JPH08330519A - 化合物半導体集積回路装置 - Google Patents

化合物半導体集積回路装置

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JPH08330519A
JPH08330519A JP13491895A JP13491895A JPH08330519A JP H08330519 A JPH08330519 A JP H08330519A JP 13491895 A JP13491895 A JP 13491895A JP 13491895 A JP13491895 A JP 13491895A JP H08330519 A JPH08330519 A JP H08330519A
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JP
Japan
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compound semiconductor
integrated circuit
semiconductor integrated
circuit device
mim
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JP13491895A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Kobori
勉 小堀
Sumihisa Kudo
純久 工藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁シールド効果が高く小型化,高集積化が
達成できる化合物半導体集積回路装置の提供。 【構成】 化合物半導体基板の主面にMESFETとM
IM容量を有する化合物半導体集積回路装置であって、
少なくとも前記MESFET上にMIM容量が形成され
ている。前記MIM容量の一方の電極は接地電位に接続
されている。 【効果】 FET上にMIM容量が積層形成されている
ことから、半絶縁性GaAs基板の主面にFETと容量
を領域を分けて形成する構造に比較してMIM容量形成
分だけIC形成領域を小さくでき、化合物半導体集積回
路装置の小型化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体集積回路装
置、特に半絶縁性GaAs基板の主面に電界効果トラン
ジスタおよび金属−誘電体−金属(Metal−Insulator
−Metal)のMIM容量を有する化合物半導体集積回路
装置に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】動作周波数が高いマイクロ波用ICは、
例えばGaAs(ガリウム・砒素)−ICによって形成
されている。
【0003】GaAs−ICは、半絶縁性GaAs基板
の主面に能動素子としてMESFET(Metal−emic
onductor ield ffect ransistor)やダイオード
等を形成するとともに、受動素子として抵抗や容量を形
成した構造となっている。GaAs−ICについては、
たとえば、「MMIC Design:GaAs FE
Ts and HEMTs」Peter H Ladbrocke Direct
or,Gabs Code Ltd.,Artech House Boston and London 1
989 年発行、P29およびP30に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の化合物半導体集
積回路装置にあっては、能動素子である複数の電界効果
トランジスタや受動素子であるMIM容量は、同一の化
合物半導体基板の主面上に平面的に異なる場所に配置さ
れており、さらに前記MIM容量は比較的大きい値の容
量を必要とするバイパスコンデンサとして用いられるの
で、その面積は大きくなる。この結果、基板上におい
て、MIM容量の占める面積割合は大きくなり、化合物
半導体集積回路装置の高集積化が困難である。
【0005】また、電界効果トランジスタやMIM容量
の各素子は化合物半導体基板の主面上で近接して配置し
た構造となっていることから、FETやMIM容量の発
振に起因して出力波形が乱れ特性が不安定となることが
考えられる。上記発振にともなう電気的特性の劣化を考
慮すると、上記各素子間のアイソレーションとして平面
的に各素子を所望の距離をはなして配置する必要があ
り、高集積化が困難である。
【0006】本発明の目的は、化合物半導体集積回路装
置の小型化,高集積化が達成できる技術を提供すること
にある。
【0007】本発明の他の目的は、化合物半導体集積回
路の電気的信頼性を向上できる技術を提供することにあ
る。
【0008】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【0010】(1)化合物半導体基板(半絶縁性GaA
s基板)の主面に能動素子(FET)と抵抗や容量等の
受動素子を有する化合物半導体集積回路装置であって、
少なくとも前記FETを覆うようにMIM容量を形成す
る。また、前記MIM容量の一方の電極を接地電位に接
続する。
【0011】(2)化合物半導体基板の主面に複数のF
ETと抵抗や容量等の受動素子を有する化合物半導体集
積回路装置であって、前記複数のFETを覆うようにM
IM容量を形成する。また、前記MIM容量の一方の電
極を接地電位に接続する。
【0012】(3)パッケージと、前記パッケージの内
外に亘って延在する複数のリードと、前記パッケージ内
に配置され、かつその主面に能動素子と受動素子と外部
端子(ボンディングパッド)を有する化合物半導体集積
回路チップと、前記化合物半導体集積回路チップの外部
端子と前記リードの内端を電気的に接続するワイヤとを
有する化合物半導体集積回路装置であって、前記化合物
半導体集積回路チップは前記能動素子を覆うように形成
されたMIM容量を有する。また、前記MIM容量の一
方の電極は接地電位に接続されている。
【0013】
【作用】前記(1)の手段によれば、FETを覆うよう
にMIM容量が形成されていることから、半絶縁性Ga
As基板の主面にFETとMIM容量を領域を分けて形
成する構造に比較してMIM容量の形成領域を省略する
ことができ、化合物半導体集積回路装置の高集積化が達
成できる。
【0014】さらに、MIM容量はFETを覆い、MI
M容量の一方の電極が接地電位に接続されていることか
ら、FETの電磁シールドがなされ、発振による波形特
性の劣化を防止できるので化合物半導体集積回路装置の
電気特性を向上することができる。
【0015】前記(2)の手段によれば、複数のFET
上を覆うようにMIM容量が形成されていることから、
MIM容量の形成領域を省略することができ、かつ、F
ET間の相互干渉を低減できるので化合物半導体集積回
路装置の高集積化かつ電気的信頼性を向上できる。
【0016】前記(3)の手段によれば、FET上にM
IM容量が形成されていることから、半絶縁性GaAs
基板の主面にFETと容量を領域を分けて形成する構造
に比較してMIM容量の形成領域を小さくできる。した
がって、化合物半導体集積回路チップを小さくでき、化
合物半導体集積回路チップを支持する支持板の小型化に
より、パッケージの小型化が図れ、化合物半導体集積回
路装置の小型化が達成できる。また、化合物半導体基板
においてIC形成領域を小さくできるため、他の回路を
さらに組み込めることができ、化合物半導体集積回路装
置の高機能化が達成できる。
【0017】さらに、MIM容量がFETを覆い、MI
M容量の一方の電極が接地電位に接続されていることか
ら、上記同様、化合物半導体集積回路装置の電気的信頼
性が向上できる。
【0018】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0019】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
【0020】図1は本発明の実施例1である化合物半導
体集積回路装置における能動素子や受動素子の配置構成
を示す平面図、図2は本実施例1の化合物半導体集積回
路装置の等価回路図、図3は本実施例1の化合物半導体
集積回路装置の要部を示す拡大断面図である。
【0021】本実施例1の化合物半導体集積回路装置
(GaAs−ICチップ;化合物半導体集積回路チッ
プ)は、半絶縁性GaAs基板の主面に2段の電界効果
トランジスタ(FET1,FET2)を組み込んだ構造と
なっている。
【0022】図1および図2に示すように、初段のFE
1と出力段のFET2は、数pFの結合容量C3によっ
て接続されている。すなわち、同図において、R1
2,R3,R4はバイアス電位を得るための抵抗であ
り、R5およびR6は出力電位を得るための出力抵抗であ
る。また、数十pFのC1およびC2は直流分をカットす
るためのバイパス容量である。
【0023】前記バイパス容量C1,C2および結合容量
3は、いずれも金属−絶縁体−金属(MIM)からな
る三層構造のいわゆるMIM容量となっている。図1に
示すように、バイパス容量C1およびバイパス容量C
2は、図3にも示すようにFET1およびFET2上に絶
縁膜を介して形成され、各FETを覆うように形成され
ている。バイパス容量C1の下にはバイアス抵抗R2が設
けられ、バイパス容量C2の下にはバイアス抵抗R4が設
けられている。
【0024】本実施例1では、バイパス容量C1および
バイパス容量C2は、FET1およびFET2上に重ねて
形成されるMIM容量となっていることから、従来のよ
うにFETとMIM容量を半絶縁性GaAs基板の主面
に平面的に異なる場所に形成する構造に比較して高集積
化できる。この結果、化合物半導体集積回路チップの小
型化が図れる。また、このことは、チップを同じ寸法と
した場合、さらに多くの回路を組み込むことができるこ
とになり、高機能化も可能となる。
【0025】図3はFET1,バイアス抵抗R2およびバ
イパス容量C1の部分を示す断面図である。
【0026】FET1は半絶縁性GaAs基板10の主
面に不純物を注入して形成されたn型動作層11と、こ
のn型動作層11の両端側に設けられたそれぞれn+型
となるドレイン領域12,ソース領域13によって形成
されている。また、前記n型動作層11上にはAlから
なるゲート電極14が、ドレイン領域12上にはドレイ
ン電極15が、ソース領域13上にはソース電極16が
それぞれ設けられている。
【0027】前記ソース領域13は抵抗R2と一体形成
されており、先端側は半絶縁性GaAs基板10の主面
に設けられたコンタクト電極17に電気的に接続されて
いる。前記ドレイン電極15,ソース電極16,コンタ
クト電極17は同一加工処理によってAu系金属で形成
され、例えば、AuGe/Ni/Auと積層された構造
となり、厚さは約0.5μm程度となっている。前記コ
ンタクト電極17とソース電極16との間のソース領域
13部分がバイアス抵抗R2となる。
【0028】前記ゲート電極14,ドレイン電極15,
ソース電極16およびコンタクト電極17が設けられな
い半絶縁性GaAs基板10の主面は、厚さ0.7μm
のSiO2膜からなる絶縁膜18で覆われている。ま
た、前記絶縁膜18およびドレイン電極15,ゲート電
極14,ソース電極16,コンタクト電極17等の上に
は、たとえば、厚さ0.7μmのSiO2膜19が設け
られている。この絶縁膜19にはビアーホールが設けら
れている。ビアーホールは所望位置の前記ゲート電極1
4,ドレイン電極15,ソース電極16,コンタクト電
極17上にそれぞれ設けられている。前記絶縁膜19上
には、厚さ1μmのAlからなる配線25(25a〜2
5e)が設けられている。各配線部分25a〜25eは
前記ビアーホールに充填された配線材料によって、それ
ぞれゲート電極14,ドレイン電極15,ソース電極1
6,コンタクト電極17に接続されている。
【0029】前記絶縁膜19および各配線部分25a〜
25e上には、厚さ0.7μmのSiO2膜からなる絶
縁膜20が設けられている。そして、前記絶縁膜20上
にはMIM容量28が形成されている。MIM容量28
は、金属−絶縁体−金属(MIM)の三層構造となって
いる。前記MIM容量28は、Al系金属を積み重ねた
厚さ1μmの下層・上層金属膜29,31と、下層金属
膜29と上層金属膜31との間に挟まれるように設けら
れたSiO2膜からなる厚さ0.7μmの絶縁膜30と
で形成されている。前記MIM容量28は20〜40p
F程度に設定される。下層金属膜29は前記絶縁膜20
に設けられたビアーホール内に充填された配線材料によ
って配線部分25dに繋がり、ソース電極16に繋が
る。
【0030】MIM容量28は、図1および図3に示す
ように、FET1とバイアス抵抗R2上を被うようになっ
ている。また、図1および図2に示すように、前記MI
M容量28の上層金属膜31は、接地端子(GND端
子)2に接続される。したがって、前記FET1は電磁
遮蔽(電磁シールド)されることになる。
【0031】また、断面図では示さないが、FET2
バイアス抵抗R4,バイパス容量Cも、前記同様の手
法で形成され、FETを電磁シールドする。また、バ
イパス容量C3も半絶縁性GaAs基板10の主面の所
定位置に、前記バイパス容量C1の形成時に同時に形成
される。バイアス抵抗R1,R3,R5,R6は、たとえば
半絶縁性GaAs基板10の主面に設けられた拡散層を
利用して、前記バイアス抵抗R1の形成と同様に形成さ
れる。尚、シールド効果は、すくなくともFETのゲー
ト電極上にゲート電極を覆う接地電位(GND)が接続
された導電層があればよい。これは、ゲート電極から発
振することがほとんどであるからである。
【0032】半絶縁性GaAs基板10の主面側はパッ
シベーション膜32で保護される。パッシベーション膜
32は、たとえば、1μm程度の厚さのポリイミド樹脂
膜(PIQ膜)やプラズマによる窒化膜(P−SiN
膜)で形成されている。
【0033】つぎに、本実施例1の化合物半導体集積回
路装置(GaAs−ICチップ)の製造について、図4
〜図8を参照しながら説明する。最初に図4に示される
ように、半絶縁性GaAs基板10が用意される。この
半絶縁性GaAs基板10には、選択的な拡散処理によ
って、FET形成部においてはそれぞれn+型となる拡
散領域、すなわちドレイン領域12およびソース領域1
3が形成される。また、ドレイン領域12とソース領域
13との間にはn型のn型動作層11が形成される。前
記ソース領域13は長く形成され、一部はバイアス抵抗
2として使用される。説明では、FET1,バイアス抵
抗R2,バイパス容量C1を形成する部分を示す。また、
拡散領域形成時、バイアス抵抗R1,R3,R5,R6を形
成するための拡散領域も形成される。
【0034】つぎに、図5に示すように、前記半絶縁性
GaAs基板10の主面全域に、厚さ0.7μmのSi
2膜からなる絶縁膜18が形成されるとともに、常用
のホトリソグラフィおよびリフトオフ法によって、ドレ
イン電極15,ソース電極16,コンタクト電極17が
形成される。前記ドレイン電極15,ソース電極16,
コンタクト電極17は、例えば、AuGe,Ni,Au
の複合膜で厚さは0.5μm程度となる。
【0035】ソース電極16は、バイパス容量C1の一
方の電極と接続するために長く形成されている。ソース
電極16とコンタクト電極17の間のソース領域13部
分がバイアス抵抗R2となる。
【0036】つぎに、半絶縁性GaAs基板10の主面
にホトレジスト膜によってエッチングマスクを形成し、
ゲート電極形成領域に対応する絶縁膜18を部分的に除
去し、リフトオフ法によってn型動作層11上にゲート
電極14を形成する。
【0037】つぎに、図6に示すように、半絶縁性Ga
As基板10の主面全域に、厚さ0.7μmのSiO2
膜からなる絶縁膜19を形成するとともに所定部分にビ
アーホールを設ける。
【0038】ついで、前記絶縁膜19上に選択的に配線
25(25a〜25e)を形成する。この結果、前記ビ
アーホールには配線材料が充填されるため、配線25の
所定部分(たとえば25a〜25e)は、ドレイン電極
15,ゲート電極14,ソース電極16,コンタクト電
極17に電気的に接続される。ソース電極16には、2
つの配線25c,25dが形成され、一方の配線部分2
5eはバイパス容量C1の一方の電極に接続されるよう
になっている。また、配線25によってバイアス抵抗R
1,R3,R5,R6のオーミックコンタクト電極が形成さ
れる。
【0039】つぎに、図7に示すように、半絶縁性Ga
As基板10の主面全域に厚さ0.7μmのSiO2
からなる絶縁膜20が形成される。また、前記絶縁膜2
0には、所定位置にビアーホール(たとえば、配線25
dに繋がるビアーホール35)が設けられる。
【0040】つぎに、図8に示すように、前記絶縁膜2
0上に下層金属膜29,絶縁膜(絶縁体)30,上層金
属膜31が順次重ねて形成される。前記下層金属膜29
および上層金属膜31は、たとえば厚さ1μmのAl系
金属で形成されている。下層金属膜29と絶縁膜30の
間に設けられる絶縁膜30は、たとえば、厚さ0.7μ
mのSiO2膜である。この結果、下層金属膜29,絶
縁膜30,上層金属膜31によって金属−絶縁体−金属
(MIM)と三層構造となるMIM容量が形成される。
このMIM容量は、図8および図1に示すように、FE
1とバイアス抵抗R2上に重ねて設けられる。
【0041】FET2およびバイアス抵抗R4上にも、前
記同様にMIM容量によってバイパス容量C2が形成さ
れる。また、MIM容量構造となるバイパス容量C3
前記バイパス容量C1の形成時同時に形成される。
【0042】つぎに、前記半絶縁性GaAs基板10の
主面に1μm程度の厚さのポリイミド樹脂膜(PIQ
膜)やプラズマによる窒化膜(P−SiN膜)によるパ
ッシベーション膜32が選択的に形成される(図3参
照)。
【0043】つぎに、半絶縁性GaAs基板10は縦横
に切断され、図1に示すような化合物半導体集積回路装
置(化合物半導体集積回路チップ)36が形成される。
化合物半導体集積回路チップ36の4隅には、ワイヤを
接続する端子(パッド)として、電源端子1,GND端
子2,入力端子3,出力端子4が位置する。
【0044】このような化合物半導体集積回路チップ3
6は、図9に示されるリードフレームに取り付けられ、
樹脂モールドされて化合物半導体集積回路装置となる。
【0045】リードフレーム40は、平行に延在する2
本の外枠41と、これら外枠41に直交するとともに外
枠41を連結する内枠42とからなっている。また、前
記内枠42の内側からは平行に2本のリード43が枠中
央に延在している。1本のリード43は幅が広く、グラ
ンドリード43aとなる。また、各リード43は内枠4
2に平行に延在するダム44によって支持されている。
前記グランドリード43aの先端には、前記化合物半導
体集積回路チップ36を固定する支持板45が設けられ
ている。この支持板45は枠の中央に位置している。
【0046】化合物半導体集積回路装置の組み立てにお
いては、前記リードフレーム40の支持板45上に化合
物半導体集積回路チップ36が固定される。その後、化
合物半導体集積回路チップ36のパッドと、リード43
の内端は電気的接続手段で接続される。たとえば、ワイ
ヤ46で接続される。
【0047】つぎに、図9の二点鎖線で示されるモール
ド領域が、常用のトランスファモールドによってモール
ドされ、パッケージ(樹脂体)47が形成される。
【0048】つぎに、ダム44が切断除去されるととも
に、リード43が所定位置で切断され成形される。これ
によって、図10に示すようなガルウィング型の化合物
半導体集積回路装置が製造されることになる。
【0049】(実施例2)図11は、本発明の他の実施
例(実施例2)である化合物半導体集積回路装置の一部
を示す断面図である。
【0050】本実施例2では、2つのMESFET(F
ET1,FET2)上に絶縁膜を介して単一のMIM容量
50を形成した状態を示す構成となっている。MIM容
量50はFET1,FET2,バイアス抵抗R2,R4上に
絶縁膜20を介して形成されている。つまり、本実施例
2は少なくとも2つのFET上に絶縁膜を介して前記2
つのFETの各々を覆うように単一のMIM容量が形成
されていることから、各FET間の相互干渉を低減で
き、また、1つの容量を2つのFETで共通化している
ため、さらなる高集積度化が達成できる。
【0051】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
【0052】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるGaA
s−IC(MESFET)の製造技術に適用した場合に
ついて説明したが、それに限定されるものではなく、た
とえば、他のGaAs−ICやInP基板を使用したM
ISFET等の製造技術などに適用できる。
【0053】本発明は少なくとも化合物半導体基板の主
面にFETやMIM容量を有する化合物半導体集積回路
装置の製造技術には適用できる。
【0054】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【0055】FET上にMIM容量が積層形成されてい
ることから、半絶縁性GaAs基板の主面にFETと容
量を領域を分けて形成する構造に比較してMIM容量形
成分だけIC形成領域を小さくでき、化合物半導体集積
回路装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例1(実施例1)であるGaA
s−ICチップにおける能動素子や受動素子の配置構成
を示す平面図である。
【図2】本実施例1のGaAs−ICの等価回路図であ
る。
【図3】本実施例1のGaAs−ICの要部を示す拡大
断面図である。
【図4】本実施例1のGaAs−ICの製造における半
絶縁性GaAs基板の一部を示す断面図である。
【図5】本実施例1のGaAs−ICチップの製造にお
いて半絶縁性GaAs基板の一部にドレイン電極,ソー
ス電極,ゲート電極を形成した状態を示す断面図であ
る。
【図6】本実施例1のGaAs−ICチップの製造にお
いて配線を形成した状態を示す断面図である。
【図7】本実施例1のGaAs−ICチップの製造にお
いて配線上に絶縁膜を形成した状態を示す断面図であ
る。
【図8】本実施例1のGaAs−ICチップの製造にお
いてFETおよび抵抗上にMIM容量を形成した状態を
示す断面図である。
【図9】本実施例1のGaAs−ICの製造においてリ
ードフレームにGaAs−ICチップを搭載した状態を
示す平面図である。
【図10】本実施例1のパッケージされたGaAs−I
Cを示す斜視図である。
【図11】本発明の他の実施例(実施例2)であるGa
As−ICチップの要部を示す一部の拡大断面図であ
る。
【符号の説明】
1…電源端子、2…接地端子(GND端子)、3…入力
端子、4…出力端子、10…半絶縁性GaAs基板、1
1…n型動作層、12…ドレイン領域、13…ソース領
域、14…ゲート電極、15…ドレイン電極、16…ソ
ース電極、17…コンタクト電極、18…絶縁膜、1
9,20…絶縁膜、25…配線、25a〜25e…配線
部分、28…MIM容量、29…下層金属膜、30…絶
縁膜、31…上層金属膜、32…パッシベーション膜、
35…ビアーホール、36…化合物半導体集積回路チッ
プ(化合物半導体集積回路装置)、40…リードフレー
ム、41…外枠、42…内枠、43…リード、43a…
グランドリード、44…ダム、45…支持板、46…ワ
イヤ、47…パッケージ、50…MIM容量。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体基板の主面に電界効果トラ
    ンジスタとMIM容量を有する化合物半導体集積回路装
    置であって、前記電界効果トランジスタを覆うようにM
    IM容量が形成されていることを特徴とする化合物半導
    体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記MIM容量の一方の電極は接地電位
    に接続されていることを特徴とする請求項1記載の化合
    物半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 化合物半導体基板の主面に複数の電界効
    果トランジスタとMIM容量を有する化合物半導体集積
    回路装置であって、前記複数の電界効果トランジスタを
    覆うようにMIM容量が形成されていることを特徴とす
    る化合物半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記MIM容量の一方の電極は接地電位
    に接続されていることを特徴とする請求項3記載の化合
    物半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記化合物半導体基板は半絶縁性GaA
    s基板であり、前記電界効果トランジスタはMESFE
    Tであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいず
    れか1項記載の化合物半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 パッケージと、前記パッケージの内外に
    亘って延在する複数のリードと、前記パッケージ内に配
    置され、かつその主面に能動素子と受動素子と外部端子
    を有する化合物半導体集積回路チップと、前記化合物半
    導体集積回路チップの外部端子と前記リードの内端を電
    気的に接続するワイヤとを有する化合物半導体集積回路
    装置であって、前記化合物半導体集積回路チップは前記
    能動素子を覆うMIM容量を有することを特徴とする化
    合物半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 前記MIM容量の一方の電極は接地電位
    に接続されていることを特徴とする請求項6記載の化合
    物半導体集積回路装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6525427B2 (en) 1999-01-04 2003-02-25 International Business Machines Corporation BEOL decoupling capacitor
JP2009218528A (ja) * 2008-03-13 2009-09-24 Furukawa Electric Co Ltd:The GaN系電界効果トランジスタ
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