is changed is shown in comparison with the comparative example not including the via structure. ing. According to this result, in the microwave integrated circuit 1, the oscillation intensity (isolation between terminals) is improved by about 5 dB at 38 GHz.

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 Although the principles of the present invention have been illustrated and described above in preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention may be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. Therefore, we claim all amendments and changes that come from the claims and their spiritual scope.

上記実施形態では、多層配線層5内におけるバイアス供給用の配線は第3層配線19cに形成されていたが、最上層の配線層19d及び最下層の配線層19a以外であれば他の配線層に形成されてもよい。この場合、配線を囲むビア構造はその配線の位置に対応して配置される。 In the above embodiment, the wiring for supplying bias in the multilayer wiring layer 5 is formed in the third layer wiring 19c, but other wiring layers other than the uppermost wiring layer 19d and the lowermost wiring layer 19a. May be formed in. In this case, the via structure surrounding the wiring is arranged corresponding to the position of the wiring.

また、複数のビア構造は、最上層の配線層19d及び最下層の配線層19aの両方に電気的に接続されている必要はなく、いずれか片方に接続されていてもよい。さらにグラウンド配線層WGは、必ずしも最上層の配線層19dに形成されている必要はなく、例えば、最下層の配線層19aに形成されていてもよい。その場合は、複数のビア構造(別のビア構造も含む)は、最下層の配線層19aのグラウンド配線層WGに電気的に接続されて形成される。 Further, the plurality of via structures need not be electrically connected to both the uppermost wiring layer 19d and the lowermost wiring layer 19a, and may be connected to either one of them. Further, the ground wiring layer WG does not necessarily have to be formed in the uppermost wiring layer 19d, and may be formed in, for example, the lowermost wiring layer 19a. In that case, the plurality of via structures (including another via structure) are formed by being electrically connected to the ground wiring layer WG of the lowermost wiring layer 19a.

1…マイクロ波集積回路、PIN…入力端子、POUT1,POUT2…出力端子、W2,W3…配線(電源線)、WG…グラウンド配線層(導電領域)、17a〜17e…第1〜第5層絶縁層、19a〜19d…第1〜第4層配線(配線層)、3…半導体基板、5…多層配線層、5a,5b…一辺、9…ハンダボール、21,21a〜21f…ビア、31,37,41…低雑音アンプ(増幅ユニット)、33,43…ドライバーアンプ(増幅ユニット)、35,45…パワーアンプ(増幅ユニット)、51,53,55,57,59,61,63,65,67,69…導電領域。 1 ... Microwave integrated circuit, PIN ... Input terminal, P OUT1 , P OUT2 ... Output terminal, W2, W3 ... Wiring (power supply line), WG ... Ground wiring layer (conductive region), 17a to 17e ... 1st to 1st 5 layer insulating layer, 19a to 19d ... 1st to 4th layer wiring (wiring layer), 3 ... semiconductor substrate, 5 ... multilayer wiring layer, 5a, 5b ... one side, 9 ... solder ball, 21,21a to 21f ... via , 31, 37, 41 ... Low noise amplifier (amplification unit), 33, 43 ... Driver amplifier (amplification unit), 35, 45 ... Power amplifier (amplification unit), 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63 , 65, 67, 69 ... Conductive region.

Claims (7)

半導体基板と、
前記半導体基板中に形成された複数の増幅ユニットと、
前記半導体基板上に形成された複数の配線層のうち、最上層の配線層及び最下層の配線層を除く一つの配線層に形成され、前記複数の増幅ユニットに電源を供給する電源線と、
前記一つの配線層において当該電源線を挟んで形成された複数の導電領域と、前記一つの配線層の直上および直下の二つの配線層において当該電源線を挟む領域に形成された別の導電領域と、を接続する複数のビアと、
を有し、
前記複数のビアのそれぞれは、前記最上層の配線層および前記最下層の配線層の少なくともいずれか一方に複数の別のビアにより接続されているビア構造を形成する、
マイクロ波集積回路。
With a semiconductor substrate
A plurality of amplification units formed in the semiconductor substrate, and
Of the plurality of wiring layers formed on the semiconductor substrate, a power supply line formed in one wiring layer excluding the uppermost wiring layer and the lowest wiring layer and supplying power to the plurality of amplification units, and
A plurality of conductive regions formed across the power supply line in the one wiring layer, and another conductive region formed in a region sandwiching the power supply line in the two wiring layers directly above and below the one wiring layer. And, with multiple vias connecting,
Have,
Each of the plurality of vias forms a via structure connected to at least one of the uppermost wiring layer and the lowermost wiring layer by a plurality of other vias.
Microwave integrated circuit.
前記複数のビアのそれぞれの当該電源線に沿った長さは、前記マイクロ波集積回路が対象とする信号波長λに対応するλ/8の長さより短い、
請求項1に記載のマイクロ波集積回路。
The length of each of the plurality of vias along the power line is shorter than the length of λ / 8 corresponding to the signal wavelength λ targeted by the microwave integrated circuit.
The microwave integrated circuit according to claim 1.
前記複数のビアの前記電源線に沿った間隔は、信号波長λに対応するλ/8の長さよりも短い、
請求項1又は2に記載のマイクロ波集積回路。
The spacing of the plurality of vias along the power line is shorter than the length of λ / 8 corresponding to the signal wavelength λ.
The microwave integrated circuit according to claim 1 or 2.
前記複数のビアは、前記最上層の配線層あるいは前記最下層の配線層を介して接地されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のマイクロ波集積回路。
The plurality of vias are grounded via the uppermost wiring layer or the lowest wiring layer.
The microwave integrated circuit according to any one of claims 1 to 3.
前記半導体基板は、矩形の平面形状を有し、前記矩形の一辺に信号入力端子を、前記一辺に隣接する他の一辺に信号出力端子を有し、
前記信号入力端子と前記信号出力端子は、前記ビア構造により電気的に分離されている、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のマイクロ波集積回路。
The semiconductor substrate has a rectangular planar shape, has a signal input terminal on one side of the rectangle, and has a signal output terminal on the other side adjacent to the one side.
The signal input terminal and the signal output terminal are electrically separated by the via structure.
The microwave integrated circuit according to any one of claims 1 to 4.
前記複数の配線層を貫通し、前記半導体基板かつ前記最上層の配線層を接続するさらに別の複数のビアを含む、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のマイクロ波集積回路。
Includes yet another plurality of vias that penetrate the plurality of wiring layers and connect the semiconductor substrate and the topmost wiring layer.
The microwave integrated circuit according to any one of claims 1 to 5.
前記ビア構造は、さらに、前記複数の別のビアに沿って形成された複数の追加のビアを含み、前記複数の別のビアと前記複数の追加のビアは、互いに千鳥状に配置されている、
請求項1〜6のいずれか1項に記載のマイクロ波集積回路。
The via structure further includes a plurality of additional vias formed along the plurality of other vias, wherein the plurality of other vias and the plurality of additional vias are staggered with each other. ,
The microwave integrated circuit according to any one of claims 1 to 6.
JP2019045545A 2019-03-13 2019-03-13 microwave integrated circuit Active JP7222276B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019045545A JP7222276B2 (en) 2019-03-13 2019-03-13 microwave integrated circuit
CN202010161337.6A CN111696952A (en) 2019-03-13 2020-03-10 Microwave integrated circuit
US16/815,827 US11264341B2 (en) 2019-03-13 2020-03-11 Microwave integrated circuit
US17/581,442 US20220148985A1 (en) 2019-03-13 2022-01-21 Microwave integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019045545A JP7222276B2 (en) 2019-03-13 2019-03-13 microwave integrated circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020150104A true JP2020150104A (en) 2020-09-17
JP7222276B2 JP7222276B2 (en) 2023-02-15

Family

ID=72429845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019045545A Active JP7222276B2 (en) 2019-03-13 2019-03-13 microwave integrated circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7222276B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02244488A (en) * 1989-03-17 1990-09-28 Hitachi Ltd Large scale integrated circuit
JP2004259722A (en) * 2003-02-24 2004-09-16 Kanji Otsuka Electronic circuit device
WO2007083668A1 (en) * 2006-01-17 2007-07-26 Hitachi Metals, Ltd. High frequency circuit component and communication apparatus using such high frequency circuit component
JP2007329168A (en) * 2006-06-06 2007-12-20 Nec Corp Microwave monolithic integrated circuit
JP2008021789A (en) * 2006-07-12 2008-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and radio apparatus using the same
US20080237736A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Satoshi Sakurai Semiconductor device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02244488A (en) * 1989-03-17 1990-09-28 Hitachi Ltd Large scale integrated circuit
JP2004259722A (en) * 2003-02-24 2004-09-16 Kanji Otsuka Electronic circuit device
US20040207432A1 (en) * 2003-02-24 2004-10-21 Kanji Otsuka Electronic circuit device
WO2007083668A1 (en) * 2006-01-17 2007-07-26 Hitachi Metals, Ltd. High frequency circuit component and communication apparatus using such high frequency circuit component
EP1976133A1 (en) * 2006-01-17 2008-10-01 Hitachi Metals, Ltd. High frequency circuit component and communication apparatus using such high frequency circuit component
JP2007329168A (en) * 2006-06-06 2007-12-20 Nec Corp Microwave monolithic integrated circuit
JP2008021789A (en) * 2006-07-12 2008-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and radio apparatus using the same
US20080237736A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Satoshi Sakurai Semiconductor device
JP2008244382A (en) * 2007-03-29 2008-10-09 Renesas Technology Corp Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP7222276B2 (en) 2023-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10292271B2 (en) High-frequency modules
US20220148985A1 (en) Microwave integrated circuit
CN213366570U (en) High-frequency module and communication device
CN216389364U (en) High-frequency module and communication device
CN111048487A (en) Transistor with dual-orientation non-circular via connection
US7947908B2 (en) Electronic device
US20190149098A1 (en) Semiconductor device and amplifier assembly
CN110556365A (en) Matching circuit for integrated circuit wafer
JP2017121032A (en) High frequency device
US9484321B2 (en) High frequency device
US11509345B2 (en) Wireless communication module
JP3242817B2 (en) Microwave circuit device
JP7222276B2 (en) microwave integrated circuit
JP7305918B2 (en) microwave integrated circuit
JP2755250B2 (en) Semiconductor integrated circuit
US20210151396A1 (en) SEMICONDUCTOR CHIP FOR RF SIGNAL AMPLIFICATION (As Amended)
JP2010245819A (en) Amplifier circuit
JP7151456B2 (en) Impedance compensation circuit
US6094114A (en) Slotline-to-slotline mounted flip chip
JP7371340B2 (en) Power amplification equipment and electromagnetic radiation equipment
EP4273926A1 (en) Method of manufacturing high-frequency device
US20230291358A1 (en) High-frequency device and docherty amplifier
JP5720261B2 (en) Electronic circuit and transmission / reception system
US20240021489A1 (en) Electronic Package and Device Comprising the Same
JP2013197655A (en) High frequency power amplifier

Legal Events

Date Code Title Description
A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20220121

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230104

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7222276

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150