JPH0260205A - マイクロ波集積回路とその製造方法 - Google Patents
マイクロ波集積回路とその製造方法Info
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- JPH0260205A JPH0260205A JP21100588A JP21100588A JPH0260205A JP H0260205 A JPH0260205 A JP H0260205A JP 21100588 A JP21100588 A JP 21100588A JP 21100588 A JP21100588 A JP 21100588A JP H0260205 A JPH0260205 A JP H0260205A
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Landscapes
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、小型で、組立実装が容易であり、特性の再現
性が良く、信頼性の高い電力増幅用マイクロ波集積回路
そその製造方法に関するものである。
性が良く、信頼性の高い電力増幅用マイクロ波集積回路
そその製造方法に関するものである。
従来の技術
従来の電力増幅用マイクロ波集積回路においては、入力
および出力結合用コンデンサ、入力整合用コンデンサお
よびバイアスバイパス用コンデンサにチップコンデンサ
を用い、これを導電性接着剤および金などの金属細線(
ワイヤー)などで固定及び接続を行っている。
および出力結合用コンデンサ、入力整合用コンデンサお
よびバイアスバイパス用コンデンサにチップコンデンサ
を用い、これを導電性接着剤および金などの金属細線(
ワイヤー)などで固定及び接続を行っている。
発明が解決しようとする課題
従来の電力増幅用マイクロ波集積回路の例を第5図に示
す。図において、1は収納用パッケージ、2は下側に電
極を有する入力側アルミナ基板、3は下側に電極を有す
る出力側ア・ルミナ基板、4は砒化ガリウム(GaA−
s)電界効果トランジスタ(FET) 、5は入力端子
、6は入力側マイクロストリップライン、7′は入力結
合用チップコンデンサ、8はゲート側マイクロストリッ
プライン、9はゲートバイアス給電用抵抗、10は1/
4波長先端間放スタブ、11はゲートバイアス給電端子
、12′はゲートバイアスバイパス用チップコンデンサ
、13′は入力整合用チップコンデンサ、14は入力整
合調整用先端開放スタブ、15はドレイン側マイクロス
トリップライン、16は出力整合先端開放スタブ、17
′は出力結合用チップコンデンサ、18は出力側マイク
ロストリップライン、19は出力端子、20はドレイン
給電用174波長マイクロストリツプライン、21は1
/4波長先端開放スタブ、22′はドレインバイアスバ
イパス用チップコンデンサ、23はドレインバイアス給
電用端子であり、入力端子と入力側マイクロストリップ
ライン、出力端子と出力側マイクロストリップライン、
入力側マイクロストリップラインと入力結合用チップコ
ンデンサ、出力側マイクロストリップラインと出力結合
用チップコンデンサ、ゲートバイアス給電端子とゲート
バイアスバイパス用チップコンデンサおよびゲートバイ
アス給電用抵抗、ドレインバイアス給電端子とドレイン
バイアスバイパス用チップコンデンサおよびドレインバ
イアス給電用1/4波長マイクロストリツプライン、ゲ
ート側マイクロストリップラインと入力整合用チップコ
ンデンサおよびGaAsFETゲート電極、ドレイン側
マイクロストリップラインとGaAs FETドレイン
電極、GaAsFETソース電極とアース(パッケージ
)は、それぞれワイヤーにより接続されている。また入
力整合用チップコンデンサおよびバイアスバイパス用チ
ップコンデンサは、チップの上下にそれぞれ電極が形成
されているので、パッケージの上に導電性接着剤等で下
電極を接着固定することにより下電極が接地されている
。
す。図において、1は収納用パッケージ、2は下側に電
極を有する入力側アルミナ基板、3は下側に電極を有す
る出力側ア・ルミナ基板、4は砒化ガリウム(GaA−
s)電界効果トランジスタ(FET) 、5は入力端子
、6は入力側マイクロストリップライン、7′は入力結
合用チップコンデンサ、8はゲート側マイクロストリッ
プライン、9はゲートバイアス給電用抵抗、10は1/
4波長先端間放スタブ、11はゲートバイアス給電端子
、12′はゲートバイアスバイパス用チップコンデンサ
、13′は入力整合用チップコンデンサ、14は入力整
合調整用先端開放スタブ、15はドレイン側マイクロス
トリップライン、16は出力整合先端開放スタブ、17
′は出力結合用チップコンデンサ、18は出力側マイク
ロストリップライン、19は出力端子、20はドレイン
給電用174波長マイクロストリツプライン、21は1
/4波長先端開放スタブ、22′はドレインバイアスバ
イパス用チップコンデンサ、23はドレインバイアス給
電用端子であり、入力端子と入力側マイクロストリップ
ライン、出力端子と出力側マイクロストリップライン、
入力側マイクロストリップラインと入力結合用チップコ
ンデンサ、出力側マイクロストリップラインと出力結合
用チップコンデンサ、ゲートバイアス給電端子とゲート
バイアスバイパス用チップコンデンサおよびゲートバイ
アス給電用抵抗、ドレインバイアス給電端子とドレイン
バイアスバイパス用チップコンデンサおよびドレインバ
イアス給電用1/4波長マイクロストリツプライン、ゲ
ート側マイクロストリップラインと入力整合用チップコ
ンデンサおよびGaAsFETゲート電極、ドレイン側
マイクロストリップラインとGaAs FETドレイン
電極、GaAsFETソース電極とアース(パッケージ
)は、それぞれワイヤーにより接続されている。また入
力整合用チップコンデンサおよびバイアスバイパス用チ
ップコンデンサは、チップの上下にそれぞれ電極が形成
されているので、パッケージの上に導電性接着剤等で下
電極を接着固定することにより下電極が接地されている
。
また入出力結合用チップコンデンサも、チップの上下に
それぞれ電極が形成されているので、マイクロストリッ
プラインの上に導電性接着剤等で下電極を接着固定する
ことにより電気的接続がなされている。またアルミナ基
板もやはりパッケージの上に導電性接着剤等で下電極を
接着固定することにより下電極が接地されている。
それぞれ電極が形成されているので、マイクロストリッ
プラインの上に導電性接着剤等で下電極を接着固定する
ことにより電気的接続がなされている。またアルミナ基
板もやはりパッケージの上に導電性接着剤等で下電極を
接着固定することにより下電極が接地されている。
このように従来例では、入力および出力結合用、入力整
合用、バイアスバイパス用の各コンデンサにチップコン
デンサを用いている。そのためこれらのチップコンデン
サを基板やパッケージに導電性接着剤で接着固定しそれ
らをワイヤーで接続することに多大の労力を必要とした
。またワイヤーでの接続はその都度状況が変わり易いた
め特性の再現性が悪い。また導電性接着剤での固定およ
びワイヤーでの接続は、温度や振動に対して弱く、信鎖
性を低くしていた。またチップサイズは取り扱いの関係
からあまり小さくすることができず、パッケージの小型
化にも限界があった。またこれらのコンデンサを薄膜化
しようとして、酸化珪素膜を用いようとすると、通常の
化学気相成長法で形成した場合には、誘電体損失が大き
く、伝送線に直接接続される入力および出力結合用コン
デンサや入力整合用コンデンサンに用いると損失が大き
く好ましくなかった。一般に薄膜酸化物誘電体は熱処理
を行うことによりその誘電体損失が減少する傾向がある
が、表面の凹凸が多いセラミックス基板上に作った場合
は、熱処理により緻密化が進む半面、表面の凹凸部の影
響が拡大されるため、耐電圧か低下するという課題もあ
った。
合用、バイアスバイパス用の各コンデンサにチップコン
デンサを用いている。そのためこれらのチップコンデン
サを基板やパッケージに導電性接着剤で接着固定しそれ
らをワイヤーで接続することに多大の労力を必要とした
。またワイヤーでの接続はその都度状況が変わり易いた
め特性の再現性が悪い。また導電性接着剤での固定およ
びワイヤーでの接続は、温度や振動に対して弱く、信鎖
性を低くしていた。またチップサイズは取り扱いの関係
からあまり小さくすることができず、パッケージの小型
化にも限界があった。またこれらのコンデンサを薄膜化
しようとして、酸化珪素膜を用いようとすると、通常の
化学気相成長法で形成した場合には、誘電体損失が大き
く、伝送線に直接接続される入力および出力結合用コン
デンサや入力整合用コンデンサンに用いると損失が大き
く好ましくなかった。一般に薄膜酸化物誘電体は熱処理
を行うことによりその誘電体損失が減少する傾向がある
が、表面の凹凸が多いセラミックス基板上に作った場合
は、熱処理により緻密化が進む半面、表面の凹凸部の影
響が拡大されるため、耐電圧か低下するという課題もあ
った。
第6図は第5図の従来のマイクロ波集積回路例の電気的
回路図である。第5図において、マイクロストリップラ
イン、開放スタブは矩形で表している。各番号は第5図
の各部に対応している。31はゲート接続ワイヤーに基
づくインダクタンス、32はドレイン接続ワイヤーに基
づくインダクタンスである。ソース接続ワイヤーは通常
長さが短く、また多数本使うことによって、できるだけ
インダクタンスが小さくなるように構成されるので、こ
こでは無視して考えている。33.34.35.36.
37はそれぞれ接続ワイヤーに基づくインダクタンスで
ある。実質的な入力整合は、入力整合用チップコンデン
サ、13′によって行われているがそれに直列に接続さ
れるインダクタンス、33によって整合の程度が大きく
変わる。したがってワイヤーの接続状態によって、特性
が大きく変化し、特性の再現性が悪い。また人力とトラ
ンジスタ部および出力とトランジスタ部は、それぞれ入
力結合用チップコンデンサ、7′、および出力結合用チ
ップコンデンサ、17′により高周波的に結合、直流的
に分離されているが、やはりここにも直列にワイヤーに
基づくインダクタンスが入り整合条件に影響を与えるた
め、特性の再現性が悪い。またゲートバイアス給電点お
よびドレインバイアス給電点には、それぞれバイアスバ
イパス用チップコンデンサ、12′および22′が接続
されており、高周波信号が電源回路にまわりこむのを防
止しているが、ここでもワイヤーに基づくインダクタン
スが直列に入る形となるため、高周波信号のバイパスに
は好ましくない。
回路図である。第5図において、マイクロストリップラ
イン、開放スタブは矩形で表している。各番号は第5図
の各部に対応している。31はゲート接続ワイヤーに基
づくインダクタンス、32はドレイン接続ワイヤーに基
づくインダクタンスである。ソース接続ワイヤーは通常
長さが短く、また多数本使うことによって、できるだけ
インダクタンスが小さくなるように構成されるので、こ
こでは無視して考えている。33.34.35.36.
37はそれぞれ接続ワイヤーに基づくインダクタンスで
ある。実質的な入力整合は、入力整合用チップコンデン
サ、13′によって行われているがそれに直列に接続さ
れるインダクタンス、33によって整合の程度が大きく
変わる。したがってワイヤーの接続状態によって、特性
が大きく変化し、特性の再現性が悪い。また人力とトラ
ンジスタ部および出力とトランジスタ部は、それぞれ入
力結合用チップコンデンサ、7′、および出力結合用チ
ップコンデンサ、17′により高周波的に結合、直流的
に分離されているが、やはりここにも直列にワイヤーに
基づくインダクタンスが入り整合条件に影響を与えるた
め、特性の再現性が悪い。またゲートバイアス給電点お
よびドレインバイアス給電点には、それぞれバイアスバ
イパス用チップコンデンサ、12′および22′が接続
されており、高周波信号が電源回路にまわりこむのを防
止しているが、ここでもワイヤーに基づくインダクタン
スが直列に入る形となるため、高周波信号のバイパスに
は好ましくない。
課題を解決するための手段
上記目的を達成するために、本発明の入力および出力結
合用コンデンサ、入力および出力整合回路部、ゲートお
よびドレインバイアス給電部、電界効果トランジスタか
らなるマイクロ波集積回路においては、入力および出力
結合用各コンデンサに金属−誘電体−金属薄膜からなる
入力および出力結合用各画膜コンデンサを用い、ゲート
およびドレインバイアス各給電点とアース間に金属−誘
電体−金属薄膜からなるゲートおよびドレインバイアス
バイパス用各薄膜コンデンサを用い、入力整合回路部ゲ
ート側マイクロストリップライン−アース間に、金属−
誘電体−金属薄膜からなる入力整合用薄膜コンデンサを
、前記入力結合用薄膜コンデンサ、前記ゲートバイアス
給電部、前記ゲートバイアスバイパス用薄膜コンデンサ
および前記入力整合回路部と同一基板上に設け、また前
記出力結合用薄膜コンデンサ、前記ドレインバイアス給
電部、前記ドレインバイアスバイパス用薄膜コンデンサ
および前記出力整合回路部を同一基板上に設けることに
より、前記の種々の課題、すなわち小型化できない、特
性の再現性が悪い、信頬性が悪い、組立実装に多大の労
力を要するといった点をなくすようにしたものである。
合用コンデンサ、入力および出力整合回路部、ゲートお
よびドレインバイアス給電部、電界効果トランジスタか
らなるマイクロ波集積回路においては、入力および出力
結合用各コンデンサに金属−誘電体−金属薄膜からなる
入力および出力結合用各画膜コンデンサを用い、ゲート
およびドレインバイアス各給電点とアース間に金属−誘
電体−金属薄膜からなるゲートおよびドレインバイアス
バイパス用各薄膜コンデンサを用い、入力整合回路部ゲ
ート側マイクロストリップライン−アース間に、金属−
誘電体−金属薄膜からなる入力整合用薄膜コンデンサを
、前記入力結合用薄膜コンデンサ、前記ゲートバイアス
給電部、前記ゲートバイアスバイパス用薄膜コンデンサ
および前記入力整合回路部と同一基板上に設け、また前
記出力結合用薄膜コンデンサ、前記ドレインバイアス給
電部、前記ドレインバイアスバイパス用薄膜コンデンサ
および前記出力整合回路部を同一基板上に設けることに
より、前記の種々の課題、すなわち小型化できない、特
性の再現性が悪い、信頬性が悪い、組立実装に多大の労
力を要するといった点をなくすようにしたものである。
さらに入力および出力結合用薄膜コンデンサンおよび入
力整合用薄膜コンデンサとして、シラン(SiH4)と
酸素を原料とし、450℃以下の基板温度で化学気相成
長法により形成された酸化珪素膜を、500℃以上80
0℃以下の空気または酸素雰囲気中で熱処理した膜と、
SiH,と酸素を原料とし、450℃以下の基板温度で
化学気相成長法により形成された酸化珪素膜と積層し、
その積層部の上下に電極を設けた薄膜コンデンサを用い
、バイアスバイパス用薄膜コンデンサとして、Sin、
と酸素を原料とし、450℃以下の基板温度で化学気相
成長法により形成された酸化珪素膜を用いたことにより
、酸化珪素膜を誘電体として用いた薄膜コンデンサの課
題、すなわち低温で形成した酸化珪素薄膜コンデンサは
誘電体損失が大きいためマイクロ波伝送路に直接使えな
い、また500℃以上の高温で熱処理を行うと耐圧が下
がるためそれだけでは信顧性が悪いといった点を解決す
るようにしたものである。
力整合用薄膜コンデンサとして、シラン(SiH4)と
酸素を原料とし、450℃以下の基板温度で化学気相成
長法により形成された酸化珪素膜を、500℃以上80
0℃以下の空気または酸素雰囲気中で熱処理した膜と、
SiH,と酸素を原料とし、450℃以下の基板温度で
化学気相成長法により形成された酸化珪素膜と積層し、
その積層部の上下に電極を設けた薄膜コンデンサを用い
、バイアスバイパス用薄膜コンデンサとして、Sin、
と酸素を原料とし、450℃以下の基板温度で化学気相
成長法により形成された酸化珪素膜を用いたことにより
、酸化珪素膜を誘電体として用いた薄膜コンデンサの課
題、すなわち低温で形成した酸化珪素薄膜コンデンサは
誘電体損失が大きいためマイクロ波伝送路に直接使えな
い、また500℃以上の高温で熱処理を行うと耐圧が下
がるためそれだけでは信顧性が悪いといった点を解決す
るようにしたものである。
のである。
作用
上記のように構成することにより、小型で、偉績性が良
く、特性の再現性が良く、組立実装容易なマイクロ波集
積回路が得られる。
く、特性の再現性が良く、組立実装容易なマイクロ波集
積回路が得られる。
実施例
以下本発明の一実施例のマイクロ波集積回路とその製造
方法について、図面を参照しながら説明する。
方法について、図面を参照しながら説明する。
本実施例のマイクロ波集積回路の構造の一例を第1図に
示す。図において、1は収納用パッケージ、2は下側に
電極を有する入力側アルミナ基板、3は下側に電極を有
する出力側アルミナ基板、4はGaAs FET、5は
入力端子、6ば入力側マイクロストリップライン、7は
入力結合用薄膜コンデンサ、8はゲート側マイクロスト
リップライン、9はゲートバイアス給電用抵抗、10は
1/4波長先端間放スタブ、11はゲートバイアス給電
端子、12はゲートバイアスバイパス用薄膜コンデンサ
、13は入力整合用薄膜コンデンサ、14は入力整合調
整用先端開放スタブ、15はドレイン側マイクロストリ
ップライン、16は出力整合用先端開放スタブ、17は
出力結合用薄膜コンデンサ、18は出力側マイクロスト
リップライン、19は出力端子、20はドレイン給電用
1/4波長マイクロストリツプライン、21は1/4波
長先端開放スタブ、22はドレインバイアスバイパス用
薄膜コンデンサ、23はドレインバイアス給電用端子、
24は薄膜コンデンサの下電極で25の金リボンにより
収納用パッケージに接地されている。また入力端子と入
力側マイクロストリップライン、出力端子と出力側マイ
クロストリップライン、ゲートバイアス給電端子とゲー
トバイアスバイパス用薄膜コンデンサおよびゲートバイ
アス給電用抵抗、ドレインバイアス給電端子とドレイン
バイアスバイパス用薄膜コンデンサおよびドレインバイ
アス給電用1/4波長マイクロストリツプライン、ゲー
ト側マイクロストリップラインと入力整合用薄膜コンデ
ンサおよびGaAsFETゲート電極、ドレイン側マイ
クロストリップラインとGaAsFETドレイン電極、
GaAsFETソース電極とアース(パッケージ)は、
それぞれワイヤーにより接続されている。また各薄膜コ
ンデンサは、いわゆるオーバーレイ型薄膜コンデンサで
その構造を第2図に示す0図において、26はアルミナ
基板、27は薄膜コンデンサの下電極、28は薄膜コン
デンサの上電極、29は薄膜誘電体である。またアルミ
ナ基板もやはりパッケージの上に導電性接着剤等で下電
極を接着固定することにより下電極が接地されている。
示す。図において、1は収納用パッケージ、2は下側に
電極を有する入力側アルミナ基板、3は下側に電極を有
する出力側アルミナ基板、4はGaAs FET、5は
入力端子、6ば入力側マイクロストリップライン、7は
入力結合用薄膜コンデンサ、8はゲート側マイクロスト
リップライン、9はゲートバイアス給電用抵抗、10は
1/4波長先端間放スタブ、11はゲートバイアス給電
端子、12はゲートバイアスバイパス用薄膜コンデンサ
、13は入力整合用薄膜コンデンサ、14は入力整合調
整用先端開放スタブ、15はドレイン側マイクロストリ
ップライン、16は出力整合用先端開放スタブ、17は
出力結合用薄膜コンデンサ、18は出力側マイクロスト
リップライン、19は出力端子、20はドレイン給電用
1/4波長マイクロストリツプライン、21は1/4波
長先端開放スタブ、22はドレインバイアスバイパス用
薄膜コンデンサ、23はドレインバイアス給電用端子、
24は薄膜コンデンサの下電極で25の金リボンにより
収納用パッケージに接地されている。また入力端子と入
力側マイクロストリップライン、出力端子と出力側マイ
クロストリップライン、ゲートバイアス給電端子とゲー
トバイアスバイパス用薄膜コンデンサおよびゲートバイ
アス給電用抵抗、ドレインバイアス給電端子とドレイン
バイアスバイパス用薄膜コンデンサおよびドレインバイ
アス給電用1/4波長マイクロストリツプライン、ゲー
ト側マイクロストリップラインと入力整合用薄膜コンデ
ンサおよびGaAsFETゲート電極、ドレイン側マイ
クロストリップラインとGaAsFETドレイン電極、
GaAsFETソース電極とアース(パッケージ)は、
それぞれワイヤーにより接続されている。また各薄膜コ
ンデンサは、いわゆるオーバーレイ型薄膜コンデンサで
その構造を第2図に示す0図において、26はアルミナ
基板、27は薄膜コンデンサの下電極、28は薄膜コン
デンサの上電極、29は薄膜誘電体である。またアルミ
ナ基板もやはりパッケージの上に導電性接着剤等で下電
極を接着固定することにより下電極が接地されている。
第3図は、第1図に示すマイクロ波集積回路の電気的な
回路図を示したものである。第3図において、マイクロ
ストリップラインおよび開放スタブは矩形で表している
。各番号は第1図の各部に対応している。31はゲート
接続ワイヤーに基づ(インダクタンス、32はドレイン
接続ワイヤーに基づくインダクタンスである。ソース接
続ワイヤーは通常長さが短く、また多数本使うことによ
って、できるだけインダクタンスが小さくなるように構
成されるので、ここでは無視して考えている。実質的な
入力整合は、入力整合用薄膜コンデンサ、13によって
行われている。また入力とトランジスタ部および出力と
トランジスタ部は、それぞれ入力結合用薄膜コンデンサ
、7、および出力結合用薄膜コンデンサ、17により高
周波的に結合、直流的に分離されている。またゲートバ
イアス給電点およびドレインバイアス給電点には、それ
ぞれバイアスバイパス用薄膜コンデンサ、12および2
2が接続されており、高周波信号が電源回路にまわりこ
むのを防止している。この場合各コンデンサを薄膜で一
体に形成しているので、ワイヤーによる接続を必要とせ
ず各寸法はホトリソグラフィーの精度で決まる。ホトリ
ソグラフィーの精度は容易に1μm程度にすることがで
きるため、ワイヤーでの接続に比べ特性の再現性は極め
て良好である。
回路図を示したものである。第3図において、マイクロ
ストリップラインおよび開放スタブは矩形で表している
。各番号は第1図の各部に対応している。31はゲート
接続ワイヤーに基づ(インダクタンス、32はドレイン
接続ワイヤーに基づくインダクタンスである。ソース接
続ワイヤーは通常長さが短く、また多数本使うことによ
って、できるだけインダクタンスが小さくなるように構
成されるので、ここでは無視して考えている。実質的な
入力整合は、入力整合用薄膜コンデンサ、13によって
行われている。また入力とトランジスタ部および出力と
トランジスタ部は、それぞれ入力結合用薄膜コンデンサ
、7、および出力結合用薄膜コンデンサ、17により高
周波的に結合、直流的に分離されている。またゲートバ
イアス給電点およびドレインバイアス給電点には、それ
ぞれバイアスバイパス用薄膜コンデンサ、12および2
2が接続されており、高周波信号が電源回路にまわりこ
むのを防止している。この場合各コンデンサを薄膜で一
体に形成しているので、ワイヤーによる接続を必要とせ
ず各寸法はホトリソグラフィーの精度で決まる。ホトリ
ソグラフィーの精度は容易に1μm程度にすることがで
きるため、ワイヤーでの接続に比べ特性の再現性は極め
て良好である。
次にこのマイクロ波集積回路の製造方法を以下に述べる
。まずアルミナ基板に窒化タンタル膜をスパッタリング
により基板全面に所定の厚みだけ形成する。次に通常の
ホトリソグラフィーとエツチング技術により窒化タンタ
ル膜をエツチングし、ゲートバイアス部の抵抗を形成す
る。次に各薄膜コンデンサの下電極としてCr−Au−
Crの3層電極を通常の真空蒸着、ホトリソグラフィー
エンチング技術により形成する。次にSiH4と酸素を
原料とし、450℃以下の基板温度で化学気相成長法に
より酸化珪素膜を所定の厚み(−例としてこの場合1μ
m)形成した後、ホトリソグラフィーおよびエツチング
により、入力および出力結合用薄膜コンデンサおよび入
力整合用薄膜コンデンサ部のみに前記酸化珪素膜を残し
、500″C以上800’C以下の空気または酸素雰囲
気中で熱処理し、その後再度SiH4と酸素を原料とし
、450℃以下の基板温度で化学気相成長法により酸化
珪素膜を所定の厚み(−例としてこの場合0.5μm)
形成した後、ホトリソグラフィーおよびエツチングによ
り、入力および出力結合用薄膜コンデンサおよび入力整
合用薄膜コンデンサおよびバイアスバイパス用薄膜コン
デンサ部のみに前記酸化珪素膜を残した後、前記薄膜コ
ンデンサの上電極およびマイクロストリップラインおよ
びバイアス給電部として、Cr−Auの2層金属膜を、
通常の真空蒸着、ホトリソグラフィー、エツチング技術
により形成する。厚い金属膜が必要な場合真空蒸着後金
メツキを施す。このような製造方法をとることによりマ
イクロ波伝送部に直接接続される入出力結合用コンデン
サおよび入力整合用コンデンサの構造は第4図に示すよ
うになる。第4図において、26はアルミナ基板、27
は下電極、29′はcvD後熱処理をした酸化珪素膜、
3oはCVDで形成した膜、28は上電極である。基板
温度450℃以下でCVDにより形成した酸化珪素膜は
、誘電体損失が大きく、IMHzで評価しても損失が0
.01以下のものはなかなか得られないがい、これを5
00℃以上800℃以下の空気中、又は酸素を含む雰囲
気で熱処理を行ったものでは、損失が容易に0.000
1以下となった。一方、電圧に対する耐圧は、基板温度
450℃以下でCVDにより形成した酸化珪素膜は良好
で、0.5μmで50v以上あったが、これを500℃
以上800℃以下の空気中、または酸素を含む雰囲気で
熱処理を行ったものでは、0.5μmでIOV程度にま
で低下した。このことは以下のように考えられる。
。まずアルミナ基板に窒化タンタル膜をスパッタリング
により基板全面に所定の厚みだけ形成する。次に通常の
ホトリソグラフィーとエツチング技術により窒化タンタ
ル膜をエツチングし、ゲートバイアス部の抵抗を形成す
る。次に各薄膜コンデンサの下電極としてCr−Au−
Crの3層電極を通常の真空蒸着、ホトリソグラフィー
エンチング技術により形成する。次にSiH4と酸素を
原料とし、450℃以下の基板温度で化学気相成長法に
より酸化珪素膜を所定の厚み(−例としてこの場合1μ
m)形成した後、ホトリソグラフィーおよびエツチング
により、入力および出力結合用薄膜コンデンサおよび入
力整合用薄膜コンデンサ部のみに前記酸化珪素膜を残し
、500″C以上800’C以下の空気または酸素雰囲
気中で熱処理し、その後再度SiH4と酸素を原料とし
、450℃以下の基板温度で化学気相成長法により酸化
珪素膜を所定の厚み(−例としてこの場合0.5μm)
形成した後、ホトリソグラフィーおよびエツチングによ
り、入力および出力結合用薄膜コンデンサおよび入力整
合用薄膜コンデンサおよびバイアスバイパス用薄膜コン
デンサ部のみに前記酸化珪素膜を残した後、前記薄膜コ
ンデンサの上電極およびマイクロストリップラインおよ
びバイアス給電部として、Cr−Auの2層金属膜を、
通常の真空蒸着、ホトリソグラフィー、エツチング技術
により形成する。厚い金属膜が必要な場合真空蒸着後金
メツキを施す。このような製造方法をとることによりマ
イクロ波伝送部に直接接続される入出力結合用コンデン
サおよび入力整合用コンデンサの構造は第4図に示すよ
うになる。第4図において、26はアルミナ基板、27
は下電極、29′はcvD後熱処理をした酸化珪素膜、
3oはCVDで形成した膜、28は上電極である。基板
温度450℃以下でCVDにより形成した酸化珪素膜は
、誘電体損失が大きく、IMHzで評価しても損失が0
.01以下のものはなかなか得られないがい、これを5
00℃以上800℃以下の空気中、又は酸素を含む雰囲
気で熱処理を行ったものでは、損失が容易に0.000
1以下となった。一方、電圧に対する耐圧は、基板温度
450℃以下でCVDにより形成した酸化珪素膜は良好
で、0.5μmで50v以上あったが、これを500℃
以上800℃以下の空気中、または酸素を含む雰囲気で
熱処理を行ったものでは、0.5μmでIOV程度にま
で低下した。このことは以下のように考えられる。
CVDにより形成した酸化珪素膜は、一般に未結合手を
持った珪素が多いため、 高周波における誘電体損失は大きい。これを酸素を含有
する雰囲気で熱処理をすることにより、高周波における
誘電体損失は減少する。しかし熱処理により結晶化が進
みそのためCVD直後は平坦であった膜に凹凸が生じ、
厚みにバラツキができて耐圧が低下するものと思われる
0本実施例第5図のような構成にしたものでは、熱処理
をしたCVD膜と熱処理をしていないCVD膜が直列に
接続された構造となっており、この場合耐圧はそれぞれ
の膜の耐圧の和となり、誘電体損失はほぼ熱処理をした
膜の厚みの全体の膜厚に対する比率に比例して改善され
る。したがって本実施例のように、熱処理実施膜の膜厚
がlam、未処理膜の膜厚が0.5μmの場合には、耐
圧として約60V、誘電体損失として0.001以下程
度のものが容易に得られるため、耐圧と誘電体損失の両
者をほぼ同時に改善することができる。またバイアスバ
イパス用薄膜コンデンサ部は、未処理の膜、0.5μm
からなり、耐圧は50v程度、誘電体損失が0.01程
度のものとなるが、この部分には抵抗または1/4波長
チヨ一ク回路がマイクロ波伝送路との間に挿入されてい
るので、誘電体損失が大きくてもなんら問題ない。また
GaAsFETの動作電圧は5−10vであり耐圧的に
も全く問題ない、また入力結合用薄膜コンデンサ、ゲー
トバイアス給電部、ゲートバイアスバイパス用薄膜コン
デンサ、入力整合用薄膜コンデンサおよび入力整合回路
部を同一基板上に設け、また出力結合用薄膜コンデンサ
、ドレインバイアス給電部、ドレインバイアスバイパス
用薄膜コンデンサおよび前記出力整合回路部を同一基板
上に設けられるよう、各部分をアルミナ基板上に配置す
ることにより、第1図に示すような入力側基板と出力側
基板が得られる。すべての必要部品がアルミナ基板上に
一体として作りこまれているので、パフケージ内にチッ
プ部品を収納する場所を必要とせず、パッケージの小型
化が図れる。
持った珪素が多いため、 高周波における誘電体損失は大きい。これを酸素を含有
する雰囲気で熱処理をすることにより、高周波における
誘電体損失は減少する。しかし熱処理により結晶化が進
みそのためCVD直後は平坦であった膜に凹凸が生じ、
厚みにバラツキができて耐圧が低下するものと思われる
0本実施例第5図のような構成にしたものでは、熱処理
をしたCVD膜と熱処理をしていないCVD膜が直列に
接続された構造となっており、この場合耐圧はそれぞれ
の膜の耐圧の和となり、誘電体損失はほぼ熱処理をした
膜の厚みの全体の膜厚に対する比率に比例して改善され
る。したがって本実施例のように、熱処理実施膜の膜厚
がlam、未処理膜の膜厚が0.5μmの場合には、耐
圧として約60V、誘電体損失として0.001以下程
度のものが容易に得られるため、耐圧と誘電体損失の両
者をほぼ同時に改善することができる。またバイアスバ
イパス用薄膜コンデンサ部は、未処理の膜、0.5μm
からなり、耐圧は50v程度、誘電体損失が0.01程
度のものとなるが、この部分には抵抗または1/4波長
チヨ一ク回路がマイクロ波伝送路との間に挿入されてい
るので、誘電体損失が大きくてもなんら問題ない。また
GaAsFETの動作電圧は5−10vであり耐圧的に
も全く問題ない、また入力結合用薄膜コンデンサ、ゲー
トバイアス給電部、ゲートバイアスバイパス用薄膜コン
デンサ、入力整合用薄膜コンデンサおよび入力整合回路
部を同一基板上に設け、また出力結合用薄膜コンデンサ
、ドレインバイアス給電部、ドレインバイアスバイパス
用薄膜コンデンサおよび前記出力整合回路部を同一基板
上に設けられるよう、各部分をアルミナ基板上に配置す
ることにより、第1図に示すような入力側基板と出力側
基板が得られる。すべての必要部品がアルミナ基板上に
一体として作りこまれているので、パフケージ内にチッ
プ部品を収納する場所を必要とせず、パッケージの小型
化が図れる。
発明の効果
本発明は、以上説明したような製造方法と構成から成る
ので、以下に記載されるような効果を示す。
ので、以下に記載されるような効果を示す。
各コンデンサを薄膜化し入出力の各基板上に一体に作り
こんでいるため、ワイヤーや接着剤による接続箇所が大
幅に減少し、組立実装作業が極めて容易となる。またワ
イヤーや接着剤の使用箇所が少ないため信顧性があがる
。またホトリソグラフィーの精度で作りこめるため特性
の再現性が上がる。またチップ部品を用いないため小型
化できる。
こんでいるため、ワイヤーや接着剤による接続箇所が大
幅に減少し、組立実装作業が極めて容易となる。またワ
イヤーや接着剤の使用箇所が少ないため信顧性があがる
。またホトリソグラフィーの精度で作りこめるため特性
の再現性が上がる。またチップ部品を用いないため小型
化できる。
更に耐圧には問題はあるが、誘電体損失の少ないCVD
後熱処理酸化珪素膜と、耐圧は良いが、誘電体損失の大
きいCVD後未処理酸化珪素膜とを、それぞれのコンデ
ンサの用途にあわせて組み合わせたりすることにより、
誘電特性、耐圧ともに優れた薄膜コンデンサからなるマ
イクロ波集積回路が得られる。
後熱処理酸化珪素膜と、耐圧は良いが、誘電体損失の大
きいCVD後未処理酸化珪素膜とを、それぞれのコンデ
ンサの用途にあわせて組み合わせたりすることにより、
誘電特性、耐圧ともに優れた薄膜コンデンサからなるマ
イクロ波集積回路が得られる。
本実施例においては、アルミナ基板の厚みは250μm
を用い、マイクロストリップラインの線幅として、やは
り250μmを用いたが、使用周波数に応じて適当なイ
直を用いることができる。また入出力結合用および入力
整合用薄膜コンデンサの上下電極重なり部分の面積とし
て250μmX330μmとした時、約2pF、および
バイアスバイパス用薄膜コンデンサの上下電極重なり部
分の面積としてI X 1.5mmとした特約50PF
の静電容量が得られたが、面積と誘電体の厚みを適当に
選ぶことにより、それぞれの周波数に適した静電容量を
設定することができる。
を用い、マイクロストリップラインの線幅として、やは
り250μmを用いたが、使用周波数に応じて適当なイ
直を用いることができる。また入出力結合用および入力
整合用薄膜コンデンサの上下電極重なり部分の面積とし
て250μmX330μmとした時、約2pF、および
バイアスバイパス用薄膜コンデンサの上下電極重なり部
分の面積としてI X 1.5mmとした特約50PF
の静電容量が得られたが、面積と誘電体の厚みを適当に
選ぶことにより、それぞれの周波数に適した静電容量を
設定することができる。
一般に入力および出力結合用コンデンサや入力整合用コ
ンデンサの容量としては数pFのものが必要とされるが
、バイアスバイパス用コンデンサには、数10pFの容
量が必要とされる。したがってバイアスバイパス用コン
デンサに他のコンデンサと同じ材料、同じ厚みの誘電体
を用いると、その大きさが大きくなりすぎるという問題
があったが、本発明ではその問題点も解決している。
ンデンサの容量としては数pFのものが必要とされるが
、バイアスバイパス用コンデンサには、数10pFの容
量が必要とされる。したがってバイアスバイパス用コン
デンサに他のコンデンサと同じ材料、同じ厚みの誘電体
を用いると、その大きさが大きくなりすぎるという問題
があったが、本発明ではその問題点も解決している。
また本実施例ではゲートバイアス給電部に窒化タンタル
の薄膜抵抗を用いたが、他の材料からなる抵抗膜を用い
てもかまわない。また抵抗膜を最初に形成したが、薄膜
コンデンサを形成した後にしてもよい。
の薄膜抵抗を用いたが、他の材料からなる抵抗膜を用い
てもかまわない。また抵抗膜を最初に形成したが、薄膜
コンデンサを形成した後にしてもよい。
CVD酸化珪素膜の熱処理条件は、本実施例では500
℃以上800℃以下の空気中で1から2時間行った。こ
れ以下の温度では誘電体損失の改善効果が少なく、また
これ以上の温度では、アルミナ基板上の電極が剥離しや
すくなるなどの問題があった。熱処理時間は1から2時
間が適当である。
℃以上800℃以下の空気中で1から2時間行った。こ
れ以下の温度では誘電体損失の改善効果が少なく、また
これ以上の温度では、アルミナ基板上の電極が剥離しや
すくなるなどの問題があった。熱処理時間は1から2時
間が適当である。
それ以上長く行っても効果はそれぼどなく、また短すぎ
ると効果が少ない。しかし温度はど特性に敏感ではない
。また熱処理の効果が酸化珪素膜中の未結合珪素に酸素
を付与することにより得られることから、少なくとも酸
素を含む雰囲気で熱処理を行う必要がある。
ると効果が少ない。しかし温度はど特性に敏感ではない
。また熱処理の効果が酸化珪素膜中の未結合珪素に酸素
を付与することにより得られることから、少なくとも酸
素を含む雰囲気で熱処理を行う必要がある。
また本実施例では基板としてアルミナ基板を用いたがこ
れに限定されるものではない。電極材料も本実施例では
CrおよびAuを用いたがこれに限定されるものではな
い。
れに限定されるものではない。電極材料も本実施例では
CrおよびAuを用いたがこれに限定されるものではな
い。
また本実施例ではバイアスバイパス用薄膜コンデンサお
よび入力整合用薄膜コンデンサの接地を金リボンを用い
て行ったが、これに限定されるものではなく、寄生イン
ダクタンスの少ない方法であれば他の方法でも良い。
よび入力整合用薄膜コンデンサの接地を金リボンを用い
て行ったが、これに限定されるものではなく、寄生イン
ダクタンスの少ない方法であれば他の方法でも良い。
第1図は本発明のマイクロ波集積回路の一実施例の構造
図、第2図は本発明の薄膜コンデンサの一実施例の構造
図、第3図は本発明のマイクロ波集積回路の一実施例の
電気回路図、第4図は本発明の入出力結合および入力整
合用薄膜コンデンサの一実施例の構造図、第5図は従来
のマイクロ波集積回路の構造図、第6図は従来のマイク
ロ波集積回路の電気回路図である。 1・・・・・・収納用パッケージ、2・・・・・・入力
側アルミナ基板、3・・・・・・出力側アルミナ基板、
4・・・・・・GaAsFET、5・・・・・・入力端
子、6・・・・・・入力側マイクロストリップライン、
7・・・・・・入力結合用薄膜コンデンサ、7′・・・
・・・入力結合用チップコンデンサ、8・・・・・・ゲ
ート側マイクロストリップライン、9・・・・・・ゲー
トバイアス給電用抵抗、10・・・・・弓/4波長先端
開放スタブ、11・・・・・・ゲートバイアス給電端子
、12・・・・・・ゲートバイアスバイパス用薄膜コン
デンサ、12′・・・・・・ゲートバイアスバイパス用
チップコンデンサ、13・・・・・・入力整合用薄膜コ
ンデンサ、13′・・・・・・入力整合用チップコンデ
ンサ、14・・・・・・入力整合調整用先端開放スタブ
、15・・・・・・ドレイン側マイクロストリップライ
ン、16・・・・・・出力整合用先端開放スタブ、17
・・・・・・出力結合用薄膜コンデンサ、17′・・・
・・・出力結合用チップコンデンサ、18・・・・・・
出力側マイクロストリップライン、19・・・・・・出
力端子、20・・・・・・ドレイン給電用1/4波長マ
イクロストリツプライン、21・・・・・・1/4波長
先端開放スタブ、22・・・・・・ドレインバイアスバ
イパス用薄膜コンデンサ、22′・・・・・・ドレイン
バイアスバイパス用チップコンデンサ、23・・・・・
・ドレインバイアス給電用端子、24・・・・・・薄膜
コンデンサの下電極、25・・・・・・金リボン、26
・・・・・・アルミナ基板、27・・・・・・下電極、
28・・・・・・上電極、29・・・・・・薄膜誘電体
、29′・・・・・・CVD形成後熱処理をした酸化珪
素膜、30・・・・・・CVD形成酸化珪素膜、31.
32・・・・・・接続ワイヤーに基づくインダクタンス
、33.34.35.36.37・・・・・・接続ワイ
ヤーに基づくインダクタンス。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名図 第2図 アルミナ基板 下電極 上i腫 誘11木 ?q あ−アルミナ基板 27−゛下電極 Z8・・・ヱ電」五 2q″・−CVD 形へオ変身4処理LU−酸化珪索膜 3O−CVD形成酸化佳湊膜 7′・−人カ珀合用テッ7コンテンブ
図、第2図は本発明の薄膜コンデンサの一実施例の構造
図、第3図は本発明のマイクロ波集積回路の一実施例の
電気回路図、第4図は本発明の入出力結合および入力整
合用薄膜コンデンサの一実施例の構造図、第5図は従来
のマイクロ波集積回路の構造図、第6図は従来のマイク
ロ波集積回路の電気回路図である。 1・・・・・・収納用パッケージ、2・・・・・・入力
側アルミナ基板、3・・・・・・出力側アルミナ基板、
4・・・・・・GaAsFET、5・・・・・・入力端
子、6・・・・・・入力側マイクロストリップライン、
7・・・・・・入力結合用薄膜コンデンサ、7′・・・
・・・入力結合用チップコンデンサ、8・・・・・・ゲ
ート側マイクロストリップライン、9・・・・・・ゲー
トバイアス給電用抵抗、10・・・・・弓/4波長先端
開放スタブ、11・・・・・・ゲートバイアス給電端子
、12・・・・・・ゲートバイアスバイパス用薄膜コン
デンサ、12′・・・・・・ゲートバイアスバイパス用
チップコンデンサ、13・・・・・・入力整合用薄膜コ
ンデンサ、13′・・・・・・入力整合用チップコンデ
ンサ、14・・・・・・入力整合調整用先端開放スタブ
、15・・・・・・ドレイン側マイクロストリップライ
ン、16・・・・・・出力整合用先端開放スタブ、17
・・・・・・出力結合用薄膜コンデンサ、17′・・・
・・・出力結合用チップコンデンサ、18・・・・・・
出力側マイクロストリップライン、19・・・・・・出
力端子、20・・・・・・ドレイン給電用1/4波長マ
イクロストリツプライン、21・・・・・・1/4波長
先端開放スタブ、22・・・・・・ドレインバイアスバ
イパス用薄膜コンデンサ、22′・・・・・・ドレイン
バイアスバイパス用チップコンデンサ、23・・・・・
・ドレインバイアス給電用端子、24・・・・・・薄膜
コンデンサの下電極、25・・・・・・金リボン、26
・・・・・・アルミナ基板、27・・・・・・下電極、
28・・・・・・上電極、29・・・・・・薄膜誘電体
、29′・・・・・・CVD形成後熱処理をした酸化珪
素膜、30・・・・・・CVD形成酸化珪素膜、31.
32・・・・・・接続ワイヤーに基づくインダクタンス
、33.34.35.36.37・・・・・・接続ワイ
ヤーに基づくインダクタンス。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名図 第2図 アルミナ基板 下電極 上i腫 誘11木 ?q あ−アルミナ基板 27−゛下電極 Z8・・・ヱ電」五 2q″・−CVD 形へオ変身4処理LU−酸化珪索膜 3O−CVD形成酸化佳湊膜 7′・−人カ珀合用テッ7コンテンブ
Claims (3)
- (1)入力および出力結合用コンデンサ、入力および出
力整合回路部、ゲートおよびドレインバイアス給電部、
電界効果トランジスタからなるマイクロ波集積回路にお
いて、入力および出力結合用各コンデンサに金属−誘電
体−金属薄膜からなる薄膜コンデンサを用い、ゲートお
よびドレインバイアス各給電点とアース間に金属−誘電
体−金属薄膜からなるゲートおよびドレインバイアスバ
イパス用各薄膜コンデンサを用い、入力整合回路部ゲー
ト側マイクロストリップライン−アース間に、金属−誘
電体−金属薄膜からなる入力整合用薄膜コンデンサを、
前記入力結合用薄膜コンデンサ、前記ゲートバイアス給
電部、前記ゲートバイアスバイパス用薄膜コンデンサお
よび前記入力整合回路部と同一基板上に設け、また前記
出力結合用薄膜コンデンサ、前記ドレインバイアス給電
部、前記ドレインバイアスバイパス用薄膜コンデンサお
よび前記出力整合回路部を同一基板上に設けたマイクロ
波集積回路。 - (2)入力および出力結合用薄膜コンデンサおよび入力
整合用薄膜コンデンサとして、SiH_4と酸素を原料
とし、450℃以下の基板温度で化学気相成長法により
形成された酸化珪素膜を、500℃以上800℃以下の
空気または酸素雰囲気中で熱処理した膜と、SiH_4
と酸素を原料とし、450℃以下の基板温度で化学気相
成長法により形成された酸化珪素膜と積層し、その積層
部の上下に電極を設けた薄膜コンデンサを用い、バイア
スバイパス用薄膜コンデンサとして、SiH_4と酸素
を原料とし、450℃以下の基板温度で化学気相成長法
により形成された酸化珪素膜を用いた請求項(1)記載
のマイクロ波集積回路。 - (3)セラミックス基板上に、入力および出力結合用薄
膜コンデンサおよび入力整合用薄膜コンデンサおよびバ
イアスバイパス用薄膜コンデンサの下電極を形成した後
、SiH_4と酸素を原料とし、450℃以下の基板温
度で化学気相成長法により酸化珪素膜を所定の厚み形成
した後、ホトリソグラフィーおよびエッチングにより、
入力および出力結合用薄膜コンデンサおよび入力整合用
薄膜コンデンサ部のみに前記酸化珪素膜を残し、500
℃以上800℃以下の空気または酸素雰囲気中で熱処理
し、その後再度SiH_4と酸素を原料とし、450℃
以下の基板温度で化学気相成長法により酸化珪素膜を所
定の厚み形成した後、ホトリソグラフィーおよびエッチ
ングにより、入力および出力結合用薄膜コンデンサおよ
び入力整合用薄膜コンデンサおよびバイアスバイパス用
薄膜コンデンサ部のみに前記酸化珪素膜を残した後、前
記薄膜コンデンサの上電極およびマイクロストリップラ
インおよびバイアス給電部を形成するマイクロ波集積回
路の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21100588A JPH0260205A (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | マイクロ波集積回路とその製造方法 |
EP89308527A EP0356212B1 (en) | 1988-08-25 | 1989-08-23 | Thin-film capacitor and method of manufacturing a hybrid microwave integrated circuit |
DE8989308527T DE68906219T2 (de) | 1988-08-25 | 1989-08-23 | Duennfilmkapazitaet und verfahren zur herstellung einer integrierten hybridmikrowellenschaltung. |
US07/398,731 US4930044A (en) | 1988-08-25 | 1989-08-25 | Thin-film capacitor and method of manufacturing a hybrid microwave integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21100588A JPH0260205A (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | マイクロ波集積回路とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0260205A true JPH0260205A (ja) | 1990-02-28 |
Family
ID=16598750
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP21100588A Pending JPH0260205A (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | マイクロ波集積回路とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0260205A (ja) |
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- 1988-08-25 JP JP21100588A patent/JPH0260205A/ja active Pending
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