JP2674750B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2674750B2 JP2674750B2 JP62137279A JP13727987A JP2674750B2 JP 2674750 B2 JP2674750 B2 JP 2674750B2 JP 62137279 A JP62137279 A JP 62137279A JP 13727987 A JP13727987 A JP 13727987A JP 2674750 B2 JP2674750 B2 JP 2674750B2
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- Japan
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- transmission line
- superconducting material
- semiconductor device
- circuit
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Waveguides (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は半導体装置に関し、特にマイクロ波ミリ波の
アナログ信号を処理する半導体装置において、高周波特
性を向上させる構造の工夫に関する。 （従来の技術） 近年、半導体装置の高性能化が進み、通信用のデバイ
スでは、Ka帯（26.5〜40GHz）やＵ帯（40〜60GHz）とい
う高周波まで動作する化合物半導体を用いたトランジス
タが出現し、今日ではインピーダンス整合回路も該化合
物半導体基板上にトランジスタとともに、モノリシック
に形成するマイクロ波・モノリシック集積回路（MMICと
呼ばれる）が発表されるようになった（エイ・ケー・グ
プタ等，マイクロウェーブジャーナルA.K.Gupta,et al.
Microwave Journal）,Nov.1982,pp.77−84）。しかしな
がら、たとえば衛星放送の小型地上受信アンプのことを
考えると、前述のMMICは、衛星からの微小電波を増幅す
る前置増幅器、局部発信器、ミキサーアンプ器などが、
おのおの独立した２〜3mm寸法のチップとして製作さ
れ、それらをボンディング・ワイヤで連結してひとつの
受信アンプとしてまとめられているのが現状である。前
置増幅器、局部発信器、ミキサーアンプ器のそれぞれは
伝送路を含む整合回路をもったMMICチップであるが、そ
の整合回路の占有する面積が大きいために、上記三つの
チップをひとつのチップにするとチップが大きすぎ、製
作歩留り上不利となり、別々のチップとして製作させて
いる。 （発明が解決しようとする問題点） MMICにおいて、整合回路の占める面積を小さくするに
は、チップの厚さ（第２図H2すなわち整合回路が表面に
形成されている基板の厚さ）を薄くし、かつ伝送路の幅
（第２図W2）を狭くする方法がある。しかし、この場
合、伝送路の幅が狭くなると、伝送路の電気抵抗が大き
くなり、信号ロスや雑音発生の原因になり不都合が発生
する。特に、低雑音用の前置増幅器用の入力整合回路の
ロスは、そのまま性能低下に直接関係する。伝送路の幅
を小さくしても、伝送路の高さを高くすれば、直流的に
は電気抵抗を増大させない。しかし、基板の誘電率が一
般に大きく電界が基板側に集中すること、また、高い周
波数では、金属表面のスキンデプスと呼ばれる厚さしか
実効的に伝導に寄与しないことにより、基板に接してい
る伝送路の幅が信号ロスに対して主要な寄与をしてい
る。本発明の目的は、伝送路の幅を狭くしたために発生
する従来技術の欠点を除去し、上記従来技術の良い点を
保持したままで、MMICのチップ面積を小さくさせたとこ
ろの半導体装置を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、マイクロ波モノリシック集積回路（マイク
ロストリップライン）に超電導材料を用い、超電導材料
を用いた伝送路が超電導材料と常電導材料の多層構造か
らなることを特徴とする半導体装置である。 または、マイクロ波モノリシック集積回路が低雑音用
の前置増幅回路を有し、前記前置増幅回路のトランジス
タのゲート電極に超電導材料を用いたことを特徴とする
半導体装置である。 （作用） 本発明の半導体装置は、伝送路又はデバイスの電極に
電気抵抗がゼロになる超電導材料を用いているために、
伝送路やデバイスの電極の幅が極めて狭くなっても、電
気抵抗が増加することがないので、伝送路を含む整合回
路を小さくでき、MMICのチップサイズを小さくできる作
用をもつ特徴がある。低雑音用の電置増幅回路の場合に
は、前記増幅回路の入力側の整合回路に超電導材料を用
いると、その面積が小さくできるばかりでなく、入力側
の抵抗を低くすることができる。前置増幅回路に含まれ
るトランジスタのゲート電極として超電導材料を用いた
場合にはゲート電極の抵抗を低減でき、トランジスタの
雑音の発生を抑制できる。 （実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の半導体装置の重要な部分、すなわ
ちMMICにおける伝送路（この場合マイクロストリップラ
インとも呼ばれる）を利用したインダクティブライン部
分の概念斜視図を示したものである。本実施例は、MMIC
の基板として、砒化ガリウム（GaAs）基板１を用い、超
電導材伝送路２の材料としてはイットリウム（Ｙ），バ
リウム（Ba），銅（Cu），酸素（Ｏ）からなるペロブス
カイト状の酸化物セラミックスをもちい、基板厚さH1を
はさみ、幅W1の伝送路２が基板裏面に形成された接地電
極３によりマイクロストリップラインを構成している。
上記超電導材系は、液体窒素温度の77k近傍にて電気抵
抗がゼロになる超電導特性を示す。GaAs基板上へ上記超
電導材を膜として設けるには、酸素雰囲気中でアルゴン
ガスを用いたマグネトロンスパッタで行う。伝送路パタ
ーンとして、上記超電導材膜をパターン形成するには、
アルゴンガスを用いたイオンミーリングで行う。 本実施例では、従来５μｍ幅の伝送路パターンを例え
ば１μｍパターンまで従来の加工技術をもって減少させ
ることができ、この場合、チップサイズをほぼ５分の１
に減少させることができる効果をもつ。GaAs基板や、そ
の基板上に設けた膜に対して接着力を強めるために、チ
タン（Ti）等の常電導層を高周波スキンデプスよりも薄
い範囲の厚さ（例えば500Å）で、超電導材をスパッタ
形成する直前に設けることも可能である。また上記超電
導材膜の上部に、超電導材膜との電気的接触を容易にす
ることなどを目的にチタンや金の多層膜を形成すること
も本発明の権利範囲に入ることは明らかである。 上記インダクティブラインで代表される超電導材から
なる伝送回路が前置増幅回路の入力側の整合回路として
用いると、入力側の抵抗が用いない場合と比較し減少し
低雑音の前置増幅器とし、有効であることが明らかであ
る。 また上述インダクティブラインで代表される超電導材
からなる伝送回路をトランジスターのゲート電極として
用いる場合には、ゲート電極抵抗が用いない場合と比較
し減少することにより、トランジスタの低雑音特性が向
上することが明らかである。 なお、実施例において、基板材や超伝導材について、
特定の材料についてのみ述べたが、その材料のみに本発
明が限定されないことは明らかである。例えば、基板に
対しては、シリコン（Si）、他の化合物半導体、誘電体
などの一種類、または多種類の組み合せも容易に類推可
能であるし、超電導材もその材料、成膜技術、パターン
形成技術も、技術の進歩に合せて変わり得るが、その場
合でも本発明の権利範囲に入り得ることは明らかであ
る。 （発明の効果） 以上、詳細説明したとおり、本発明によれば、上記構
成により、伝送路の幅を狭くする工夫によって、MMICに
おける伝送路回路の含有面積を小さくできる。例えば第
２図で示す常電導材伝送路５を用いたインダクタンス回
路を、第１図に示すような、超電導材伝送路２を用いた
インダクタンス回路に、機能を落とさず、又は機能を向
上させて面積を小さくすることが可能になる。ここで、
伝送路の幅W1とW2は、接地電極3,6との距離H1とH2にお
のおの比較的に増減する。MMICにおける伝送路回路の占
有面積を小さくできることにより、MMICのチップ面積を
小さくでき、MMICの製造歩留まりを向上させるばかり
か、同一チップ面積ならば、より多機能をMMICチップ上
に集積でき、低価格化、多機能化、保守の容易化が図れ
る半導体装置が得られる。前置増幅器に含まれるトラン
ジスタのゲート電極として超電導材料を用いると、雑音
指数を減少させ低雑音特性を向上させる効果が得られ
る。
アナログ信号を処理する半導体装置において、高周波特
性を向上させる構造の工夫に関する。 （従来の技術） 近年、半導体装置の高性能化が進み、通信用のデバイ
スでは、Ka帯（26.5〜40GHz）やＵ帯（40〜60GHz）とい
う高周波まで動作する化合物半導体を用いたトランジス
タが出現し、今日ではインピーダンス整合回路も該化合
物半導体基板上にトランジスタとともに、モノリシック
に形成するマイクロ波・モノリシック集積回路（MMICと
呼ばれる）が発表されるようになった（エイ・ケー・グ
プタ等，マイクロウェーブジャーナルA.K.Gupta,et al.
Microwave Journal）,Nov.1982,pp.77−84）。しかしな
がら、たとえば衛星放送の小型地上受信アンプのことを
考えると、前述のMMICは、衛星からの微小電波を増幅す
る前置増幅器、局部発信器、ミキサーアンプ器などが、
おのおの独立した２〜3mm寸法のチップとして製作さ
れ、それらをボンディング・ワイヤで連結してひとつの
受信アンプとしてまとめられているのが現状である。前
置増幅器、局部発信器、ミキサーアンプ器のそれぞれは
伝送路を含む整合回路をもったMMICチップであるが、そ
の整合回路の占有する面積が大きいために、上記三つの
チップをひとつのチップにするとチップが大きすぎ、製
作歩留り上不利となり、別々のチップとして製作させて
いる。 （発明が解決しようとする問題点） MMICにおいて、整合回路の占める面積を小さくするに
は、チップの厚さ（第２図H2すなわち整合回路が表面に
形成されている基板の厚さ）を薄くし、かつ伝送路の幅
（第２図W2）を狭くする方法がある。しかし、この場
合、伝送路の幅が狭くなると、伝送路の電気抵抗が大き
くなり、信号ロスや雑音発生の原因になり不都合が発生
する。特に、低雑音用の前置増幅器用の入力整合回路の
ロスは、そのまま性能低下に直接関係する。伝送路の幅
を小さくしても、伝送路の高さを高くすれば、直流的に
は電気抵抗を増大させない。しかし、基板の誘電率が一
般に大きく電界が基板側に集中すること、また、高い周
波数では、金属表面のスキンデプスと呼ばれる厚さしか
実効的に伝導に寄与しないことにより、基板に接してい
る伝送路の幅が信号ロスに対して主要な寄与をしてい
る。本発明の目的は、伝送路の幅を狭くしたために発生
する従来技術の欠点を除去し、上記従来技術の良い点を
保持したままで、MMICのチップ面積を小さくさせたとこ
ろの半導体装置を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、マイクロ波モノリシック集積回路（マイク
ロストリップライン）に超電導材料を用い、超電導材料
を用いた伝送路が超電導材料と常電導材料の多層構造か
らなることを特徴とする半導体装置である。 または、マイクロ波モノリシック集積回路が低雑音用
の前置増幅回路を有し、前記前置増幅回路のトランジス
タのゲート電極に超電導材料を用いたことを特徴とする
半導体装置である。 （作用） 本発明の半導体装置は、伝送路又はデバイスの電極に
電気抵抗がゼロになる超電導材料を用いているために、
伝送路やデバイスの電極の幅が極めて狭くなっても、電
気抵抗が増加することがないので、伝送路を含む整合回
路を小さくでき、MMICのチップサイズを小さくできる作
用をもつ特徴がある。低雑音用の電置増幅回路の場合に
は、前記増幅回路の入力側の整合回路に超電導材料を用
いると、その面積が小さくできるばかりでなく、入力側
の抵抗を低くすることができる。前置増幅回路に含まれ
るトランジスタのゲート電極として超電導材料を用いた
場合にはゲート電極の抵抗を低減でき、トランジスタの
雑音の発生を抑制できる。 （実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の半導体装置の重要な部分、すなわ
ちMMICにおける伝送路（この場合マイクロストリップラ
インとも呼ばれる）を利用したインダクティブライン部
分の概念斜視図を示したものである。本実施例は、MMIC
の基板として、砒化ガリウム（GaAs）基板１を用い、超
電導材伝送路２の材料としてはイットリウム（Ｙ），バ
リウム（Ba），銅（Cu），酸素（Ｏ）からなるペロブス
カイト状の酸化物セラミックスをもちい、基板厚さH1を
はさみ、幅W1の伝送路２が基板裏面に形成された接地電
極３によりマイクロストリップラインを構成している。
上記超電導材系は、液体窒素温度の77k近傍にて電気抵
抗がゼロになる超電導特性を示す。GaAs基板上へ上記超
電導材を膜として設けるには、酸素雰囲気中でアルゴン
ガスを用いたマグネトロンスパッタで行う。伝送路パタ
ーンとして、上記超電導材膜をパターン形成するには、
アルゴンガスを用いたイオンミーリングで行う。 本実施例では、従来５μｍ幅の伝送路パターンを例え
ば１μｍパターンまで従来の加工技術をもって減少させ
ることができ、この場合、チップサイズをほぼ５分の１
に減少させることができる効果をもつ。GaAs基板や、そ
の基板上に設けた膜に対して接着力を強めるために、チ
タン（Ti）等の常電導層を高周波スキンデプスよりも薄
い範囲の厚さ（例えば500Å）で、超電導材をスパッタ
形成する直前に設けることも可能である。また上記超電
導材膜の上部に、超電導材膜との電気的接触を容易にす
ることなどを目的にチタンや金の多層膜を形成すること
も本発明の権利範囲に入ることは明らかである。 上記インダクティブラインで代表される超電導材から
なる伝送回路が前置増幅回路の入力側の整合回路として
用いると、入力側の抵抗が用いない場合と比較し減少し
低雑音の前置増幅器とし、有効であることが明らかであ
る。 また上述インダクティブラインで代表される超電導材
からなる伝送回路をトランジスターのゲート電極として
用いる場合には、ゲート電極抵抗が用いない場合と比較
し減少することにより、トランジスタの低雑音特性が向
上することが明らかである。 なお、実施例において、基板材や超伝導材について、
特定の材料についてのみ述べたが、その材料のみに本発
明が限定されないことは明らかである。例えば、基板に
対しては、シリコン（Si）、他の化合物半導体、誘電体
などの一種類、または多種類の組み合せも容易に類推可
能であるし、超電導材もその材料、成膜技術、パターン
形成技術も、技術の進歩に合せて変わり得るが、その場
合でも本発明の権利範囲に入り得ることは明らかであ
る。 （発明の効果） 以上、詳細説明したとおり、本発明によれば、上記構
成により、伝送路の幅を狭くする工夫によって、MMICに
おける伝送路回路の含有面積を小さくできる。例えば第
２図で示す常電導材伝送路５を用いたインダクタンス回
路を、第１図に示すような、超電導材伝送路２を用いた
インダクタンス回路に、機能を落とさず、又は機能を向
上させて面積を小さくすることが可能になる。ここで、
伝送路の幅W1とW2は、接地電極3,6との距離H1とH2にお
のおの比較的に増減する。MMICにおける伝送路回路の占
有面積を小さくできることにより、MMICのチップ面積を
小さくでき、MMICの製造歩留まりを向上させるばかり
か、同一チップ面積ならば、より多機能をMMICチップ上
に集積でき、低価格化、多機能化、保守の容易化が図れ
る半導体装置が得られる。前置増幅器に含まれるトラン
ジスタのゲート電極として超電導材料を用いると、雑音
指数を減少させ低雑音特性を向上させる効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の半導体装置の主要部分の概念図を示し
たものであり、第２図は第１図に対する機能の従来の半
導体装置の概念図を示したものである。 1,4……GaAs基板、２……超電導材伝送路、 ５……常電導材伝送路、3,6……接地電極。
たものであり、第２図は第１図に対する機能の従来の半
導体装置の概念図を示したものである。 1,4……GaAs基板、２……超電導材伝送路、 ５……常電導材伝送路、3,6……接地電極。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．マイクロ波モノリシック集積回路が低雑音用の前置
増幅回路を有し、前記前置増幅回路のトランジスタのゲ
ート電極に超電導材料を用いたことを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62137279A JP2674750B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62137279A JP2674750B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 半導体装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9088948A Division JPH1065411A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63300537A JPS63300537A (ja) | 1988-12-07 |
| JP2674750B2 true JP2674750B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=15194962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62137279A Expired - Fee Related JP2674750B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674750B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4966885A (en) * | 1989-08-25 | 1990-10-30 | At&T Bell Laboratories | Method of producing a device comprising a metal oxide superconductor layer |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5867045A (ja) * | 1981-10-19 | 1983-04-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 極低温用半導体装置およびその製造方法 |
| JPS6037747A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-27 | Seiko Epson Corp | 多層配線 |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP62137279A patent/JP2674750B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63300537A (ja) | 1988-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |