KR20060026976A - Microwave semiconductor element - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초고주파 단일칩 집적회로(microwave monolithic integrated circuit: MMIC)의 능동소자로 사용되는 초고주파 반도체 소자에 대한 것으로 게이트, 드레인 및 소스 와 측정을 위한 게이트, 드레인 및 소스 패드로 구성된 초고주파 반도체 소자에 있어서, 측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드 대신에 게이트 확장 전극 및 드레인 확장 전극을 대치시켜 형성한 초고주파 반도체 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a microwave semiconductor device which is used as an active device of a microwave monolithic integrated circuit (MMIC), and has a gate, drain, and source and a gate, drain, and source pad for measurement. The present invention relates to an ultra-high frequency semiconductor element formed by replacing a gate extension electrode and a drain extension electrode in place of the measurement gate pad and the measurement drain pad.

본 발명은 반도체 소자에서 측정용 패드의 형성과 디임베딩 과정을 생략함으로써 비용과 시간을 효과적으로 줄일 수 있으며, 또한 본 발명의 디임베딩 된 초고주파 반도체 소자는 입출력단의 측정 패드 대신에 확장 전극을 대치함으로써 전극과 측정 패드 부분에서 발생하는 불연속 특성을 제거하여 초고주파 단일칩 집적회로의 설계시에 필요한 디임베딩 과정을 생략할 수 있어 모델링 과정에서의 시간과 비용의 절감이 가능하고, 초고주파 단일칩 집적회로 설계에서 능동 소자의 정확한 특성과 크기를 제공할 수 있기 때문에 설계 시간 단축과 원하는 사양으로의 정확한 설계가 가능한 효과가 있다. The present invention can effectively reduce the cost and time by eliminating the formation of the measurement pad and the de-embedding process in the semiconductor device, and the de-embedded ultra-high frequency semiconductor device of the present invention is replaced by the expansion electrode instead of the measurement pad of the input and output By eliminating the discontinuity generated in the electrode and measurement pad part, it is possible to omit the de-embedding process required for the design of the high frequency single chip integrated circuit, thereby saving time and cost in the modeling process, and designing the ultra high frequency single chip integrated circuit. The ability to provide the exact characteristics and size of an active device can reduce design time and enable accurate design to the desired specifications.

초고주파 반도체 소자, MMIC, 모델링, de-embedding Microwave Semiconductors, MMICs, Modeling, De-embedding

Description

초고주파 반도체 소자{microwave semiconductor element}Microwave semiconductor element

도 1은 종래의 초고주파 반도체 소자의 평면도,1 is a plan view of a conventional ultra-high frequency semiconductor device,

도 2는 본 발명에 의한 초고주파 반도체 소자의 평면도,2 is a plan view of an ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention;

도 3은 초고주파 단위칩 집적회로에서의 마이크로 스트립 라인 구조도,3 is a structure diagram of a micro strip line in an ultra high frequency unit chip integrated circuit;

도 4는 초고주파 단위칩 집적회로에서의 동일 평면상 도파관 구조도.4 is a schematic diagram of a coplanar waveguide structure in an ultra-high frequency unit chip integrated circuit.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

11, 21 : 게이트 전극 12, 22 : 드레인 전극11, 21: gate electrode 12, 22: drain electrode

13, 23 : 소스 전극 14 : 측정용 게이트 패드13, 23: source electrode 14: gate pad for measurement

15 : 측정용 드레인 패드 16, 26 : 측정용 소스 패드15: Drain pad for measurement 16, 26: Source pad for measurement

17 : 게이트 전극과 측정용 게이트 패드 연결부17: gate electrode and gate pad connection for measurement

18 : 드레인 전극과 측정용 드레인 패드 연결부18: drain electrode and measurement drain pad connection portion

24 : 게이트 확장 전극 25 : 드레인 확장 전극24: gate extension electrode 25: drain extension electrode

27 : 입력(게이트)단 측정 부표27: input (gate) stage measurement buoy

28 : 출력(드레인)단 측정 부표28: Output (drain) stage measurement buoy

31, 41 : 신호의 전송 선로 32, 42 : 신호 접지면31, 41: signal transmission line 32, 42: signal ground plane

33, 43 : 반도체 기판33, 43: semiconductor substrate

본 발명은 초고주파 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세히 말하면, 초고주파 단일칩 집적회로(microwave monolithic integrated circuit: MMIC)의 능동소자로 사용되는 초고주파 반도체 소자에 있어서, 게이트, 드레인 및 소스 와 측정을 위한 게이트 패드, 드레인 패드 및 소스 패드로 구성된 초고주파 반도체 소자에 있어서, 측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드 대신에 게이트 확장 전극 및 드레인 확장 전극을 대치시켜 형성한 초고주파 반도체 소자이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high frequency semiconductor device, and more particularly, to a gate, a drain, a source, and a gate pad for a measurement in a high frequency semiconductor device used as an active device of a microwave monolithic integrated circuit (MMIC). In the ultra-high frequency semiconductor element composed of a drain pad and a source pad, it is an ultra-high frequency semiconductor element formed by replacing a gate extension electrode and a drain extension electrode in place of the measurement gate pad and the measurement drain pad.

초고주파 단일칩 집적회로에 사용되는 초고주파 반도체 소자는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor: FET)가 주로 사용된다. 이러한 전계효과 트랜지스터의 종류에는 실리콘(Si)을 반도체 기판으로 사용하는 금속-산화물-반도체 전계효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor FET: MOSFET) 및 상보적 금속-산화물-반도체 전계효과 트랜지스터(complementary MOSFET: CMOS) 등이 있고, 갈륨-비소(GaAS), 갈륨-질소(GaN) 등의 화합물 반도체 기판을 사용하는 금속-반도체 전계효과 트랜지스터(metal-semiconductor FET: MESFET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(high electron mobility transistor) 등이 있다. Field effect transistors (FETs) are mainly used for the microwave devices used in the microwave single chip integrated circuit. These field effect transistors include metal-oxide-semiconductor FETs (MOSFETs) using silicon (Si) as semiconductor substrates and complementary metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs). CMOS, and metal-semiconductor field effect transistors (MESFETs) and high electron mobility transistors (high electrons) using compound semiconductor substrates such as gallium-arsenic (GaAS) and gallium-nitrogen (GaN). mobility transistor).

이들 초고주파 반도체 소자의 구성은 게이트, 드레인 및 소스이외에 반도체 소자의 특성을 측정하기 위한 측정용 게이트 패드, 측정용 드레인 패드 및 측정용 소스 패드로 구성된다. 이들 소자는 측정과 소자의 내부 및 외부적 파라미터를 추출하는 모델링(modeling) 과정을 통하여 특성을 분석한 후 초고주파 단일칩 집적회 로의 능동소자로 사용되어 회로를 설계하게 된다.In addition to the gate, drain, and source, these ultra-high frequency semiconductor devices are composed of a gate pad for measurement, a drain pad for measurement, and a source pad for measurement. These devices are characterized by measuring and modeling processes to extract the internal and external parameters of the device, and then they are used as active devices in high-frequency single-chip integrated circuits to design circuits.

종래의 초고주파 반도체 소자는 소스와 측정용 소스 패드는 신호 접지면과 연결되기 때문에 소자의 특성에는 많은 영향을 미치지 않는다. 그러나 게이트와 드레인은 소자의 입출력에 해당하는 부분으로 소자 특성에 지대한 영향을 미친다. 특히 측정용 패드는 반도체 소자에서 차지하는 영역이 크기 때문에 패드에 의한 기생 성분(parasitic element)을 무시할 수 없다. 소자의 사용 주파수가 높아질수록 주파수에 의한 기생 성분은 회로 설계시 커다란 오차를 제공할 수 있는 문제점이 있었으며, 또한 종래의 초고주파 반도체 소자는 게이트, 드레인과 각각의 측정용 패드에서 선폭이 변하는 불연속 구간이 나타났다. 이 부분에서의 기생 성분으로 인해 신호의 반사가 발생하여 주파수 특성이 변화하게 되어 회로 설계에 큰 오류를 제공하게 되기 때문에, 모델링 과정에서 반드시 디임베딩 과정을 거쳐야만 했다. 이러한 디임베딩 과정은 측정용 패드 부분만을 다시 제작하여야 하고, 소자 특성 분석을 위한 모델링 과정에서 많은 시간을 소모한다는 문제점이 있었다. In the conventional ultra-high frequency semiconductor device, since the source and the measurement source pad are connected to the signal ground plane, the characteristics of the device are not much affected. However, the gate and the drain correspond to the input and output of the device and have a great influence on the device characteristics. In particular, since the measuring pad occupies a large area in the semiconductor device, parasitic elements caused by the pad cannot be ignored. As the frequency of use of the device increases, the parasitic component due to the frequency has a problem that can provide a large error in the design of the circuit. Also, the conventional ultra-high frequency semiconductor device has a discontinuous section in which the line width of the gate, the drain, and each measurement pad changes. appear. The parasitic components in this area caused reflections in the signal, which changed the frequency characteristics, which caused significant errors in the circuit design, which required de-embedding in the modeling process. This de-embedding process has to re-manufacture only the measurement pad part and has a problem in that a lot of time is consumed in the modeling process for analyzing device characteristics.

다시 말하면 도 1의 종래의 초고주파 반도체 소자를 집적회로 설계에 사용하는 경우, 게이트 전극 및 드레인 전극과 전송 선로를 연결하기 위해서는 각각의 전극과 전송 선로와의 연결부에 대한 재해석이 요구된다. 즉 디임베딩 과정을 거쳐 측정용 패드 및 연결부에 대한 특성 추출이 이루어져 있다 하더라도 집적회로의 신호 전송 선로와 다시 연결하면 또 다른 불연속성이 발생하는 연결부가 나타나게 되어 이에 대한 새로운 특성 분석이 이루어져야만 한다. In other words, when the conventional microwave antenna device of FIG. 1 is used in integrated circuit design, reinterpretation of the connection portion between each electrode and the transmission line is required to connect the gate electrode and the drain electrode to the transmission line. That is, even if the characteristics of the measuring pad and the connection part are extracted through the de-embedding process, when the signal is connected again to the signal transmission line of the integrated circuit, another discontinuity is generated and a new characteristic analysis must be performed.

본 발명은 종래의 초고주파 반도체 소자에서의 문제점을 해소하기 위하여, 게이트 전극, 드레인 전극 및 소스 전극과 반도체 소자의 특성 측정용 게이트 패드, 측정용 드레인 패드 및 측정용 소스 패드로 구성된 초고주파 반도체에 있어서, 상기 측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드를 대신해 확장전극이 각각 구성되도록 하여, 초고주파 단일칩 집적회로 설계를 위해 초고주파 반도체 소자의 특성 분석을 위한 모델링 과정에서 게이트와 드레인 측정 패드에 의한 기생 성분을 제거하는 초고주파 반도체 소자를 제공한다.  SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a high frequency semiconductor comprising a gate electrode, a drain electrode, and a source electrode, a gate pad for measuring characteristics of a semiconductor device, a measuring drain pad, and a measuring source pad, in order to solve the problems of the conventional ultra-high frequency semiconductor device. Instead of the measuring gate pad and the measuring drain pad, an extension electrode is configured to remove parasitic components caused by the gate and drain measuring pads during the modeling process for the characteristics of the microwave semiconductor device for the design of the microwave single chip integrated circuit. It provides an ultra-high frequency semiconductor device.

게이트 전극, 드레인 전극 및 소스 전극과 측정용 게이트 패드, 측정용 드레인 패드 및 측정용 소스 패드로 구성된 초고주파 반도체에 있어서, 상기 측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드를 대신해 확장전극이 각각 구성되어, 초고주파 단일칩 집적회로 설계를 위한 능동 소자의 모델링 과정에서 패드의 기생성분을 제거하기 위한 디임베딩 과정을 생략할 수 있어 모델링 과정에 소요되는 비용과 시간을 최소화 한다.In the ultra-high frequency semiconductor consisting of a gate electrode, a drain electrode and a source electrode, a measuring gate pad, a measuring drain pad, and a measuring source pad, an extension electrode is configured in place of the measuring gate pad and the measuring drain pad, respectively. In the process of modeling active devices for single-chip integrated circuit design, the de-embedding process to eliminate parasitic components of the pad can be omitted, minimizing the cost and time required for the modeling process.

상기 게이트 및 드레인 확장전극의 크기는 초고주파 단일칩 집적회로의 설계시 회로 구조와 사용 주파수 대역의 전송 선로 임피던스 정합에 맞는 크기로 제작되어, 신호의 전송 손실을 최소화 시키는 것을 그 특징으로 한다.The gate and drain extension electrodes are sized to match the circuit structure and the transmission line impedance of the frequency band used in the design of the ultra-high frequency single chip integrated circuit, thereby minimizing the transmission loss of the signal.

또한, 상기 측정용 소스 패드에 입력 및 출력 측정 기준점을 나타내는 측정 부표를 포함하여, 회로에 사용되는 능동 소자의 전체 크기가 결정되고 디임베딩 과정이 필요 없는 반도체 소자의 정확한 모델링이 이루어지고 초고주파 단일칩 집적 회로 설계시 능동 소자 부분의 정확한 설계 기준이 되는 것을 특징으로 한다.In addition, the measurement source pad includes a measurement buoy indicating input and output measurement reference points, and the overall size of the active device used in the circuit is determined, and accurate modeling of the semiconductor device without the need for de-embedding is performed, and the ultra-high frequency single chip In the design of the integrated circuit, it is characterized by being an accurate design reference for the active element part.

본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자와 종래의 초고주파 반도체 소자의 구성의 비교를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다. A comparison of the structure of the ultra-high frequency semiconductor device and the conventional ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

초고주파 반도체 소자의 구성과 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자의 구성을 각각 도 1과 도 2에 나타낸다. The configuration of the ultra-high frequency semiconductor device and the configuration of the ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.

도 1은 종래의 초고주파 반도체 소자의 구성으로, 그 구성은 게이트 전극(11), 드레인 전극(12) 및 소스 전극(13) 이외에 측정을 위한 각각의 패드 즉 측정용 게이트 패드(14), 측정용 드레인 패드(15) 및 측정용 소스 패드(16)로 구성되어 있다. 1 is a configuration of a conventional ultra-high frequency semiconductor device, the configuration of each of the pads for measurement in addition to the gate electrode 11, the drain electrode 12 and the source electrode 13, that is, the measurement gate pad 14, the measurement It consists of the drain pad 15 and the measurement source pad 16. As shown in FIG.

도 2는 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자의 구성으로, 게이트 전극(21), 드레인 전극(22), 소스 전극(23) 및 측정용 소스 패드(26)와 게이트 확장전극(24)과 드레인 확장전극(25) 등으로 이루어져 있다. 2 is a configuration of an ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention, and includes a gate electrode 21, a drain electrode 22, a source electrode 23, a measurement source pad 26, a gate extension electrode 24, and a drain extension electrode. (25) and the like.

상기 도 1과 도 2에서 게이트 전극, 드레인 전극, 소스 전극 및 측정용 소스 패드는 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자와 종래의 초고주파 반도체 소자가 동일한 구성을 가지나, 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자가 종래의 초고주파 반도체 소자에서 측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드 대신에 게이트 확장전극 및 드레인 확장전극이 대치된 구조를 가지고 있는 구조상의 차이점을 갖는다. In FIGS. 1 and 2, the gate electrode, the drain electrode, the source electrode, and the measurement source pad have the same configuration as that of the microwave semiconductor device according to the present invention and the conventional microwave semiconductor device, but the microwave semiconductor device according to the present invention is conventional. In the ultra-high frequency semiconductor device, the gate extension electrode and the drain extension electrode have a structure in which the gate extension electrode and the drain extension electrode are replaced instead of the measurement gate pad and the measurement drain pad.

도 1의 종래의 초고주파 반도체 소자 구성에서 게이트 전극과 측정용 게이트 패드의 연결 부분 및 드레인 전극과 측정용 드레인 패드와의 연결 부분에서 선폭이 변하는 불연속 구간에서 나타나는 신호 전송의 불연속성과, 측정용 패드에 의한 기 생 성분을 제거하는 과정을 디임베딩(de-embedding)이라 한다. In the conventional ultra-high frequency semiconductor device configuration of FIG. 1, the discontinuity of signal transmission and the discontinuity of signal transmission appearing in the discontinuous section in which the line width is changed in the connecting portion of the gate electrode and the measuring gate pad and the connecting portion of the drain electrode and the measuring drain pad. The process of removing parasitic components by the process is called de-embedding.

초고주파 반도체 소자의 특성을 측정한 후 초고주파 단일칩 집적 회로 설계를 위해 초고주파 반도체 소자의 특성을 각각의 필요에 맞도록 추출하는 과정을 거치게 되는데 이러한 과정 전체를 모델링(modeling)이라 하며, 모델링 과정에 전극과 패드의 연결부에서 나타나는 신호 전송의 불연속성과 패드에 의한 기생 성분을 제거하는 디임베딩 과정이 포함되어 있다. 이러한 디임베딩 과정을 수행하기 위해서는 초고주파 반도체 소자 제작시 사용된 반도체 기판과 동일한 기판 위에 측정용 패드만을 따로 제작하여 그 특성을 측정한 후 초고주파 반도체 소자의 특성에서 측정용 패드 성분을 제외하게 된다. 따라서 디임베딩 과정을 수행하려면 초고주파 반도체 소자 제작 공정과 동일한 방법으로 측정용 패드만을 제작하여야하고 동일한 방법으로 측정을 해야만 하고, 이에 따라 측정용 패드 제작과 측정을 위해 비용과 시간의 투자를 필요로 하는 단점이 있다.After measuring the characteristics of the microwave semiconductor devices, the characteristics of the microwave semiconductor devices are extracted to meet the individual needs for the design of the single-chip integrated circuit. The whole process is called modeling. De-embedding involves removing signal discontinuities and parasitic components caused by the pads. In order to perform the de-embedding process, only the measurement pad is manufactured separately on the same substrate as the semiconductor substrate used in the fabrication of the microwave semiconductor device and the characteristics thereof are measured, and then the measurement pad component is excluded from the characteristics of the microwave semiconductor device. Therefore, in order to perform the de-embedding process, only the measurement pad should be manufactured in the same way as the fabrication process of the microwave semiconductor device, and the measurement should be performed in the same way. Therefore, it requires cost and time investment for the production and measurement of the measurement pad. There are disadvantages.

본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자는 구성에서 약간의 변화만으로 상기의 단점을 해결할 수 있다. 즉 측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드 대신에 게이트 확장전극 및 드레인 확장전극을 대치함으로써, 소자 모델링 과정에서 디임베딩 과정을 배제할 수 있다. Ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention can solve the above disadvantages with only a slight change in configuration. That is, by replacing the gate extension electrode and the drain extension electrode instead of the measurement gate pad and the measurement drain pad, the de-embedding process can be eliminated in the device modeling process.

측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드 대신에 게이트 확장전극과 드레인 확장 전극이 대치된 이유는 다음과 같다.The reason why the gate extension electrode and the drain extension electrode are replaced in place of the measurement gate pad and the measurement drain pad is as follows.

도 1의 종래의 초고주파 반도체 소자의 구성에서 점선으로 표시된 게이트 전극(11)과 측정용 게이트 패드(14)의 연결부분(17) 및 드레인 전극(12)과 측정용 드 레인 패드(15)와의 연결부분(18)에서 선폭이 갑작스럽게 변하게 되어 신호 전송에서 불연속 특성이 나타나게 되며, 손실이 증가하게 된다. 이러한 불연속 부분은 초고주파 단일칩 집적회로 설계에서 오류를 나타나게 한다. In the structure of the conventional ultra-high frequency semiconductor device of FIG. 1, the connection portion 17 of the gate electrode 11 and the measurement gate pad 14 and the drain electrode 12 and the drain pad 15 for measurement are indicated by dotted lines. In portion 18, the line width changes abruptly, resulting in discontinuous characteristics in signal transmission, resulting in increased losses. This discontinuity leads to errors in ultrahigh frequency single chip integrated circuit designs.

또한, 도 1에서의 각 측정용 패드(14)(15)(16)는 초고주파 단일칩 집적회로 설계에 있어서 적용되지 않은 부분으로 회로 설계를 위한 능동 소자 특성 추출 과정에서 측정용 패드에 의한 기생 성분(parasitic element)에 대한 특성을 제거하게 된다. 측정용 패드는 초고주파 반도체 소자에서 차지하는 영역이 크고, 집적회로의 사용주파수가 증가할수록 측정용 패드에 의한 기생 성분도 같이 증가하기 때문에 능동 소자 특성 추출 과정에서는 이러한 측정용 패드의 기생 성분을 반드시 제거해야만 한다. 특히 측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드의 기생 성분은 더욱 주의를 필요로 하게 된다. 측정용 소스 패드는 신호 접지면 부분과 연결되기 때문에 측정용 소스 패드에 의한 기생 성분이 초고주파 반도체 소자 특성에는 많은 영향을 미치지 않으나, 측정용 게이트 패드와 측정용 드레인 패드는 소자의 입출력에 해당하는 부분이어서 그들의 기생 성분은 소자 특성에 지대한 영향을 미친다. 이러한 측정용 패드에 의한 기생성분은 회로 설계시 커다란 오차를 제공할 수 있는 문제점이 있다.In addition, each of the measurement pads 14, 15, and 16 in FIG. 1 is not applied in the design of the ultra-high frequency single chip integrated circuit, and parasitic components caused by the measurement pads in the active device characteristic extraction process for the circuit design. This removes the characteristic for the parasitic element. The measuring pad has a large area occupied by the microwave semiconductor device, and as the frequency of use of the integrated circuit increases, the parasitic components of the measuring pad also increase. Therefore, the parasitic components of the measuring pad must be removed during the active device characteristic extraction process. . In particular, the parasitic components of the measurement gate pad and the measurement drain pad require further attention. Since the measurement source pad is connected to the signal ground plane part, the parasitic components of the measurement source pad do not affect much the characteristics of the microwave semiconductor device, but the measurement gate pad and the measurement drain pad correspond to the input / output of the device. Their parasitic components then have a profound effect on device properties. The parasitic component by the measuring pad has a problem that can provide a large error in the circuit design.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자의 게이트 전극(21) 및 드레인 전극(22)의 각 확장전극(24)(25)은, 각기 그 일단의 선폭이 서서히 줄어들도록 형성되어서 해당 게이트전극(21) 및 드레인 전극(22)에 바로 연결되므로 종래의 초고주파 반도체 소자의 연결부에서 발생하는 불연속성을 없앨 수 있 다.As shown in FIG. 2, each of the extension electrodes 24 and 25 of the gate electrode 21 and the drain electrode 22 of the ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention is formed such that the line width of one end thereof gradually decreases. Since it is directly connected to the gate electrode 21 and the drain electrode 22, it is possible to eliminate the discontinuity generated in the connection portion of the conventional microwave semiconductor device.

도 1에서와 같은 종래의 초고주파 반도체 소자의 경우, 측정용 패드(14)(15)(16)의 크기는 초고주파 단일칩 집적회로의 신호 전송 선로(31)(41)의 크기와는 관계없이 일정한 크기로 구성되기 때문에 각각의 전극(11)(12)(13)과 각각의 측정용 패드(14)(15)(16)와의 연결부에서 선폭이 갑작스럽게 변하게 되지만, 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자에서의 게이트 확장전극(24)과 드레인 확장전극(25)은 초고주파 단일칩 집적회로의 신호 전송 선로(31)(41)와 바로 연결될 수 있기 때문에 게이트 전극(21) 및 드레인 전극(22)과 각각의 확장전극(24)(25)간의 선폭 변화가 많지 않으며, 집적회로의 신호 전송 선로(31)(41)에 연속적으로 연결되도록 설계가 가능하여 상기의 문제점을 해결할 수 있다. In the case of the conventional ultra-high frequency semiconductor device as shown in FIG. 1, the size of the measurement pads 14, 15 and 16 is constant regardless of the size of the signal transmission lines 31 and 41 of the ultra-high frequency single chip integrated circuit. Because of the size, the line width changes abruptly at the connection between each of the electrodes 11, 12, 13 and each of the measurement pads 14, 15, 16, but in the ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention, The gate extension electrode 24 and the drain extension electrode 25 may be directly connected to the signal transmission lines 31 and 41 of the ultra-high frequency single chip integrated circuit. The change in the line width between the extension electrodes 24 and 25 is not much, and it is possible to design the device to be continuously connected to the signal transmission lines 31 and 41 of the integrated circuit, thereby solving the above problem.

또한, 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자를 초고주파 단일칩 집적회로의 능동 소자로 사용할 경우, 회로의 사용 주파수에 의해 게이트 및 드레인 확장 전극(24)(25)의 폭이 결정된다. In addition, when the ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention is used as an active element of an ultra-high frequency single chip integrated circuit, the widths of the gate and drain extension electrodes 24 and 25 are determined by the frequency of use of the circuit.

초고주파 단일칩 집적회로는 신호의 전송 선로를 도 3의 마이크로 스트립 라인(microstrip line) 또는 도 4의 동일 평면상 도파관(coplanar waveguide: CPW) 중 어느 것을 사용하는가에 따라 구조를 다르게 사용한다. The ultra-high frequency single chip integrated circuit uses a different structure depending on whether the signal transmission line uses the microstrip line of FIG. 3 or the coplanar waveguide (CPW) of FIG. 4.

도 3은 마이크로 스트립 라인의 구조를 나타낸 것으로, 반도체 기판(33)의 윗면에는 신호의 전송 선로(31)를 형성하고 기판 아랫면에는 신호 접지면(32)을 형성하게 된다. 신호 전송 선로(31)의 폭은 반도체 기판의 유전율과 두께 및 집적회로의 사용 주파수에 의해 결정된다. 3 illustrates a structure of a micro strip line, in which a signal transmission line 31 is formed on an upper surface of a semiconductor substrate 33 and a signal ground surface 32 is formed on a lower surface of the substrate. The width of the signal transmission line 31 is determined by the dielectric constant and thickness of the semiconductor substrate and the frequency of use of the integrated circuit.                     

도 4는 도 3과는 달리 반도체 기판(43)의 윗면에 신호의 전송 선로(41)와 신호 접지면(42)이 동일 평면상 도파관의 구조를 나타낸다. 동일 평면상 도파관은 사용 주파수에 따라 신호 전송 선로(41)의 폭과 신호 전송 선로와 신호 접지면(42)과의 간격이 결정된다. 4 illustrates a structure of a waveguide in which the signal transmission line 41 and the signal ground plane 42 are coplanar on the upper surface of the semiconductor substrate 43. In the coplanar waveguide, the width of the signal transmission line 41 and the distance between the signal transmission line and the signal ground plane 42 are determined according to the use frequency.

마이크로 스트립 라인 또는 동일 평면상 도파관의 신호 전송 선로(31)(41)의 선폭은 특성 임피던스가 50 Ω이 되도록 사용하는데, 그 이유는 신호 전송에서의 전송 손실을 최소화하기 때문이다. 그래서 사용 주파수에 따라 각각의 신호 전송 선로(31)(41)의 폭은 50 Ω을 갖도록 설계한다. The line widths of the signal transmission lines 31 and 41 of the micro strip line or the coplanar waveguide are used so that the characteristic impedance is 50 Ω because the transmission loss in the signal transmission is minimized. Therefore, the widths of the signal transmission lines 31 and 41 are designed to have 50 Ω depending on the frequency of use.

이러한 신호의 전송 선로와 초고주파 반도체 소자를 집적회로 설계에 사용할 경우 신호의 전송 선로는 게이트 전극과 드레인 전극에 연결된다. When the signal transmission line and the ultra-high frequency semiconductor device are used in the integrated circuit design, the signal transmission line is connected to the gate electrode and the drain electrode.

이상과 같은 구조의 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자를 사용할 경우에는 게이트 전극(21) 및 드레인 전극(22)이 집적회로의 신호 전송 선로와 동일한 선폭을 갖는 각각의 확장전극(24)(25)과 연결되어 있고, 집적회로 설계시 확장전극이 신호의 전송 선로와 연결되기 때문에 전극과 확장전극의 연결부에 대하여 부가적으로 특성분석이 필요치 않다. In the case of using the ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention having the above structure, each of the extension electrodes 24 and 25 having the same line width as the signal transmission line of the integrated circuit and the gate electrode 21 and the drain electrode 22 and Since the expansion electrode is connected to the transmission line of the signal in the integrated circuit design, it is not necessary to additionally characterize the connection between the electrode and the expansion electrode.

이러한 이유들로 인해 본 발명에 따른 초고주파 반도체 소자의 게이트 확장전극 및 드레인 확장전극의 폭은 회로의 사용 주파수에 따라 신호 전송 선로의 폭과 동일한 크기로 결정된다.For these reasons, the width of the gate extension electrode and the drain extension electrode of the ultra-high frequency semiconductor device according to the present invention is determined to be equal to the width of the signal transmission line according to the frequency of use of the circuit.

또한 반도체 소자의 특성에 영향을 미치지 않는 소스 측정용 패드(26)에 입력 및 출력 측정 기준을 나타내는 측정 부표(27)(28)를 구성하여, 소자 측정시 측 정 프루브(probe)가 측정 부표까지만 접촉되도록 한다. 그러면 회로에 사용되는 능동 소자의 전체 크기가 결정되고 디임베딩 과정이 필요 없는 반도체 소자의 정확한 모델링이 이루어지고 초고주파 단일칩 집적회로 설계시 능동 소자의 입출력 부분에 대한 정확한 설계 기준이 된다. In addition, measurement buoys 27 and 28 representing input and output measurement standards are configured on the source measuring pad 26 that does not affect the characteristics of the semiconductor device, so that the measurement probes only measure up to the measurement buoy. Make contact. This determines the overall size of the active devices used in the circuit, enables accurate modeling of semiconductor devices without the need for de-embedding, and provides accurate design criteria for the input and output portions of active devices when designing high-frequency single-chip integrated circuits.

본 발명은 반도체 소자에서 측정용 패드의 형성과 디임베딩 과정을 생략함으로써 비용과 시간을 효과적으로 줄일 수 있다. 즉 본 발명의 초고주파 반도체 소자는 입출력단의 측정 패드 대신에 확장 전극을 대치함으로써 전극과 측정 패드 부분에서 발생하는 불연속 특성을 제거하여 초고주파 단일칩 집적회로의 설계시에 필요한 디임베딩 과정을 생략할 수 있어 모델링 과정에서의 시간과 비용의 절감이 가능하며, 초고주파 단일칩 집적회로 설계에서 능동 소자의 정확한 특성과 크기를 제공할 수 있기 때문에 설계 시간 단축과 원하는 사양으로의 정확한 설계가 가능한 효과가 있다.

The present invention can effectively reduce cost and time by eliminating the formation of the measurement pad and the de-embedding process in the semiconductor device. That is, the ultra-high frequency semiconductor device of the present invention eliminates the discontinuity generated in the electrode and the measurement pad by replacing the extension electrode instead of the measurement pad of the input / output terminal, thereby eliminating the de-embedding process required for the design of the ultra-high frequency single chip integrated circuit. This can save time and cost in the modeling process, and can provide accurate characteristics and size of active devices in the design of high-frequency single-chip integrated circuits, thereby reducing design time and making accurate designs to desired specifications.

Claims (3)

초고주파 단일칩 집적회로의 능동소자로 사용되는 초고주파 반도체 소자에 있어서, In the ultra-high frequency semiconductor device used as an active element of the ultra-high frequency single chip integrated circuit, 게이트 전극, 드레인 전극 및 소스 전극과 게이트 확장전극, 드레인 확장전극 및 측정용 소스 패드로 구성된 것을 특징으로 하는 초고주파 반도체 소자.A high frequency semiconductor device comprising a gate electrode, a drain electrode and a source electrode, and a gate extension electrode, a drain extension electrode, and a measurement source pad. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 및 드레인 확장전극의 크기는 초고주파 단일칩 집적회로의 설계시 회로 구조와 사용 주파수 대역의 전송 선로 임피던스 정합에 맞는 크기로 제작되는 것을 특징으로 하는 초고주파 반도체 소자.The ultra-high frequency semiconductor device of claim 1, wherein the gate and drain extension electrodes have a size that matches a circuit structure and a transmission line impedance match of a frequency band used in the design of the ultra-high frequency single chip integrated circuit. 제 1 항에 있어서, 상기 측정용 소스 패드에, 입력 및 출력 측정 기준점을 나타내는 측정 부표가 설치되는 것을 특징으로 하는 초고주파 반도체 소자.The ultra-high frequency semiconductor device according to claim 1, wherein a measurement buoy indicating an input and an output measurement reference point is provided on the measurement source pad.
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