JPWO2020188677A1 - 移相器、移相器の製造方法 - Google Patents

移相器、移相器の製造方法 Download PDF

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Abstract

第1ソースと第1ドレインを有する第1トランジスタと、第2ソースと第2ドレインを有する第2トランジスタと、中断部分がある第1本体部分と該中断部分に設けられた第1接続部分とを有し該第1トランジスタに並列接続された第1インダクタと、中断部分がある第2本体部分と該中断部分に設けられた第2接続部分とを有し該第2トランジスタに並列接続された第2インダクタと、該第1ドレインと該第2ドレインに接続された検査用ドレイン端子と、該第1ソースと該第2ソースに接続された検査用ソース端子と、を備える。

Description

この発明は、移相器と移相器の製造方法に関する。
高周波帯又はミリ波帯のレーダ機器等で用いられる移相器回路では、FETと並列にインダクタを接続することがある。移相器回路における位相の切換はFETのゲートに、ON電圧(Vg=0V)/OFF電圧(Vg<FETのピンチオフ電圧Vp)を印加し、FETのスイッチング動作により行うため、FETのDC特性(Vp特性)が重要となる。並列にインダクタを接続したFETのDC検査(Vp検査)を実施する方法として、特許文献1には、半導体基板の第1面にFETを形成し、各FETの検査用端子を設け、貫通穴を通して第2面に各FETに対してそれぞれ検査用パッドを設けた構造が開示されている。
日本特開2008−10640号公報
特許文献1は検査用端子を半導体基板に貫通孔を通して接続する構造のため、貫通孔数が増加し、半導体素子の強度低下の懸念がある。
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、半導体製造プロセス中にFETのVp検査を可能とし、かつ、検査用端子を共通化し、複数のFETのVp検査を同時に実施することにより、検査工程の簡略化が可能な高品質な移相器と移相器の製造方法を提供することを目的とする。
本願の発明にかかる移相器は、第1ソースと第1ドレインを有する第1トランジスタと、第2ソースと第2ドレインを有する第2トランジスタと、中断部分がある第1本体部分と、該中断部分に設けられた第1接続部分とを有し、該第1ソースと該第1ドレインに接続されることで該第1トランジスタに並列接続された第1インダクタと、中断部分がある第2本体部分と、該中断部分に設けられた第2接続部分とを有し、該第2ソースと該第2ドレインに接続されることで該第2トランジスタに並列接続された第2インダクタと、該第1ドレインと該第2ドレインに接続された検査用ドレイン端子と、該第1ソースと該第2ソースに接続された検査用ソース端子と、を備えたことを特徴とする。
本願の発明にかかる移相器の製造方法は、第1トランジスタの第1ソースと第1ドレインに接続され、中断部分がある第1本体部分を形成することと、第2トランジスタの第2ソースと第2ドレインに接続され、中断部分がある第2本体部分を形成することと、該第1ドレインと該第2ドレインに接続された検査用ドレイン端子と、該第1ソースと該第2ソースに接続された検査用ソース端子を用いて、該第1トランジスタと該第2トランジスタのDC特性を検査することと、該第1本体部分の中断部分に第1接続部分を形成して、該第1本体部分と該第1接続部分を有する第1インダクタ又は第1マイクロストリップ線路を形成することと、該第2本体部分の中断部分に第2接続部分を形成して、該第2本体部分と該第2接続部分を有する第2インダクタ又は第2マイクロストリップ線路を形成することと、を備える。
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
この発明によれば、インダクタなどを2つの別の工程で形成し、検査用端子を共通化したので、検査工程を簡略化できる。
実施の形態1に係る移相器の回路図である。 未完成の第1インダクタを示す図である。 完成した第1インダクタを示す図である。 未完成の第2インダクタを示す図である。 完成した第2インダクタを示す図である。 実施の形態2に係る移相器の回路図である。 未完成の第1マイクロストリップ線路を示す図である。 完成した第1マイクロストリップ線路を示す図である。 未完成の第2マイクロストリップ線路を示す図である。 完成した第2マイクロストリップ線路を示す図である。 実施の形態3に係る移相器の回路図である。
本発明の実施の形態に係る移相器と移相器の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る半導体基板上に形成される移相器の回路図である。この移相器は高周波帯で使用する電界効果トランジスタ(FET)を用いた移相器である。この移相器は、第1ソースS1と第1ドレインD1を有する第1トランジスタF1と、第2ソースS2と第2ドレインD2を有する第2トランジスタF2と、を備えている。第1トランジスタF1と第2トランジスタF2は、電界効果トランジスタである。
第1トランジスタF1のゲートには抵抗素子R1を介して制御端子G1が接続されている。第2トランジスタF2のゲートには抵抗素子R2を介して制御端子G2が接続されている。第1ソースS1と第1ドレインD1には第1インダクタL1が接続されている。第2ソースS2と第2ドレインD2には第2インダクタL2、L3が接続されている。第2インダクタL2は第2ドレインD2に接続され、第2インダクタL3は第2ソースS2に接続され、第2インダクタL2と第2インダクタL3が接続される。
入力端子INと第2ドレインD2を接続する配線に整合用のインダクタL4が設けられている。第2インダクタL2、L3の中点と、第1ドレインD1とを接続する配線に整合用のキャパシタC1が設けられている。第1ドレインD1には第1抵抗素子R4を介して検査用ドレイン端子VDTが接続されている。第1抵抗素子R4は第1ドレインD1と検査用ドレイン端子VDTをつなぐ配線に直列に設けられた抵抗素子である。第1抵抗素子R4の抵抗値は例えば2kΩ以上とする。
第2ドレインD2には第2抵抗素子R5を介して検査用ドレイン端子VDTが接続されている。第2抵抗素子R5は第2ドレインD2と検査用ドレイン端子VDTをつなぐ配線に直列に設けられた抵抗素子である。第2抵抗素子R5の抵抗値は例えば2kΩ以上とする。検査用ドレイン端子VDTは第1ドレインD1と第2ドレインD2に接続された共通端子である。
第1ソースS1と第2ソースS2には、共通端子として機能する検査用ソース端子VSTが接続されている。第1ソースS1が検査用ソース端子VSTに直接接続され、第2ソースS2は抵抗素子R3を介して検査用ソース端子VSTに接続される。
これらの回路を構成する素子は、主に半導体基板の第一面に形成することができる。第1インダクタL1、第2インダクタL2、L3及びインダクタL4は、2層配線構造で構成されるスパイラルインダクタとすることができる。2層配線構造とは、2つの別工程で形成された部分で全体が構成されることを意味する。接地端子V1、V2は半導体基板に形成されたバイヤホールを介して接地される。抵抗素子R3、第1抵抗素子R4及び第2抵抗素子R5の抵抗値は、一般的な高周波帯信号に影響を与えない程度に高い値とし得る。例えば、抵抗素子R3、第1抵抗素子R4及び第2抵抗素子R5の抵抗値は2kΩ以上とすることができる。
上述の移相器の製造方法について説明する。まず、第1インダクタL1の一部と第2インダクタL2、L3の一部を形成する。図2は、一部が形成された未完成の第1インダクタL1を示す図である。図2では、第1インダクタを拡大して示すために、移相器の一部を省略している。第1インダクタの一部として中断部分がある第1本体部分L1a、L1bを形成する。第1本体部分L1aは第1ソースS1に接続され、第1本体部分L1bは第1ドレインD1に接続される。第1本体部分L1aと第1本体部分L1bは接続されていない。
第1本体部分L1a、L1bの形成と同時又はその前後に、第2インダクタL2、L3の一部を形成する。図4は、一部が形成された未完成の第2インダクタL2、L3を示す図である。第2インダクタL2の一部として中断部分がある第2本体部分L2a、L2b、L2cを形成し、第2インダクタL3の一部として中断部分がある第2本体部分L3a、L3b、L3cを形成する。第2本体部分L2aは第2ドレインD2に接続され、第2本体部分L3aは第2ソースS2に接続される。しかしながら、どの第2本体部分も別の第2本体部分に接していない。
この段階では、図2に示されるように第1トランジスタF1の第1ソースS1と第1ドレインD1間にインダクタが接続されず、図4に示されるように第2トランジスタF2の第2ソースS2と第2ドレインD2の間にインダクタが接続されない。
次いで、第1ドレインD1と第2ドレインD2に接続された検査用ドレイン端子VDTと、第1ソースS1と第2ソースS2に接続された検査用ソース端子VSTを用いて、第1トランジスタF1と第2トランジスタF2のDC特性を検査する。例えば、検査用ドレイン端子VDTにドレイン電圧として3Vを印加し、検査用ソース端子VSTに0Vを印加することにより、第1トランジスタF1と第2トランジスタF2のDC特性を検査する。このとき、第1トランジスタF1にも第2トランジスタF2にもインダクタが接続されていないので、DC特性の検査が可能となる。DC特性の検査では、例えば、第1トランジスタF1と第2トランジスタF2のVds−Id特性を測定する。Vds−Id特性の測定は、Vp検査の一例である。
次いで、第1インダクタL1と第2インダクタL2、L3を完成させる。図3は、完成した第1インダクタL1を示す図である。図3に示すように、第1本体部分L1a、L1bの中断部分に第1接続部分L1cを形成して、第1本体部分L1a、L1bと第1接続部分L1cを有する第1インダクタL1を形成する。太い四角形の部分が第1本体部分の上に形成された第1接続部分L1cを表わし、2つの太い四角形の間の部分が第1本体部分の中断部分に形成された第1接続部分L1cである。第1接続部分L1cを形成したことで、第1ソースS1と第1ドレインD1が第1インダクタL1で接続される。つまり、第1トランジスタF1に第1インダクタL1が並列接続される。
図5は、完成した第2インダクタL2、L3を示す図である。図5に示すように、第2本体部分L2a、L2b、L2cの上と中断部分に第2接続部分L2dを形成して、第2本体部分L2a、L2b、L2cと第2接続部分L2dを有する第2インダクタL2を形成する。また、第2本体部分L3a、L3b、L3cの上と中断部分に第2接続部分L3dを形成して、第2本体部分L3a、L3b、L3cと第2接続部分L3dを有する第2インダクタL3を形成する。太い四角形の意味は上述のとおりである。第2接続部分L2dと第2接続部分L3dを形成したことで、第2ソースS2と第2ドレインD2が第2インダクタL2、L3で接続される。つまり、第2トランジスタF2に第2インダクタL2、L3が並列接続される。
このように、本体部分だけがある未完成のインダクタを形成した状態で、トランジスタのDC特性を検査し、検査後にインダクタの接続部分を形成することでインダクタを完成させる。例えば、第1接続部分L1cと第2接続部分L2d、L3dはめっき法で形成し得る。
上述の移相器の製造方法によれば、第1トランジスタF1と第2トランジスタF2に対して共通化した検査用ソース端子VSTと検査用ドレイン端子VDTを用いることにより、移相器のサイズを増加させることなく、2つのトランジスタの特性検査を同時にできる。これは検査時間を短縮させ得る。本実施形態では2つのトランジスタを有する移相器を例示したが、3つ以上のトランジスタを有する移相器についても測定用の端子を共通化することで、同時検査が可能となる。
実施の形態1では、様々な変形例に言及したが、それらの変形例は以下の実施の形態に係る移相器と移相器の製造方法にも応用できる。以下の実施の形態に係る移相器と移相器の製造方法は、実施の形態1と共通する部分が多いので主として実施の形態1との相違点を中心に説明する。
実施の形態2.
図6は、実施の形態2に係る移相器の回路図である。図6の移相器は主にミリ波帯で動作する。ミリ波帯回路の場合、トランジスタのドレインソース間にはマイクロストリップ線路が用いられる。具体的には、第1マイクロストリップ線路M1が第1ソースと第1ドレインに接続され、第2マイクロストリップ線路M2が第2ドレインD2に接続され、第2マイクロストリップ線路M3が第2ソースS2に接続され、第2マイクロストリップ線路M2と第2マイクロストリップ線路M3が接続される。
図6の移相器は主にミリ波帯で使用するため、第1ドレインD1と検査用ドレイン端子VDTをつなぐ配線に直列に設けられた第1抵抗素子R4の抵抗値を1.5kΩ以上とし、第2ドレインD2と検査用ドレイン端子VDTをつなぐ配線に直列に設けられた第2抵抗素子R5の抵抗値を1.5kΩ以上とし、抵抗素子R3の抵抗値を1.5kΩ以上とする。他の回路構成素子は図1と同様である。
図6の移相器の製造方法について説明する。まず、第1マイクロストリップ線路M1の一部と第2マイクロストリップ線路M2、M3の一部を形成する。図7は、一部が形成された未完成の第1マイクロストリップ線路M1を示す図である。図7では、第1マイクロストリップ線路M1を拡大して示すために、移相器の一部を省略している。第1マイクロストリップ線路M1の一部として中断部分がある第1本体部分M1a、M1bを形成する。第1本体部分M1aは第1ソースS1に接続され、第1本体部分M1bは第1ドレインD1に接続される。第1本体部分M1aと第1本体部分M1bは接続されていない。
第1本体部分M1a、M1bの形成と同時又はその前後に、第2マイクロストリップ線路M2、M3の一部を形成する。図9は、一部が形成された未完成の第2マイクロストリップ線路M2、M3を示す図である。第2マイクロストリップ線路M2の一部として中断部分がある第2本体部分M2a、M2bを形成し、第2マイクロストリップ線路M3の全体を形成する。第2本体部分M2aは第2ドレインD2に接続され、第2マイクロストリップ線路M3は第2ソースS2に接続される。しかしながら、第2本体部分M2aと第2本体部分M2bが離れているので、第2マイクロストリップ線とM2、M3全体としてみれば中断部分がある。
この段階では、図7に示されるように第1トランジスタF1の第1ソースS1と第1ドレインD1間にマイクロストリップ線路が接続されず、図9に示されるように第2トランジスタF2の第2ソースS2と第2ドレインD2の間にマイクロストリップ線路が接続されない。
次いで、第1ドレインD1と第2ドレインD2に接続された検査用ドレイン端子VDTと、第1ソースS1と第2ソースS2に接続された検査用ソース端子VSTを用いて、第1トランジスタF1と第2トランジスタF2のDC特性を検査する。検査の詳細は上述のとおりである。
次いで、第1マイクロストリップ線路M1と第2マイクロストリップ線路M2、M3を完成させる。図8は、完成した第1マイクロストリップ線路M1を示す図である。図8に示すように、第1本体部分M1a、M1bの中断部分に第1接続部分M1cを形成して、第1本体部分M1a、M1bと第1接続部分M1cを有する第1マイクロストリップ線路M1を形成する。第1接続部分M1cを形成したことで、第1ソースS1と第1ドレインD1が第1マイクロストリップ線路M1で接続される。つまり、第1トランジスタF1に第1マイクロストリップ線路M1が並列接続される。
図10は、完成した第2マイクロストリップ線路M2、M3を示す図である。図10に示すように、第2本体部分M2a、M2bの中断部分に第2接続部分M2cを形成して、第2本体部分M2a、M2bと第2接続部分M2cを有する第2インダクタL2を形成する。第2接続部分M2cを形成したことで、第2ソースS2と第2ドレインD2が第2マイクロストリップ線路M2、M3で接続される。つまり、第2トランジスタF2に第2マイクロストリップ線路M2、M3が並列接続される。
このように、本体部分だけがある未完成のマイクロストリップ線路を形成した状態で、トランジスタのDC特性を検査し、検査後にマイクロストリップ線路の接続部分を形成することでマイクロストリップ線路を完成させる。例えば、第1接続部分M1cと第2接続部分M2cはめっき法で形成し得る。
実施の形態3.
図11は、実施の形態3に係る移相器の回路図である。検査用ドレイン端子VDTと、第1抵抗素子R4及び第2抵抗素子R5との間に、キャパシタC2と接地用電極V3が接続されている。いいかえると、検査用ドレイン端子VDTに接続された配線と、接地用電極V3とを接続するキャパシタC2が設けられている。
検査用ドレイン端子VDTへの接続線路が他の回路素子と近接した場合、または検査用ドレイン端子VDTまでの配線長LがL=λ(波長)/4*N(整数倍)になると高周波信号のカップリングが発生する。キャパシタC2と接地用電極V3によりそのカップリングを抑制する。したがって、検査用ドレイン端子VDTまでの配線長による高周波信号への影響を軽減することが可能となる。図6で示される回路にキャパシタC2と接地用電極V3を追加してもよい。
ここまでの各実施形態で説明した移相器をMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)とすることができる。
F1 第1トランジスタ、 S1 第1ソース、 D1 第1ドレイン、 F2 第2トランジスタ、 S2 第2ソース、 D2 第2ドレイン、 R4 第1抵抗素子、 R5 第2抵抗素子、 VDT 検査用ドレイン端子、 VST 検査用ソース端子
本願の発明にかかる移相器は、第1ソースと第1ドレインを有する第1トランジスタと、第2ソースと第2ドレインを有する第2トランジスタと、中断部分がある第1本体部分と、該中断部分に設けられた第1接続部分とを有し、該第1ソースと該第1ドレインに接続されることで該第1トランジスタに並列接続された第1インダクタと、中断部分がある第2本体部分と、該中断部分に設けられた第2接続部分とを有し、該第2ソースと該第2ドレインに接続されることで該第2トランジスタに並列接続された第2インダクタと、該第1ドレインと該第2ドレインに接続された検査用ドレイン端子と、該第1ソースと該第2ソースに接続された検査用ソース端子と、前記第1ドレインと前記検査用ドレイン端子をつなぐ配線に直列に設けられた、1.5kΩ以上の第1抵抗素子と、前記第2ドレインと前記検査用ドレイン端子をつなぐ配線に直列に設けられた、1.5kΩ以上の第2抵抗素子と、を備えたことを特徴とする。

Claims (10)

  1. 第1ソースと第1ドレインを有する第1トランジスタと、
    第2ソースと第2ドレインを有する第2トランジスタと、
    中断部分がある第1本体部分と、前記中断部分に設けられた第1接続部分とを有し、前記第1ソースと前記第1ドレインに接続されることで前記第1トランジスタに並列接続された第1インダクタと、
    中断部分がある第2本体部分と、前記中断部分に設けられた第2接続部分とを有し、前記第2ソースと前記第2ドレインに接続されることで前記第2トランジスタに並列接続された第2インダクタと、
    前記第1ドレインと前記第2ドレインに接続された検査用ドレイン端子と、
    前記第1ソースと前記第2ソースに接続された検査用ソース端子と、を備えたことを特徴とする移相器。
  2. 前記第1ドレインと前記検査用ドレイン端子をつなぐ配線に直列に設けられた、2kΩ以上の第1抵抗素子と、
    前記第2ドレインと前記検査用ドレイン端子をつなぐ配線に直列に設けられた、2kΩ以上の第2抵抗素子と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の移相器。
  3. 前記第1インダクタと前記第2インダクタはスパイラルインダクタであることを特徴とする請求項1又は2に記載の移相器。
  4. 第1ソースと第1ドレインを有する第1トランジスタと、
    第2ソースと第2ドレインを有する第2トランジスタと、
    中断部分がある第1本体部分と、前記中断部分に設けられた第1接続部分とを有し、前記第1ソースと前記第1ドレインに接続されることで前記第1トランジスタに並列接続された第1マイクロストリップ線路と、
    中断部分がある第2本体部分と、前記中断部分に設けられた第2接続部分とを有し、前記第2ソースと前記第2ドレインに接続されることで前記第2トランジスタに並列接続された第2マイクロストリップ線路と、
    前記第1ドレインと前記第2ドレインに接続された検査用ドレイン端子と、
    前記第1ソースと前記第2ソースに接続された検査用ソース端子と、を備えたことを特徴とする移相器。
  5. 前記第1ドレインと前記検査用ドレイン端子をつなぐ配線に直列に設けられた、1.5kΩ以上の第1抵抗素子と、
    前記第2ドレインと前記検査用ドレイン端子をつなぐ配線に直列に設けられた、1.5kΩ以上の第2抵抗素子と、を備えたことを特徴とする請求項4に記載の移相器。
  6. 前記検査用ドレイン端子に接続された配線と、接地用電極とを接続するキャパシタを備えたことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の移相器。
  7. 前記移相器をMMICとしたことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載移相器。
  8. 第1トランジスタの第1ソースと第1ドレインに接続され、中断部分がある第1本体部分を形成することと、
    第2トランジスタの第2ソースと第2ドレインに接続され、中断部分がある第2本体部分を形成することと、
    前記第1ドレインと前記第2ドレインに接続された検査用ドレイン端子と、前記第1ソースと前記第2ソースに接続された検査用ソース端子を用いて、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタのDC特性を検査することと、
    前記第1本体部分の中断部分に第1接続部分を形成して、前記第1本体部分と前記第1接続部分を有する第1インダクタ又は第1マイクロストリップ線路を形成することと、
    前記第2本体部分の中断部分に第2接続部分を形成して、前記第2本体部分と前記第2接続部分を有する第2インダクタ又は第2マイクロストリップ線路を形成することと、を備えた移相器の製造方法。
  9. 前記DC特性の検査では前記第1トランジスタと前記第2トランジスタのVds−Id特性を測定することを特徴とする請求項8に記載の移相器の製造方法。
  10. 前記第1接続部分と前記第2接続部分はめっき法で形成することを特徴とする請求項8又は9に記載の移相器の製造方法。
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