JPH06181321A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波帯での使用に好適な電界効果トランジ
スタの電極の構造に係る半導体装置を提供すること。 【構成】 バイアホ−ルを介して裏面に電気的にショ−
トされる一体化したソ−ス引き出し電極２と絶縁物を介
して或いは空間的に分離されて交叉する複数のゲ−ト引
き出し電極７を有し、かつ、ドレイン電極とゲ−ト電極
が半導体チップの反対側に配置されている構造からなる
半導体装置。 【効果】 すべての単位ゲ−ト電極の位相を均一にする
ことができ、また、ドレイン側の位相も通常と同レベル
に保つことができ、その結果、利得効率等の優れたデバ
イスを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の単位ゲ−ト電極
を“櫛型状”に配置した半導体装置に関し、特に１GHz
以上の高周波帯での使用に好適な電界効果トランジスタ
に係る半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種半導体装置（電界効果トラン
ジスタ）の電極の構造としては、特開平3−58435号公報
に記載の構造（以下、公知例１という。）及び特開平2
−54540号公報に記載の構造（以下、公知例２とい
う。）のものが提案されている。以下公知例１及び公知
例２を参照しながら、従来の技術について説明する。

【０００３】（公知例１）図２は、公知例１のチップの
平面図（特開平3−58435号公報に記載の第１図に相当す
る図）であって、３はゲ−トボンディング電極、６は単
位ゲ−ト電極、９は第１バスバ−電極、10は第２バスバ
−電極、11はスル−ホ−ルである。

【０００４】この公知例１のものは、図２に示すよう
に、第１バスバ−電極９とゲ−トボンデング電極３につ
ながる第２バスバ−電極10を絶縁膜（図示せず）を介し
て積層すると共にこの絶縁膜に設けたスル−ホ−ル11を
介して両者を電気接続する。そして、このスル−ホ−ル
11は、各単位ゲ−ト電極６とゲ−トボンディング電極３
との幾何学的な距離がそれぞれ等しくなる位置に配設し
た構造からなる。上記構造からなるので、公知例１で
は、特に各単位ゲ−ト電極６間での高周波信号の位相差
を低減して単位電界効果トランジスタ間の不均一な動作
を解消し、トランジスタの性能を改善する効果が生じ
る。

【０００５】（公知例２）図３は、公知例２のチップの
平面図であり、これは特開平2−54540号公報に記載の第
３図に相当する図であって、公知例２において最も効果
が大きいと考えられる具体例（各セル毎に引き出すよう
にした例）を転記したものである。図３中の３はゲ−ト
ボンディング電極、12はソ−ス引き出し電極、13はドレ
イン引き出し電極である。

【０００６】この公知例２の電界効果トランジスタの電
極構造は、ゲ−ト、ソ−ス、ドレインの各電極を櫛形に
併設してなる電界効果トランジスタにおいて、これらの
電極をソ−ス電極を囲む仮想四辺形の１つの対角位置に
ドレイン引き出し電極13を配し、さらにこの仮想四辺形
のフィンガと直角な辺のうちドレインバスラインを含ま
ない辺にゲ−トバスラインを配した構造からなる。この
公知例２では、ソ−ス電極にバイアホ−ルによる接地技
術を用いていないので、幅広のソ−ス電極が形成でき、
ソ−ス引き出し部をゲ−ト引き出し部と反対方向に形成
することを特徴とするものであり、この構造により図３
より容易に想定されるように、ゲ−ト引き出し電極を多
数形成することにより、ゲ−ト引き出し電極１ケあたり
の単位ゲ−ト電極の数をいくらでも縮小することができ
る利点を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したような公知例
１及び２に示す複数の単位半導体素子を集合させてなる
半導体素子においては、その性能を最大限に引き出させ
るよう、各単位半導体素子が均一動作することが望まし
い。この均一動作の具体的パラメ−タは種々あるが、そ
の中で同位相で動作させることは非常に重要である。

【０００８】ところで、公知例１においては、ゲ−トボ
ンディング電極３と各単位ゲ−ト電極６間の距離を第２
バスバ−電極10のコンタクトホ−ルを設けることによ
り、最大位相差を約1／2に縮小させている（図２参
照）。一方、公知例２では、ゲ−ト引き出し電極での位
相がほぼ同相と考えられることから、原理的には２単位
ゲ−ト電極に１つのゲ−ト引き出し電極を設けることに
より、すべての単位ゲ−ト電極を同相にすることができ
る。

【０００９】公知例１においては、特殊なバスバ−電極
を設けなくともゲ−トボンディング電極１個あたり２本
の単位ゲ−ト電極とすれば位相差はないのであるが、各
単位ゲ−ト電極間の距離は、チップサイズを縮小させる
ため、通常5〜20μｍと狭くとるのに対し、ゲ−トパッ
ドは、ボンディングの量産性を確保するため、50〜100
μｍが必要であり、更に、ゲ−ト引き出し電極とソ−ス
引き出し電極を作製するため、通常150〜300μｍの横幅
となり、１ゲ−トパッドあたり10〜20本の単位ゲ−ト電
極を有するのが通常である。例えば16本の単位ゲ−ト電
極を有する場合を考えると、公知例１については、第２
バスバ−電極を設けることにより８種の位相から４種の
位相に位相差が低減されるが、それ以下にはできない問
題点を有している。

【００１０】一方、公知例２においては、ゲ−ト引き出
し電極の形状を本発明のようにしてゲ−ト引き出し電極
中の制約を除いたとして、単位ゲ−ト電極間の位相差を
すべて均一にしたとしても、公知例２の特開平3−58435
号公報に記載されているように、ゲ−トの位相差ほど顕
著ではないが、ドレインでの位相差により利得は低下す
るという問題点がある。

【００１１】本発明は、上記公知例１及び公知例２の上
記問題点を解消し、特に、複数本の電極を配列した素子
における入力及び出力間での信号の位相ずれを防止し、
素子の高利得化、高効率化を図る半導体装置を提供する
ことを目的とする。また本発明は、複数の単位半導体素
子を集合させてなる半導体素子において、その性能を最
大限に引き出せるように各単位半導体素子を均一動作さ
せることができる電界効果トランジスタの電極構造に係
る半導体装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電界効果トラン
ジスタの電極構造は、その特徴とするところは、バイア
ホ−ルを介して裏面に電気的にショ−トされる一体化し
た(50〜100μｍ)×(50〜2000μｍ)ソ−ス引き出し電極
と絶縁物を介して或いは空間的に分離されて交叉する複
数のゲ−ト引き出し電極を有し、かつ、ドレイン電極と
ゲ−ト電極が半導体チップの反対側に配置されている点
にあり、これにより上記目的とする半導体装置を提供す
るものである。

【００１３】即ち、本発明は、「(1) バイアホ−ルを介
して裏面に電気的にショ−トされる一体化したソ−ス引
き出し電極と絶縁物を介して或いは空間的に分離されて
交叉する複数のゲ−ト引き出し電極を有し、かつ、(2)
ドレイン電極とゲ−ト電極が半導体チップの反対側に配
置されている、構造からなることを特徴とする半導体装
置。」を要旨とするものである。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例を挙げ、本発明をより
詳細に説明する。 （実施例１）図１は、本発明の第１実施例を示す半導体
チップの表面図である。図１において、１はドレイン引
き出し電極、２はソ−ス引き出し電極、３はゲ−トボン
デイング電極、４はバイアホ−ル形成領域、５はゲ−ト
バスバ−、６は単位ゲ−ト電極、７はゲ−ト引き出し電
極、８はゲ−トバスバ−とゲ−ト引き出し電極とのコン
タクト部である。

【００１５】この実施例１と公知例１とを比べると、ゲ
−ト引き出し電極のコンタクト部からの単位ゲ−ト電極
の数は、公知例１では、７本であり、コンタクトの左右
で４本の単位ゲ−ト電極間で位相が異なるのに対し（前
記図２参照）、本発明は、図１に示すように、２本の単
位ゲ−ト電極６を１つの引き出し電極でうけているた
め、すべての単位ゲ−ト電極６が同位相となる。

【００１６】この構成の実現のため、5〜20μｍ程度の
細いゲ−ト引き出し電極７を複数配置し、ソ−ス引き出
し電極２上を絶縁膜を介して、或いは、エア−ブリッジ
技術を用いて空中配線することにより空間的に分離し、
ゲ−トボンディング電極３に接続されている。また、こ
の構成とすることにより、公知例２に示したドレイン引
き出し電極をひきまわす必要もなく、ドレイン引き出し
電極１は、ゲ−トボンディング電極３の反対側に配置す
ることができる。

【００１７】次に、この実施例１に示す半導体チップの
作製法について説明する。この半導体チップの製造法
は、以下に記載するように、従来の技術を用いて容易に
製造することができる。まず、単位ゲ−ト電極６、ゲ−
トバスバ−５、オ−ミック電極の形成及びパッシベ−シ
ョン膜成長までは、通常の方法で形成する。その後ドレ
イン引き出し電極１、ソ−ス引き出し電極２を形成する
が、ゲ−トバスバ−５とソ−ス引き出し電極２が交叉す
る領域は、エアブリッジ技術を用いて空中配線する。

【００１８】寄生容量が増加することを問題にしないな
らば、ゲ−トバスバ−５上に3000オングストロ−ム以上
のＳｉＯ₂等の絶縁膜を成長し、その上にソ−ス引き出
し電極２を形成してもよい。次に、ゲ−トバスバ−とゲ
−ト引き出し電極とのコンタクト部８の領域のパッシベ
−ションをかぶったバスバ−上にコンタクトホ−ルを形
成し、再びエアブリッジ技術を用いてゲ−ト引き出し電
極７及びゲ−トボンディング電極３を形成することによ
り、図１に示す構造のものを作製する。

【００１９】バイアホ−ルは、通常半導体基板を20〜12
0μｍに研磨し、エッチング等により薄化した後裏面か
ら穴をあけるが、前記したように、ソ−ス引き出し電極
２中が最小50μｍ□はとってあり、相対位置合わせ精度
を考えても30μｍ□のバイアホ−ル径をとることができ
る。この広さは、ＳｉやＧａＡｓ等においてドライ加工
が量産的に行える充分な大きさとなっている。なお、ゲ
−ト引き出し電極７間の位相差を縮少するため、ゲ−ト
ボンディング電極３の幅と同程度の幅のＡｕテ−プをボ
ンディングすることが望ましいが、これも現在広く採用
されている技術で作製することができる。

【００２０】（実施例２）上記実施例１に記載した半導
体装置をさらに多数並列動作させる場合、使用周波数が
20GHzを越えると、ゲ−トボンディングパッドの横幅が
１ｍｍ以上では、その幅の中で位相差が著しくなってく
る。従って、さらに多数並列動作させる場合、0.5〜2ｍ
ｍ中の実施例１の電極構成を並列に並べることにより、
位相を均一にすることができる。この場合、DCバイアス
の均一性を保持するため、ゲ−トバスバ−、ドレイン電
極の少なくとも１つ（できれば両方）を接続することに
より、低周波の発振を発生しずらくすることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、すべて
の単位ゲ−ト電極の位相を均一にすることができ、ま
た、ドレイン側の位相も通常と同レベルに保つことがで
き、その結果、利得効率等の優れたデバイスを提供する
ことができる効果が生じる。

【００２２】利得に関しては、構造によっても異なる
が、通常の構成のデバイスに関する従来の実測デ−タか
ら、 ・式：ｆmax＝ａ・Ｎ^1/3 （式中Ｎは位相の異なるフィンガ−数、ａは比例係数を
示す）の近似式が得られており、これを16単位ゲ−ト電
極の場合で計算し、公知例１と本発明とを比較すると、 ・ｆmax(本発明)／ｆmax(公知例１)＝1／4^-V3＝4^1/3〜
1.59 ・MAG＝ｂ・6・log₂・ｆmax（ｂ：比例係数） より、△MAG＝6・log₂・1.59＝4(dB)の向上が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す半導体チップの平面図

【図２】公知例１のチップの平面図

【図３】公知例２のチップの平面図

【符号の説明】

１ ドレイン引き出し電極 ２ ソ−ス引き出し電極 ３ ゲ−トボンデイング電極 ４ バイアホ−ル形成領域 ５ ゲ−トバスバ− ６ 単位ゲ−ト電極 ７ ゲ−ト引き出し電極 ８ ゲ−トバスバ−とゲ−ト引き出し電極とのコンタク
ト部 ９ 第１バスバ−電極 １０ 第２バスバ−電極 １１ スル−ホ−ル １２ ソ−ス引き出し電極 １３ ドレイン引き出し電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (1)バイアホ−ルを介して裏面に電気的
   にショ−トされる一体化したソ−ス引き出し電極と絶縁
   物を介して或いは空間的に分離されて交叉する複数のゲ
   −ト引き出し電極を有し、かつ、(2)ドレイン電極とゲ
   −ト電極が半導体チップの反対側に配置されている、構
   造からなることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電極構成をブロックと
   して、そのブロックを複数並列配置したことを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体装置において、
   ゲ−トバスバ−、ドレイン電極、ソ−ス電極の少なくと
   も１つが電気的に接続されていることを特徴とする請求
   項１記載の半導体装置。