JP2986391B2 - High frequency semiconductor device - Google Patents
High frequency semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、同一半導体基板上
にトランジスタ等の能動半導体素子とインダクター又は
伝送線路からなる受動素子とを形成してなる高周波半導
体装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency semiconductor device having an active semiconductor element such as a transistor and a passive element formed of an inductor or a transmission line on the same semiconductor substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、同一半導体基板上に、トラン
ジスタ等の能動半導体素子と、スパイラルインダクタ
ー,伝送線路,キャパシター等の受動素子で構成された
インピーダンス整合回路とを形成してなるIC(以下、
MMIC:Microwave MonolithicICと略称する)は、1
〜2GHzの周波数で作動する携帯電話等の高周波機器
に用いられている。これらのMMICは、同一半導体基
板上に能動半導体素子とインピーダンス整合回路とを形
成しているために、MMIC全体の高周波特性のバラツ
キの抑制と歩留まり向上と高周波機器の小型化とが期待
できる。2. Description of the Related Art Conventionally, an IC (hereinafter, referred to as an IC) comprising an active semiconductor element such as a transistor and an impedance matching circuit formed of passive elements such as a spiral inductor, a transmission line, and a capacitor on the same semiconductor substrate. ,
MMIC: Microwave MonolithicIC)
It is used in high-frequency devices such as mobile phones that operate at frequencies of up to 2 GHz. In these MMICs, since an active semiconductor element and an impedance matching circuit are formed on the same semiconductor substrate, it is expected that suppression of variations in the high-frequency characteristics of the entire MMIC, improvement of the yield, and downsizing of the high-frequency device will be expected.
【0003】一方、MMICを構成する半導体基板とし
ては、シリコン(Si)基板でも可能であるが、従来は
一般に化合物半導体であるガリウム砒素(以下、GaA
sと記す)が主として用いられている。この理由は、G
aAs基板で半絶縁性の基板が形成可能であること、G
aAs基板の比誘電率が12前後であるので高周波の伝
送線路を形成した場合に波長が短縮され小型化に適する
こと等である。この波長の短縮特性は、具体的には次の
式(1)で示される。On the other hand, as a semiconductor substrate constituting an MMIC, a silicon (Si) substrate can be used, but conventionally, gallium arsenide (hereinafter, referred to as GaAs) which is a compound semiconductor is generally used.
s) is mainly used. This is because G
a semi-insulating substrate can be formed from an aAs substrate;
Since the relative dielectric constant of the aAs substrate is about 12, the wavelength is shortened when a high-frequency transmission line is formed, which is suitable for miniaturization. This wavelength shortening characteristic is specifically expressed by the following equation (1).
【0004】 λa =λo ÷√(ε) (1) 但し、λo :真空中の波長 λa:短縮された波長
ε:材料の比誘電率である。Λa = λo ÷ √ (ε) (1) where λo: wavelength in vacuum λa: shortened wavelength
ε: relative permittivity of the material.
【0005】上記式(1) から分かるように、伝送線路を
構成する材料として比誘電率の大きな材料を用いること
で波長の短縮効果により回路を小型化できることが分か
る。このため、従来から提案されているMMICでは、
GaAs基板の比誘電率が12前後であるという特性を
利用し、数ミリ角のチップ上にインピーダンス整合回路
と能動半導体素子とを形成するようにしている。As can be seen from the above equation (1), it is understood that the use of a material having a large relative dielectric constant as a material constituting the transmission line can reduce the size of the circuit due to the effect of shortening the wavelength. For this reason, in the conventionally proposed MMIC,
Utilizing the characteristic that the relative dielectric constant of a GaAs substrate is about 12, an impedance matching circuit and an active semiconductor element are formed on a chip of several mm square.
【0006】ここで、従来の高周波半導体装置として半
絶縁性GaAs基板を用いたMMICの具体的な構造に
ついて説明する。図10(a)及び図10(b)は、従
来のMMICの平面図及びXb−Xb線における断面図であ
る。図10(a),(b)に示すように、半絶縁性Ga
As基板1の主面側には、FETの活性領域14がイオ
ン注入により形成されている。この活性領域14は、コ
ンタクト抵抗を下げるための2つのN+ 領域2(ソース
・ドレイン)と真性FETのN- 領域3(チャネル領
域)とから構成されている。さらに、FETには、ソー
ス電極5と、ゲート電極7と、ドレイン電極6とが、そ
れぞれ蒸着により形成されている。以上の構成により、
FETが能動半導体素子としてトランジスタ動作をす
る。また、ボンディングワイヤーを用いて各電極5,7
とパッケージや外部の端子とを電気的に接続するための
ソース電極パッド12、ゲート電極パッド11が形成さ
れている。さらに、半絶縁性GaAs基板1の主面側に
は整合用スパイラルインダクター8がFETに隣接して
形成されている。該スパイラルインダクター8の一端は
ドレイン電極6に、他端は出力電極パッド13の電極に
それぞれ接続されている。また、スパイラルインダクタ
ー8の一部は、重なり領域Rovlpにおいて絶縁層を間に
挟んで出力電極パッド13を跨いだ状態となっている。
さらに、半絶縁性半絶縁性GaAs基板1の裏面に接地
金属10が設けられており、半絶縁性GaAs基板1が
整合用スパイラルインダクター8に対する高誘電体膜と
して機能するように構成されている。Here, a specific structure of an MMIC using a semi-insulating GaAs substrate as a conventional high-frequency semiconductor device will be described. FIGS. 10A and 10B are a plan view and a cross-sectional view taken along line Xb-Xb of a conventional MMIC. As shown in FIGS. 10A and 10B, semi-insulating Ga
On the main surface side of the As substrate 1, an active region 14 of the FET is formed by ion implantation. The active region 14 is composed of two N + regions 2 (source / drain) for lowering the contact resistance and an N- region 3 (channel region) of the intrinsic FET. Further, the source electrode 5, the gate electrode 7, and the drain electrode 6 are formed on the FET by vapor deposition, respectively. With the above configuration,
The FET operates as a transistor as an active semiconductor element. In addition, each of the electrodes 5, 7 is bonded using a bonding wire.
A source electrode pad 12 and a gate electrode pad 11 for electrically connecting the semiconductor device to a package and external terminals are formed. Further, on the main surface side of the semi-insulating GaAs substrate 1, a matching spiral inductor 8 is formed adjacent to the FET. One end of the spiral inductor 8 is connected to the drain electrode 6, and the other end is connected to the electrode of the output electrode pad 13. Further, a part of the spiral inductor 8 is in a state of straddling the output electrode pad 13 with the insulating layer interposed therebetween in the overlapping region Rovlp.
Further, a ground metal 10 is provided on the back surface of the semi-insulating semi-insulating GaAs substrate 1 so that the semi-insulating GaAs substrate 1 functions as a high dielectric film for the matching spiral inductor 8. .
【0007】一般的なMMICの場合、ソース電極パッ
ド12はボンディングワイヤーを介して接地され、ゲー
ト電極パッド11にはボンディングワイヤーを介して入
力信号が加えられ、出力電極パッド13からはボンディ
ングワイヤーを介して増幅された信号が外部に引き出さ
れる。整合用スパイラルインダクター8は、この場合F
ETの出力であるドレインのインピーダンスを所定のイ
ンピーダンスに変換して整合し、高周波信号の反射を防
ぎ効率的に高周波電力を外部に引き出す機能を果たすよ
うになっている。In the case of a general MMIC, the source electrode pad 12 is grounded via a bonding wire, an input signal is applied to the gate electrode pad 11 via a bonding wire, and the output electrode pad 13 is supplied via a bonding wire. The amplified signal is extracted to the outside. In this case, the matching spiral inductor 8 is F
The function of converting the impedance of the drain, which is the output of the ET, into a predetermined impedance and matching it, preventing reflection of high-frequency signals and efficiently extracting high-frequency power to the outside is achieved.
【0008】なお、上記整合用スパイラルインダクター
8の代わりに伝送線路を設けた構成となっている場合も
ある。In some cases, a transmission line is provided instead of the matching spiral inductor 8.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図10
に示す従来のMMICの構造では、下記のような問題が
あった。例えば機器の動作周波数が1GHzの場合、そ
の周波数に対応する真空中での波長は約300mmであ
るが、GaAs半導体基板の比誘電率を12と仮定する
と、上記式(1)によりGaAs半導体基板上の短縮さ
れた波長は約87mmとなる。高周波信号では4分の1
波長の周期で短絡と開放とが交互に発生するので、通常
は4分の1波長の範囲内で位相回転を利用する。従っ
て、GaAs半導体基板上の短縮された4分の1波長は
約22mmとなるので、22mm長の伝送線路あるいは
スパイラルインダクターを形成する必要がある。However, FIG.
The structure of the conventional MMIC shown in (1) has the following problems. For example, when the operating frequency of the device is 1 GHz, the wavelength in vacuum corresponding to the frequency is about 300 mm. Assuming that the relative dielectric constant of the GaAs semiconductor substrate is 12, the GaAs semiconductor substrate can be obtained by the above equation (1). Is about 87 mm. 1/4 for high frequency signals
Since the short circuit and the open circuit occur alternately in the cycle of the wavelength, the phase rotation is usually used within a quarter wavelength range. Therefore, since the shortened quarter wavelength on the GaAs semiconductor substrate is about 22 mm, it is necessary to form a transmission line or a spiral inductor having a length of 22 mm.
【0010】しかるに、伝送線路の幅やボンディングワ
イヤーのためのパッドの大きさを考慮すると、半導体チ
ップの主面全体を伝送線路として使用しても、3ミリ角
程度のGaAs半導体チップに22ミリの線路を描画す
ることは困難である。まして、半導体基板上には、キャ
パシターや他の半導体素子も集積しなければならない。
したがって、このような高周波領域で動作するMMIC
を形成するには、半導体チップのサイズを7ミリ角前後
にする必要が生じる。なお、インダクターの形状をスパ
イラル状にすることで、等価的なインダクタンスはある
程度増加するが、それでも同程度のチップサイズが必要
である。GaAs基板を使用する場合、このようなチッ
プサイズの大型化は大幅なコスト上昇をもたらし、工業
的な価値がほとんどなくなる。However, in consideration of the width of the transmission line and the size of the pad for the bonding wire, even if the entire main surface of the semiconductor chip is used as the transmission line, a GaAs semiconductor chip of about 3 mm square has a size of 22 mm. Drawing tracks is difficult. Moreover, capacitors and other semiconductor elements must be integrated on the semiconductor substrate.
Therefore, the MMIC operating in such a high frequency region
In order to form the semiconductor chip, the size of the semiconductor chip needs to be about 7 mm square. Note that by making the inductor into a spiral shape, the equivalent inductance is increased to some extent, but the same chip size is still required. In the case of using a GaAs substrate, such an increase in chip size causes a significant increase in cost and almost no industrial value.
【0011】このように、従来の構造では、GaAs基
板の比誘電率が12前後であるという特性を利用し、あ
るいはスパイラル形状にしてインダクタンスを可及的に
向上させたとしても、インピーダンス整合回路を半導体
基板上に設けようとすると、半導体チップ上でインダク
ター部分の占める面積が非常に大きくなり、半導体チッ
プの小型化及びコストの低減が困難であるという問題が
あった。As described above, in the conventional structure, even if the characteristic that the relative dielectric constant of the GaAs substrate is about 12 is used, or the inductance is improved as much as possible by using a spiral shape, the impedance matching circuit can be improved. If it is provided on a semiconductor substrate, the area occupied by the inductor portion on the semiconductor chip becomes very large, and there is a problem that it is difficult to reduce the size and cost of the semiconductor chip.
【0012】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であって、半導体基板上に能動半導体素子とインダクタ
ー又は伝送線路からなる受動素子とを一体形成した構成
において、受動素子のインダクタンスの値又は位相回転
角を著しく大きくすることができ、半導体チップの小型
化及びコスト低減を図ることができる優れた高周波半導
体装置を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a structure in which an active semiconductor element and a passive element including an inductor or a transmission line are integrally formed on a semiconductor substrate. It is an object of the present invention to provide an excellent high-frequency semiconductor device in which the phase rotation angle can be significantly increased and the size and cost of the semiconductor chip can be reduced.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、請求項1〜9に記載される手段を講じ
ている。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention employs the measures described in claims 1 to 9 .
【0014】本発明に係る第1の高周波半導体装置は、
請求項1に記載されるように、半導体基板と、上記半導
体基板の主面側に形成されたトランジスタ等の能動半導
体素子と、上記半導体基板の主面側に形成され、インダ
クター及び伝送線路のうちのいずれか一方からなる受動
素子と、上記受動素子上に形成された比誘電率10以上
の高誘電体膜と、上記高誘電体膜の上に形成された接地
金属電極とを備えている。A first high-frequency semiconductor device according to the present invention comprises:
As described in claim 1, a semiconductor substrate, an active semiconductor element such as a transistor formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and an inductor and a transmission line formed on the main surface side of the semiconductor substrate. And a high-dielectric film having a relative permittivity of 10 or more formed on the passive element, and a ground metal electrode formed on the high-dielectric film.
【0015】この構成により、受動素子が高い比誘電率
を有する材料で構成されているので、受動素子のインダ
クタンスの値又は位相回転角を著しく大きくすることが
可能となり、半導体チップの小型化及びコスト低減が可
能となる。With this configuration, since the passive element is made of a material having a high relative dielectric constant, the inductance value or the phase rotation angle of the passive element can be significantly increased, and the semiconductor chip can be reduced in size and cost. Reduction is possible.
【0016】請求項2に記載されるように、請求項1の
高周波半導体装置において、少なくとも端子及び接地電
極を有し、上記半導体基板をその主面側を上にした状態
で実装するためのパッケージをさらに設け、上記半導体
基板上の各電極パッドと上記パッケージとの相対応する
端子がボンディングワイヤーで接続されていると共に、
上記接地金属電極と上記パッケージの接地電極とがボン
ディングワイヤにより相互に接続されている構成とする
ことができる。According to a second aspect of the present invention, in the high frequency semiconductor device according to the first aspect, a package having at least a terminal and a ground electrode for mounting the semiconductor substrate with its main surface side up. And the corresponding terminals of each of the electrode pads on the semiconductor substrate and the package are connected by bonding wires,
The ground metal electrode and the ground electrode of the package may be connected to each other by a bonding wire.
【0017】この構成により、比誘電率の高い高誘電体
膜を厚く形成することができることから、ワイヤボンデ
ィング時の衝撃による半導体基板の破壊を防止しつつ、
半導体基板をパッケージに収納することが可能となる。According to this structure, a high dielectric film having a high relative dielectric constant can be formed thickly, so that the destruction of the semiconductor substrate due to the impact during wire bonding can be prevented.
The semiconductor substrate can be housed in a package.
【0018】請求項3に記載されるように、請求項1の
高周波半導体装置において、上記各部材が形成された半
導体基板をその主面側を下にした状態で実装するための
パッケージをさらに設け、上記半導体基板上の接地金属
電極をバンプとしても機能するものとし、上記各電極パ
ッドと上記パッケージとの相対応する端子とがバンプを
介して直接接続され、上記接地金属電極と上記パッケー
ジの接地電極とが上記バンプにより直接接続されている
構成とすることができる。According to a third aspect of the present invention, in the high frequency semiconductor device of the first aspect, a package is further provided for mounting the semiconductor substrate on which the above-described members are formed with the main surface thereof down. The ground metal electrode on the semiconductor substrate also functions as a bump, and each of the electrode pads and the corresponding terminal of the package are directly connected via a bump, and the ground metal electrode and the ground of the package are connected. The electrode may be directly connected by the bump.
【0019】この構成により、半導体基板上の各端子と
パッケージ上の端子とがバンプを介して直接接続される
ので、高周波信号の利得が向上し、インピーダンスの変
化が抑制される。また、半導体基板上の接地金属電極が
バンプとして機能しながらパッケージ上の接地金属に接
続されるので、接地電位及び高周波特性が安定する。ま
た、ワイヤボンディングの場合に比べてパッケージへの
収納に際しての高周波特性の変化が少ないので設計通り
の高周波特性を得ることが可能となる。According to this configuration, since each terminal on the semiconductor substrate and the terminal on the package are directly connected via the bump, the gain of the high-frequency signal is improved, and the change in impedance is suppressed. Further, since the ground metal electrode on the semiconductor substrate functions as a bump and is connected to the ground metal on the package, the ground potential and high-frequency characteristics are stabilized. In addition, since the change in the high-frequency characteristics at the time of accommodation in the package is smaller than that in the case of wire bonding, it is possible to obtain the high-frequency characteristics as designed.
【0020】本発明に係る第2の高周波半導体装置は、
請求項4に記載されるように、半導体基板と、上記半導
体基板の主面側に形成されたトランジスタ等の能動半導
体素子と、上記半導体基板の主面側に形成され、インダ
クター及び伝送線路のうちのいずれか一方からなる複数
の受動素子と、上記各受動素子上にそれぞれ形成され互
いに分離された比誘電率10以上の複数の高誘電体膜
と、上記各高誘電体膜の上にそれぞれ形成され互いに分
離された複数の接地金属電極とを備えている。A second high-frequency semiconductor device according to the present invention comprises:
As described in claim 4, a semiconductor substrate, an active semiconductor element such as a transistor formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and an inductor and a transmission line formed on the main surface side of the semiconductor substrate. A plurality of passive elements formed of any one of the above, a plurality of high dielectric films each having a relative dielectric constant of 10 or more formed and separated on each of the passive elements, and formed on each of the high dielectric films, respectively. And a plurality of grounded metal electrodes separated from each other.
【0021】この構成により、複数の高誘電体膜及び接
地金属電極の積層膜が互いに分離されているので、スパ
イラルインダクター又は伝送線路からなる入力側のイン
ピーダンス整合回路を出力側のインピーダンス整合回路
と分離して形成することが可能となる。従って、従来の
化合物半導体基板の裏面等に高誘電体膜用接地金属を一
面に形成した高周波半導体装置で生じる入出力が結合す
ることで起きる発振や、アイソレーションの低下を確実
に防止することができる。According to this configuration, since the plurality of high dielectric films and the laminated film of the ground metal electrode are separated from each other, the input side impedance matching circuit composed of a spiral inductor or a transmission line is connected to the output side impedance matching circuit. It can be formed separately. Therefore, it is possible to reliably prevent the oscillation and the decrease in the isolation caused by the coupling between the input and output generated in the high-frequency semiconductor device in which the ground metal for the high dielectric film is formed on the back surface of the conventional compound semiconductor substrate or the like. it can.
【0022】請求項5に記載されるように、請求項4の
高周波半導体装置において、上記各高誘電体膜を、互い
に異なる比誘電率を有する材料により構成することが好
ましい。According to a fifth aspect of the present invention, in the high frequency semiconductor device of the fourth aspect, it is preferable that each of the high dielectric films is made of a material having a different dielectric constant from each other.
【0023】この構成により、半導体基板上で回路の特
性に合わせて高誘電体膜の比誘電率を選択することがで
き、高周波半導体装置の設計自由度が大幅に向上する。
例えば、低インピーダンスへの整合が必要でしかも精度
が必要なインダクターには比誘電率が20程度の高誘電
体膜を付設し、単に位相回転角だけが大きく必要な整合
回路のインダクターには比誘電率が100程度の高誘電
体膜を付設するように使い分けることができる。したが
って、高周波半導体装置の小型化と高精度化とを同時に
実現できる。With this configuration, the relative permittivity of the high dielectric film can be selected according to the characteristics of the circuit on the semiconductor substrate, and the degree of freedom in designing a high-frequency semiconductor device is greatly improved.
For example, a high dielectric film with a relative dielectric constant of about 20 is attached to an inductor that requires matching to low impedance and requires high precision, and a relative dielectric constant is used for an inductor of a matching circuit that requires only a large phase rotation angle. It can be selectively used such that a high dielectric film having a rate of about 100 is additionally provided. Therefore, miniaturization and high accuracy of the high-frequency semiconductor device can be realized at the same time.
【0024】請求項6に記載されるように、請求項1又
は4の高周波半導体装置において、上記接地金属電極の
厚みを、使用周波数が低いほど厚くなるように形成する
ことができる。As described in claim 6 , claim 1 or claim 2
In the high-frequency semiconductor device of 4 , the thickness of the ground metal electrode can be formed so as to be larger as the operating frequency is lower.
【0025】この構成により、高周波信号が導体の表面
付近の領域のみを流れるという表皮効果を利用して、使
用周波数に応じた適切な接地金属電極の厚みが確保され
ることになる。With this configuration, an appropriate thickness of the ground metal electrode according to the frequency used can be secured by utilizing the skin effect that the high-frequency signal flows only in the region near the surface of the conductor.
【0026】請求項7に記載されるように、請求項1又
は4の高周波半導体装置において、上記半導体基板が化
合物半導体基板の場合には、上記高誘電体膜を比誘電率
が20以上の材料で構成することが好ましい。As described in claim 7 , claim 1 or 2
In the high-frequency semiconductor device of 4 , when the semiconductor substrate is a compound semiconductor substrate, it is preferable that the high dielectric film is made of a material having a relative dielectric constant of 20 or more.
【0027】この構成により、比誘電率が12前後の半
絶縁性GaAs基板等そのものを高誘電体膜として使用
していた従来の高周波半導体装置に比べ、インダクター
等の受動素子の占有面積の大幅な低減や高周波特性の向
上などの各請求項の作用が有効に得られることになる。With this configuration, the area occupied by passive elements such as inductors is significantly larger than that of a conventional high-frequency semiconductor device using a semi-insulating GaAs substrate or the like having a relative dielectric constant of about 12 as a high dielectric film. The effects of each claim, such as reduction and improvement of high frequency characteristics, can be effectively obtained.
【0028】請求項8に記載されるように、請求項1又
は4記載の高周波半導体装置において、上記高誘電体膜
は、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3 )により構
成することが好ましい。As described in claim 8 , claim 1 or 2
In the high frequency semiconductor device described in 4 , the high dielectric film is preferably made of strontium titanate (SrTiO3).
【0029】この構成により、比誘電率が高くしかも堆
積条件によって比誘電率を調節できるというチタン酸ス
トロンチウムの特性を利用して、各請求項の作用を顕著
に得ることができる。With this configuration, the effects of the respective claims can be remarkably obtained by utilizing the characteristic of strontium titanate that the relative dielectric constant is high and the relative dielectric constant can be adjusted depending on the deposition conditions.
【0030】請求項9に記載されるように、請求項1又
は5の高周波半導体装置において、上記半導体基板を、
シリコン単結晶により構成することができる。[0030] As described in claim 9 , claim 1 or
Is a high frequency semiconductor device according to 5 , wherein the semiconductor substrate is
It can be made of silicon single crystal.
【0031】この構成により、安価なシリコン基板を用
いながら、高い波長の短縮効果を有するインダクター等
による占有面積の低減と高周波特性の向上とが実現され
ることになる。According to this configuration, while using an inexpensive silicon substrate, reduction of the occupied area and improvement of high-frequency characteristics by an inductor having a high wavelength shortening effect can be realized.
【0032】[0032]
(第1の実施形態) 図1(a)は、第1の実施形態に係る半絶縁性GaAs
基板を用いたMMICの平面図、図1(b)は図1
(a)に示すIb−Ib線における断面図、図2は図1
(b)に示すII−II線における平面透視図である。本実
施形態では、本発明の基本的な構成について説明する。First Embodiment FIG. 1A shows a semi-insulating GaAs according to a first embodiment.
FIG. 1B is a plan view of an MMIC using a substrate, and FIG.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line Ib-Ib shown in FIG.
It is a plane perspective view in the II-II line shown to (b). In the present embodiment, a basic configuration of the present invention will be described.
【0033】本実施形態に係るMMICは、能動半導体
素子であるFETとその出力であるドレイン側に接続さ
れるインピーダンス整合回路とを備えている。図1
(a),(b)及び図2に示すように、半絶縁性GaA
s基板1の主面側にはFETと整合用スパイラルインダ
クター8とが形成されている。FETの構造は、上記図
10(a),(b)に示す従来のMMICにおけるFE
Tの構造と同じであるので、図10(a),(b)と同
じ符号を付して説明を省略する。The MMIC according to the present embodiment includes an FET, which is an active semiconductor element, and an impedance matching circuit connected to a drain, which is an output of the FET. FIG.
As shown in FIGS. 2A and 2B and FIG.
An FET and a matching spiral inductor 8 are formed on the main surface side of the s substrate 1. The structure of the FET is the FE of the conventional MMIC shown in FIGS. 10A and 10B.
Since the structure is the same as that of T, the same reference numerals as those in FIGS. 10A and 10B are assigned and the description is omitted.
【0034】一方、本実施形態の特徴として、上記スパ
イラルインダクター8の上には、高誘電体膜9と高誘電
体膜用接地電極10とが順次形成されている。すなわ
ち、図2に仮想線で示す高誘電体膜用接地電極10と高
誘電体膜9の下方に整合用スパイラルインダクター8が
位置している。この整合用スパイラルインダクター8
は、重なり領域Rovlpにおいて絶縁膜を介して出力電極
パッド13を跨いだ後、先端部で出力電極パッド13と
接続されている。そして、その整合用スパイラルインダ
クター8の上のほぼ全面に高誘電体膜9と高誘電体膜用
接地金属10とが連続的に形成されている。On the other hand, as a feature of this embodiment, a high dielectric film 9 and a high dielectric film ground electrode 10 are sequentially formed on the spiral inductor 8. That is, the matching spiral inductor 8 is located below the high dielectric film ground electrode 10 and the high dielectric film 9 shown by a virtual line in FIG. This matching spiral inductor 8
Is connected to the output electrode pad 13 at the tip after straddling the output electrode pad 13 via the insulating film in the overlap region Rovlp. A high dielectric film 9 and a high dielectric film ground metal 10 are continuously formed on substantially the entire surface of the matching spiral inductor 8.
【0035】ここで、高誘電体膜用接地金属10は、通
常用いる金メッキ等の方法で行えば1μmから2μmの
厚さに容易に形成でき、5μm以上の厚さでも可能であ
る。従って、高周波的な抵抗成分が問題となって接地電
位が不安定になることはない。特に、高誘電体膜用接地
金属10の厚さは、高周波信号に係る電流が導体の表面
付近のみを流れるという表皮効果を考慮すると、使用周
波数に応じて変えることができる。表皮効果により高周
波信号に係る電流が流れる表面付近の領域の厚さ(skin
depth)δは、下記式(2) δ=√(2/(ω・μ・σ)) (2) (ただし、ω=2πf(fは周波数値),μは透磁率,
σは導電率である。)で定まる。下記表1は、特に高誘
電体膜用接地金属10を金(Au)で構成した場合にお
いて各周波数値について上記式(2) から算出される表皮
効果の厚さδを示す。Here, the ground metal 10 for a high dielectric film can be easily formed to a thickness of 1 μm to 2 μm by a commonly used method such as gold plating, and a thickness of 5 μm or more is possible. Therefore, the ground potential does not become unstable due to the problem of the high-frequency resistance component. In particular, the thickness of the high-dielectric-film grounding metal 10 can be changed in accordance with the operating frequency in consideration of the skin effect that a current relating to a high-frequency signal flows only near the surface of the conductor. The thickness of the area near the surface where the current related to the high-frequency signal flows due to the skin effect (skin
depth) δ is given by the following equation (2) δ = √ (2 / (ω · μ · σ)) (2) (where ω = 2πf (f is a frequency value), μ is magnetic permeability,
σ is the electrical conductivity. ). Table 1 below shows the skin effect thickness δ calculated from the above equation (2) for each frequency value, particularly when the ground metal 10 for a high dielectric film is made of gold (Au).
【0036】[0036]
【表1】 [Table 1]
【0037】なお、高誘電体膜用接地金属10を形成す
る工程は、半導体装置の製造工程のうち最終工程に近い
ので、段差の影響を考慮する必要がなく、金メッキ等に
より容易に形成することができる。Since the step of forming the grounding metal 10 for a high dielectric film is close to the final step in the manufacturing process of the semiconductor device, it is not necessary to consider the influence of steps, and it is easy to form it by gold plating or the like. Can be.
【0038】また、高誘電体膜9にはチタン酸ストロン
チウム(SrTiO3 )を用い、その中でも比誘電率が
20〜300程度のものを使用する。チタン酸ストロン
チウム(SrTiO3 )の比誘電率は、この材料をスパ
ッタリングするときの堆積条件、具体的には基板加熱温
度またはスパッタリング後のアニール温度で20から3
00まで制御性良く変えることができる。例えば比誘電
率が100の高誘電体膜9を整合用スパイラルインダク
ター8の上に堆積することにより、短縮された波長は、
図10に示すような単に比誘電率が12の半絶縁性Ga
As基板1の上にスパイラルインダクターを形成しただ
けの場合に短縮される波長に比べ、約3分の1になる。
つまり、両構造におけるスパイラルインダクターの線路
長が同じであれば、本実施形態の構造では、従来の構造
に比べ位相回転角を3倍にすることができる。逆に、同
じ位相回転角を得るためであれば、図1に示した第1の
実施形態を用いることで線路長を3分の1に短縮でき
る。従って、本実施形態の構造を採用することにより、
スパイラルインダクター又は伝送線路からなる受動素子
の面積を、従来の3分の1から9分の1の範囲で大幅に
縮小でき、半導体チップの小型化とコスト低減を図るこ
とができるのである。The high dielectric film 9 is made of strontium titanate (SrTiO 3), of which the relative dielectric constant is about 20 to 300. The relative dielectric constant of strontium titanate (SrTiO3) is 20 to 3 depending on the deposition conditions for sputtering this material, specifically, the substrate heating temperature or the annealing temperature after sputtering.
Up to 00 can be changed with good controllability. For example, by depositing a high dielectric film 9 having a relative dielectric constant of 100 on the spiral inductor 8 for matching, the shortened wavelength becomes
As shown in FIG. 10, semi-insulating Ga having a relative dielectric constant of 12
The wavelength is reduced to about one-third compared with the wavelength shortened when only the spiral inductor is formed on the As substrate 1.
That is, if the line lengths of the spiral inductors in both structures are the same, the structure of the present embodiment can triple the phase rotation angle as compared with the conventional structure. Conversely, to obtain the same phase rotation angle, the line length can be reduced to one third by using the first embodiment shown in FIG. Therefore, by adopting the structure of the present embodiment,
The area of a passive element formed of a spiral inductor or a transmission line can be greatly reduced in the range of one third to one ninth of the conventional device, and the semiconductor chip can be reduced in size and cost.
【0039】なお、本実施形態において、スパイラルイ
ンダクターの代わりに伝送線路を設けても、同様の効果
を発揮することができる。In this embodiment, a similar effect can be obtained even if a transmission line is provided instead of the spiral inductor.
【0040】 (第2の実施形態) 次に、第2の実施形態について説明する。本実施形態で
は、本発明の基本的な構成を有するMMICとパッケー
ジとの間の端子をワイヤボンディングにより接続した例
について説明する。図3(a)は本実施形態に係るMM
ICがパッケージに実装された状態を示す平面図、図3
(b)は図3(a)のIIIb−IIIb線における断面図であ
る。ただし、図3(a),(b)に示す半導体チップの
構造は、上記第1の実施形態において説明した図1
(a),(b)及び図2に示す構造と同じである。Second Embodiment Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, an example in which terminals between an MMIC having a basic configuration of the present invention and a package are connected by wire bonding will be described. FIG. 3A illustrates an MM according to the present embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing a state in which an IC is mounted on a package, and FIG.
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIb-IIIb of FIG. However, the structure of the semiconductor chip shown in FIGS. 3A and 3B is the same as that of the semiconductor chip shown in FIG.
This is the same as the structure shown in FIGS.
【0041】図3(a),(b)に示すように、パッケ
ージ基板23には、パッケージ接地金属22と、該パッ
ケージ接地電極22に接続されるソース端子15とが設
けられているとともに、入力端子としてのゲート端子1
6と出力端子17とが設けられている。そして、半導体
チップは、その主面側を上にした状態でパッケージ接地
電極22に半田又は樹脂を用いて固着されている。As shown in FIGS. 3A and 3B, the package substrate 23 is provided with a package ground metal 22 and a source terminal 15 connected to the package ground electrode 22. Gate terminal 1 as terminal
6 and an output terminal 17 are provided. The semiconductor chip is fixed to the package ground electrode 22 using solder or resin with its main surface side facing up.
【0042】ここで、半導体チップ側のソース電極パッ
ド12とパッケージ側のソース端子15とがソースワイ
ヤー18を介して、半導体チップ側のゲート電極パッド
11とパッケージ側のゲート端子16とが入力ワイヤー
19を介して、半導体チップ側の出力電極パッド13と
パッケージ側の出力端子17とが出力ワイヤー20を介
して、半導体チップ側の高誘電体膜用接地金属10とパ
ッケージ接地金属22とが接地ワイヤー21を介して、
それぞれ接続されている。Here, the source electrode pad 12 on the semiconductor chip side and the source terminal 15 on the package side are connected via the source wire 18, and the gate electrode pad 11 on the semiconductor chip side and the gate terminal 16 on the package side are connected to the input wire 19. , The output electrode pad 13 on the semiconductor chip side and the output terminal 17 on the package side are connected via the output wire 20, and the ground metal 10 for the high dielectric film on the semiconductor chip side and the package ground metal 22 are connected to the ground wire 21. Through
Each is connected.
【0043】本実施形態では、このような構成とするこ
とで、高誘電体膜9を用いてスパイラルインダクター8
からなる受動素子の面積を大幅に縮小した半導体チップ
をパッケージに実装することができ、パッケージに実装
されていることでプリント基板への半田付けが非常にや
りやすい形態とすることができる。また、高誘電体膜9
上の接地金属電極10は、前述のように、5μm以上の
厚さに形成することも可能であるので、ボンディングワ
イヤーを接続するときの衝撃による半導体チップの破壊
を確実に防止することができる。In the present embodiment, with such a structure, the spiral inductor 8 is formed by using the high dielectric film 9.
A semiconductor chip having a significantly reduced passive element area can be mounted on a package, and since the semiconductor chip is mounted on the package, soldering to a printed circuit board can be performed very easily. Also, the high dielectric film 9
Since the upper ground metal electrode 10 can be formed to have a thickness of 5 μm or more as described above, it is possible to reliably prevent the semiconductor chip from being damaged by an impact when connecting a bonding wire.
【0044】なお、本実施形態において、スパイラルイ
ンダクターの代わりに伝送線路を設けても、同様の効果
を発揮することができる。In this embodiment, a similar effect can be obtained even if a transmission line is provided instead of the spiral inductor.
【0045】また、本実施形態に使用されるパッケージ
は、セラミックパッケージ,樹脂封止パッケージのいず
れでもよい。The package used in this embodiment may be either a ceramic package or a resin-sealed package.
【0046】 (第3の実施形態) 次に、第3の実施形態について説明する。本実施形態で
は、本発明の基本的な構成を有するMMICとパッケー
ジとの間の端子をバンプにより接続した例について説明
する。図4(a)は本実施形態に係るMMICがパッケ
ージに実装された状態を示す平面図、図4(b)は図4
(a)のIVb −IVb 線における断面図である。ただし、
図4(a),(b)に示す半導体チップの構造は、上記
第1の実施形態において説明した図1(a),(b)及
び図2に示す構造とパッド位置は異なるものの基本的に
は同じである。Third Embodiment Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, an example in which terminals between the MMIC having the basic configuration of the present invention and a package are connected by bumps will be described. FIG. 4A is a plan view showing a state in which the MMIC according to the present embodiment is mounted on a package, and FIG.
It is sectional drawing in the IVb-IVb line of (a). However,
The structure of the semiconductor chip shown in FIGS. 4A and 4B is basically different from the structure shown in FIGS. 1A, 1B and 2 described in the first embodiment, although the pad positions are different. Is the same.
【0047】ここで、本実施形態では、図4(a),
(b)に示すように、MMIC側の電極パッドには数μ
m以上の金メッキでできた突起状のバンプが形成されて
いる。つまり、ソース電極パッド12にはソースバンプ
27が、ゲート電極パッド(図示せず)にはゲートバン
プ28が、整合用スパイラルインダクター8に接続され
る出力電極パッド(図示せず)には出力バンプ29がそ
れぞれ設けられている。ここで、本実施形態における特
徴として、整合用スパイラルインダクター8の上に位置
する高誘電体膜用接地電極10は、厚めに形成されてお
り、接地電極10自体がバンプとして機能する。Here, in the present embodiment, FIG.
As shown in (b), several μm is applied to the electrode pad on the MMIC side.
The protrusion-like bumps made of gold plating of m or more are formed. That is, the source bump 27 is formed on the source electrode pad 12, the gate bump 28 is formed on the gate electrode pad (not shown), and the output bump is formed on the output electrode pad (not shown) connected to the spiral inductor 8 for matching. 29 are provided respectively. Here, as a feature of the present embodiment, the high dielectric film ground electrode 10 located above the matching spiral inductor 8 is formed to be thick, and the ground electrode 10 itself functions as a bump.
【0048】一方、パッケージ側には、半導体チップの
支持基板として機能するセラミック基板30が設けられ
ている。また、セラミック基板30の表面には、上記半
導体チップ側のMMICのそれぞれのバンプの位置に対
応した位置に、パッケージ側接地金属として機能するソ
ース端子24と、ゲート端子25と、出力端子26とが
設けられている。そして、半導体チップ側のソース電極
パッド12,ゲート電極パッド及び出力電極パッドは、
上記各バンプ27,28,29を介して、それぞれセラ
ミック基板上のソース端子24,ゲート端子25及び出
力端子26に接続されている。一方、半導体チップ上の
高誘電体膜用接地電極10は、電極自体がバンプとな
り、セラミック基板上のソース端子24に直接接続され
接地されている。On the other hand, a ceramic substrate 30 functioning as a support substrate for a semiconductor chip is provided on the package side. On the surface of the ceramic substrate 30, a source terminal 24, a gate terminal 25, and an output terminal 26 functioning as a package-side ground metal are provided at positions corresponding to the respective bump positions of the MMIC on the semiconductor chip side. Is provided. The source electrode pad 12, the gate electrode pad, and the output electrode pad on the semiconductor chip side are:
The source terminal 24, the gate terminal 25, and the output terminal 26 on the ceramic substrate are connected via the bumps 27, 28, 29, respectively. On the other hand, the ground electrode 10 for a high dielectric film on the semiconductor chip itself is a bump, and is directly connected to the source terminal 24 on the ceramic substrate and grounded.
【0049】本実施形態のごとく、図4に示す構成とす
ることで、ボンディングワイヤー無しに半導体チップの
各電極及び高誘電体膜用接地電極10と支持基板の各電
極とを直接接続できる。したがって、FETのソースに
インダクタンスが接続されないので利得が向上する。ま
た、高誘電体膜9を介してスパイラルインダクター8の
上に設けられた高誘電体膜用接地金属10が直接パッケ
ージ側接地金属(ソース端子24)に接続されるので、
接地電位がより安定する。しかも、スパイラルインダク
ター8のGaAs基板1上における配置場所についての
制限は別段なく、どの位置にレイアウトしても接地金属
10を安定に接地できる。さらに、このように接地電位
が極めて安定していることと、高誘電体膜9上に形成さ
れた接地金属10を厚く形成し得ることから、例えば2
0GHz程度の高周波数でも動作可能なMMICを構成
することができる。このように、本実施形態では、高周
波信号における利得の向上と及びボンディングワイヤー
のインダクタンスによるインピーダンスの変化の解消と
を図ることができるとともに、接地電位の安定化、特性
の安定化を図ることができるという顕著な効果を発揮す
ることができる。As in the present embodiment, by employing the configuration shown in FIG. 4, each electrode of the semiconductor chip and the ground electrode 10 for the high dielectric film can be directly connected to each electrode of the support substrate without a bonding wire. Therefore, since no inductance is connected to the source of the FET, the gain is improved. In addition, since the high dielectric film ground metal 10 provided on the spiral inductor 8 via the high dielectric film 9 is directly connected to the package-side ground metal (source terminal 24),
The ground potential is more stable. In addition, there is no particular limitation on the location of the spiral inductor 8 on the GaAs substrate 1, and the ground metal 10 can be stably grounded regardless of the layout. Further, since the ground potential is extremely stable and the ground metal 10 formed on the high dielectric film 9 can be formed thick, for example,
An MMIC that can operate at a high frequency of about 0 GHz can be configured. As described above, in the present embodiment, it is possible to improve the gain of the high-frequency signal, eliminate the change in impedance due to the inductance of the bonding wire, and stabilize the ground potential and the characteristics. The remarkable effect can be exhibited.
【0050】なお、本実施形態において、スパイラルイ
ンダクターの代わりに伝送線路を設けても、同様の効果
を発揮することができる。In this embodiment, a similar effect can be obtained even if a transmission line is provided instead of the spiral inductor.
【0051】 (第4の実施形態) 次に、第4の実施形態について説明する。図5(a)
は、第4の実施形態に係る半絶縁性GaAs基板を用い
たMMICの平面図、図5(b)は図5(a)のVb−Vb
線における断面図、図6は図5(b)のVI−VI線におけ
る断面図である。本実施形態では、FETの入力側とな
るゲートとFETの出力側となるドレイン側にそれぞれ
インピーダンス整合回路をそれぞれ接続してなる入出力
インピーダンス整合回路付きのMMICについて説明す
る。(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 5 (a)
FIG. 5B is a plan view of an MMIC using a semi-insulating GaAs substrate according to the fourth embodiment, and FIG. 5B is Vb-Vb of FIG.
6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of FIG. 5B. In the present embodiment, an MMIC with an input / output impedance matching circuit in which an impedance matching circuit is connected to a gate on the input side of the FET and a drain side on the output side of the FET will be described.
【0052】図5(a),(b)及び図6に示すよう
に、半絶縁性GaAs基板1の主面側にはFETと第
1,第2整合用スパイラルインダクター8a,8bとが
形成されている。第1整合用スパイラルインダクター8
aの上にはチタン酸ストロンチウムからなる第1高誘電
体膜9aと第1高誘電体膜用接地電極10aとが順次積
層されているとともに、第2整合用スパイラルインダク
ター8bの上には第2高誘電体膜9bと第2高誘電体膜
用接地電極10bと順次積層されており、両積層膜は互
いに分離して半導体チップ上に形成されている。上記第
1整合用スパイラルインダクター8aは出力信号のイン
ピーダンスを整合するものであり、第2整合用スパイラ
ルインダクター8bは入力信号のインピーダンスを整合
するものである。As shown in FIGS. 5A, 5B and 6, on the main surface side of the semi-insulating GaAs substrate 1, an FET and first and second matching spiral inductors 8a and 8b are formed. Have been. First matching spiral inductor 8
A first high-dielectric film 9a made of strontium titanate and a first high-dielectric film ground electrode 10a are sequentially stacked on top of the second matching spiral inductor 8b. The second high dielectric film 9b and the second high dielectric film ground electrode 10b are sequentially laminated, and both laminated films are formed separately on the semiconductor chip. The first matching spiral inductor 8a matches the impedance of the output signal, and the second matching spiral inductor 8b matches the impedance of the input signal.
【0053】本実施形態では、図5(a),(b)及び
図6に示すように、半導体チップ上に、能動素子(FE
T)の入力側と出力側とにそれぞれ整合用スパイラルイ
ンダクター8a,8bが設けられ、各整合用スパイラル
インダクター8a,8bの上に、それぞれ分離して高誘
電体膜9a,9bと高誘電体膜用接地電極10a,10
bとが積層されている。したがって、上記第1の実施形
態と同様に、受動素子の面積を大幅に縮小することがで
きるとともに、入出力インピーダンス整合回路の高誘電
体膜9a,9bと高誘電体膜用接地電極10a,10b
とが互いに分離されているので、入力信号と出力信号の
分離性(アイソレーション)が向上し、そのために、高
周波信号の回り込みが無く発振等を防止することができ
るという利点がある。In this embodiment, as shown in FIGS. 5A, 5B and 6, an active element (FE) is provided on a semiconductor chip.
The matching spiral inductors 8a and 8b are provided on the input side and the output side of T), respectively. The high-dielectric films 9a and 9b and the high-dielectric Body film grounding electrodes 10a, 10
b are laminated. Therefore, similarly to the first embodiment, the area of the passive element can be greatly reduced, and the high dielectric films 9a and 9b and the high dielectric film ground electrodes 10a and 10b of the input / output impedance matching circuit can be reduced.
Are separated from each other, so that the separation (isolation) between the input signal and the output signal is improved, and therefore, there is an advantage that no oscillation of the high frequency signal is caused and oscillation can be prevented.
【0054】なお、本実施形態において、スパイラルイ
ンダクターの代わりに伝送線路を設けても、同様の効果
を発揮することができる。In this embodiment, the same effect can be obtained even if a transmission line is provided instead of the spiral inductor.
【0055】 (第5の実施形態) 次に第5の実施形態について説明する。本実施形態に係
るMMICの形状上の構造は、上記第4の実施形態にお
いて説明した図5(a),(b)及び図6に示すMMI
Cの構造と同じである。ただし、本実施形態に係るMM
ICは、第1高誘電体膜9aと第2高誘電体膜10aの
比誘電率が同一でなく、例えば出力インピーダンス整合
回路の第1高誘電体膜9aを先に堆積し、その後入力イ
ンピーダンス整合回路の第2高誘電体膜9bを条件を変
えて堆積することで、異なる比誘電率を有する2つの高
誘電体膜9a,9bを同一半導体チップ上に形成してい
る。Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment will be described. The shape structure of the MMIC according to the present embodiment corresponds to the MMI shown in FIGS. 5A, 5B and 6 described in the fourth embodiment.
It has the same structure as C. However, the MM according to the present embodiment
In the IC, the relative dielectric constants of the first high dielectric film 9a and the second high dielectric film 10a are not the same. For example, the first high dielectric film 9a of the output impedance matching circuit is deposited first, and then the input impedance matching is performed. By depositing the second high dielectric film 9b of the circuit under different conditions, two high dielectric films 9a and 9b having different relative dielectric constants are formed on the same semiconductor chip.
【0056】本実施形態では、このように異なる比誘電
率を有する高誘電体膜9a,9bの下にスパイラルイン
ダクター10a,10bを形成することにより、例えば
低インピーダンスへの整合が必要でしかも精度が必要な
部分には比誘電率が20程度のものを用い、バイアス部
分の4分の1波長チョーク回路のように単に位相回転角
またはインダクタンス成分だけが大きく必要な整合の部
分には比誘電率100程度のものを使い分けることがで
き、小型化と高精度化を両立させることができる。ま
た、設計の自由度を大幅に向上させることができる。た
だし、本実施形態において、スパイラルインダクターの
代わりに伝送線路を設けても、同様の効果を発揮するこ
とができる。In the present embodiment, by forming the spiral inductors 10a and 10b under the high dielectric films 9a and 9b having different relative dielectric constants as described above, for example, matching to low impedance is required and accuracy is improved. Is necessary for the part where the relative permittivity is about 20. For the matching part where only the phase rotation angle or the inductance component is large such as the quarter wavelength choke circuit of the bias part, the relative permittivity is required. Approximately one hundred can be used properly, and both miniaturization and high accuracy can be achieved. Also, the degree of freedom in design can be greatly improved. However, in the present embodiment, a similar effect can be exerted even if a transmission line is provided instead of the spiral inductor.
【0057】 (第6の実施形態) 次に、第6の実施形態について説明する。本実施形態で
は、GaAs基板上に高誘電体膜用接地電極,高誘電体
膜及びスパイラルインダクターを順次積層した場合の構
造について説明する。図7(a)は第6の実施形態の半
絶縁性GaAs基板を用いたMMICの平面図、図7
(b)は図7(a)のIIXb−IIXb線における断面図であ
る。本実施形態に係るMMICは、能動半導体素子であ
るFETの入力側になるゲートと出力側になるドレイン
とにそれぞれインピーダンス整合回路を接続してなる入
出力整合回路付きの構造となっている。Sixth Embodiment Next, a sixth embodiment will be described. In the present embodiment, a structure in which a ground electrode for a high dielectric film, a high dielectric film, and a spiral inductor are sequentially stacked on a GaAs substrate will be described. FIG. 7A is a plan view of an MMIC using a semi-insulating GaAs substrate according to the sixth embodiment.
FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line IIXb-IIXb in FIG. The MMIC according to the present embodiment has a structure with an input / output matching circuit in which an impedance matching circuit is connected to a gate on the input side and a drain on the output side of an FET which is an active semiconductor element.
【0058】図7(a),(b)に示すように、半絶縁
性GaAs基板1の主面側にはFETが形成され、FE
Tのドレイン側に隣接する半絶縁性GaAs基板1上に
は、絶縁膜4を介して第1高誘電体膜用接地電極10a
とチタン酸ストロンチウムからなる第1高誘電体膜9a
と第1整合用スパイラルインダクター8aとが順次積層
され、FETのソース側に隣接するGaAs基板1上に
は、第2高誘電体膜用接地電極10bと第2高誘電体膜
9bと、第2整合用スパイラルインダクター8bとが順
次積層されている。As shown in FIGS. 7A and 7B, an FET is formed on the main surface of the semi-insulating GaAs substrate 1, and the FE is formed.
On the semi-insulating GaAs substrate 1 adjacent to the drain side of T, the first high dielectric film ground electrode 10a
High dielectric film 9a composed of strontium titanate and strontium
And a first matching spiral inductor 8a are sequentially laminated, and a second high dielectric film ground electrode 10b, a second high dielectric film 9b, and a second high dielectric film 9b are formed on the GaAs substrate 1 adjacent to the source side of the FET. Two matching spiral inductors 8b are sequentially stacked.
【0059】すなわち、第1スパイラルインダクター8
aがFETのドレインに接続されて出力インピーダンス
整合回路を構成し、第2スパイラルインダクター8bが
FETのゲートに接続されて入力インピーダンス整合回
路を構成する点は、上記第4の実施形態と同様である
が、本実施形態では、GaAs基板1上に絶縁膜4を介
して高誘電体膜用接地金属10a,10bが形成され、
その上に高誘電体膜9a,9bとスパイラルインダクタ
ー8a,8bとが堆積されている点が上記第4の実施形
態と異なる。そして、第1,第2高誘電体膜用接地電極
10a,10bの一部は、それぞれ第1,第2高誘電体
膜9a,9bの外方まではみでるように形成されてお
り、このはみでた部分を介してパッケージ等の接地電極
と接続しやすい構造となっている。That is, the first spiral inductor 8
As in the fourth embodiment, a is connected to the drain of the FET to form an output impedance matching circuit, and the second spiral inductor 8b is connected to the gate of the FET to form an input impedance matching circuit. However, in the present embodiment, the grounding metals 10a and 10b for the high dielectric film are formed on the GaAs substrate 1 with the insulating film 4 interposed therebetween.
The fourth embodiment differs from the fourth embodiment in that high dielectric films 9a and 9b and spiral inductors 8a and 8b are deposited thereon. A part of the ground electrodes 10a and 10b for the first and second high dielectric films is formed so as to protrude outside the first and second high dielectric films 9a and 9b, respectively. The structure makes it easy to connect to a ground electrode such as a package through a portion.
【0060】本実施形態では、各整合用スパイラルイン
ダクター8a,8bが高誘電体膜9a,9b上に後から
形成されているので、FET等の能動半導体素子とスパ
イラルインダクター(又は伝送回路)とを共通の工程で
形成し得る利点がある。すなわち、比誘電率が20以上
の高誘電体膜9a,9bを用いることで、高周波特性の
向上と小型化とを実現し得るMMICを容易にかつ低コ
ストで製造することができる。したがって、上述の特性
を発揮し得るMMICの実用化が容易となる。In this embodiment, since the matching spiral inductors 8a and 8b are formed later on the high dielectric films 9a and 9b, an active semiconductor element such as an FET and a spiral inductor (or a transmission circuit) are formed. And can be formed in a common step. That is, by using the high dielectric films 9a and 9b having a relative dielectric constant of 20 or more, it is possible to easily and inexpensively manufacture an MMIC that can realize improvement of high frequency characteristics and downsizing. Therefore, practical use of the MMIC that can exhibit the above-described characteristics is facilitated.
【0061】 (第7の実施形態) 次に、第7の実施形態について説明する。本実施形態に
おいては、MMICの形状上の構造は、上記第6の実施
形態において説明した図7(a),(b)に示す構造と
同じである。ただし、本実施形態では、第1高誘電体膜
10aと第2高誘電体膜10bとの比誘電率が同一でな
く異なっている。前述したように、高誘電体膜の堆積条
件を変えることで、同一半導体チップ上に異なる比誘電
率を有する高誘電体膜を作成し、その上に整合用スパイ
ラルインダクターを形成する。(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment will be described. In the present embodiment, the structure of the MMIC in shape is the same as the structure shown in FIGS. 7A and 7B described in the sixth embodiment. However, in the present embodiment, the relative dielectric constants of the first high dielectric film 10a and the second high dielectric film 10b are not the same but different. As described above, by changing the deposition conditions of the high dielectric film, high dielectric films having different relative dielectric constants are formed on the same semiconductor chip, and a matching spiral inductor is formed thereon.
【0062】したがって、本実施形態では、上記第5の
実施形態と同様に、低インピーダンスへの整合が必要で
しかも精度が必要な部分と、バイアス部分の4分の1波
長チョーク回路のように単に位相回転角またはインダク
タンス成分だけが大きく必要な整合の部分とでは高誘電
体膜9a,9bの比誘電率を使い分け、小型化と高精度
化を両立させることができる。Therefore, in the present embodiment, similarly to the fifth embodiment, a portion that requires matching to a low impedance and requires high accuracy, and a simple configuration such as a quarter-wave choke circuit of a bias portion. In the matching part where only the phase rotation angle or the inductance component is required to be large, the relative permittivity of the high dielectric films 9a and 9b can be properly used, and both miniaturization and high precision can be achieved.
【0063】 (第8の実施形態) 次に、第8の実施形態について説明する。本実施形態で
は、上記第6又は第7の実施形態に係るMMICをパッ
ケージに収納する場合の構造について説明する。図8
(a)は第6又は第7の実施形態の構造を有する半絶縁
性GaAs基板を用いたMMICをパッケージに実装し
た状態を示す平面図、図8(b)は図8(a)のIXb −
IXb 線における断面図である。(Eighth Embodiment) Next, an eighth embodiment will be described. In the present embodiment, a structure in which the MMIC according to the sixth or seventh embodiment is housed in a package will be described. FIG.
(A) is a plan view showing a state in which an MMIC using a semi-insulating GaAs substrate having the structure of the sixth or seventh embodiment is mounted on a package, and (b) of FIG.
It is sectional drawing in the IXb line.
【0064】図8(a),(b)に示すように、パッケ
ージ基板23には、パッケージ接地金属22と、該パッ
ケージ接地電極22に接続されるソース端子15とが設
けられているとともに、入力端子16と出力端子17と
が設けられている。そして、半導体チップは、その主面
側を上にした状態でパッケージ接地電極22に半田又は
樹脂を用いて固着されている。なお、MMICの構造
は、上記第6又は第7の実施形態において既に説明した
とおりである。As shown in FIGS. 8A and 8B, the package substrate 23 is provided with a package ground metal 22 and a source terminal 15 connected to the package ground electrode 22. A terminal 16 and an output terminal 17 are provided. The semiconductor chip is fixed to the package ground electrode 22 using solder or resin with its main surface side facing up. The structure of the MMIC is as described in the sixth or seventh embodiment.
【0065】ここで、半導体チップ側のソース電極パッ
ド12とパッケージ側のソース端子15とがソースワイ
ヤー18を介して、半導体チップ側の入力電極パッド1
3bとパッケージ側の入力端子16とが入力ワイヤー1
9を介して、半導体チップ側の出力電極パッド13aと
パッケージ側の出力端子17とが出力ワイヤー20を介
して、半導体チップ側の第1,第2高誘電体膜用接地金
属10a,10bとパッケージ接地金属22とが第1,
第2接地ワイヤー21a,21bを介して、それぞれ接
続されている。ただし、第1,第2高誘電体膜用接地金
属10a,10bの第1,第2高誘電体膜9a,9bよ
りも外方にはみでた部分に接地ワイヤー21a,21b
がボンディングされている。Here, the source electrode pad 12 on the semiconductor chip side and the source terminal 15 on the package side are connected via the source wire 18 to the input electrode pad 1 on the semiconductor chip side.
3b and the input terminal 16 on the package side are the input wire 1
9, the output electrode pad 13a on the semiconductor chip side and the output terminal 17 on the package side are connected to the ground metal 10a, 10b for the first and second high dielectric films on the semiconductor chip side and the package via the output wire 20. The first ground metal 22
They are connected via the second ground wires 21a and 21b, respectively. However, the ground wires 21a, 21b are provided on the portions of the first and second high dielectric film grounding metals 10a, 10b which protrude outward from the first and second high dielectric films 9a, 9b.
Is bonded.
【0066】本実施形態では、図8(a),(b)に示
す構成とすることで、半導体基板上に高誘電体膜用接地
金属10a,10b、高誘電体膜9a,9b及び整合用
スパイラルインダクター8a,8bを順次積層した構造
の半導体チップを容易にパッケージに実装することがで
きる。その際、第1,第2高誘電体膜用接地金属10
a,10bは、高誘電体膜9a,9bよりも外方にはみ
でた部分でボンディングされるので、ボンディングワイ
ヤーを接続するときの衝撃による半導体チップの破壊が
問題とはなることはない。また、半導体チップがこのよ
うにパッケージに実装されていることでプリント基板へ
の半田付けが非常にやりやすい形態とすることができ
る。In the present embodiment, the configuration shown in FIGS. 8A and 8B allows the high-dielectric film grounding metals 10a and 10b, the high-dielectric films 9a and 9b and the matching A semiconductor chip having a structure in which spiral inductors 8a and 8b are sequentially stacked can be easily mounted on a package. At this time, the ground metal 10 for the first and second high dielectric films is used.
Since a and 10b are bonded at portions protruding outside of the high dielectric films 9a and 9b, destruction of the semiconductor chip due to impact when connecting the bonding wires does not pose a problem. Further, since the semiconductor chip is mounted on the package in this manner, it is possible to make the soldering to the printed board very easy.
【0067】 (第9の実施形態) 次に、第9の実施形態について説明する。本実施形態で
は、入力回路,出力回路及びバイアス回路に各々インダ
クターを有するインピーダンス整合回路を設けた構成に
おいて、各インダクターの比誘電率を異なる値にした場
合について説明する。(Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment will be described. In the present embodiment, a case will be described in which the input circuit, the output circuit, and the bias circuit are provided with impedance matching circuits each having an inductor, and the relative permittivity of each inductor is different.
【0068】図9(a),(b)は、入力回路,出力回
路及びバイパス回路に3つのインダクタンスL1,L
2,L3とキャパシタC1,C2,C0とを設けた場合
のインピーダンスの動きを示すスミスチャート図及び回
路図である。図9(a),(b)において、FETのゲ
ート端子のインピーダンスを点Aで示しており、入力イ
ンダクターL1と入力容量C1とにより入力インピーダ
ンスを50Ωとするように整合をとることができる。同
様に、FETのドレイン端子のインピーダンスを点Bで
示しており、出力インダクターL2と出力容量C2とに
より出力インピーダンスを50Ωとするように整合をと
ることができる。ドレインのDCバイアス線は、チョー
クインダクターL3の一端を容量が数1000pFのバ
イパスコンデンサC0に接続することにより、点Bから
DCバイアス線に向かう高周波信号のインピーダンスが
無限大になるように設定されていて、高周波電力がDC
バイアス線に漏れるのを防ぐように構成されている。同
図(a)に示すように、入力インダクターL1と出力イ
ンダクターL2とチョークインダクターL3とのスミス
チャート上での動きは相互に大きく異なっており、しか
も、必要とされる精度も異なる。すなわち、チョークイ
ンダクターL3は大きな位相回転角が必要であるが、精
度は粗くてもよいので、非常に大きな300程度の比誘
電率を有する高誘電体膜を用いてスパイラルインダクタ
ー(または伝送線路)を形成することで、小型化を達成
し得る。他方、入力インダクターL1は高精度で50Ω
にインピーダンス整合をとる必要があるので、あまり大
きな比誘電率を有する高誘電体膜を使用できず、比誘電
率を50〜100程度に抑えることで、小型化と精度と
を適度に満足させることが好ましい。さらに、出力イン
ダクターL2に用いる高誘電体膜の比誘電率も各インダ
クターL1,L3とは異なる値とすることで、出力イン
ダクターL2に要求される位相回転角と精度とを確保す
ることができ、かつインダクターの小型化とを図ること
が可能となる。FIGS. 9A and 9B show three inductances L1 and L in an input circuit, an output circuit and a bypass circuit.
FIGS. 2A and 2B are Smith chart diagrams and circuit diagrams showing the behavior of impedance in the case where L2 and L3 and capacitors C1, C2 and C0 are provided. FIGS. 9A and 9B, the impedance of the gate terminal of the FET is indicated by a point A, and the input inductor L1 and the input capacitance C1 can be matched so that the input impedance is 50Ω. Similarly, the impedance of the drain terminal of the FET is indicated by a point B, and matching can be achieved by the output inductor L2 and the output capacitance C2 so that the output impedance is 50Ω. The DC bias line of the drain is set so that the impedance of the high-frequency signal from the point B toward the DC bias line becomes infinite by connecting one end of the choke inductor L3 to the bypass capacitor C0 having a capacitance of several thousand pF. And the high frequency power is DC
It is configured to prevent leakage to the bias line. As shown in FIG. 7A, the movements of the input inductor L1, the output inductor L2, and the choke inductor L3 on the Smith chart are greatly different from each other, and the required accuracy is also different. That is, although the choke inductor L3 requires a large phase rotation angle, the accuracy may be coarse. Therefore, the spiral inductor (or transmission line) using a very high dielectric film having a relative dielectric constant of about 300 is used. ) Can achieve downsizing. On the other hand, the input inductor L1 has a high accuracy of 50Ω.
Since it is necessary to match the impedance, it is not possible to use a high-dielectric film having a very large relative dielectric constant, and to suppress the relative dielectric constant to about 50 to 100 to appropriately satisfy miniaturization and accuracy. Is preferred. Further, by setting the relative dielectric constant of the high dielectric film used for the output inductor L2 to a value different from those of the inductors L1 and L3, the phase rotation angle and accuracy required for the output inductor L2 can be secured. In addition, the size of the inductor can be reduced.
【0069】 (その他の実施形態) 上記各実施形態においては、半導体基板をGaAs基板
としたが、本発明は斯かる実施形態に限定されるもので
はなく、例えばシリコン基板を使用することもできる。
その場合、各実施形態におけるMMICの構造中のFE
Tの構造が異なるだけで、スパイラルインダクター,高
誘電体膜,高誘電体膜用接地金属や各電極パッドの構造
は各実施形態における構造と同じとできる。そして、従
来高誘電体膜として使用されていたシリコン窒化膜の比
誘電率が7.5程度であるのに対し、本発明のごとく比
誘電率が10以上の材料で高誘電体膜を構成することに
より、インダクター又は伝送線路の占有面積を大幅に低
減し、かつ高周波特性を向上させるという効果を発揮す
ることができる。また、化合物半導体基板を使用する場
合にも、GaAsだけでなく、AlP,AlAs,Al
Sb,GaP,InP,InAs,InSb等を基板と
して使用することができることはいうまでもない。(Other Embodiments) In each of the above embodiments, the semiconductor substrate is a GaAs substrate. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and for example, a silicon substrate can be used.
In that case, the FE in the structure of the MMIC in each embodiment
Only the structure of T is different, and the structure of the spiral inductor, the high dielectric film, the ground metal for the high dielectric film, and each electrode pad can be the same as the structure in each embodiment. The relative dielectric constant of a silicon nitride film conventionally used as a high dielectric film is about 7.5, whereas the high dielectric film is made of a material having a relative dielectric constant of 10 or more as in the present invention. Thus, the effect of significantly reducing the area occupied by the inductor or the transmission line and improving the high frequency characteristics can be exhibited. When a compound semiconductor substrate is used, not only GaAs but also AlP, AlAs, Al
Needless to say, Sb, GaP, InP, InAs, InSb, etc. can be used as the substrate.
【0070】また、上記各実施形態においては、高誘電
体膜をチタン酸ストロンチウムで構成したが、本発明の
高誘電体膜を構成する材料はチタン酸ストロンチウムに
限定されるものではない。比誘電率が10以上の材料と
して、例えばチタン酸鉛,チタン・ジルコン酸鉛(PZ
T),チタン酸鉛・ビスマス,ニオブ酸カリウム,ニオ
ブ酸リチウム,ニオブ酸ストロンチウム・バリウム(S
BN−75),ニオブ酸ストロンチウム,タンタル酸カ
リウム,タンタル・ニオブ酸カリウム(KTN)等があ
り、これらを単層で用いるか、複数材料を積層して適宜
必要な比誘電率を得ることができる。Further, in each of the above embodiments, the high dielectric film is made of strontium titanate. However, the material forming the high dielectric film of the present invention is not limited to strontium titanate. As a material having a relative dielectric constant of 10 or more, for example, lead titanate, lead titanium zirconate (PZ
T), lead bismuth titanate, potassium niobate, lithium niobate, strontium barium niobate (S
BN-75), strontium niobate, potassium tantalate, potassium tantalum niobate (KTN), etc., and these can be used in a single layer or a plurality of materials can be laminated to obtain a necessary relative dielectric constant as needed. .
【0071】また、上記各実施形態では、構造の説明を
容易にするために受動素子をスパイラルインダクターの
みとしたが、キャパシター等を同じ基板上に形成しても
よいことはいうまでもない。In each of the above embodiments, only the spiral inductor is used as the passive element in order to facilitate the description of the structure. However, it goes without saying that a capacitor and the like may be formed on the same substrate.
【0072】さらに、上記各実施形態では、インダクタ
ーの形状をスパイラル状としたが、本発明に係るインダ
クターの形状は斯かる実施形態に限定されるものではな
く、折りたたみ状等にしてもよい。Further, in each of the above embodiments, the shape of the inductor is a spiral shape. However, the shape of the inductor according to the present invention is not limited to such an embodiment, and may be a folded shape or the like.
【0073】[0073]
【発明の効果】以上説明したように、各請求項の発明に
よれば以下の効果を発揮することができる。As described above, the following effects can be obtained according to the invention of each claim.
【0074】請求項1によれば、半導体基板の主面側に
形成されたインダクター又は伝送線路からなる受動素子
上に、比誘電率10以上の高誘電体膜と接地金属電極と
を連続的に積層する構成としたので、受動素子のインダ
クタンスの値又は位相回転角を著しく大きくすることが
でき、半導体チップの小型化及びコスト低減を図ること
ができる。また、比誘電率10以上の高誘電体膜の上に
接地金属電極を厚く形成できるので高周波で問題になる
接地電位の不安定を解消することができる。According to the first aspect, a high dielectric film having a relative dielectric constant of 10 or more and a ground metal electrode are continuously formed on a passive element such as an inductor or a transmission line formed on the main surface side of the semiconductor substrate. Since the stacked structure is adopted, the inductance value or the phase rotation angle of the passive element can be significantly increased, and the size and cost of the semiconductor chip can be reduced. Further, since the ground metal electrode can be formed thick on the high dielectric film having a relative dielectric constant of 10 or more, the instability of the ground potential which is a problem at high frequencies can be solved.
【0075】請求項2によれば、請求項1において、上
記半導体基板の主面側を上にして半導体基板をパッケー
ジに実装し、高誘電体膜上に形成された接地金属電極と
パッケージの接地電極とをボンディングワイヤーにより
相互に接続する構成としたので、接地金属電極が厚く形
成できることを利用して、ワイヤボンディング時の衝撃
による半導体基板の破壊を防止しつつ、半導体基板をパ
ッケージに容易に収納することができる。According to a second aspect, in the first aspect, the semiconductor substrate is mounted on the package with the main surface side of the semiconductor substrate facing upward, and the ground metal electrode formed on the high dielectric film and the ground of the package are grounded. The structure is such that the electrodes are connected to each other by bonding wires, making use of the fact that the ground metal electrode can be formed thicker, preventing damage to the semiconductor substrate due to the impact during wire bonding and easily storing the semiconductor substrate in a package. can do.
【0076】請求項3によれば、請求項1において、半
導体基板の主面側を下にした状態で半導体基板をパッケ
ージに固着し接地金属電極をバンプとして機能させなが
らボンディングワイヤーを介することなくパッケージの
接地電極と直接接続するようにしたので、接地電位の安
定と受動素子の配置設計の自由度の向上とを図ることが
できるとともに、接地電位の安定と使用可能な周波数の
上限の拡大を図ることができる。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the semiconductor substrate is fixed to the package in a state where the main surface side of the semiconductor substrate is faced down, and the ground metal electrode functions as a bump. Directly connected to the ground electrode of the IGBT, thereby stabilizing the ground potential and improving the degree of freedom in the layout design of the passive elements, stabilizing the ground potential and expanding the upper limit of the usable frequency. be able to.
【0077】請求項4によれば、半導体基板の主面側に
形成されたインダクター又は伝送線路からなる受動素子
上に、複数個の比誘電率10以上の高誘電体膜と接地金
属電極とを互いに分離させながら積層する構成としたの
で、入力側の信号を出力側の信号との分離性を向上させ
ることができ、よって、入出力が結合することで起きる
発振やアイソレーションの低下を有効に防止することが
できる。According to the fourth aspect, a plurality of high dielectric films having a relative dielectric constant of 10 or more and a ground metal electrode are formed on a passive element formed of an inductor or a transmission line formed on the main surface side of the semiconductor substrate. Since the layers are stacked while being separated from each other, it is possible to improve the separability of signals on the input side from signals on the output side. Can be prevented.
【0078】請求項5によれば、請求項4において、各
高誘電体膜を互いに異なる比誘電率を有する材料により
構成したので、同じ半導体基板上で回路の特性に合わせ
て比誘電率を選択することができ、MMICの設計自由
度の向上とMMICの小型化と高精度化とを実現するこ
とができる。According to claim 5, in claim 4, since the high dielectric films are made of materials having different relative dielectric constants, the relative dielectric constant is selected according to the characteristics of the circuit on the same semiconductor substrate. Therefore, it is possible to improve the degree of freedom in designing the MMIC, and to reduce the size and accuracy of the MMIC.
【0079】請求項6によれば、請求項1又は4におい
て、接地金属電極の厚みを、使用周波数が低いほど厚く
なるように形成したので、表皮効果を利用して使用周波
数に応じた適切な接地金属電極の厚みの設定を行うこと
ができる。According to the sixth aspect , in the first or fourth aspect , the thickness of the ground metal electrode is formed to be thicker as the operating frequency is lower. The thickness of the ground metal electrode can be set.
【0080】請求項7によれば、請求項1又は4におい
て、半導体基板が化合物半導体基板の場合、高誘電体膜
を比誘電率が20以上の材料で構成したので、各請求項
の効果を有効に発揮することができる。[0080] According to claim 7, in claim 1 or 4, when the semiconductor substrate is a compound semiconductor substrate, since the high dielectric film relative dielectric constant was composed of 20 or more materials, the effect of each claim It can be used effectively.
【0081】請求項8によれば、請求項1又は4におい
て、高誘電体膜をチタン酸ストロンチウムにより構成し
たので、高い比誘電率を有し堆積条件によって比誘電率
を調節できるというチタン酸ストロンチウムの特性を利
用して、各請求項の効果を顕著に発揮することができ
る。According to claim 8 , since the high dielectric film is made of strontium titanate according to claim 1 or 4 , the strontium titanate has a high dielectric constant and can be adjusted by the deposition conditions. The effect of each claim can be remarkably exhibited by utilizing the characteristics of (1).
【0082】請求項9によれば、請求項1又は4におい
て、半導体基板をシリコン単結晶により構成したので、
安価なシリコン基板によるコストの低減と、インダクタ
ー等の受動素子の占有面積の低減による高周波半導体装
置の小型化と、高周波特性の向上とを図ることができ
る。According to claim 9 , in claim 1 or 4 , the semiconductor substrate is made of silicon single crystal.
The cost can be reduced by using an inexpensive silicon substrate, the size of the high-frequency semiconductor device can be reduced by reducing the area occupied by passive elements such as inductors, and the high-frequency characteristics can be improved.
【図1】第1の実施形態に係るMMICの平面図及び断
面図である。FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of an MMIC according to a first embodiment.
【図2】図1のII−II線における透視平面図である。FIG. 2 is a perspective plan view taken along line II-II of FIG.
【図3】第2の実施形態に係るMMICの平面図及び断
面図である。FIG. 3 is a plan view and a sectional view of an MMIC according to a second embodiment.
【図4】第3の実施形態に係るパッケージに実装された
MMICの平面図及び断面図である。FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view of an MMIC mounted on a package according to a third embodiment.
【図5】第4及び第5の実施形態に係るMMICの平面
図及び断面図である。FIG. 5 is a plan view and a sectional view of an MMIC according to fourth and fifth embodiments.
【図6】図5のVI−VI線における透視平面図である。FIG. 6 is a perspective plan view taken along the line VI-VI of FIG. 5;
【図7】第6及び第7の実施形態に係るMMICの平面
図及び断面図である。FIG. 7 is a plan view and a sectional view of an MMIC according to sixth and seventh embodiments.
【図8】第8の実施形態に係るパッケージに実装された
MMICの平面図及び断面図である。FIG. 8 is a plan view and a cross-sectional view of an MMIC mounted on a package according to an eighth embodiment.
【図9】第9の実施形態に係る異なる比誘電率を有する
複数の高誘電体膜を設けたMMICのスミスチャート図
及び回路図である。FIG. 9 is a Smith chart diagram and a circuit diagram of an MMIC according to a ninth embodiment provided with a plurality of high dielectric films having different relative dielectric constants.
【図10】従来のMMICの平面図及び断面図である。FIG. 10 is a plan view and a sectional view of a conventional MMIC.
【符号の説明】 1 半絶縁性GaAs基板 2 N+ 領域 3 N- 領域 4 絶縁膜 5 ソース電極 6 ドレイン電極 7 ゲート電極 8 整合用スパイラルインダクター 9 高誘電体膜 10 高誘電体膜用接地金属 11 ゲート電極パッド 12 ソース電極パッド 13 出力電極パッド 14 活性領域 15 ソース端子 16 ゲート端子 17 出力端子 18 ソースワイヤー 19 入力ワイヤー 20 出力ワイヤー 21 接地ワイヤー 22 パッケージ接地電極 23 パッケージ基板 24 ソース端子 25 ゲート端子 26 出力端子 27 ソースバンプ 28 ゲートバンプ 29 出力バンプ 30 セラミック基板 ROVLP 重なり領域[Description of Signs] 1 Semi-insulating GaAs substrate 2 N + region 3 N- region 4 Insulating film 5 Source electrode 6 Drain electrode 7 Gate electrode 8 Matching spiral inductor 9 High dielectric film 10 Ground metal for high dielectric film DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Gate electrode pad 12 Source electrode pad 13 Output electrode pad 14 Active area 15 Source terminal 16 Gate terminal 17 Output terminal 18 Source wire 19 Input wire 20 Output wire 21 Ground wire 22 Package ground electrode 23 Package substrate 24 Source terminal 25 Gate terminal 26 Output terminal 27 Source bump 28 Gate bump 29 Output bump 30 Ceramic substrate ROVLP Overlap area
Claims (9)
能動半導体素子と、 上記半導体基板の主面側に形成され、インダクター及び
伝送線路のうちのいずれか一方からなる受動素子と、 上記受動素子上に形成された比誘電率10以上の高誘電
体膜と、 上記高誘電体膜の上に形成された接地金属電極とを備え
ていることを特徴とする高周波半導体装置。1. A semiconductor substrate, an active semiconductor element such as a transistor formed on a main surface side of the semiconductor substrate, and an active semiconductor element formed on a main surface side of the semiconductor substrate, wherein one of an inductor and a transmission line is provided. Comprising: a passive element comprising: a high-dielectric film having a relative permittivity of 10 or more formed on the passive element; and a ground metal electrode formed on the high-dielectric film. Semiconductor device.
て、 少なくとも端子及び接地電極を有し、上記半導体基板を
その主面側を上にした状態で実装するためのパッケージ
をさらに備え、 上記半導体基板上の各電極パッドと上記パッケージとの
相対応する端子がボンディングワイヤーで接続されてい
ると共に、上記接地金属電極と上記パッケージの接地電
極とがボンディングワイヤにより相互に接続されている
ことを特徴とする高周波半導体装置。2. The high-frequency semiconductor device according to claim 1, further comprising a package having at least a terminal and a ground electrode, wherein the package mounts the semiconductor substrate with its main surface side up. A corresponding terminal of each of the upper electrode pads and the package is connected by a bonding wire, and the ground metal electrode and a ground electrode of the package are connected to each other by a bonding wire. High frequency semiconductor device.
て、 上記各部材が形成された半導体基板をその主面側を下に
した状態で実装するためのパッケージをさらに備え、 上記半導体基板上の接地金属電極はバンプとしても機能
するものであり、 上記各電極パッドと上記パッケージとの相対応する端子
とがバンプを介して直接接続され、上記接地金属電極と
上記パッケージの接地電極とが上記バンプにより直接接
続されていることを特徴とする高周波半導体装置。3. The high-frequency semiconductor device according to claim 1, further comprising a package for mounting the semiconductor substrate on which the respective members are formed with the main surface thereof facing down, wherein the ground on the semiconductor substrate is provided. The metal electrode also functions as a bump. The respective electrode pads and the corresponding terminals of the package are directly connected via the bump, and the ground metal electrode and the ground electrode of the package are connected by the bump. A high-frequency semiconductor device which is directly connected.
能動半導体素子と、 上記半導体基板の主面側に形成され、インダクター及び
伝送線路のうちのいずれか一方からなる複数の受動素子
と、 上記各受動素子上にそれぞれ形成され互いに分離された
比誘電率10以上の複数の高誘電体膜と、 上記各高誘電体膜の上にそれぞれ形成され互いに分離さ
れた複数の接地金属電極とを備えていることを特徴とす
る高周波半導体装置。4. A semiconductor substrate, an active semiconductor element such as a transistor formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and an active semiconductor element formed on the main surface side of the semiconductor substrate, wherein one of an inductor and a transmission line is provided. A plurality of passive elements, a plurality of high dielectric films each having a relative dielectric constant of 10 or more formed and separated from each other on each of the passive elements, and separated from each other formed on each of the high dielectric films. A high-frequency semiconductor device comprising a plurality of ground metal electrodes.
て、 上記各高誘電体膜は、互いに異なる比誘電率を有する材
料により構成されていることを特徴とする高周波半導体
装置。5. The high-frequency semiconductor device according to claim 4, wherein each of said high-dielectric films is made of materials having different relative dielectric constants.
において、 上記接地金属電極の厚みは、使用周波数が低いほど厚く
なるように形成されていることを特徴とする高周波半導
体装置。6. The high-frequency semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the ground metal electrode is increased as the operating frequency decreases.
において、 上記半導体基板は、化合物半導体基板であり、 上記高誘電体膜は、比誘電率が20以上の材料で構成さ
れていることを特徴とする高周波半導体装置。7. The high-frequency semiconductor device according to claim 1 , wherein said semiconductor substrate is a compound semiconductor substrate, and said high dielectric film is made of a material having a relative permittivity of 20 or more. A high-frequency semiconductor device characterized by the following.
において、 上記高誘電体膜は、チタン酸ストロンチウム(SrTi
O3 )により構成されていることを特徴とする高周波半
導体装置。8. The high frequency semiconductor device according to claim 1 , wherein said high dielectric film is made of strontium titanate (SrTi).
O3).
において、 上記半導体基板は、シリコン単結晶により構成されてい
ることを特徴とする高周波半導体装置。9. The high-frequency semiconductor device according to claim 1 , wherein said semiconductor substrate is made of silicon single crystal.
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JP7302848A JP2986391B2 (en) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | High frequency semiconductor device |
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JP2001308610A (en) | 2000-04-20 | 2001-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Microstrip line, method of producing same, inductor element and high frequency semiconductor device |
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