KR20230144782A - Hybrid Integrated Circuit - Google Patents

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KR20230144782A
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Abstract

본 발명은 하이브리드 집적회로에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정을 통하여 적어도 하나의 수동 소자를 포함한 집적 회로가 형성되고, 상면 일부분에 능동 소자 삽입을 위한 홈부가 가공된 제1 반도체, 및 상기 제1 반도체의 홈부에 장착되고, 3-5족 화합물 반도체 공정을 통하여 형성되며, 상기 수동 소자와 연결되는 능동 소자인 제2 반도체를 포함하며, 상기 제1 반도체의 수동 소자는, 상기 제2 반도체와 금속 선로를 통하여 서로 연결된 하이브리드 집적회로를 제공한다.
본 발명에 따르면, 기존의 CMOS 기반의 단일 집적회로의 성능 개선을 위하여 CMOS 기반의 집적회로에서 고성능이 요구되는 특정 트랜지스터를 III-V 화합물 반도체 기반 트랜지스터로 대체함으로써, 송수신 집적회로의 집적도를 높게 유지 하면서도 송수신 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
The present invention relates to hybrid integrated circuits. According to the present invention, an integrated circuit including at least one passive element is formed through a Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) process, a first semiconductor having a groove for inserting an active element in a portion of the upper surface, and the first semiconductor. It is mounted on the groove portion of the , is formed through a Group 3-5 compound semiconductor process, and includes a second semiconductor, which is an active element connected to the passive element, and the passive element of the first semiconductor is connected to the second semiconductor and the metal line. It provides hybrid integrated circuits connected to each other through.
According to the present invention, in order to improve the performance of existing CMOS-based single integrated circuits, specific transistors requiring high performance in CMOS-based integrated circuits are replaced with III-V compound semiconductor-based transistors, thereby maintaining high integration of the transmitting and receiving integrated circuits. However, it has the advantage of improving transmission and reception performance.

Description

하이브리드 집적회로{Hybrid Integrated Circuit}Hybrid Integrated Circuit

본 발명은 하이브리드 집적회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 송수신 집적회로의 집적도를 높게 유지 하면서도 송수신 성능을 향상시킬 수 있는 하이브리드 집적회로에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid integrated circuit, and more specifically, to a hybrid integrated circuit that can improve transmission and reception performance while maintaining a high degree of integration of the transmission and reception integrated circuit.

5세대 이동 통신 기술의 상용화와 더불어 빔포밍(Beamforming) 기술은 무선통신을 위한 송수신 시스템의 핵심 기술 중의 하나로 자리매김 하고 있다. With the commercialization of 5th generation mobile communication technology, beamforming technology has established itself as one of the core technologies of the transmission and reception system for wireless communication.

이와 같은 빔포밍 기술은 5세대 이동 통신뿐만 아니라 6세대 이동 통신에도 적용될 것으로 예상되고 있으며, 향후 다양한 무선 분야에서 활발하게 적용될 것으로 전망 된다. 이와 같은 빔포밍 기술은 배열 형태로 구현되는 안테나와 각 안테나와 연결 된 송수신 회로부로 구성 된다. This beamforming technology is expected to be applied not only to 5th generation mobile communications but also to 6th generation mobile communications, and is expected to be actively applied in various wireless fields in the future. This beamforming technology consists of antennas implemented in an array and a transmission/reception circuit connected to each antenna.

도 1은 시간 분할 방식을 이용한 송수신단의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 주파수 분할 방식을 이용한 송수신단의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1과 도 2는 설명의 편의상 4개의 송수신단으로 이루어진 빔포밍 시스템 구조를 예시하고 있으며 채널 수는 반드시 이에 제한되지 않는다. Figure 1 is a diagram showing the configuration of a transmitting and receiving terminal using a time division method, and Figure 2 is a diagram showing the configuration of a transmitting and receiving terminal using a frequency division method. Figures 1 and 2 illustrate a beamforming system structure consisting of four transmitting and receiving terminals for convenience of explanation, and the number of channels is not necessarily limited thereto.

먼저, 시간 분할 방식(TDD)을 사용하는 경우에는 도 1의 상단 그림과 같이 한 개의 송수신단에 하나의 안테나가 연결되며, 내부의 스위치를 이용하여 송신단과 수신단을 선택적으로 연결하여 동작한다. 즉, 채널(Channel) 하나당 한 개의 안테나가 연결된다. First, when using the time division method (TDD), one antenna is connected to one transmitting and receiving end as shown in the top picture of FIG. 1, and it operates by selectively connecting the transmitting end and the receiving end using an internal switch. In other words, one antenna is connected to each channel.

주파수 분할 방식(FDD)를 사용하는 경우, 도 2와 같이 한 개의 송수신단에 두 개의 안테나가 연결되는데, 송신단과 수신단 각각이 송신 안테나 및 수신 안테나에 개별 연결된다. 즉, 채널 하나당 두 개의 안테나가 연결된다. When using the frequency division method (FDD), two antennas are connected to one transmitting and receiving end as shown in FIG. 2, and the transmitting end and the receiving end are individually connected to the transmitting antenna and the receiving antenna. That is, two antennas are connected to each channel.

도 1 및 도 2에 보인 바와 같이, TDD 및 FDD 방식에 따라 다소 차이는 있으나, 안테나에 대응하여 송수신단의 개수가 결정된다. 이와 같은 빔포밍 시스템은 기존의 다른 이동통신 시스템과 비교하여 송수신단의 개수가 여러 개가 필요하다는 특징이 있으며, 반복적으로 사용되는 송수신단을 채널이라고 명명한다. 도 1 및 도 2에서는 송수신단 채널이 4개인 경우의 일예이다. As shown in Figures 1 and 2, there are some differences depending on the TDD and FDD methods, but the number of transmitting and receiving terminals is determined corresponding to the antenna. Compared to other existing mobile communication systems, this beamforming system has the characteristic of requiring multiple transmitting and receiving terminals, and the repeatedly used transmitting and receiving terminals are called channels. Figures 1 and 2 show an example where there are four channels at the transmitting and receiving end.

통상적으로, 한 개의 송수신단이 사용되던 이동통신 시스템과는 달리, 빔포밍 시스템의 경우, 송수신단의 크기가 전체 시스템의 구현 가능성을 결정하는 주요 요소가 된다. 이의 설명을 위한 도면을 도 3에 나타내였다.Unlike mobile communication systems that typically use a single transmitter/receiver, in the case of a beamforming system, the size of the transmitter/receiver is a major factor in determining the feasibility of implementing the entire system. A drawing for explanation of this is shown in Figure 3.

도 3은 송수신단 집적도에 따른 안테나와의 결선 개념도이다. 도 3의 (a)는 높은 집적도의 송수신단이고, 도 3의 (b)는 낮은 집적도의 송수신단을 표현한 것이다.Figure 3 is a conceptual diagram of antenna and wiring according to the transmitter/receiver integration degree. Figure 3(a) represents a high-integration transmitting/receiving terminal, and Figure 3(b) represents a low-integration transmitting/receiving terminal.

도 3에서는 TDD 방식과 FDD 방식 중에서 TDD 방식을 일예로 들었으나, 송수신단의 크기에 따른 문제점은 두 가지 경우 모두 동일하거나 유사하다. 도 3의 (a)는 송수신단의 크기가 안테나 배열의 크기와 동일하여 높은 집적도를 보여준다. In Figure 3, the TDD method is used as an example among the TDD method and the FDD method, but problems depending on the size of the transmitting and receiving terminal are the same or similar in both cases. Figure 3(a) shows high integration as the size of the transmitter and receiver is the same as the size of the antenna array.

하지만, 도 3의 (b)와 같이, 송수신단의 크기가 안테나 배열의 크기보다 크게 형성될 경우에는 전체적인 시스템 면적의 증가 문제와 더불어, 각 송수신단 채널과 안테나간의 전기적인 연결 선로가 각 채널 별로 상이하게 형성되어 의도한 빔포밍 성능을 확보할 수 없게 된다. 뿐만 아니라, 도 3의 (b) 처럼, 안테나와 송수신단 간 연결 선로가 길어질 경우, 연결 선로에 의한 전력 누수 현상으로 인하여 최고 출력 전력 및 잡음 억제 성능이 열화되는 문제점이 있다. However, as shown in (b) of Figure 3, when the size of the transmitting and receiving terminal is formed larger than the size of the antenna array, in addition to the problem of increasing the overall system area, the electrical connection line between each transmitting and receiving terminal channel and the antenna is required for each channel. If they are formed differently, the intended beamforming performance cannot be secured. In addition, as shown in Figure 3 (b), when the connection line between the antenna and the transmitting and receiving terminal is long, there is a problem in that the maximum output power and noise suppression performance are deteriorated due to power leakage due to the connecting line.

이에 따라 빔포밍 시스템에서는 송수신단을 구성하는 각 채널의 크기는 매우 중요한 요소이며, 송수신단의 크기를 축소하기 위하여 빔포밍 시스템에서는 집적도가 가장 높은 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, 상보성 금속 산화막 반도체) 공정을 기반으로 송수신단을 구성하는 것이 일반적이다. Accordingly, in a beamforming system, the size of each channel that makes up the transmitter and receiver is a very important factor. In order to reduce the size of the transmitter and receiver, the beamforming system uses CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), which has the highest integration. It is common to configure the transmitter and receiver based on the process.

이와 같은 CMOS 공정은 높은 집적도 덕분에 빔포밍 시스템에 적합한 장점은 있으나, 일반적으로 CMOS 기반의 능동 소자는 화합물 반도체와 비교하여 상대적으로 선형성, 출력 전력 및 동작 주파수 관점에서 낮은 성능을 나타내는 단점을 갖는다. This CMOS process has the advantage of being suitable for beamforming systems due to its high integration, but in general, CMOS-based active devices have the disadvantage of showing relatively low performance in terms of linearity, output power, and operating frequency compared to compound semiconductors.

이러한 낮은 성능의 CMOS 능동 소자 특성으로 인하여, 송신부에서는 출력 전력을 충분히 증가 시킬 수 없다는 한계가 있으며, 수신부에서는 잡음 지수가 열화 된다는 한계가 있다. Due to these low-performance CMOS active device characteristics, there is a limitation in that the output power cannot be sufficiently increased in the transmitter and the noise figure is deteriorated in the receiver.

결과적으로, CMOS 공정은 빔포밍 시스템을 위한 높은 집적도를 제공하여 빔포밍 시스템의 구현을 현실화 하는 큰 장점이 있는 반면, 능동 소자의 성능 한계에 따라 송수신 신호 특성이 열화된다는 단점이 있다.As a result, while the CMOS process has the great advantage of making the implementation of the beamforming system a reality by providing high integration for the beamforming system, it has the disadvantage of deteriorating the transmission and reception signal characteristics due to the performance limitations of the active elements.

이를 극복하기 위한 종래 기술로는 CMOS 공정 기반 집적회로와 3족 및 5족 원소를 기반으로 하는 화합물 반도체 기반 집적회로를 함께 사용하는 기술이 있다. Conventional technologies to overcome this include a technology that uses a CMOS process-based integrated circuit and a compound semiconductor-based integrated circuit based on Group 3 and Group 5 elements.

도 4는 III-V 반도체 공정을 이용하여 전력 증폭기와 저잡음 증폭기를 구성한 기존 연구의 일예를 설명하는 도면이다. 도 4는 박스 표시한 것과 같이 송수신단을 단일 칩이 아닌 4개의 칩으로 구현한 구조를 나타낸다.Figure 4 is a diagram illustrating an example of existing research in constructing a power amplifier and a low-noise amplifier using a III-V semiconductor process. Figure 4 shows a structure in which the transmitter and receiver are implemented with four chips rather than a single chip, as indicated by a box.

일반적으로, 송신단의 출력전력 특성은 송신단을 구성하고 있는 전력 증폭기(PA; Power Amplifier)에 의해 결정 되는데, 도 4와 같이 송신단은 CMOS를 기반으로 구성하되, 전력 증폭기(PA)는 화합물 반도체로 구성하여 출력 전력을 향상시킬 수 있다. Generally, the output power characteristics of the transmitting terminal are determined by the power amplifier (PA) that constitutes the transmitting terminal. As shown in Figure 4, the transmitting terminal is configured based on CMOS, but the power amplifier (PA) is composed of a compound semiconductor. This can improve output power.

또한 수신단의 잡음 억제 성능은 수신단을 구성하고 있는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)에 의해 결정되는데, 도 4와 같이 수신단은 CMOS를 기반으로 구성하되, 저잡음 증폭기(LNA)는 잡음 억제 성능이 뛰어난 화합물 반도체로 구성하여 잡음 억제 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, the noise suppression performance of the receiving end is determined by the low noise amplifier (LNA) that constitutes the receiving end. As shown in Figure 4, the receiving end is configured based on CMOS, but the low noise amplifier (LNA) has excellent noise suppression performance. Noise suppression performance can be improved by making it a compound semiconductor.

이때, 전력 증폭기(PA)와 저잡음 증폭기(LNA)를 각각 출력 전력 및 잡음 억제 성능에 강점을 가지는 서로 다른 화합물 반도체로 구성할 수 있는데, 이 경우 세 가지의 서로 다른 반도체 공정을 이용하기 때문에, 생산 단가가 증가하고, 전체 시스템의 크기가 증가 한다는 단점이 있다. At this time, the power amplifier (PA) and low noise amplifier (LNA) can be composed of different compound semiconductors that each have strengths in output power and noise suppression performance. In this case, three different semiconductor processes are used, so the production The disadvantage is that the unit cost increases and the size of the overall system increases.

다음으로는 전력 증폭기(PA)와 저잡음 증폭기(LNA)를 동일한 화합물 반도체 공정으로 구현하는 방법이 있는데, 이는 세 개의 서로 다른 반도체 공정을 이용하는 경우 대비 전체적인 시스템 크기의 절감을 기대할 수 있으나, 여전히 두 개의 서로 다른 공정을 사용하기 때문에, 집적회로간 연결 선로 등으로 인하여 전체적인 시스템 크기가 증가하는 문제점이 있다. Next, there is a method of implementing the power amplifier (PA) and low noise amplifier (LNA) using the same compound semiconductor process. This can be expected to reduce the overall system size compared to using three different semiconductor processes, but still requires two Because different processes are used, there is a problem that the overall system size increases due to connection lines between integrated circuits.

뿐만 아니라, 일반적인 빔포밍 시스템의 동작 주파수를 고려할 때, 이와 같은 종래 기술의 경우, 서로 다른 집적회로를 연결하기 위하여 추가되는 본더-와이어 및 PCB 선로 등에 의한 기생 성분으로 전체 시스템의 성능이 열화 되고, 각 송수신단 채널간 성능 차이가 발생 할 수 있는 문제점이 있다. In addition, considering the operating frequency of a general beamforming system, in the case of this prior art, the performance of the entire system is degraded due to parasitic components caused by bonder wires and PCB lines added to connect different integrated circuits, There is a problem that performance differences may occur between each transmitting and receiving end channel.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2001-0050332호(2001.06.15 공개)에 개시되어 있다.The technology behind the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2001-0050332 (published on June 15, 2001).

본 발명은, 집적도가 높은 CMOS 공정 기술로 구성된 송수신 집적회로에서 고성능 트랜지스터가 요구되는 특정 트랜지스터를 III-V 화합물 반도체 기반 트랜지스터로 대체함으로써 송수신 집적회로의 집적도를 높게 유지하면서도 송수신 성능을 향상시킬 수 있는 하이브리드 집적회로를 제공하는데 목적이 있다.The present invention replaces specific transistors that require high-performance transistors with III-V compound semiconductor-based transistors in a transmission and reception integrated circuit composed of highly integrated CMOS process technology, thereby improving transmission and reception performance while maintaining a high degree of integration of the transmission and reception integrated circuit. The purpose is to provide a hybrid integrated circuit.

본 발명은 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정을 통하여 적어도 하나의 수동 소자를 포함한 집적 회로가 형성되고, 상면 일부분에 능동 소자 삽입을 위한 홈부가 가공된 제1 반도체, 및 상기 제1 반도체의 홈부에 장착되고, 3-5족 화합물 반도체 공정을 통하여 형성되며, 상기 수동 소자와 연결되는 능동 소자인 제2 반도체를 포함하며, 상기 제1 반도체의 수동 소자는, 상기 제2 반도체와 금속 선로를 통하여 서로 연결된 하이브리드 집적회로를 제공한다.The present invention relates to a first semiconductor in which an integrated circuit including at least one passive element is formed through a Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) process, a groove for inserting an active element is machined in a portion of the upper surface, and the groove of the first semiconductor is provided. It is mounted on, is formed through a Group 3-5 compound semiconductor process, and includes a second semiconductor, which is an active element connected to the passive element, and the passive element of the first semiconductor is connected to the second semiconductor through a metal line. Provides interconnected hybrid integrated circuits.

또한, 상기 능동 소자는 트랜지스터일 수 있다.Additionally, the active element may be a transistor.

또한, 상기 제1 반도체는 이동통신용 빔포밍 시스템을 위한 송신단이 CMOS 공정을 통해 상기 집적 회로로 형성되고, 상기 능동 소자는, 상기 송신단의 최종단인 전력 증폭기(Power Amplifier)를 구성한 증폭단 중에서 최종 증폭단인 전력증폭단(Power Stage) 내의 전력 트랜지스터일 수 있다.In addition, the first semiconductor is a transmitting stage for a beamforming system for mobile communication and is formed as the integrated circuit through a CMOS process, and the active element is the final amplifying stage among the amplifying stages that constitute the power amplifier, which is the final stage of the transmitting stage. It may be a power transistor in a power amplification stage (Power Stage).

또한, 상기 제1 반도체는, 반도체 기판 상에 서로 이격되어 나란히 형성된 제1 및 제2 수동 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 수동 소자는, 상기 전력증폭단 내에서 상기 전력 트랜지스터의 입력단과 출력단에 각각 연결되는 입력 정합회로(input matching network) 및 출력 정합회로(input matching network)일 수 있다.In addition, the first semiconductor includes first and second passive elements formed side by side and spaced apart from each other on a semiconductor substrate, and the first and second passive elements are located at the input terminal and the output terminal of the power transistor within the power amplification stage. It may be an input matching network and an output matching network respectively connected to .

그리고, 본 발명은, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정을 통하여 적어도 하나의 수동 소자를 포함한 집적 회로가 형성되는 제1 반도체, 및 상기 제1 반도체의 상측에 마주보는 형태로 적층 배치되고, 3-5족 화합물 반도체 공정을 통하여 형성되며, 상기 수동 소자와 연결되는 능동 소자인 제2 반도체를 포함하고, 상기 제1 반도체의 수동 소자는, 상기 제2 반도체와 금속 선로를 통하여 서로 연결된 하이브리드 집적회로를 제공한다.In addition, the present invention includes a first semiconductor on which an integrated circuit including at least one passive element is formed through a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) process, and 3 stacked on top of the first semiconductor, facing each other. -A hybrid integrated circuit formed through a Group 5 compound semiconductor process and comprising a second semiconductor, which is an active element connected to the passive element, and the passive element of the first semiconductor is connected to the second semiconductor and a metal line. provides.

또한, 상기 금속 선로는, 상기 적층 시 상기 수동 소자와 상기 능동 소자의 서로 마주보는 접속 단자 간을 연결할 수 있다. Additionally, the metal line may connect opposing connection terminals of the passive element and the active element during the stacking.

또한, 상기 제1 반도체는, 반도체 기판 상에 서로 이격되어 나란히 형성된 제1 및 제2 수동 소자를 포함하고, 상기 제2 반도체는, 상기 제1 반도체의 기판 표면으로부터 이격된 상태로 기판 양측 가장자리 부분이 상기 제1 및 제2 수동 소자의 각 가장자리 상면을 커버하도록 적층될 수 있다.In addition, the first semiconductor includes first and second passive elements formed side by side and spaced apart from each other on a semiconductor substrate, and the second semiconductor is located on both edge portions of the substrate while being spaced apart from the substrate surface of the first semiconductor. These may be stacked to cover the upper surfaces of each edge of the first and second passive elements.

본 발명에 따르면, 기존의 CMOS 기반의 단일 집적회로의 성능 개선을 위하여 CMOS 기반의 집적회로에서 고성능이 요구되는 특정 트랜지스터를 III-V 화합물 반도체 기반 트랜지스터로 대체함으로써, 송수신 집적회로의 집적도를 높게 유지 하면서도 송수신 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, in order to improve the performance of existing CMOS-based single integrated circuits, specific transistors requiring high performance in CMOS-based integrated circuits are replaced with III-V compound semiconductor-based transistors, thereby maintaining high integration of the transmitting and receiving integrated circuits. However, it has the advantage of improving transmission and reception performance.

도 1은 시간 분할 방식을 이용한 송수신단의 구성을 나타낸 도면이다
도 2는 주파수 분할 방식을 이용한 송수신단의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 송수신단 집적도에 따른 안테나와의 결선 개념도이다.
도 4는 III-V 반도체 공정을 이용하여 전력 증폭기와 저잡음 증폭기를 구성한 기존 연구의 일예를 설명하는 도면이다.
도 5는 일반적인 고주파 송신단, 송신단 내 전력증폭기, 전력증폭기 내 전력증폭단의 구조를 순차적으로 보인 도면이다.
도 6은 CMOS 반도체로 형성되는 전력증폭단 반도체의 평면도 및 단면도를 개념적으로 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 집적회로를 구현하기 위한 전력증폭단 반도체의 평면도 및 단면도를 보인 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 집적회로의 구조를 설명한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 집적회로의 구조를 설명한 도면이다.
Figure 1 is a diagram showing the configuration of a transmitting and receiving terminal using a time division method.
Figure 2 is a diagram showing the configuration of a transmitter and receiver using a frequency division method.
Figure 3 is a conceptual diagram of wiring with an antenna according to the transmitter/receiver integration degree.
Figure 4 is a diagram illustrating an example of existing research in constructing a power amplifier and a low-noise amplifier using a III-V semiconductor process.
Figure 5 is a diagram sequentially showing the structure of a general high-frequency transmission stage, a power amplifier within the transmission stage, and a power amplification stage within the power amplifier.
Figure 6 is a diagram conceptually showing a plan view and a cross-sectional view of a power amplifier semiconductor formed of a CMOS semiconductor.
Figure 7 is a plan view and cross-sectional view of a power amplifier semiconductor for implementing a hybrid integrated circuit according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram explaining the structure of a hybrid integrated circuit according to the first embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram explaining the structure of a hybrid integrated circuit according to a second embodiment of the present invention.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Then, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "electrically connected" with another element in between. . Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

본 발명에 의한 하이브리드 집적회로는 배열 안테나를 사용하는 빔포밍 시스템에서 그 효과를 극대화할 수 있으나, 실시 예에서는 본 발명이 적용될 수 있는 일반적인 고주파 송수신단을 이용하여 설명한다. The hybrid integrated circuit according to the present invention can maximize its effect in a beamforming system using an array antenna, but in the embodiment, the present invention is explained using a general high-frequency transmitting and receiving stage to which the present invention can be applied.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 집적회로가 적용되는 고주파 송신단의 구성에 관하여 도 5를 통하여 설명한다. Hereinafter, the configuration of a high-frequency transmitter to which a hybrid integrated circuit according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG. 5.

도 5는 일반적인 고주파 송신단, 송신단 내 전력증폭기, 전력증폭기 내 전력증폭단의 구조를 순차적으로 보인 도면이다.Figure 5 is a diagram sequentially showing the structure of a general high-frequency transmission stage, a power amplifier within the transmission stage, and a power amplification stage within the power amplifier.

일반적으로 고주파 송신단은 가변이득증폭기(Variable Gain Amplifier, VGA), 위상 변환기(Phase Shifter, PS), 전력증폭기(Power Amplifier, PA)(10)를 포함하고, 전력증폭기(10)는 다시 제1 구동 증폭단(1st Driver Stage), 제2 구동 증폭단(2nd Driver Stage), 전력 증폭단(Power Stage)(11)을 포함한다. 또한, 전력 증폭단(11)은 다시 입력 매칭회로(Input Matching Network)(12), 전력 트랜지스터(Power Transistor)(13), 출력 매칭회로(Output Matching Network)(14)를 포함한다. Generally, the high-frequency transmitting stage includes a variable gain amplifier (VGA), a phase shifter (PS), and a power amplifier (PA) 10, and the power amplifier 10 is again the first drive. It includes an amplifier stage (1st Driver Stage), a second driver stage (2nd Driver Stage), and a power stage (Power Stage) 11. In addition, the power amplification stage 11 includes an input matching network 12, a power transistor 13, and an output matching network 14.

고주파 송신단은 무선 통신을 위하여 변조된 신호를 충분히 큰 출력 전력으로 안테나로 전달하는 역할을 하며, 이때 주요 성능 지표는 선형성 및 출력 전력이 된다. 이와 같은 성능 지표에 가장 큰 영향을 주는 것은 송신단의 최종 회로인 전력 증폭기(10)이며, 전력 증폭기(10)를 구성하는 증폭단 중에서도 가장 최종적인 증폭단인 전력 증폭단(11)이다. The high-frequency transmitter serves to transmit the modulated signal to the antenna with sufficiently large output power for wireless communication, and the main performance indicators at this time are linearity and output power. What has the greatest influence on these performance indicators is the power amplifier 10, which is the final circuit of the transmitting stage, and the power amplifier stage 11, which is the most final amplifier stage among the amplification stages constituting the power amplifier 10.

이와 같이 송신단의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 세부적인 요소는 전력증폭단(11)인데, 전력 증폭단(11)은 수동 소자로 구성되는 정합 회로(12, 14)와 그 사이의 능동 소자(13)로 구성된다. 이 중에서도 송신단의 성능 지표에 가장 많은 영향을 미치는 부분은 도 5에서 전력 트랜지스터(Power Transistor)라고 표기된 능동 소자(13)이다. As such, the detailed element that has the greatest impact on the performance of the transmitting stage is the power amplification stage 11, which consists of matching circuits 12 and 14 composed of passive elements and active elements 13 between them. It is composed. Among these, the part that has the greatest influence on the performance indicators of the transmitter is the active element 13, indicated as a power transistor in FIG. 5.

일반적으로 높은 집적도의 장점을 얻기 위하여 CMOS 공정으로 송신단을 구성 하는 경우, CMOS 기반의 능동 소자의 비선형성 및 낮은 항복 전압 등으로 인하여 송신단의 선형성과 출력 전력 특성은 화합물 반도체 기반의 송신단에 비하여 낮게 나타난다. In general, when a transmitter is configured with a CMOS process to take advantage of high integration, the linearity and output power characteristics of the transmitter appear lower than those of a compound semiconductor-based transmitter due to the nonlinearity and low breakdown voltage of CMOS-based active devices. .

본 발명의 실시예에서는 CMOS의 높은 집적도를 유지하면서 송신단의 성능을 개선하기 위하여, 도 5의 CMOS 기반 전력 증폭단(11)을 구성하고 있는 전력 트랜지스터(13)를 높은 선형성과 높은 항복 전압을 가지는 화합물 기반의 전력 트랜지스터로 대체 하는 기술을 제안한다.In an embodiment of the present invention, in order to improve the performance of the transmitter while maintaining the high degree of integration of CMOS, the power transistor 13 constituting the CMOS-based power amplifier 11 of FIG. 5 is replaced with a compound having high linearity and high breakdown voltage. We propose a technology to replace it with a power transistor-based power transistor.

도 6은 CMOS 반도체로 형성되는 전력증폭단 반도체의 평면도 및 단면도를 개념적으로 보인 도면이다. 평면도에서와 같이 수동 소자 영역(Passive Device Region)과 능동 소자 영역(Transistor Region)은 겹치는 부분이 없이 반도체 기판위에 형성 되며, 수동 소자(21, 23)와 능동 소자(22)는 반도체 공정에서 제공하는 금속 선로를 이용하여 서로 연결된다.Figure 6 is a diagram conceptually showing a plan view and a cross-sectional view of a power amplifier semiconductor formed of a CMOS semiconductor. As shown in the top view, the passive device region and the active device region (Transistor Region) are formed on the semiconductor substrate without overlapping parts, and the passive devices 21 and 23 and the active device 22 are provided by the semiconductor process. They are connected to each other using metal wires.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 집적회로를 구현하기 위한 전력증폭단 반도체의 평면도 및 단면도를 보인 도면이다. Figure 7 is a plan view and cross-sectional view of a power amplifier semiconductor for implementing a hybrid integrated circuit according to an embodiment of the present invention.

이와 같이 본 발명에 의한 하이브리드 집적 회로를 구현하기 위해서는 도 7과 같이 대상 능동 소자를 제외한 형태로 CMOS 집적회로를 구성한다. 이러한 도 7에 보인 기판은 후술하는 CMOS 공정을 기반으로 하는 제1 반도체에 해당한다.In order to implement the hybrid integrated circuit according to the present invention, the CMOS integrated circuit is configured in a form excluding the target active element as shown in FIG. 7. The substrate shown in FIG. 7 corresponds to the first semiconductor based on the CMOS process described later.

그리고 본 발명에 의한 하이브리드 집적 회로를 구현하는데 필요한 대상 능동 소자는 화합물 반도체 기반의 트랜지스터로 대체된다. 화합물 반도체 기반의 트랜지스터는 후술하는 제2 반도체에 해당한다. And the target active element required to implement the hybrid integrated circuit according to the present invention is replaced with a compound semiconductor-based transistor. A compound semiconductor-based transistor corresponds to the second semiconductor, which will be described later.

도 7과 같이 화합물 반도체로 대체하기 위한 능동 소자 부분이 없는 CMOS 집적 회로는 도 8 또는 도 9와 같은 과정을 통하여 본 발명에 의한 하이브리드 집적회로로 구현된다. As shown in FIG. 7 , a CMOS integrated circuit without an active element portion for replacement with a compound semiconductor is implemented as a hybrid integrated circuit according to the present invention through the same process as FIG. 8 or FIG. 9 .

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 집적회로의 구조를 설명한 도면이다. Figure 8 is a diagram explaining the structure of a hybrid integrated circuit according to the first embodiment of the present invention.

도 8에 보인 제1 실시예에 따른 하이브리드 집적회로(100)는 1단계 내지 3단계의 과정을 통해 제조될 수 있으며, 맨 하단 그림은 최종 완성된 3단계의 모습에 대응하는 평면도를 나타낸다. The hybrid integrated circuit 100 according to the first embodiment shown in FIG. 8 can be manufactured through a process of steps 1 to 3, and the bottom figure shows a plan view corresponding to the final completed step 3.

도 8를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 집적회로(100)는 CMOS 공정 기반의 제1 반도체(110)(CMOS 반도체)와 화합물 공정 기반의 제2 반도체(120)(화합물 반도체)를 포함하여 구성되고, 3단계의 그림과 같이 제1 반도체(110)의 홈부(112) 내에 능동 소자가 형성된 화합물 기반의 제2 반도체(120)가 끼워진 상태에서 서로 금속 선로(L1, L2)로 연결(전기적 결선)된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 8, the hybrid integrated circuit 100 according to the first embodiment of the present invention includes a first semiconductor 110 based on a CMOS process (CMOS semiconductor) and a second semiconductor 120 based on a compound process (compound semiconductor). ), and the second semiconductor 120 based on a compound with an active element formed in the groove 112 of the first semiconductor 110 is inserted as shown in the figure in step 3, and the metal lines (L1, L2) are connected to each other. It has a structure that is connected (electrically wired).

이를 통하여 서로 다른 공정으로 제조되는 제1 반도체(110)와 제2 반도체(120)가 서로 조합된 구조의 하이브리드 집적회로가 단일의 기판 상에 구현된다.Through this, a hybrid integrated circuit having a structure in which the first semiconductor 110 and the second semiconductor 120 manufactured through different processes are combined is implemented on a single substrate.

여기서, 제1 반도체(110)는 CMOS 공정을 통하여 적어도 하나의 수동 소자(111)를 형성하고 있다. 이러한 제1 반도체(110)는 상면 일부분에 능동 소자 삽입을 위한 홈부(112)가 가공되어 있다. 여기서 홈부(112)는 식각 또는 에칭 공정에 의해 가공될 수 있다. Here, the first semiconductor 110 forms at least one passive element 111 through a CMOS process. This first semiconductor 110 has a groove 112 formed on a portion of its upper surface for inserting active elements. Here, the groove 112 may be processed by an etching or etching process.

아울러 수동 소자(111)는 앞서 도 5에서 설명한 전력 증폭단(11) 내의 매칭 네트워크에 해당할 수 있다.In addition, the passive element 111 may correspond to a matching network within the power amplification stage 11 previously described in FIG. 5.

제2 반도체(120)는 화합물 반도체 공정을 통하여 형성되며, 수동 소자(111)와 연결되는 능동 소자(트랜지스터)에 해당한 부분이다. 이러한 능동 소자는 3-5(III-V)족 화합물 반도체 공정으로 제조될 수 있다.The second semiconductor 120 is formed through a compound semiconductor process and corresponds to an active device (transistor) connected to the passive device 111. These active devices can be manufactured using a group 3-5 (III-V) compound semiconductor process.

이와 같이 화합물 기반으로 제조되는 제2 반도체(120)는 그 자체가 능동 소자에 해당하므로, 이하에서는 설명의 편의상 제2 반도체(120)를 '능동 소자'로 명명한다. Since the second semiconductor 120 manufactured based on a compound as described above itself corresponds to an active device, hereinafter, for convenience of explanation, the second semiconductor 120 will be referred to as an 'active device'.

능동 소자(120)는 앞서 도 5에서 설명한 전력 증폭단(11) 내의 전력 트랜지스터(13) 소자에 해당할 수 있다.The active element 120 may correspond to the power transistor 13 element in the power amplification stage 11 previously described in FIG. 5.

이러한 제2 반도체(120)는 제1 반도체(110)의 홈부(112)에 삽입 장착된다. 여기서 장착 부위에는 별도의 고정 수단, 접착제 등이 사용될 수 있다. This second semiconductor 120 is inserted and mounted into the groove portion 112 of the first semiconductor 110. Here, a separate fixing means, adhesive, etc. may be used at the mounting site.

이와 같이 CMOS 기반으로 제조된 제1 반도체(110)(CMOS 반도체)의 수동 소자(111)는 화합물 반도체 공정으로 이루어진 제2 반도체(화합물 반도체)의 능동 소자(120)와 금속 선로(L1, L2)를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. In this way, the passive elements 111 of the first semiconductor 110 (CMOS semiconductor) manufactured based on CMOS are the active elements 120 and metal lines (L1, L2) of the second semiconductor (compound semiconductor) made by a compound semiconductor process. They can be electrically connected to each other through .

그 제조 과정을 보면, 도 8의 1단계는 화합물 반도체로 대체하기 위한 능동 소자 영역(홈부)(112)을 식각하는 단계이다. 2단계는 식각된 영역(112)에 화합물 반도체로 구현된 능동 소자가 배치되는 단계이다. 마지막으로 3단계는 하이브리드 집적회로 상에 위치하게 되는 능동 소자(120)와 수동 소자(111) 간의 연결을 위하여 후공정을 통하여 금속 선로(L1, L2)를 형성하는 단계이다.Looking at the manufacturing process, step 1 of FIG. 8 is a step of etching the active element region (groove portion) 112 to be replaced with a compound semiconductor. In the second step, an active element implemented as a compound semiconductor is placed in the etched area 112. Lastly, step 3 is a step of forming metal lines (L1, L2) through a post-process to connect the active element 120 and the passive element 111 located on the hybrid integrated circuit.

본 발명의 실시예에서 제1 반도체(110)에는 수동 소자(111)를 포함하는 집적 회로가 CMOS 공정을 기반으로 형성될 수 있다. 여기서, 집적 회로는 도 5에 나타낸 것과 같은 이동통신용 빔포밍 시스템을 위한 송신단 회로에 해당할 수 있다. In an embodiment of the present invention, an integrated circuit including a passive element 111 may be formed in the first semiconductor 110 based on a CMOS process. Here, the integrated circuit may correspond to a transmitter circuit for a beamforming system for mobile communication as shown in FIG. 5.

이때, 능동 소자(120)는 도 5에서 송신단의 최종단인 전력 증폭기(10)를 구성한 증폭단 중에서 최종 증폭단인 전력증폭단(12) 내의 전력 트랜지스터(13)에 해당한다.At this time, the active element 120 corresponds to the power transistor 13 in the power amplification stage 12, which is the final amplification stage among the amplification stages that constitute the power amplifier 10, which is the final stage of the transmission stage in FIG. 5.

또한, 제1 반도체(110)에서 수동 소자(111)는 반도체 기판 상에 서로 이격되어 나란히 형성된 제1 및 제2 수동 소자(111-1,111-2)를 포함한다. 이때, 제1 및 제2 수동 소자(111-1,111-2)는 전력증폭단 내에서 전력 트랜지스터(13)의 입력단과 출력단에 각각 연결되는 입력 정합회로(12) 및 출력 정합회로(14)에 해당한다. Additionally, in the first semiconductor 110, the passive element 111 includes first and second passive elements 111-1 and 111-2 formed side by side and spaced apart from each other on the semiconductor substrate. At this time, the first and second passive elements 111-1 and 111-2 correspond to the input matching circuit 12 and the output matching circuit 14 respectively connected to the input terminal and output terminal of the power transistor 13 in the power amplifier stage. .

즉, 이 경우, 송신단 회로 내의 타겟이 되는 능동 소자 즉, 전력 증폭단의 전력 트랜지스터(13)는 화합물 반도체 공정 기반의 제2 반도체(120)(화합물 반도체)로 제조된 상태에서, 제1 반도체(110)의 홈부(112)에 삽입 장착되며, 제1 반도체(110)(CMOS 반도체) 상의 수동 소자(111-1,111-2)와 금속 선로(L1, L2)에 의해 연결된다. 이러한 방법으로 고주파 송신단을 위한 하이브리드 집적회로가 제조될 수 있다. That is, in this case, the target active element in the transmitting circuit, that is, the power transistor 13 of the power amplification stage, is manufactured with the second semiconductor 120 (compound semiconductor) based on the compound semiconductor process, and the first semiconductor 110 ) and is connected to the passive elements 111-1 and 111-2 on the first semiconductor 110 (CMOS semiconductor) by metal lines L1 and L2. In this way, a hybrid integrated circuit for a high-frequency transmitter can be manufactured.

도 7 및 도 8에서는 이동통신을 위한 송신단 구조의 예를 이용하여 본 발명에 의한 하이브리드 집적회로를 설명한 것으로서, 특히 전력증폭기(10)의 전력증폭단(11)을 구성하는 전력 트랜지스터(13)를 화합물 반도체 기반 트랜지스터로 구현 하는 일 예를 보였다. 7 and 8 illustrate the hybrid integrated circuit according to the present invention using an example of a transmitting stage structure for mobile communication, and in particular, the power transistor 13 constituting the power amplifying stage 11 of the power amplifier 10 is compound. An example of implementation using a semiconductor-based transistor was shown.

이 경우, 화합물 반도체로 구현 되는 능동 소자(120)는 주파수 특성 및 전력 특성이 우수한 질화갈륨(GaN, allium Nitride) 기반 및 갈륨비소(GaAs) 기반 HEMT(Heterojunction Field-Effect Transistors)나 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor) 등이 될 수 있다. In this case, the active element 120 implemented as a compound semiconductor is gallium nitride (GaN, allium nitride)-based and gallium arsenide (GaAs)-based HEMT (Heterojunction Field-Effect Transistors) or HBT (Heterojunction Bipolar), which have excellent frequency and power characteristics. Transistor), etc.

이와 유사하게 이동통신을 위한 수신단 구조에서도 본 발명에 의한 하이브리드 집적회로의 이점을 적용할 수 있다. 이러한 경우 하이브리드 구현 과정은 도 7 및 도 8에서 설명한 방식과 동일하다. 일 예로서, 수신단의 경우 잡음 억제 성능이 중요하여 수신단의 첫 증폭기인 저잡음 증폭기(LNA)의 성능이 중요하고, 특히 저잡음 증폭기의 첫 번째 단을 구성하는 트랜지스터의 성능이 중요하다. 따라서, 이 경우, 저잡음 증폭기 첫 번째 단의 트랜지스터를 도 7 및 도 8과 같은 방식으로 화합물 반도체 기반의 능동 소자로 대체할 수 있다. 일 예로서, 화합물 반도체로 구현 되는 능동 소자는 주파수 특성 및 잡음 특성이 우수한 갈륨비소(GaAs) 계열 mHEMT(Metamorphic HEMT)나 InP HEMT(Indium Phosphide HEMT) 등이 될 수 있다.Similarly, the advantages of the hybrid integrated circuit according to the present invention can be applied to the receiving end structure for mobile communication. In this case, the hybrid implementation process is the same as the method described in Figures 7 and 8. As an example, in the case of a receiving end, noise suppression performance is important, so the performance of the low noise amplifier (LNA), which is the first amplifier of the receiving end, is important. In particular, the performance of the transistor that constitutes the first stage of the low noise amplifier is important. Therefore, in this case, the transistor in the first stage of the low-noise amplifier can be replaced with a compound semiconductor-based active element in the same manner as shown in FIGS. 7 and 8. As an example, the active device implemented with a compound semiconductor may be a gallium arsenide (GaAs)-based mHEMT (Metamorphic HEMT) or InP HEMT (Indium Phosphide HEMT) with excellent frequency and noise characteristics.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 집적회로의 구조를 설명한 도면이다.Figure 9 is a diagram explaining the structure of a hybrid integrated circuit according to a second embodiment of the present invention.

도 9에 보인 제2 실시예에 따른 하이브리드 집적회로(200)는 1단계 내지 3단계의 과정을 통해 제조될 수 있으며, 맨 하단 그림은 최종 완성된 3단계의 모습에 대응하는 평면도를 나타낸다. The hybrid integrated circuit 200 according to the second embodiment shown in FIG. 9 can be manufactured through a process of steps 1 to 3, and the bottom figure shows a plan view corresponding to the final completed step 3.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 집적회로(200)는 CMOS 공정 기반의 제1 반도체(210)와 화합물 공정 기반의 제2 반도체(220)를 포함하며, 제1 반도체(210)의 상부에 제2 반도체(220)가 적층된 상태에서 서로 금속 선로(L1, L2)로 연결된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 9, the hybrid integrated circuit 200 according to the second embodiment of the present invention includes a first semiconductor 210 based on a CMOS process and a second semiconductor 220 based on a compound process, and the first semiconductor It has a structure in which the second semiconductor 220 is stacked on top of 210 and connected to each other through metal lines L1 and L2.

이를 통하여 서로 다른 공정으로 제조되는 제1 반도체(210)와 제2 반도체(220)가 서로 조합된 하이브리드 집적회로가 구성된다. Through this, a hybrid integrated circuit is formed in which the first semiconductor 210 and the second semiconductor 220, which are manufactured through different processes, are combined.

제1 반도체(210)는 CMOS 공정을 통하여 적어도 하나의 수동 소자(211)를 형성하고 있다. 제2 실시예에서도 제1 반도체(210)는 기판 상에 서로 나란히 이격 형성된 제1 및 제2 수동 소자(211-1,211-2)를 포함하며, 이들 수동소자(211-1,211-2)는 각각 전력 증폭단의 입/출력 정합회로에 해당한다. The first semiconductor 210 forms at least one passive element 211 through a CMOS process. In the second embodiment as well, the first semiconductor 210 includes first and second passive elements 211-1 and 211-2 formed side by side and spaced apart from each other on a substrate, and these passive elements 211-1 and 211-2 each provide power. It corresponds to the input/output matching circuit of the amplifier stage.

제2 반도체(220)는 화합물 반도체 공정을 통하여 형성되며 수동 소자(211)와 연결되는 능동 소자(트랜지스터)에 해당한 부분이다. 제2 반도체(220)는 제1 반도체(210)의 상측에 마주보는 형태로 적층 배치된다. 능동 소자는 3-5족 화합물 반도체 공정으로 제조될 수 있다.The second semiconductor 220 is formed through a compound semiconductor process and corresponds to an active element (transistor) connected to the passive element 211. The second semiconductor 220 is stacked on top of the first semiconductor 210 to face each other. Active devices can be manufactured using a group 3-5 compound semiconductor process.

이와 같이 화합물 기반으로 제조되는 제2 반도체(220)는 그 자체가 능동 소자에 해당하므로, 설명의 편의상 제2 반도체(220)를 능동 소자로 명명한다. 또한 능동 소자(220)는 앞서 도 5에서 설명한 전력 증폭단(11) 내의 전력 트랜지스터(13) 소자에 해당할 수 있다.Since the second semiconductor 220 manufactured based on a compound like this itself corresponds to an active device, for convenience of explanation, the second semiconductor 220 is referred to as an active device. Additionally, the active element 220 may correspond to the power transistor 13 element in the power amplification stage 11 previously described in FIG. 5.

여기서, 제2 반도체(220)는 도 9와 같이 제1 반도체(210)의 기판 표면으로부터 이격된 상태로 기판 양측 가장자리 부분이 제1 및 제2 수동 소자(211-1,211-2)의 각 가장자리 상면을 커버하도록 적층된다. 이때, 금속 선로(L1, L2)는 적층 시 수동 소자(211)와 능동 소자인 제2 반도체(220)의 서로 마주보는 접속 단자 간을 연결하게 된다. Here, the second semiconductor 220 is spaced apart from the substrate surface of the first semiconductor 210, as shown in FIG. 9, and both edge portions of the substrate are on the upper surfaces of each edge of the first and second passive elements 211-1 and 211-2. are laminated to cover. At this time, the metal lines (L1, L2) are connected between the opposing connection terminals of the passive element 211 and the second semiconductor 220, which is an active element, during stacking.

그 제조 과정을 보면, 도 7 및 도 8에 의한 실시 예와 마찬가지로, CMOS 집적 회로(제1 반도체)(210) 상에 화합물 반도체로 대체하기 위한 트랜지스터 영역은 제외하고 CMOS 집적회로를 구현하는 것이 1단계이다. 다음 2단계에서는 화합물 기반 제2 반도체(220)의 능동 소자와 제1 반도체(210)의 CMOS 집적회로 상의 수동 소자(211)를 연결하기 위한 금속 선로(L1, L2)를 후속 공정을 이용하여 형성한다. 이후 3 단계에서는 2단계에서 형성한 금속 선로(L1, L2)에 화합물 반도체 기반 트랜지스터(능동 소자)(220)를 도 9와 같이 연결하여 본 발명에 의한 하이브리드 집적회로를 완성한다.Looking at the manufacturing process, as in the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the CMOS integrated circuit is implemented on the CMOS integrated circuit (first semiconductor) 210, excluding the transistor area for replacement with a compound semiconductor. It's a step. In the next second step, metal lines (L1, L2) for connecting the active elements of the compound-based second semiconductor 220 and the passive elements 211 on the CMOS integrated circuit of the first semiconductor 210 are formed using a subsequent process. do. Afterwards, in step 3, a compound semiconductor-based transistor (active element) 220 is connected to the metal lines (L1, L2) formed in step 2 as shown in FIG. 9 to complete the hybrid integrated circuit according to the present invention.

앞서 도 8에 의한 제1 실시 예의 경우, 화합물 반도체가 CMOS 집적회로의 기판에 삽입되는 형태로 하이브리드 집적회로를 구현한 것이며, 도 9에 의한 제2 실시 예의 경우, 화합물 반도체가 CMOS 집적회로 상에 쌓이는 형태이며 두 반도체가 서로 마주 보는 형태로 하이브리드 집적회로를 구현한 것이다. In the case of the first embodiment shown in FIG. 8, the hybrid integrated circuit is implemented in the form of a compound semiconductor being inserted into the substrate of the CMOS integrated circuit, and in the case of the second embodiment shown in FIG. 9, the compound semiconductor is inserted into the CMOS integrated circuit. It is a stacked form, implementing a hybrid integrated circuit in which two semiconductors face each other.

이상과 같은 본 발명에 의한 하이브리드 집적 회로는 집적도가 높은 CMOS 집적회로에서 대체를 위한 능동 소자 부분만 선택적으로 화합물 반도체 기반 능동 소자로 대체된 것이므로, 전체 집적회로의 집적도는 낮아지지 않으면서도 화합물 반도체 기반의 능동 소자를 활용 할 수 있게 됨으로써, 전체 집적회로의 성능을 개선할 수 있도록 한다. The hybrid integrated circuit according to the present invention as described above is one in which only the active elements for replacement in a high-integration CMOS integrated circuit are selectively replaced with compound semiconductor-based active elements, without lowering the integration of the entire integrated circuit. By being able to utilize active elements, it is possible to improve the performance of the entire integrated circuit.

결과적으로, 본 발명에 따르면, 기존의 CMOS 기반의 단일 집적회로의 성능 개선을 위하여 서로 다른 종류의 집적회로를 복수 개 사용하여 송수신단을 구성하지 않고, CMOS 기반의 집적회로에서 고성능이 요구되는 특정 트랜지스터를 III-V 화합물 반도체 기반 트랜지스터로 대체함으로써, 송수신 집적회로의 집적도를 높게 유지 하면서도 송수신 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As a result, according to the present invention, in order to improve the performance of the existing CMOS-based single integrated circuit, a transmitter and receiver are not configured using a plurality of different types of integrated circuits, but a specific CMOS-based integrated circuit requiring high performance is provided. By replacing transistors with III-V compound semiconductor-based transistors, there is an advantage in improving transmission and reception performance while maintaining high integration of the transmission and reception integrated circuit.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.

10: 전력 증폭기 11: 전력 증폭단
12: 입력 정합회로 13: 전력 트랜지스터
14: 출력 정합회로 100, 200: 하이브리드 집적회로
110, 210: 제1 반도체 111, 211: 수동 소자
112: 홈부 120, 220: 제2 반도체
L1, L2: 금속 선로
10: power amplifier 11: power amplifier stage
12: input matching circuit 13: power transistor
14: output matching circuit 100, 200: hybrid integrated circuit
110, 210: first semiconductor 111, 211: passive element
112: Groove 120, 220: Second semiconductor
L1, L2: metal track

Claims (8)

CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정을 통하여 적어도 하나의 수동 소자를 포함한 집적 회로가 형성되고, 상면 일부분에 능동 소자 삽입을 위한 홈부가 가공된 제1 반도체; 및
상기 제1 반도체의 홈부에 삽입되고, 3-5족 화합물 반도체 공정을 통하여 형성되며, 상기 수동 소자와 연결되는 능동 소자인 제2 반도체를 포함하며,
상기 제1 반도체의 수동 소자는,
상기 제2 반도체와 금속 선로를 통하여 서로 연결된 하이브리드 집적회로.
A first semiconductor in which an integrated circuit including at least one passive element is formed through a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) process and a groove for inserting an active element is machined in a portion of the upper surface; and
A second semiconductor is inserted into the groove of the first semiconductor, is formed through a group 3-5 compound semiconductor process, and is an active element connected to the passive element,
The passive element of the first semiconductor is,
A hybrid integrated circuit connected to the second semiconductor and a metal line.
청구항 1에 있어서
상기 능동 소자는 트랜지스터인 하이브리드 집적회로.
In claim 1
A hybrid integrated circuit in which the active element is a transistor.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 반도체는 이동통신용 빔포밍 시스템을 위한 송신단이 CMOS 공정을 통해 상기 집적 회로로 형성되고,
상기 능동 소자는,
상기 송신단의 최종단인 전력 증폭기(Power Amplifier)를 구성한 증폭단 중에서 최종 증폭단인 전력증폭단(Power Stage) 내의 전력 트랜지스터인 하이브리드 집적회로.
In claim 2,
The first semiconductor is a transmitting terminal for a beamforming system for mobile communication and is formed as the integrated circuit through a CMOS process,
The active element is,
A hybrid integrated circuit that is a power transistor in the power stage, which is the final amplification stage among the amplification stages that constitute the power amplifier, which is the final stage of the transmitting stage.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 반도체는,
반도체 기판 상에 서로 이격되어 나란히 형성된 제1 및 제2 수동 소자를 포함하고,
상기 제1 및 제2 수동 소자는,
상기 전력증폭단 내에서 상기 전력 트랜지스터의 입력단과 출력단에 각각 연결되는 입력 정합회로(input matching network) 및 출력 정합회로(input matching network)인 하이브리드 집적회로.
In claim 3,
The first semiconductor is,
It includes first and second passive elements formed side by side and spaced apart from each other on a semiconductor substrate,
The first and second passive elements are:
A hybrid integrated circuit comprising an input matching network and an output matching network respectively connected to the input terminal and output terminal of the power transistor within the power amplifier stage.
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정을 통하여 적어도 하나의 수동 소자를 포함한 집적 회로가 형성되는 제1 반도체; 및
상기 제1 반도체의 상측에 마주보는 형태로 적층 배치되고, 3-5족 화합물 반도체 공정을 통하여 형성되며, 상기 수동 소자와 연결되는 능동 소자인 제2 반도체를 포함하고,
상기 제1 반도체의 수동 소자는,
상기 제2 반도체와 금속 선로를 통하여 서로 연결된 하이브리드 집적회로.
A first semiconductor on which an integrated circuit including at least one passive element is formed through a Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) process; and
A second semiconductor is arranged in a stack facing the upper side of the first semiconductor, is formed through a group 3-5 compound semiconductor process, and is an active element connected to the passive element,
The passive element of the first semiconductor is,
A hybrid integrated circuit connected to the second semiconductor and a metal line.
청구항 5에 있어서,
상기 금속 선로는,
상기 적층 시 상기 수동 소자와 상기 능동 소자의 서로 마주보는 접속 단자 간을 연결하는 하이브리드 집적회로.
In claim 5,
The metal line is,
A hybrid integrated circuit that connects opposing connection terminals of the passive element and the active element during the stacking.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 반도체는,
반도체 기판 상에 서로 이격되어 나란히 형성된 제1 및 제2 수동 소자를 포함하고,
상기 제2 반도체는,
상기 제1 반도체의 기판 표면으로부터 이격된 상태로 기판 양측 가장자리 부분이 상기 제1 및 제2 수동 소자의 각 가장자리 상면을 커버하도록 적층되는 하이브리드 집적회로.
In claim 6,
The first semiconductor is,
It includes first and second passive elements formed side by side and spaced apart from each other on a semiconductor substrate,
The second semiconductor is,
A hybrid integrated circuit in which the edge portions of both sides of the substrate are stacked so that the upper surfaces of each edge of the first and second passive elements are spaced apart from the substrate surface of the first semiconductor.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 반도체는 이동통신용 빔포밍 시스템을 위한 송신단이 CMOS 공정을 통해 상기 집적 회로로 형성되고,
상기 능동 소자는,
상기 송신단의 최종단인 전력 증폭기(Power Amplifier)를 구성한 증폭단 중에서 최종 증폭단인 전력증폭단(Power Stage) 내의 전력 트랜지스터인 하이브리드 집적회로.
In claim 5,
The first semiconductor is a transmitting terminal for a beamforming system for mobile communication and is formed as the integrated circuit through a CMOS process,
The active element is,
A hybrid integrated circuit that is a power transistor in the power stage, which is the final amplification stage among the amplification stages that constitute the power amplifier, which is the final stage of the transmitting stage.
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