JP2007115895A - Compound semiconductor switch circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化合物半導体スイッチ回路装置に係り、特に高周波信号の漏れを防止した化合物半導体スイッチ回路装置に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor switch circuit device, and more particularly to a compound semiconductor switch circuit device that prevents leakage of a high-frequency signal.
携帯電話等の移動体用通信機器では、GHz帯のマイクロ波を使用している場合が多く、アンテナの切換回路や送受信の切換回路などに、これらの高周波信号を切り替えるためのスイッチング素子が用いられることが多い。その素子としては、高周波を扱うことからガリウム・砒素(GaAs)を用いた電界効果トランジスタ(以下FETという)を使用する事が多く、これに伴って前記スイッチ回路自体を集積化したモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)の開発が進められている。 Mobile communication devices such as mobile phones often use microwaves in the GHz band, and switching elements for switching these high-frequency signals are used in antenna switching circuits and transmission / reception switching circuits. There are many cases. As the element, a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) using gallium arsenide (GaAs) is often used because it handles high frequency, and accordingly, the monolithic microwave integration in which the switch circuit itself is integrated. A circuit (MMIC) is being developed.
一方装置の高集積化に伴い、基板表面には素子を、裏面には電極パッドを形成し、基板を貫通するバイアホールを介してこれらを接続する方法が知られている。このようなバイアホールを用いた電極構造は、化合物半導体基板においても採用されている。 On the other hand, as devices are highly integrated, a method is known in which elements are formed on the substrate surface, electrode pads are formed on the back surface, and these are connected via via holes penetrating the substrate. Such an electrode structure using via holes is also employed in compound semiconductor substrates.
例えば、図21ではGaAs基板41を貫通するホール41hを設け、ホール41hの内壁を金膜62で被覆する。そして基板41の例えば表面に設けたコンデンサ49の電極を、金膜62を介して基板41裏面の出力端子55に接続する(例えば特許文献1参照)。
For example, in FIG. 21, a
また、図22には、埋め込みPHS(Plated Heat Sink)構造を用いた場合を示す。表面にドレイン251d、ソース251s、ゲート251gを有するFET251を形成し、ソース251sをバイアホール252を介して裏面電極となるPHS253に接続したものである(例えば非特許文献1参照。)。
図21の構造では、ホール41h内における半絶縁性基板41表面で、金膜62と半絶縁性基板41がショットキー接合を形成する。従ってそのショットキー接合から空乏層が基板41側に大きく延び、隣接するホール41fに達する。すなわち、高周波信号が隣接するホールの金属層間において漏れる問題があった。
In the structure of FIG. 21, the
また、図22では、接地電位(GND)に接続する電極のみを、放熱板に接続し接地している。すなわち高出力MMICを構成するFET251のソース251sのみをバイアホール252を介して基板裏面のPHS253によって接地し、寄生ソースインダクタンス成分の低減を図っている。このような場合、バイアホール252はすべて接地電位であるため、隣接するバイアホール252間で高周波信号が漏れることは無い。しかしこのように、表面電極からバイアホール252で接続することにより基板裏面に電極を形成できるのは基板裏面が全面GND電位のデバイスにおけるGND電位の電極(ソース251s)のみに限られており、例えばデバイスのすべてのパッドを基板裏面に形成することはできない。
In FIG. 22, only the electrode connected to the ground potential (GND) is connected to the heat sink and grounded. That is, only the
上記の構造では、電極パッドを基板表面および基板裏面のそれぞれに形成する必要があり、製造工程の増加や、実装が複雑になるなどの問題がある。すなわちGND電位以外の電位の電極パッドはすべて基板表面に形成する必要があり、バイアホール252、PHS253の形成などの工程を増加しても、基板表面において電極パッドを配置するための面積をそれほど減らすことができない。
In the above structure, it is necessary to form electrode pads on each of the front surface and the back surface of the substrate, and there are problems such as an increase in manufacturing steps and complicated mounting. That is, it is necessary to form all electrode pads having a potential other than the GND potential on the substrate surface, and even if the number of steps such as the formation of the
本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、化合物半導体基板と、前記基板の第1主面に設けられ、スイッチ回路装置を構成するスイッチング素子と、前記スイッチ回路装置の端子と対応して前記基板の第2主面に設けられ、第1の高周波信号および第2の高周波信号がそれぞれ伝搬する第1電極パッドおよび第2電極パッドと、前記基板を貫通して設けられ、隣り合う第1および第2バイアホールと、前記第1バイアホールの側壁に設けられ、前記第1電極パッドと前記スイッチング素子を接続する第1金属層と、前記第2バイアホールの側壁に設けられ、前記第2電極パッドと前記スイッチング素子を接続する第2金属層と、前記第1金属層と前記第2金属層間に設けられ、前記第1主面から前記第2主面に達する伝導領域と、を具備することにより解決するものである。 The present invention has been made in view of the various circumstances described above, and corresponds to a compound semiconductor substrate, a switching element provided on the first main surface of the substrate, and constituting a switch circuit device, and a terminal of the switch circuit device. A first electrode pad and a second electrode pad which are provided on the second main surface of the substrate and through which the first high-frequency signal and the second high-frequency signal propagate, respectively, are provided so as to penetrate the substrate and are adjacent to each other. The first and second via holes, provided on the sidewalls of the first via holes, the first metal layer connecting the first electrode pad and the switching element, and provided on the sidewalls of the second via holes; A second metal layer connecting the second electrode pad and the switching element; a conductive region provided between the first metal layer and the second metal layer and reaching the second main surface from the first main surface; It solves By providing.
第2に、化合物半導体基板と、前記基板の第1主面に設けられ、スイッチ回路装置を構成するスイッチング素子と、前記基板の第2主面に設けられ、前記スイッチ回路装置の共通入力端子、出力端子および制御端子にそれぞれ接続する共通入力端子パッド、出力端子パッド、および制御端子パッドと、前記制御端子パッドと前記スイッチング素子を接続する接続手段と、前記基板を貫通して設けられ、隣り合う第1および第2バイアホールと、前記第1バイアホールの側壁に設けられ、第1の高周波信号が伝搬する第1金属層と、前記第2バイアホールの側壁に設けられ、第2の高周波信号が伝搬するた第2金属層と、第1金属層および第2金属層の間に設けられ、前記第1主面から前記第2主面に達する伝導領域と、を具備することにより解決するものである。 Second, a compound semiconductor substrate, a switching element provided on the first main surface of the substrate and constituting a switch circuit device, a common input terminal of the switch circuit device provided on the second main surface of the substrate, A common input terminal pad, an output terminal pad, and a control terminal pad that are connected to the output terminal and the control terminal, respectively, a connection means that connects the control terminal pad and the switching element, and the board is provided so as to be adjacent to each other. First and second via holes, a first metal layer that is provided on a side wall of the first via hole and propagates a first high-frequency signal, and a second high-frequency signal provided on a side wall of the second via hole. A second metal layer that propagates through the first metal layer and a conductive region that is provided between the first metal layer and the second metal layer and reaches the second main surface from the first main surface. It is intended to attain.
本発明に依れば以下の効果が得られる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
第1に、バイアホールの側壁に設けられ、少なくとも一方に高周波信号が伝搬する縦型金属層、および当該縦型金属層と隣り合う縦型金属層間において、一方から広がる空乏層が他方に到達することを防止できる。金属層はバイアホールの側壁において半絶縁基板とショットキー接合を形成するが、そのショットキー接合により発生する空乏層は、隣り合う2つのバイアホール間に設けた伝導領域を超えて半絶縁基板に広がることはない。これにより、隣接するバイアホールの金属層間において高周波信号が漏れることを防止する。 First, a depletion layer extending from one side of a vertical metal layer that is provided on a side wall of a via hole and propagates a high-frequency signal to at least one and a vertical metal layer adjacent to the vertical metal layer reaches the other. Can be prevented. The metal layer forms a Schottky junction with the semi-insulating substrate on the side wall of the via hole, but the depletion layer generated by the Schottky junction extends beyond the conduction region provided between two adjacent via holes to the semi-insulating substrate. It does not spread. This prevents high-frequency signals from leaking between adjacent via hole metal layers.
第2に、パッドを全て裏面に配置できる。スイッチMMICの素子領域は微細化が進む一方で、電極パッドは接続する金線の直径を確保しなければならない。従って、例えば1段のSPDTではパッドがチップサイズの50%以上を占めており、チップの小型化にも限界がある。また、SP3T等、電極パッドの数が多くなると、チップサイズも当然大きくなってしまう問題がある。しかし、本実施形態によれば、全ての電極パッドをチップの裏面に配置できる。また、バイアホールによって電極パッドの配置の自由度を大きくすることができる。従って、チップサイズの小型化が実現する。 Second, all the pads can be placed on the back side. While the element region of the switch MMIC is becoming finer, the electrode pad must ensure the diameter of the gold wire to be connected. Therefore, for example, in a single-stage SPDT, the pad occupies 50% or more of the chip size, and there is a limit to miniaturization of the chip. Further, when the number of electrode pads such as SP3T increases, there is a problem that the chip size naturally increases. However, according to the present embodiment, all the electrode pads can be arranged on the back surface of the chip. In addition, via holes can increase the degree of freedom of electrode pad placement. Therefore, the chip size can be reduced.
第3に、制御抵抗の一部を、基板を貫通する伝導領域で構成する。スイッチMMICの制御抵抗は、5KΩ以上の高い抵抗値が必要である。従って、所定の抵抗値を得るために制御抵抗をチップ表面で引き回す必要があり、これによってもチップの小型化を阻んでいる。しかし、本実施形態によれば、基板の垂直方向の厚みを利用して縦型抵抗体を形成できる。これによってチップ表面での制御抵抗の占有面積を小さくできるので、チップの小型化が実現する。 Third, a part of the control resistor is constituted by a conductive region that penetrates the substrate. The control resistance of the switch MMIC requires a high resistance value of 5 KΩ or more. Therefore, it is necessary to route the control resistor on the chip surface in order to obtain a predetermined resistance value, which also prevents the chip from being downsized. However, according to the present embodiment, the vertical resistor can be formed using the thickness of the substrate in the vertical direction. As a result, the area occupied by the control resistor on the chip surface can be reduced, so that the chip can be downsized.
また、縦型抵抗と伝導領域は同じ構造であり、同一工程にて形成できるので、縦型抵抗のための新たな工数を追加することなく実施できる。 Further, since the vertical resistor and the conductive region have the same structure and can be formed in the same process, it can be carried out without adding a new man-hour for the vertical resistor.
図1から図20を参照し、本発明の実施の形態として、3つのスイッチング素子を有するSP3T(Single Pole Three Throw)を例に説明する。 With reference to FIGS. 1 to 20, an embodiment of the present invention will be described by taking SP3T (Single Pole Throw Throw) having three switching elements as an example.
まず、図1から図4を参照し、本発明の第1の実施形態を説明する。 First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、SP3Tの一例を示す回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of SP3T.
スイッチMMICは、FETをそれぞれ3段直列に接続しスイッチング素子となる第1のFET群F1、第2のFET群F2、第3のFET群F3からなる。また、第1のFET群F1の一端のFETのソース電極(あるいはドレイン電極)、第2のFET群F2の一端のFETのソース電極(あるいはドレイン電極)および第3のFET群F3の一端のFETのソース電極(あるいはドレイン電極)が共通入力端子INに接続する。また、第1のFET群F1の3つのFETのゲート電極がそれぞれ第1制御抵抗CR1を介して第1制御端子Ctl1に接続し、第2のFET群F2の3つのゲート電極がそれぞれ第2制御抵抗CR2を介して第2制御端子Ctl2に接続する。また第3のFET群F3の3つのゲート電極がそれぞれ第3制御抵抗CR3を介して第3制御端子Ctl3に接続する。 The switch MMIC is composed of a first FET group F1, a second FET group F2, and a third FET group F3 that connect FETs in series in three stages and serve as switching elements. Further, the source electrode (or drain electrode) of the FET at one end of the first FET group F1, the source electrode (or drain electrode) of the FET at one end of the second FET group F2, and the FET at one end of the third FET group F3 Source electrodes (or drain electrodes) are connected to the common input terminal IN. In addition, the gate electrodes of the three FETs of the first FET group F1 are connected to the first control terminal Ctl1 through the first control resistor CR1, respectively, and the three gate electrodes of the second FET group F2 are respectively connected to the second control terminal Ctl1. The resistor CR2 is connected to the second control terminal Ctl2. The three gate electrodes of the third FET group F3 are connected to the third control terminal Ctl3 through the third control resistor CR3.
第1制御抵抗CR1の一部は第1のFET群F1の各ゲート電極に接続する抵抗VR1−1、VR1−2、VR1−3により構成され、第2制御抵抗CR2の一部は第2のFET群F2の各ゲート電極に接続する抵抗VR2−1、VR2−2、VR2−3により構成され、第3制御抵抗CR3の一部は第3のFET群F3の各ゲート電極に接続する抵抗VR3−1、VR3−2、VR3−3により構成される。 A part of the first control resistor CR1 is composed of resistors VR1-1, VR1-2, VR1-3 connected to the respective gate electrodes of the first FET group F1, and a part of the second control resistor CR2 is the second control resistor CR2. The resistors VR2-1, VR2-2, and VR2-3 are connected to the gate electrodes of the FET group F2. A part of the third control resistor CR3 is a resistor VR3 that is connected to the gate electrodes of the third FET group F3. -1, VR3-2 and VR3-3.
更に、第1のFET群F1の他端のFETのドレイン電極(あるいはソース電極)が第1出力端子OUT1に接続する。また第2のFET群F2の他端のFETのドレイン電極(あるいはソース電極)が第2出力端子OUT2に接続し、第3のFET群F3の他端のFETのドレイン電極(あるいはソース電極)が第3出力端子OUT3に接続したものである。 Furthermore, the drain electrode (or source electrode) of the FET at the other end of the first FET group F1 is connected to the first output terminal OUT1. Further, the drain electrode (or source electrode) of the FET at the other end of the second FET group F2 is connected to the second output terminal OUT2, and the drain electrode (or source electrode) of the FET at the other end of the third FET group F3 is connected. This is connected to the third output terminal OUT3.
第1、第2および第3制御端子Ctl1、Ctl2、Ctl3に印加される制御信号はいずれか1つがHレベルでその他がLレベルの組み合わせとなっており、Hレベルの信号が印加されたFET群がONして、共通入力端子INに入力された高周波アナログ信号をいずれかの出力端子に伝達するようになっている。抵抗は、交流接地となる制御端子Ctl1、Ctl2、Ctl3の直流電位に対してゲート電極を介して高周波信号が漏出することを防止する目的で配置されている。 FET group in which one of the control signals applied to the first, second and third control terminals Ctl1, Ctl2, Ctl3 is a combination of H level and the other is L level, and the H level signal is applied Is turned ON, and a high-frequency analog signal input to the common input terminal IN is transmitted to one of the output terminals. The resistors are arranged for the purpose of preventing leakage of high-frequency signals via the gate electrodes with respect to the DC potentials of the control terminals Ctl1, Ctl2, and Ctl3 that are AC grounded.
図2は、図1の回路を1チップに集積化したスイッチMMICの平面図である。尚、本実施形態では、GaAs基板11の第1主面(表面)S1にスイッチング素子が配置され、第1主面S1と対向する第2主面(裏面)S2に、スイッチング素子に接続する全ての電極パッドが配置される。図2は、第1主面S1および第2主面S2の平面図を重畳させた図である。
FIG. 2 is a plan view of a switch MMIC in which the circuit of FIG. 1 is integrated on one chip. In the present embodiment, the switching element is disposed on the first main surface (front surface) S1 of the
GaAs基板11の第1主面S1にスイッチング素子となる3つのFET群を配置する。第1のFET群F1は例えばFET1−1、FE1−2、FET1−3の3つのFETを直列に接続したものである。第2のFET群F2は、FET2−1、FET2−2、FET2−3を直列に接続したものである。第3のFET群F3は、FET3−1、FET3−2、FET3−3を直列に接続したものである。
Three FET groups serving as switching elements are arranged on the first main surface S1 of the
各FET群を構成する9つのゲート電極にはそれぞれ、第1制御抵抗CR1、第2制御抵抗CR2、第3制御抵抗CR3が接続されている。 A first control resistor CR1, a second control resistor CR2, and a third control resistor CR3 are connected to the nine gate electrodes constituting each FET group.
第1層目の金属層であり基板にオーミックに接触する表面オーミック金属層(AuGe/Ni/Au)10sは各FETのソース電極、ドレイン電極等を形成するものであり、図2では、第3層目の表面配線金属層(Ti/Pt/Au)30sと重なるために図示されていない。 A surface ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) 10s, which is a first metal layer and is in ohmic contact with the substrate, forms a source electrode, a drain electrode, and the like of each FET. In FIG. Since it overlaps with the surface wiring metal layer (Ti / Pt / Au) 30s of the layer, it is not shown in the figure.
点線で示した第2層目の金属層による配線は各FETのゲート電極形成時に同時に形成されるゲート金属層(例えばPt/Mo)20であり、実線で示した表面配線金属層30sは、各素子を接続する配線や各電極パッドを形成する。
The wiring of the second metal layer indicated by the dotted line is a gate metal layer (for example, Pt / Mo) 20 formed simultaneously with the formation of the gate electrode of each FET, and the surface
電極パッドは、共通入力端子パッドI、第1出力端子パッドO1、第2出力端子パッドO2、第3出力端子パッドO3、第1制御端子パッドC1、第2制御端子パッドC2、第3制御端子パッドC3であり、それぞれスイッチ回路装置の共通入力端子IN、第1出力端子OUT1、第2出力端子OUT2、第3出力端子OUT3、第1制御端子Ctl1、第2制御端子Ctl2、第3制御端子Ctl3と接続する。 The electrode pads are the common input terminal pad I, the first output terminal pad O1, the second output terminal pad O2, the third output terminal pad O3, the first control terminal pad C1, the second control terminal pad C2, and the third control terminal pad. C3, a common input terminal IN, a first output terminal OUT1, a second output terminal OUT2, a third output terminal OUT3, a first control terminal Ctl1, a second control terminal Ctl2, and a third control terminal Ctl3 of the switch circuit device, respectively. Connecting.
全ての電極パッドは第1主面(表面)S1と対向する第2主面(裏面)S2に設けられる。第1主面S1から第2主面S2まで基板11を貫通するバイアホール55が各電極パッドに対応して設けられ、バイアホール55側壁を被覆する金属層65によって、共通入力端子パッドI、第1出力端子パッドO1、第2出力端子パッドO2と第3出力端子パッドO3が各FET群と接続される。
All the electrode pads are provided on the second main surface (back surface) S2 facing the first main surface (front surface) S1. Via
図3は、第1主面S1を示す平面図である。 FIG. 3 is a plan view showing the first main surface S1.
第1のFET群F1、第2のFET群F2、第3のFET群F3は構成は同様であるので、以下主に第1のFET群F1について説明する。FET1−1は上側から伸びる櫛歯状の3本の表面配線金属層30sが共通入力端子パッドIに接続されるソース電極35(あるいはドレイン電極)であり、この下に表面オーミック金属層で形成されるソース電極(あるいはドレイン電極)がある。また下側から伸びる櫛歯状の3本の表面配線金属層30sがFET1−1のドレイン電極36(あるいはソース電極)であり、この下に表面オーミック金属層で形成されるドレイン電極(あるいはソース電極)がある。この両電極は櫛歯をかみ合わせた形状に配置され、その間にゲート金属層20で形成されるゲート電極27が5本の櫛歯形状に配置されている。
Since the first FET group F1, the second FET group F2, and the third FET group F3 have the same configuration, the first FET group F1 will be mainly described below. The FET 1-1 is a source electrode 35 (or drain electrode) in which three comb-like surface
FET1−2では、上側から延びる3本のソース電極35(あるいはドレイン電極)は、FET1−1のドレイン電極36と接続している。ここで、この電極は高周波信号の通過点に過ぎず一般には外部に導出する必要が無いためパッドは設けられない。また、下側から延びる3本のドレイン電極36(あるいはソース電極)は、FET1−3のソース電極35に接続している。この電極も同様に高周波信号の通過点に過ぎず一般には外部に導出する必要が無いためパッドは設けられない。この両電極の下に表面オーミック金属層がある。これらは櫛歯をかみ合わせた形状に配置され、その間にゲート金属層20で形成されるゲート電極27が5本の櫛歯形状に配置されている。
In the FET 1-2, three source electrodes 35 (or drain electrodes) extending from the upper side are connected to the
FETを多段に直列に接続したスイッチ回路装置はFET1段のスイッチ回路装置に比べ、FET群がOFFの時により大きな電圧振幅に耐えられるため高出力スイッチ回路装置となる。その際FETを直列に接続するときに接続部となるFETのソース電極またはドレイン電極は一般には外部に導出する必要が無いためパッドを設ける必要はない。 A switch circuit device in which FETs are connected in series in multiple stages is a high output switch circuit device because it can withstand a larger voltage amplitude when the FET group is OFF, as compared with a switch circuit device having one FET. At that time, it is not necessary to provide the source electrode or the drain electrode of the FET that becomes a connection portion when connecting the FETs in series, and therefore it is not necessary to provide a pad.
FET1−3は上側から伸びる櫛歯状の3本の表面配線金属層30sがソース電極35(あるいはドレイン電極)であり、この下に表面オーミック金属層で形成されるソース電極(あるいはドレイン電極)がある。また下側から伸びる櫛歯状の3本の表面配線金属層30sが、出力端子パッドO1に接続するドレイン電極36(あるいはソース電極)であり、この下に表面オーミック金属層で形成されるドレイン電極(あるいはソース電極)がある。この両電極は櫛歯をかみ合わせた形状に配置され、その間にゲート金属層20で形成されるゲート電極27が5本の櫛歯形状に配置されている。各ゲート電極27は、同じくゲート金属層20で形成されるゲート配線21によって各櫛歯が束ねられる。
In the FET 1-3, three comb-like surface
動作領域100は、GaAs基板11に、一点鎖線の如く例えばn型不純物を選択的にイオン注入した領域であり、動作領域100内には高濃度のn型不純物領域でなるソース領域およびドレイン領域が選択的に形成されている。
The
基板11の周辺には、第1主面S1から第2主面S2まで、基板11を貫通するバイアホール55が設けられる。バイアホール55は、第2主面S2に配置され高周波信号が伝搬する電極パッド(共通入力端子パッドI、第1〜第3出力端子パッドO1〜O3)に対応して配置される。また、バイアホール55の少なくとも側壁は金属層(以下縦型金属層)65で被覆される。
A via
各FET群の間には伝導領域155が設けられる。伝導領域155は、基板11の第1主面S1から第2主面S2まで達して設けられたn型の不純物領域155(以下縦型n+型領域155)である。縦型n+型領域155は、隣り合って配置され、異なる高周波信号が伝搬する縦型金属層65間に配置される。これにより、縦型金属層65間に漏れる高周波信号を防止できるものであるが、これについては後述する。
A
また、第1のFET群F1、第2のFET群F2、第3のFET群F3の間の基板11の第1主面S1表面には、浮遊不純物領域170を設ける。浮遊不純物領域170は外部よりいかなる電位も印加されず、島状に設けられたn型不純物領域であり、不純物濃度は1〜5×1018cm−3程度である。図においては、浮遊不純物領域170の一部と縦型n+型領域155は重畳して設けられる。尚、両者は重畳する必要はないが、いずれもFET群間に配置するので、ほぼ同じ位置に配置される。
A floating
FETを直列に接続する領域、すなわちFET1−1とFET1−2間、およびFET1−2とFET1−3間においては、基板11表面に設けられた窒化膜(不図示)上に表面配線金属層30sが延在している。また、第1のFET群F1と第2のFET群F2が隣接する領域では、互いの表面配線金属層30sが窒化膜上で近接する。表面配線金属層30sには、高周波アナログ信号が伝搬するため、その下層の窒化膜が容量成分となり、高周波信号が窒化膜を通過して半絶縁基板11に達してしまう。さらに半絶縁基板11中で漏れた高周波信号による電荷の充放電が発生し、隣り合う表面配線金属層30sとの間で高周波信号が漏れる。また半絶縁基板11中の第1のFET群F1側の伝導領域(例えば動作領域100)および第2のFET群F2側の伝導領域(例えば動作領域100)の間の領域において、同様に高周波信号による電荷の充放電が発生し、隣り合う伝導領域との間で高周波信号の漏れが発生する。しかし、図の如く浮遊不純物領域170を配置することにより、半絶縁基板11中に高周波信号が漏れた場合であっても、隣り合う表面配線金属層30s間および伝導領域間において電荷の充放電による高周波信号の漏れが発生することを阻止できる。
In a region where FETs are connected in series, that is, between FET 1-1 and FET 1-2, and between FET 1-2 and FET 1-3, a surface
FET1−1、FET1―2、FET1−3のゲート配線21は、動作領域100外で抵抗VR1(抵抗VR1−1、VR1−2、VR1−3)とそれぞれ接続する。抵抗VR1は、基板11の第1主面S1から第2主面S2まで達して設けられた他の伝導領域であり、具体的には10KΩ程度の抵抗値を有するn型不純物領域である。抵抗VR1(以下縦型抵抗VR1)は、第2主面S2上で配線され第1制御端子パッドC1に接続する。すなわち、縦型抵抗VR1は第1制御抵抗CR1の一部を構成する抵抗である。
The gate wirings 21 of the FET 1-1, FET1-2, and FET1-3 are connected to the resistor VR1 (resistors VR1-1, VR1-2, VR1-3) outside the
第2FET群F2のゲート配線21も同様に、縦型抵抗VR2(抵抗VR2−1、VR2−2、VR2−3)に接続し、第3のFET群F3のゲート配線21も、縦型抵抗VR3(抵抗VR3−1、VR3−2、VR3−3)に接続する。
Similarly, the
図4は、図3のa−a線断面図である。 4 is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG.
ノンドープのGaAs基板11にp−型領域13およびn型のチャネル層12を設け、その両側にソース領域18およびドレイン領域19を形成する高濃度のn型の不純物領域が設けられる。チャネル層12にはゲート電極27がショットキー接合する。ゲート電極27の周囲はパッシベーション膜となる窒化膜60sにより被覆される。またソース領域18およびドレイン領域19には、表面オーミック金属層10sで形成されるソース電極15およびドレイン電極16が設けられる。更にこの上に窒化膜60saが設けられ、窒化膜60saの開口部を介して表面配線金属層30sで形成されるソース電極35およびドレイン電極36が、1層目のソース電極15およびドレイン電極16とコンタクトする。尚、FET1−1、FET1−2、FET1−3をそれぞれ接続する表面配線金属層30sは、窒化膜60sa上に延在する。また、隣り合うFET群(例えば第1のFET群F1と第2のFET群F2)の表面配線金属層30sは窒化膜60sa上で近接して配置される(図6参照)。基板11表面は、ジャケットコート膜となる窒化膜60sbで被覆される。
A p-
図5は、第2主面S2の平面図である。 FIG. 5 is a plan view of the second main surface S2.
第2主面S2には、例えばチップの周辺部に、共通入力端子パッドI、第1制御端子パッドC1、第2制御端子パッドC2、第3制御端子パッドC3、第1出力端子パッドO1、第2出力端子パッドO2、第3出力端子パッドO3の7つの電極パッドが配置される。各電極パッドは、表面配線金属層30sと同じ構成の裏面配線金属層30rにより形成される。
On the second main surface S2, the common input terminal pad I, the first control terminal pad C1, the second control terminal pad C2, the third control terminal pad C3, the first output terminal pad O1, Seven electrode pads of 2 output terminal pad O2 and 3rd output terminal pad O3 are arranged. Each electrode pad is formed of a back surface
共通入力端子パッドIおよび第1〜第3出力端子パッドO1〜O3はバイアホール55に対応して設けられ、バイアホール55側壁の縦型金属層65が共通入力端子パッドIおよび第1〜第3出力端子パッドO1〜O3と電気的に接続する。ここではバイアホール55が電極パッドに重畳して設けられる例を示すが、電極パッドに接続する配線を設け、配線とバイアホール55を重畳させてもよい。また1つの配線(または電極パッド)上に複数のバイアホール55を設けても良い。
The common input terminal pad I and the first to third output terminal pads O1 to O3 are provided corresponding to the via
そして、基板11を貫通する縦型n+型領域155が、第1、第2、第3出力端子パッドO1、O2、O3とそれぞれ電気的に接続する縦型金属層65の間に、配置される。このように異なる高周波信号が伝搬し、隣り合う縦型金属層65の間に縦型n+型領域155を配置することにより、縦型金属層65間で漏れる高周波信号を防止できる。
A vertical n +
また、前述の如く共通入力端子パッドIや、第1〜第3出力端子パッドO1〜O3にそれぞれ接続する配線に縦型金属層65をコンタクトさせる場合にも、異なる高周波信号が伝搬し、隣り合う縦型金属層65の間に縦型n+型領域155を配置する。
Further, when the
更に、縦型抵抗VR1、VR2、VR3が第2主面S2まで達し、対応する第1〜第3制御端子パッドC1〜C3と接続する。例えば第1のFET群F1においては、縦型抵抗VR1−1が第1制御端子パッドC1と直接接続し、縦型抵抗VR1−2、VR1−3は裏面配線Wを介して第1制御端子パッドC1に接続する。裏面配線Wは、各電極パッドを構成する裏面配線金属層30rにより形成される。
Further, the vertical resistors VR1, VR2, and VR3 reach the second main surface S2, and are connected to the corresponding first to third control terminal pads C1 to C3. For example, in the first FET group F1, the vertical resistor VR1-1 is directly connected to the first control terminal pad C1, and the vertical resistors VR1-2 and VR1-3 are connected to the first control terminal pad via the back surface wiring W. Connect to C1. The back surface wiring W is formed by a back surface
図6を参照して、縦型金属層65と縦型n+型領域155について説明する。図は、図2のb−b線断面図である。また、第1出力端子パッドO1部分について説明するが、他のバイアホール55および縦型金属層65も同様の構成である。
The
第1バイアホール55aと第2バイアホール55bが隣り合って配置され、それぞれのバイアホール55a、55bの側壁には第1縦型金属層65aおよび第2縦型金属層65bが設けられる。第1縦型金属層65aは第1電極パッド(第1出力端子パッドO1)とスイッチング素子を接続し、第2縦型金属層65bは第2電極パッド(第2出力端子パッドO2)とスイッチング素子を接続する。
The first via
以下、第1バイアホール55aと第2バイアホール55b、および第1縦型金属層65aと第2縦型金属層65bの構造は同様であるので、同一符号にて説明する。
Hereinafter, the first via
既述の如く、バイアホール55は基板11の第1主面S1から第2主面S2に達し、基板11を貫通して設けられる。バイアホール55は、第1出力端子パッドO1に対応して設けられ、ここでは第1出力端子パッドO1と重畳する。バイアホール55の大きさは、10μm×10μm程度であれば十分である。表面配線金属層30sは、第1のFET群F1においてFET1−3のドレイン電極36を構成する第3層目の金属層であり、裏面配線金属層30rは、表面配線金属層30sと同じ構成の金属層である。
As described above, the via
そしてバイアホール55の側壁は縦型金属層65で被覆される。ここではバイアホール55内に縦型金属層65が充填される場合を示すが、少なくともバイアホール55の側壁が被覆されていればよく、これにより表面配線金属層30s(FET1−3のドレイン電極36)と裏面配線金属層30r(第1出力端子パッドO1)とが縦型金属層65により電気的に接続される。
The sidewall of the via
縦型金属層65と、表面配線金属層30sおよび裏面配線金属層30rとは、オーミック性を向上させるためそれぞれ表面オーミック金属層10sおよび裏面オーミック金属層10rを介してコンタクトする。表面オーミック金属層10sは、各FETの第1層目のソース電極15およびドレイン電極16を構成する金属層である。また裏面オーミック金属層10rは、表面オーミック金属層10sと同じ構成の金属層である。表面オーミック金属層10sおよび裏面オーミック金属層10rは、バイアホール55より大きければよい。
The
表面配線金属層30sは、パッシベーション膜となる窒化膜60saに設けた開口部を介して表面オーミック金属層10sとコンタクトする。表面配線金属層30s上はジャケットコート膜となる窒化膜60sbで被覆される。
The surface
裏面配線金属層30rも同様に、パッシベーション膜となる窒化膜60raに設けた開口部を介して裏面オーミック金属層10rとコンタクトする。裏面配線金属層30r上はジャケットコート膜となる窒化膜60rbで被覆される。
Similarly, the back
共通入力端子パッドI−第1出力端子パッドO1(第2出力端子パッドO2、第3出力端子パッドO3も同様)間には高周波アナログ信号が伝搬する。また、例えば第1出力端子パッドO1に接続する縦型金属層65は、バイアホール55内の基板11とショットキー接合を形成する。
A high frequency analog signal propagates between the common input terminal pad I and the first output terminal pad O1 (the same applies to the second output terminal pad O2 and the third output terminal pad O3). Further, for example, the
共通入力端子パッドIや、第1〜第3出力端子パッドO1〜O3は伝搬する高周波信号によりその電位がそれぞれ時々刻々に変化し、すなわち各電極パッドに接続する縦型金属層65の電位も変化する。また同じ金属配線上であっても高周波信号がある距離を伝搬し、位置が異なれば位相が異なるため、電位も異なる。このように、異なる高周波信号が伝搬する縦型金属層65が隣り合って配置された場合、その離間距離が短いと、ショットキー接合から基板11に広がった空乏層が隣り合う縦型金属層65に達し、これらの間で高周波信号が漏れる。
The potentials of the common input terminal pad I and the first to third output terminal pads O1 to O3 change from time to time by the high-frequency signals that propagate, that is, the potential of the
そこで本実施形態では、第1、第2電極パッドにそれぞれ接続し、第1、第2の高周波信号がそれぞれ伝搬する第1、第2縦型金属層65が隣り合って配置された場合、これらの間に縦型n+型領域155を配置する。
Therefore, in the present embodiment, when the first and second vertical metal layers 65 that are respectively connected to the first and second electrode pads and the first and second high-frequency signals propagate are arranged adjacent to each other, A vertical n +
縦型n+型領域155の不純物濃度は、1〜50×1017cm−3である。従って、不純物がドープされていない基板11(半絶縁性であるが、基板抵抗値は1×107Ω・cm程度)と異なり、縦型n+型領域155内では空乏層がほとんど広がることはない。つまり、縦型金属層65から基板11に水平方向に空乏層が広がる場合であっても、縦型n+型領域155により隣り合う縦型金属層65に空乏層が達することを防止できる。従って、隣接する縦型金属層65間で漏れる高周波信号を防止でき、スイッチ回路装置のアイソレーションを向上できる。
The impurity concentration of the vertical n +
このような理由により、縦型n+型領域155の第1主面S1(第2主面S2も同様)上の長さは、少なくとも縦型金属層65の長さと同等以上とする。
For this reason, the length of the vertical n +
更に、表面オーミック金属層10s、裏面オーミック金属層10rがコンタクトする基板11の第1主面S1および第2主面S2の表面には、例えばn型の不純物領域である、表面n+型領域130sおよび裏面n+型領域130rが設けられる。これらは、表面オーミック金属層10sおよび裏面オーミック金属層10rよりはみ出して、これらの周辺に設けられる。特に裏面n+型領域130rは、第1出力端子パッドO1よりはみ出して、第1出力端子パッドO1の周辺に設けられる。
Further, on the surfaces of the first main surface S1 and the second main surface S2 of the
表面n+型領域130sおよび裏面n+型領域130rは、縦型n+型領域155と同様に表面配線金属層30sおよび裏面配線金属層30rから、表面オーミック金属層10sおよび裏面オーミック金属層10rを介して基板11に広がる空乏層を抑制する。すなわち、近接して配置される伝導領域(金属層や不純物領域)に高周波信号が漏れることを防止し、アイソレーションを向上できる。
Similarly to the vertical n +
すなわち、表面n+型領域130sおよび裏面n+型領域130rのいずれも、各パッドまたは各配線より大きいパターンで配置するとよい。
That is, both the front surface n +
浮遊不純物領域170は、ここでは縦型n+型領域155の第1主面S1表面に設けられる。そしてパッシベーション膜となる窒化膜60sa上に延在して近接する第1のFET群F1の表面配線金属層30sと、第2のFET群F2の表面配線金属層30s間の高周波信号の漏れを防止する。
Here, the floating
図7は、縦型抵抗VRを示す図である。図7(A)は、第1主面S1および第2主面S2の透視平面図であり、表面オーミック金属層10sおよび裏面オーミック金属層10rは省略してある。図7(B)は図2(および図7(A))のc−c線断面図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating the vertical resistance VR. FIG. 7A is a perspective plan view of the first main surface S1 and the second main surface S2, and the front
例えばFET1−1のゲート電極27を束ねたゲート配線21は、動作領域100外で、表面配線金属層30sおよび表面オーミック金属層10sを介して、縦型抵抗VR1−1と接続する。表面配線金属層30sは、窒化膜60saに設けた開口部を介して表面オーミック金属層10sおよびゲート配線21とコンタクトする。表面配線金属層30s上は窒化膜60sbで被覆される。
For example, the
縦型抵抗VR1−1は第1主面S1から第2主面S2に達して設けられ、第2主面S2の表面において裏面オーミック金属層10rを介して裏面配線金属層30rに接続する。裏面配線金属層30rは、窒化膜60raに設けた開口部を介して、裏面オーミック金属層10rとコンタクトし、裏面配線金属層30rの表面は窒化膜60rbで被覆される。裏面配線金属層30rは、第1制御端子パッドC1の一部である。また、縦型抵抗VR1−2、VR1−3においては、裏面配線金属層30rは、裏面配線Wの一部であり、裏面配線Wを介して第1制御端子パッドC1に接続する。すなわち、縦型抵抗VR1と裏面配線Wは、第1制御抵抗CR1の一部を構成する。
The vertical resistor VR1-1 is provided to reach the second main surface S2 from the first main surface S1, and is connected to the back
縦型抵抗VR1は、第1主面S1の表面において数μm2程度の面積を有し、抵抗値は10KΩ程度である。縦型抵抗VR1は、第1制御抵抗CR1の一部を構成する。 The vertical resistor VR1 has an area of about several μm 2 on the surface of the first main surface S1, and the resistance value is about 10 KΩ. The vertical resistor VR1 constitutes a part of the first control resistor CR1.
第1主面S1および第2主面S2の表面には、縦型n+型領域155と同様の理由から表面n+型領域130sおよび裏面n+型領域130rが設けられ、アイソレーション向上を図っている。表面n+型領域130sは、表面オーミック金属層10sおよびゲート配線21の下方に連続してこれらよりはみ出して設けられる。また、裏面n+型領域130rは、裏面オーミック金属層10rよりはみ出して設けられる。
For the same reason as the vertical n +
スイッチMMICの制御抵抗は、5KΩ以上の高い抵抗値が必要である。従って、所定の抵抗値を得るために制御抵抗をチップ表面で引き回す必要があり、チップの小型化を阻んでいる。しかし、本実施形態によれば、基板11の垂直方向の厚みを利用して縦型抵抗VR1を形成できる。これによってチップ表面での第1制御抵抗CR1の占有面積を小さくできるので、チップの小型化が実現する。
The control resistance of the switch MMIC requires a high resistance value of 5 KΩ or more. Therefore, it is necessary to route the control resistor on the chip surface in order to obtain a predetermined resistance value, which prevents the chip from being downsized. However, according to the present embodiment, the vertical resistor VR1 can be formed using the thickness of the
また、縦型抵抗VR1と他の伝導領域は同じ構造であり、同一工程にて形成できるので、縦型抵抗VR1を形成するための新たな工数を追加することなく実施できる。 Further, since the vertical resistor VR1 and the other conductive regions have the same structure and can be formed in the same process, it can be carried out without adding a new man-hour for forming the vertical resistor VR1.
また、図8は、共通入力端子パッドIとそれに接続する縦型金属層65を示す図であり、図2のd−d線断面図である。
FIG. 8 is a diagram showing the common input terminal pad I and the
共通入力端子パッドIは第2主面S2に設けられ、基板11を貫通するバイアホール55およびその側壁に設けられた縦型金属層65を介して、第1主面S1の表面配線金属層30sと電気的に接続する。この場合も縦型金属層65はバイアホール55内に充填される。そして、この場合の縦型n+型領域155は、バイアホール55の側壁の縦型金属層65とコンタクトし、縦型金属層65に沿って設けられる。これ以外の構成は、第1出力端子パッドO1部分と同様であるので、説明は省略する。
The common input terminal pad I is provided on the second main surface S2, and the surface
縦型抵抗VR1−1(他の縦型抵抗も同様)は不純物の拡散領域であり、半絶縁性の基板11との間に接合は形成されない。空乏層は接合に逆バイアスが印加されたとき接合部から発生し、接合部に印加された逆バイアス電圧が大きいほど広がる距離が大きくなる。従って、縦型抵抗VR1−1側面から空乏層は発生しない。
The vertical resistor VR <b> 1-1 (as well as other vertical resistors) is an impurity diffusion region, and no junction is formed with the
一方、共通入力端子パッドIに接続する縦型金属層65と基板11とのショットキー接合からは空乏層が広がる。ここで、前述の如く共通入力端子パッドIの縦型金属層65を伝搬する高周波信号の電位と、第1制御端子パッドC1に印加される電位は時々刻々変化する。そして、縦型金属層65から基板11に空乏層が広がるのは、共通入力端子パッドIを伝搬する高周波信号の電位が第1制御端子パッドC1の電位より低い場合のみである。
On the other hand, a depletion layer spreads from the Schottky junction between the
例えば、第1制御端子パッドC1の制御信号が3V/0Vで変化する場合、共通入力端子パッドIのバイアス電位は2.4V程度である。従って、第1制御端子パッドC1が3Vの場合には共通入力端子パッドIには高周波信号が伝搬するが、共通入力端子パッドIの方が第1制御端子パッドC1より電位が低い時間帯が発生する。この時間帯において、共通入力端子パッドIに接続する縦型金属層65からの空乏層が第1制御端子パッドC1(又はそれに接続する縦型抵抗VR1−1)に達すると、共通入力端子パッドIに伝搬する高周波信号が高周波信号としてGND電位(以下高周波GND電位)である第1制御端子パッドC1に漏れてインサーションロスが増大する。
For example, when the control signal of the first control terminal pad C1 changes at 3V / 0V, the bias potential of the common input terminal pad I is about 2.4V. Accordingly, when the first control terminal pad C1 is 3V, a high frequency signal propagates to the common input terminal pad I, but there is a time zone in which the potential of the common input terminal pad I is lower than that of the first control terminal pad C1. To do. In this time zone, when the depletion layer from the
このような場合に、高周波信号が伝搬する縦型金属層65と高周波GND電位(またはDC電位)の縦型抵抗VR間に、縦型n+型領域155を配置する。これにより縦型金属層65からの空乏層の広がりを抑制できるので、近接する縦型抵抗VR(伝導領域)に漏れる高周波信号を防止できる。そして図の如く縦型n+型領域155は、縦型金属層65に接して設けられても良い。
In such a case, the vertical n +
図9、図10は、バイアホール55および縦型金属層65を示す図である。
9 and 10 are views showing the via
図9(A)は、バイアホール55内に縦型金属層65を充填した場合である。表面n+型領域130sおよび裏面n+型領域130rは、それぞれ表面配線金属層30sおよび裏面配線金属層30rと直流電流が流れる状態で接続(以下直流的に接続)し、これらの金属層よりはみ出して設けられる。尚、例えば図2に示す第1〜第3出力端子パッドO1〜O3のように表面配線金属層30sが表面オーミック金属層10sを介して表面n+型領域130sと接続する場合も直流的な接続である。
FIG. 9A shows the case where the
この場合、縦型n+型領域155は縦型金属層65と離間して、隣り合う縦型金属層65間に配置する。
In this case, the vertical n +
図9(B)は、図8の如く、縦型金属層65に縦型n+型領域155がコンタクトする場合である。縦型n+型領域155は、バイアホール66側壁の基板11に不純物を注入および拡散するなどし、第1主面S1から第2主面S2に達して設けられる。そして表面n+型領域130sおよび裏面n+型領域130rと連続する。このような場合、縦型n+型領域155の厚みdは数千Å程度でよい。
FIG. 9B shows the case where the vertical n +
この構造にすることにより、バイアホール55(縦型金属層65)から何れの方向に広がる空乏層であっても縦型n+型領域155によってその広がりを抑制できる。
With this structure, even if the depletion layer extends in any direction from the via hole 55 (vertical metal layer 65), the vertical n +
また、図9(C)の如く縦型金属層65は、バイアホール55に充填はされず側壁のみを被覆して設けられてもよい。
Further, as shown in FIG. 9C, the
図10は、バイアホール55の形状が図9と異なるものである。図9の場合、バイアホール55は異方性エッチングにより形成したトレンチ型であるが、図10はすり鉢状にエッチングした形状である。この場合も、縦型金属層65をバイアホール55内に充填しても良いし(図10(A))、バイアホール55の側壁のみを被覆するように設けても良い(図10(B)。
FIG. 10 is different from FIG. 9 in the shape of the via
尚、図9(B)〜図10(B)では何れも縦型n+型領域155を縦型金属層65にコンタクトさせているが、図9(A)の如く、縦型金属層65とは離間して隣り合う縦型金属層65間に配置してもよい。
In each of FIGS. 9B to 10B, the vertical n +
また、隣り合う2つの縦型金属層65(およびバイアホール55)は共に同じ形状である必要はなく、さらに一方が縦型抵抗VRであってもよい。 Further, two adjacent vertical metal layers 65 (and via holes 55) do not have to have the same shape, and one of them may be a vertical resistance VR.
次に、図11から図14を参照して、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、第1〜第3出力端子パッドO1〜O3に接続する縦型金属層65に、図9(B)の如く縦型n+型領域155をコンタクトさせたものである。これ以外の構成は第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, a vertical n +
図11は第1主面S1と第2主面S2のパターンを重畳させた平面図であり、図12は第1主面S1の平面図であり、図13は第2主面S2の平面図である。 11 is a plan view in which the patterns of the first main surface S1 and the second main surface S2 are superimposed, FIG. 12 is a plan view of the first main surface S1, and FIG. 13 is a plan view of the second main surface S2. It is.
第1出力端子パッドO1、第2出力端子パッドO2、第3出力端子パッドO3の一部と重畳してそれぞれバイアホール55が設けられ、バイアホール55内は縦型金属層65が充填される。また縦型金属層65とコンタクトする縦型n+型領域155を設ける。すなわち、共通入力端子パッドI、第1〜第3出力端子パッドO1〜O3に接続する縦型金属層65は、全て縦型n+型領域155とコンタクトする。
Via
各電極パッド、バイアホール55および縦型金属層65、縦型n+型領域155は、図8の共通入力端子パッドI部分と同様である。
Each electrode pad, via
すなわち、バイアホール55の側壁の基板11にn型不純物を注入および拡散するなどして、バイアホール55側壁に沿って縦型n+型領域155を設ける。バイアホール55内には縦型金属層65を充填し、縦型金属層65と縦型n+型領域155をコンタクトさせる。縦型抵抗VR1−1の断面図(図11のc’−c’線断面図)は、図7と同様である。
That is, the vertical n +
図14は、図11のe−e線断面図である。 14 is a cross-sectional view taken along the line ee of FIG.
本実施形態の如く、それぞれの縦型金属層65の外側にコンタクトする縦型n+型領域155を設けることにより、隣り合う縦型金属層65間には常に縦型n+型領域155が配置されることになり、何れの方向に広がる空乏層であってもその広がり抑制できる。図2の如く、縦型金属層65と離間した縦型n+型領域155を設けることによるパターン上の制約が無くなるため、パターンが密集する場合などに好適である。
As in the present embodiment, by providing the vertical n +
また、これらの縦型金属層65間に、さらに破線の如く縦型n+型領域155を設けても良い。これにより高周波信号の漏れを防止する効果が増し、より大きなパワーの高周波信号の漏れを防止できる。
Further, a vertical n +
図15から図18を参照し、第3の実施形態を説明する。 A third embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 18.
第3の実施形態は、第1〜第3制御端子パッドC1〜C3(第3電極パッド)にそれぞれ対応するバイアホール55(第3バイアホール)、およびそれぞれ電気的に接続する縦型金属層65(第3縦型金属層)を設けるものである。
In the third embodiment, via holes 55 (third via holes) corresponding to the first to third control terminal pads C1 to C3 (third electrode pads), respectively, and the
図15は、第1主面S1と第2主面S2のパターンを重畳させた平面図であり、図16は第1主面S1の平面図であり、図17は第2主面S2の平面図である。 15 is a plan view in which the patterns of the first main surface S1 and the second main surface S2 are superimposed, FIG. 16 is a plan view of the first main surface S1, and FIG. 17 is a plan view of the second main surface S2. FIG.
第1制御抵抗CR1〜第3制御抵抗CR3以外は、第2の実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。 Except for the first control resistor CR1 to the third control resistor CR3, the second embodiment is the same as the second embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
また、第1制御抵抗CR1〜第3制御抵抗CR3は同様の構成であるので、第1制御抵抗CR1について説明する。 Since the first control resistor CR1 to the third control resistor CR3 have the same configuration, the first control resistor CR1 will be described.
FET1−1、FET1―2、FET1−3のゲート配線21は、動作領域100外で高抵抗体HR1(高抵抗体HR1−1、HR1−2、HR1−3)とそれぞれ接続する。高抵抗体HR1は、シート抵抗の高い導電体を図16の如く基板11の第1主面S1に延在したものである。例えば、動作領域100のチャネル層12と同程度の比較的低濃度(ピーク濃度:2〜4×1017cm−3)(高シート抵抗)のn型不純物領域であり、シート抵抗は1KΩ/□程度で、5KΩ以上(例えば10KΩ程度)の抵抗値を有する。高抵抗体HR1−1、HR1−2、HR1−3は、それぞれFET1−1、FET1−2、FET1−3に対応して設けられたバイアホール55を介して第2主面S2上で配線される。バイアホール55の側壁には縦型金属層65が設けられる。
The gate lines 21 of the FET 1-1, FET1-2, and FET1-3 are connected to the high resistor HR1 (high resistors HR1-1, HR1-2, HR1-3) outside the
第2主面S2に延在する裏面配線Wは、裏面配線金属層30rにより構成される。裏面配線Wは、第1のFET群F1のゲート配線21に接続する全ての縦型金属層65を第1制御端子パッドC1に接続する(図18参照)。
The back surface wiring W extending to the second main surface S2 is constituted by the back surface
すなわち、高抵抗体HR1およびこれに接続する縦型金属層65、裏面配線Wはそれぞれ第1制御抵抗CR1の一部を構成する。
That is, the high resistor HR1, the
図18は、高抵抗体HR1に接続する縦型金属層65を示す図であり、図18(A)が平面図、図18(B)が図18(A)(図15)のf−f線断面図である。
18A and 18B are diagrams showing the
第1主面S1から第2主面S2に達し、基板11を貫通するバイアホール55を設ける。この場合のバイアホール55は、第1主面S1(第2主面S2も同様)の面積として10μm×10μm程度あればよい。バイアホール55内において側壁の基板11表面には縦型n+型領域155が設けられ、バイアホール55内は縦型金属層65が充填される。縦型n+型領域155の厚みdは数千Å程度である。また縦型金属層65は、バイアホール55内の基板11とショットキー接合を形成する。
A via
縦型金属層65は、第1主面S1および第2主面S2において、それぞれ表面オーミック金属層10sおよび裏面オーミック金属層10rとコンタクトする。表面オーミック金属層10sは窒化膜60saに設けた開口部を介して表面配線金属層30sとコンタクトし、その上を窒化膜60sbが被覆する。裏面オーミック金属層10rは窒化膜60raに設けた開口部を介して裏面配線金属層30r(裏面配線W)とコンタクトし、その上を窒化膜60rbが被覆する。表面および裏面オーミック金属層10s、10rがコンタクトする基板11表面には、それぞれアイソレーション向上のための表面n+型領域130s、裏面n+型領域130rが設けられる。
各電極パッド、バイアホール55および縦型金属層65、縦型n+型領域155は、図8の共通入力端子パッドI部分と同様である。
る。またバイアホール55と縦型金属層65、縦型n+型領域155の構成は図9および図10に示す何れでも良い。
Each electrode pad, via
The Further, the via
例えば、第1出力端子パッドO1の近傍においては、DC電位(又は高周波GND電位、以下同様)の縦型金属層65aと、高周波信号が伝搬する縦型金属層65bとが隣り合って配置される(図15参照)。このような場合、基板11内において縦型金属層65a、65bのうちどちらか電位の低い方から高い方に向かって空乏層が広がる。すなわち、スイッチ回路装置においては高周波信号もDC電位も時々刻々電位が変わるため、そのときどきの電位関係に応じて、どちらか電位の低い方から高い方に向かって空乏層が広がる。そして空乏層が隣り合う縦型金属層65に達した場合に高周波信号が漏れる。
For example, in the vicinity of the first output terminal pad O1, a
そこで、DC電位の縦型金属層65においても、高周波信号が伝搬し隣り合う縦型金属層65との間に縦型n+型領域155を設けることによって、縦型金属層65間に広がる空乏層の変化による高周波信号の漏れを防止できる。
Therefore, also in the
ここでは、縦型金属層65にコンタクトして縦型n+型領域155を設けた場合を示したが、縦型金属層65とは離間して隣り合う縦型金属層65間に縦型n+型領域155を設けても良い(図6参照)。
Here, the case where the vertical n +
尚、例えば第1制御抵抗CR1と第2制御抵抗CR2に接続する縦型金属層65があり、これらが隣り合う場合には、これらの間に縦型n+型領域155を設ける必要はない。例えば、両者の電位が異なる場合、空乏層は電位の低い方から高い方に広がり、電位が高い側の縦型金属層に到達する。そしてこのとき数nA程度の多少のリーク電流が流れる。しかしこの程度のリーク電流が、例えば第1制御端子Ctl1−第2制御端子Ctl2間で流れても、スイッチMMICのスイッチングには何ら影響を及ぼすことはない。また、制御端子などのDC端子パッドには高周波が伝搬していないため、高周波信号が漏れてインサーションロスやアイソレーションという高周波特性を劣化させることもない。従って、隣り合う縦型金属層65が共にDC電位の場合には、これらの間に縦型n+型領域155を設ける必要はない。
For example, when there is a
図19および図20は、第4の実施形態を示す。第4の実施形態はHEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)をスイッチング素子としたスイッチ回路装置の場合である。平面図は第1〜第3実施形態と同様である。図19(A)が、動作領域100の断面図(図3のa−a線断面に相当)、図19(B)が、バイアホール55および縦型金属層65の断面図(図2のg−g線断面に相当)、図19(C)が、縦型抵抗の断面図(図2のc−c線断面に相当)、図20が、高抵抗体の断面図であり、図20(A)が図15のh−h線断面に相当し、図20(B)が図15のi−i線断面に相当する。また、第1〜第3実施形態と同様の構成については説明を省略する。
19 and 20 show a fourth embodiment. The fourth embodiment is a switch circuit device using a HEMT (High Electron Mobility Transistor) as a switching element. The plan view is the same as in the first to third embodiments. 19A is a cross-sectional view of the operation region 100 (corresponding to a cross section along line aa in FIG. 3), and FIG. 19B is a cross-sectional view of the via
図19(A)の如く、基板11は、半絶縁性GaAs基板131上にノンドープのバッファ層132を積層し、バッファ層132上に、電子供給層となるn+型AlGaAs層133、チャネル(電子走行)層となるノンドープInGaAs層135、電子供給層となるn+型AlGaAs層133を順次積層したものである。電子供給層133とチャネル層135間には、スペーサ層134が配置される。
As shown in FIG. 19A, the
バッファ層132は、不純物が添加されていない高抵抗層であり、その膜厚は、数千Å程度である。上側の電子供給層133上には、ノンドープ層を積層し、所定の耐圧とピンチオフ電圧を確保している。ここでは例えば第1ノンドープ層(AlGaAs層)141、第2ノンドープ層(InGaP層)142、第3ノンドープ層(AlGaAs層)143を積層する。その上に化学的に安定な安定層(InGaP層)140を配置し、更にキャップ層となるn+型GaAs層137を最上層に積層している。キャップ層137には高濃度の不純物が添加されており、その不純物濃度は、1〜5×1018cm−3程度である。
The
電子供給層133、第1〜第3ノンドープ層141、142、143、スペーサ層134は、チャネル層135よりバンドギャップが大きい材料が用いられる。また電子供給層133には、n型不純物(例えばSi)が2〜4×1018cm−3程度に添加されている。
The
そして、このような構造により、電子供給層133であるn+型AlGaAs層のドナー不純物から発生した電子が、チャネル層135側へ移動し、電流パスとなるチャネルが形成される。この結果、電子とドナー・イオンは、ヘテロ接合界面を境として空間的に分離されることになる。電子はチャネル層135を走行するが、ドナー・イオンが存在しないためクーロン散乱の影響が非常に少なく、高電子移動度を持つことができる。
With such a structure, electrons generated from the donor impurity of the n + -type AlGaAs layer that is the
HEMTの動作領域100は、バッファ層132に達する絶縁化領域50によって一点鎖線の如く他の領域と分離される。絶縁化領域50は、電気的に完全な絶縁ではなく、不純物(B+)をイオン注入することによりエピタキシャル層にキャリアトラップを設け、絶縁化した領域である。つまり、絶縁化領域50にもエピタキシャル層として不純物は存在しているが、絶縁化のためのB+注入により不活性化されている。
The
動作領域100の、高濃度不純物が添加されたキャップ層137を部分的に除去することにより、ソース領域137sおよびドレイン領域137dを設ける。ソース領域137sおよびドレイン領域137dには表面オーミック金属層10sで形成されるソース電極15、ドレイン電極16が接続し、その上層には表面配線金属層30sによりソース電極35、ドレイン電極36が形成される。
A
また、第1主面S1の動作領域100において、ゲート電極27が配置される部分のキャップ層137および安定層140をエッチングにより除去して、第3ノンドープ層143を露出し、ゲート金属層20をショットキー接続させてゲート電極27を形成する。尚ゲート電極27はPt/Poを蒸着して形成される。蒸着後、熱処理により最下層金属(Pt)の一部が第1ノンドープ層41に達するまで埋め込まれる。このため、高耐圧特性を得ることができる。
Further, in the
HEMTのエピタキシャル構造はキャップ層137を含んでいる。キャップ層137の不純物濃度は1〜5×1018cm−3程度と高濃度であるため、キャップ層137の配置されている領域は機能的には高濃度(n+型)の不純物領域といえる。
The HEMT epitaxial structure includes a
図19(B)の如く、各電極パッドは裏面配線金属層30rによって第2主面S2に設けられる。また各電極パッドに対応し、第1主面S1から第2主面S2まで、基板11を貫通するバイアホール55が設けられる。バイアホール55の少なくとも側壁は縦型金属層65で被覆され、これにより各電極パッドとスイッチング素子(HEMT)が接続される。
As shown in FIG. 19B, each electrode pad is provided on the second main surface S2 by the back surface
また縦型金属層65にコンタクトする縦型n+型領域155を設ける。縦型n+型領域155は、基板にn型不純物をイオン注入および拡散することにより設けられる。縦型n+型領域155の厚みdは数千Å程度でよい。また、前述の如く縦型n+型領域155は、縦型金属層65と離間しても良い。
Further, a vertical n +
HEMTではアイソレーション向上のための表面n+型領域130sも絶縁化領域50で分離され、キャップ層137を含む半導体層により構成される。一方、裏面n+型領域130rは、第2主面S2の表面に不純物をイオン注入して形成する。
In the HEMT, the surface n +
尚、第1制御抵抗〜第3制御抵抗CR1〜CR3に接続する縦型金属層65を設ける場合も同様である。
The same applies when the
図19(C)は縦型抵抗VRを示す断面図である。 FIG. 19C is a cross-sectional view showing the vertical resistance VR.
ゲート配線21は、ゲート電極27と同様に第3ノンドープ層143上に設けられ、最下層金属(Pt)の一部が埋め込まれて第1ノンドープ層141に達する。表面オーミック金属層10sはキャップ層137上に設けられ、表面配線金属層30sは、パッシベーション膜となる窒化膜60saに設けた開口部を介してゲート配線21および表面オーミック金属層10sとコンタクトする。それらを覆ってジャケットコート膜となる窒化膜60sbが設けられる。
Similarly to the
縦型抵抗VRは、第1主面S1から第2主面S2に達する伝導領域であり、n型不純物を(濃度1〜50×1017cm−3)にイオン注入および拡散したn型不純物領域である。
The vertical resistance VR is a conductive region that reaches the second main surface S2 from the first main surface S1, and an n-type impurity region in which n-type impurities are ion-implanted and diffused (
第1制御抵抗CR1(第2制御抵抗CR2、第3制御抵抗CR3も同様)は所望の抵抗値を有する距離(長さ)および幅を確保して、他の領域と絶縁化領域50により分離される。そして、第1制御抵抗CR1は、図2または図11の如く縦型抵抗VR1により構成しても良いし、図15の如く、低抵抗体LR1と高抵抗体HR1により構成しても良く、またそれらを混在させても良い。
The first control resistor CR1 (same as the second control resistor CR2 and the third control resistor CR3) is separated from the other regions by the insulating
図20は、高抵抗体HRを示す断面図である。図20(A)は図15のh−h線断面に相当し、図20(B)は図15のi−i断面に相当する。ここでは、第2制御抵抗CR2について説明するが、第1制御抵抗CR1、第3制御抵抗CR3についても同様である。 FIG. 20 is a cross-sectional view showing the high resistor HR. 20A corresponds to a cross section taken along line hh in FIG. 15, and FIG. 20B corresponds to a cross section taken along line ii in FIG. Here, the second control resistor CR2 will be described, but the same applies to the first control resistor CR1 and the third control resistor CR3.
高抵抗体HR2は、絶縁化領域50によって分離され、キャップ層137を除去してキャップ層137より下の半導体層を露出した領域により構成される。
The high resistance element HR2 is separated by the insulating
すなわち高抵抗体HR2はキャップ層137をエッチングしたリセス部101を有し、リセス部101両端に接続のためのコンタクト部102となるキャップ層137が残存する。コンタクト部102は図の如くそのまま低抵抗体LR2のキャップ層137に連続して接続するか、あるいは抵抗素子電極(不図示)を設けて第2制御抵抗CR2の一部として配線などに接続するための領域である。抵抗素子電極を設ける場合には、HEMTの表面オーミック金属層10sおよび表面配線金属層30sにより、ソース電極およびドレイン電極と同様に形成できる。
That is, the high resistance element HR2 has the
そして図の場合には、リセス部101の底部に第3ノンドープ層143が露出する。このように、第3ノンドープ層143が露出するリセス部101を設けることにより、コンタクト部102、チャネル層135が抵抗体の電流経路となり、チャネル層135が実質的な抵抗層となる。そして、チャネル層135はキャップ層137よりシート抵抗が数倍高い(例えば400Ω/□)ため、これにより短い距離で高抵抗値を有する高抵抗体HR2が得られる。本実施形態ではリセス部101を設けることによりシート抵抗Rs=400Ω/□程度の高抵抗体HR2とする。リセス部101は、例えば50μm程度の長さである。
In the case of the figure, the third
低抵抗体LR2の主要電流経路は、不純物濃度が高く膜厚も厚いキャップ層137である。キャップ層137のシート抵抗はRs=100Ω/□程度である。低抵抗体LR2のみで高い抵抗値(5KΩ以上)を得るにはその幅を十分狭くするか、長さを十分確保する必要がある。実際にはパターンニングの微細化に限界があるため、長さで所望の抵抗値を確保する必要がある。従って、抵抗が大きくなるとチップ上でパッドや素子の隙間に納まり切れず抵抗を配置するためだけに特別のスペースを準備する必要が発生し、チップ面積が大きくなってしまう問題がある。そこで本実施形態では、キャップ層137を除去してシート抵抗が高いチャネル層135を、実質的な抵抗層とする高抵抗体HR2を採用する。これによりチップ周辺などの空きスペースに十分納まるため、特にチップサイズを増大する必要が無くなる。
The main current path of the low resistance element LR2 is a
尚、高抵抗体HR2は不純物注入領域や、キャップ層をエッチングして下層の半導体層を露出した領域でなくてもよく、例えば蒸着されたNiCrなどにより形成された金属抵抗でも良い。 Note that the high-resistance element HR2 does not have to be an impurity implantation region or a region in which the lower semiconductor layer is exposed by etching the cap layer, and may be a metal resistor formed by, for example, deposited NiCr.
また、表面n+型領域130sおよび裏面n+型領域130rは、これらとコンタクトする金属層(表面オーミック金属層10s、裏面オーミック金属層10r、表面配線金属層30s、裏面配線金属層30r、またはゲート配線21)の下方全面に配置される場合を示したが、これらの金属層の下方周辺部で金属層よりはみ出して設けられてもよい。また金属層から5μm以下程度離間して金属層の周辺に設けられてもよい。
Further, the front surface n + -
本実施形態の半導体チップを実装する場合は、第2主面S2に設けられた裏面金属層30rによる電極パッドに、半田などによるバンプを形成する。そしてバンプを例えばガラスエポキシ基板や、セラミック基板等に設けられた導電パターンと固着する。
When the semiconductor chip of this embodiment is mounted, bumps made of solder or the like are formed on the electrode pads made of the back
10s 表面オーミック金属層
10r 裏面オーミック金属層
11 基板
12 チャネル層
15、35 ソース電極
16、36 ドレイン電極
27 ゲート電極
18、137s ソース領域
19、137d ドレイン領域
20 ゲート金属層
21 ゲート配線
30s 表面配線金属層
30r 裏面配線金属層
55 バイアホール
65 縦型金属層
130s 表面n+型領域
130r 裏面n+型領域
170 浮遊不純物領域
131 GaAs基板
132 バッファ層
133 電子供給層
134 スペーサ層
135 チャネル層
137 キャップ層
140 安定層
141 第1ノンドープ層
142 第2ノンドープ層
143 第3ノンドープ層
155 縦型n+型領域
50 絶縁化領域
60sa、60sb、60ra、60rb、60s、60r 窒化膜
100 動作領域
101 リセス部
102 コンタクト部
VR1、VR2、VR3、VR 縦型抵抗
HR1、HR2、HR3、HR 高抵抗体
LR1、LR2、LR3 低抵抗体
IN 共通入力端子
Ctl1 第1制御端子
Ctl2 第2制御端子
Ctl3 第3制御端子
OUT1 第1出力端子
OUT2 第2出力端子
OUT3 第2出力端子
I 共通入力端子パッド
C1 第1制御端子パッド
C2 第2御端子パッド
C3 第3御端子パッド
O1 第1出力端子パッド
O2 第2出力端子パッド
O3 第3出力端子パッド
CR 制御抵抗
CR1 第1制御抵抗
CR2 第2制御抵抗
CR3 第3制御抵抗
F1 第1スイッチング素子
F2 第2スイッチング素子
F3 第3スイッチング素子
W 裏面配線
10s surface ohmic metal layer 10r back surface ohmic metal layer 11 substrate 12 channel layer 15, 35 source electrode 16, 36 drain electrode 27 gate electrode 18, 137s source region 19, 137d drain region 20 gate metal layer 21 gate wiring 30s surface wiring metal layer 30r Backside metal layer 55 Via hole 65 Vertical metal layer 130s Surface n + type region 130r Backside n + type region 170 Floating impurity region 131 GaAs substrate 132 Buffer layer 133 Electron supply layer 134 Spacer layer 135 Channel layer 137 Cap layer 140 Stabilization layer 141 First non-doped layer 142 Second non-doped layer 143 Third non-doped layer 155 Vertical n + type region 50 Insulating region 60 sa, 60 sb, 60 ra, 60 rb, 60 s, 60 r Nitride film 100 Operation Area 101 Recessed portion 102 Contact portion VR1, VR2, VR3, VR Vertical resistor HR1, HR2, HR3, HR High resistor LR1, LR2, LR3 Low resistor IN Common input terminal Ctl1 First control terminal Ctl2 Second control terminal Ctl3 Third control terminal OUT1 First output terminal OUT2 Second output terminal OUT3 Second output terminal I Common input terminal pad C1 First control terminal pad C2 Second control terminal pad C3 Third control terminal pad O1 First output terminal pad O2 First 2 output terminal pad O3 3rd output terminal pad CR control resistance CR1 1st control resistance CR2 2nd control resistance CR3 3rd control resistance F1 1st switching element F2 2nd switching element F3 3rd switching element W Back surface wiring
Claims (16)
前記基板の第1主面に設けられ、スイッチ回路装置を構成するスイッチング素子と、
前記スイッチ回路装置の端子と対応して前記基板の第2主面に設けられ、第1の高周波信号および第2の高周波信号がそれぞれ伝搬する第1電極パッドおよび第2電極パッドと、
前記基板を貫通して設けられ、隣り合う第1および第2バイアホールと、
前記第1バイアホールの側壁に設けられ、前記第1電極パッドと前記スイッチング素子を接続する第1金属層と、
前記第2バイアホールの側壁に設けられ、前記第2電極パッドと前記スイッチング素子を接続する第2金属層と、
前記第1金属層と前記第2金属層間に設けられ、前記第1主面から前記第2主面に達する伝導領域と、
を具備することを特徴とする化合物半導体スイッチ回路装置。 A compound semiconductor substrate;
A switching element provided on the first main surface of the substrate and constituting a switch circuit device;
A first electrode pad and a second electrode pad which are provided on the second main surface of the substrate corresponding to the terminals of the switch circuit device and through which the first high frequency signal and the second high frequency signal propagate, respectively;
First and second via holes provided through the substrate and adjacent to each other;
A first metal layer provided on a sidewall of the first via hole and connecting the first electrode pad and the switching element;
A second metal layer provided on a sidewall of the second via hole and connecting the second electrode pad and the switching element;
A conductive region provided between the first metal layer and the second metal layer and extending from the first main surface to the second main surface;
A compound semiconductor switch circuit device comprising:
前記基板の第1主面に設けられ、スイッチ回路装置を構成するスイッチング素子と、
前記基板の第2主面に設けられ、前記スイッチ回路装置の共通入力端子、出力端子および制御端子にそれぞれ接続する共通入力端子パッド、出力端子パッド、および制御端子パッドと、
前記制御端子パッドと前記スイッチング素子を接続する接続手段と、
前記基板を貫通して設けられ、隣り合う第1および第2バイアホールと、
前記第1バイアホールの側壁に設けられ、第1の高周波信号が伝搬する第1金属層と、
前記第2バイアホールの側壁に設けられ、第2の高周波信号が伝搬する第2金属層と、
第1金属層および第2金属層の間に設けられ、前記第1主面から前記第2主面に達する伝導領域と、
を具備することを特徴とする化合物半導体スイッチ回路装置。 A compound semiconductor substrate;
A switching element provided on the first main surface of the substrate and constituting a switch circuit device;
A common input terminal pad, an output terminal pad, and a control terminal pad connected to the common input terminal, the output terminal, and the control terminal of the switch circuit device, respectively, provided on the second main surface of the substrate;
Connection means for connecting the control terminal pad and the switching element;
First and second via holes provided through the substrate and adjacent to each other;
A first metal layer provided on a sidewall of the first via hole and through which a first high-frequency signal propagates;
A second metal layer provided on a side wall of the second via hole and through which a second high-frequency signal propagates;
A conductive region provided between the first metal layer and the second metal layer and reaching the second main surface from the first main surface;
A compound semiconductor switch circuit device comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2005305736A JP2007115895A (en) | 2005-10-20 | 2005-10-20 | Compound semiconductor switch circuit device |
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JP2005305736A JP2007115895A (en) | 2005-10-20 | 2005-10-20 | Compound semiconductor switch circuit device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011082524A (en) * | 2009-10-09 | 2011-04-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd | Through silicon via(tsv) wire bond architecture |
JP2014057007A (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Fuji Electric Co Ltd | Semiconductor device |
JP2016171498A (en) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | 株式会社東芝 | Semiconductor switch |
-
2005
- 2005-10-20 JP JP2005305736A patent/JP2007115895A/en active Pending
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