[go: up one dir, main page]

JP3352626B2 - High frequency semiconductor device - Google Patents

High frequency semiconductor device

Info

Publication number
JP3352626B2
JP3352626B2 JP11514398A JP11514398A JP3352626B2 JP 3352626 B2 JP3352626 B2 JP 3352626B2 JP 11514398 A JP11514398 A JP 11514398A JP 11514398 A JP11514398 A JP 11514398A JP 3352626 B2 JP3352626 B2 JP 3352626B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
line
semiconductor device
dielectric layer
frequency semiconductor
high dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP11514398A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11308015A (en
Inventor
充 田邊
充 西辻
学 柳原
森本  滋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP11514398A priority Critical patent/JP3352626B2/en
Publication of JPH11308015A publication Critical patent/JPH11308015A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3352626B2 publication Critical patent/JP3352626B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Waveguides (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波半導体装
置、特に、ユニプレーナ線路を有する高周波半導体装置
及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a high-frequency semiconductor device, and more particularly to a high-frequency semiconductor device having a uniplanar line and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】来る21世紀には光ファイバ通信網等の
情報通信におけるインフラストラクチャの充実により、
高度情報化社会が到来すると予想されている。このよう
な社会においては、携帯電話に代表される移動体通信端
末の需要がさらに高まり、屋外でのデータ通信や動画通
信等、より高速でより大容量の通信サービスが要求され
ると考えられる。現行の周波数帯域は周波数資源が枯渇
してきており、このようなサービスを実現することはで
きない。従って、使用周波数帯域を高周波化し、現在そ
の利用が限られているミリ波帯域に移行する必要があ
る。
2. Description of the Related Art In the coming 21st century, the infrastructure for information communication such as optical fiber communication networks will be enhanced,
It is expected that an advanced information society will come. In such a society, demand for mobile communication terminals typified by mobile phones is expected to further increase, and higher-speed, higher-capacity communication services such as outdoor data communication and moving image communication will be required. The current frequency band is depleted of frequency resources, and such services cannot be realized. Therefore, it is necessary to increase the frequency band to be used and shift to a millimeter-wave band whose use is currently limited.

【0003】このような高周波化によって電磁波は短波
長化するため、従来の高周波装置の線路長よりも短い線
路長が必要とされる。逆に、従来の線路長のまま回路を
構成すると伝送損失が大きくなるため回路の特性が劣化
してしまう。従って、使用周波数の高周波化は、回路の
小型化を必然的に伴うため、能動素子及び受動素子を一
の基板上に集積するモノリシックIC化が必須となる。
Since the wavelength of an electromagnetic wave is shortened by such a high frequency, a line length shorter than that of a conventional high frequency device is required. Conversely, if a circuit is configured with the conventional line length, the transmission loss increases, and the characteristics of the circuit deteriorate. Therefore, the use of a higher frequency inevitably involves downsizing of a circuit, and it is necessary to form a monolithic IC in which active elements and passive elements are integrated on one substrate.

【0004】このモノリシックICの基板に用いられる
ガリウムヒ素(GaAs)は、シリコン(Si)に比べ
て約2000倍の抵抗率(ρ=107 Ωcm)を有する
ため、Siでは不可能であった伝送損失が少ない伝送線
路が可能となる。この特徴はGaAs系デバイスの優れ
た高周波特性とあいまって、モノリシックマイクロ波集
積回路(MMIC)の実現へとつながる。
[0004] Gallium arsenide (GaAs) used for the substrate of this monolithic IC has a resistivity (ρ = 10 7 Ωcm) that is approximately 2000 times higher than that of silicon (Si). A transmission line with less loss is possible. This feature, combined with the excellent high-frequency characteristics of GaAs-based devices, leads to the realization of a monolithic microwave integrated circuit (MMIC).

【0005】MMICに用いられる高周波用の伝送線路
には大きく分けてバイプレーナ型線路とユニプレーナ型
線路とがある。以下、図面を参照しながらバイプレーナ
型線路及びユニプレーナ線路を説明する。図14(a)
はマイクロストリップ線路に代表される従来のバイプレ
ーナ型線路の断面構成を示し、図14(b)はコプレー
ナ線路に代表されるユニプレーナ線路の断面構成を示し
ている。図14(a)に示すように、マイクロストリッ
プ線路は、GaAsからなる基板101の主面上に形成
された信号線路102Aと、主面と反対側の面に形成さ
れた接地プレーン103Aとから構成されている。信号
線路102Aと接地プレーン103Aとは基板101に
選択的に設けられたバイアホール104を介して接地さ
れている。一方、図14(b)に示すように、コプレー
ナ線路は、基板101の主面上に形成され、信号線路1
02Bと該信号線路102Bの両側部と所定の間隔をお
いた接地線路対103Bとから構成されている。
[0005] High-frequency transmission lines used in MMICs are roughly classified into biplanar lines and uniplanar lines. Hereinafter, a biplanar type line and a uniplanar line will be described with reference to the drawings. FIG. 14 (a)
FIG. 14 shows a cross-sectional structure of a conventional biplanar line represented by a microstrip line, and FIG. 14B shows a cross-sectional structure of a uniplanar line represented by a coplanar line. As shown in FIG. 14A, the microstrip line includes a signal line 102A formed on a main surface of a GaAs substrate 101 and a ground plane 103A formed on a surface opposite to the main surface. Have been. The signal line 102A and the ground plane 103A are grounded via via holes 104 selectively provided in the substrate 101. On the other hand, as shown in FIG. 14B, the coplanar line is formed on the main surface of the substrate 101, and the signal line 1
02B, a pair of ground lines 103B spaced at a predetermined interval from both sides of the signal line 102B.

【0006】図14(a)に示すマイクロストリップ線
路を、回路設計に必要なインピーダンスが50Ωの、い
わゆる50Ω線路を形成するには、基板101の厚みを
200μm〜150μm程度にまで研磨する必要があ
る。このマイクロストリップ線路のように、バイプレー
ナ型線路は能動素子の形成とは別に、バイアホール10
4の形成及び基板の薄膜化という付加的な工程を必要と
し、歩留まりの低下やコスト増を招く。
In order to form a so-called 50Ω line having an impedance required for circuit design of 50Ω from the microstrip line shown in FIG. 14A, it is necessary to polish the substrate 101 to a thickness of about 200 μm to 150 μm. . Like the microstrip line, the biplanar type line has a via hole 10 separately from the formation of the active element.
An additional step of forming the substrate 4 and thinning the substrate is required, which leads to a decrease in yield and an increase in cost.

【0007】一方、図14(b)に示すコプレーナ線路
は信号線路102Bと接地線路対103Bを同一面に形
成するため、バイアホールを必要とせず、さらにインピ
ーダンスを信号線路102Bと接地線路対103Bとの
間隔によって決定できるので、基板101の研磨を必要
としない。これにより、回路形成に付加的な工程を必要
とせず、MMICを低コスト化できる。
On the other hand, the coplanar line shown in FIG. 14B does not require a via hole since the signal line 102B and the ground line pair 103B are formed on the same surface, and furthermore, the impedance is reduced by the signal line 102B and the ground line pair 103B. Therefore, the substrate 101 need not be polished. As a result, the MMIC can be reduced in cost without requiring an additional step for circuit formation.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のコプレーナ線路は同一の信号線幅を有するマイクロ
ストリップ線路と比べた場合に、図14(a)及び
(b)に示すように、電磁波が伝播する面積が狭いた
め、一般に伝送損失が大きくなる。マイクロストリップ
線路と同等の低損失を実現するには信号線路102Bの
幅を大きくする必要があり、結果として回路の面積が大
きくなる。これは、1スライス(=ウェハ)当たりのチ
ップ数の減少につながり、コプレーナ線路の製造コスト
上の優位性を相殺してしまうという問題を有している。
However, when the conventional coplanar line is compared with a microstrip line having the same signal line width, the electromagnetic wave propagates as shown in FIGS. 14A and 14B. In general, transmission loss increases due to the small area. To achieve low loss equivalent to a microstrip line, it is necessary to increase the width of the signal line 102B, resulting in an increase in circuit area. This leads to a reduction in the number of chips per slice (= wafer), which has the problem of offsetting the superiority in manufacturing cost of the coplanar line.

【0009】本発明は、前記従来の問題を解決し、ユニ
プレーナ線路における伝送損失を低減できるようにする
こと目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problems and to reduce transmission loss in a uniplanar line.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る高周波半導体装置は、高誘電体層と該
高誘電体層の上に形成されたユニプレーナ線路とを備え
ている。
To achieve the above object, a high-frequency semiconductor device according to the present invention comprises a high dielectric layer and a uniplanar line formed on the high dielectric layer.

【0011】本発明の高周波半導体装置によると、ユニ
プレーナ線路が高誘電体層の上に形成されているため、
ユニプレーナ線路の下側では信号線路及び接地線路間の
電気力線が集中するので、線路間の容量が大きくなり、
その結果、誘電率に反比例する誘電正接の値が減少す
る。
According to the high frequency semiconductor device of the present invention, since the uniplanar line is formed on the high dielectric layer,
Since the electric lines of force between the signal line and the ground line are concentrated below the uniplanar line, the capacity between the lines increases,
As a result, the value of the dielectric loss tangent, which is inversely proportional to the dielectric constant, decreases.

【0012】本発明の高周波半導体装置において、高誘
電体層が高抵抗基板上に形成されていることが好まし
い。このようにすると、高周波半導体装置を確実に得る
ことができる。
In the high frequency semiconductor device of the present invention, it is preferable that the high dielectric layer is formed on a high resistance substrate. By doing so, a high-frequency semiconductor device can be reliably obtained.

【0013】本発明の高周波半導体装置において、高抵
抗基板がガリウムヒ素又はガラスからなることが好まし
い。
In the high frequency semiconductor device according to the present invention, the high resistance substrate is preferably made of gallium arsenide or glass.

【0014】本発明の高周波半導体装置が、高誘電体層
とユニプレーナ線路との間に設けられた絶縁膜をさらに
備えていることが好ましい。このようにすると、高誘電
体層とユニプレーナ線路との間に設けられた絶縁膜によ
り、信号線路及び接地線路間の伝導率が小さくなるの
で、伝導率に正比例する誘電正接の値が減少する。
It is preferable that the high-frequency semiconductor device of the present invention further includes an insulating film provided between the high dielectric layer and the uniplanar line. In this case, the conductivity between the signal line and the ground line is reduced by the insulating film provided between the high dielectric layer and the uniplanar line, so that the value of the dielectric loss tangent that is directly proportional to the conductivity is reduced.

【0015】本発明の高周波半導体装置において、ユニ
プレーナ線路が、それぞれが互いに間隔をおいて設けら
れた複数の導体膜からなり、少なくとも複数の導体膜同
士の間に設けられ、高誘電体からなる充填層をさらに備
えていることが好ましい。このようにすると、ユニプレ
ーナ線路の下側のみならず線路同士の間の側部間にも高
誘電体が介在するため、線路間の電気力線がさらに集中
するので、ユニプレーナ線路の信号線路及び接地線路間
の容量がさらに大きくなる。
In the high-frequency semiconductor device according to the present invention, the uniplanar line is composed of a plurality of conductor films each provided at a distance from each other, and is provided between at least a plurality of conductor films and is made of a high dielectric material. Preferably, it further comprises a layer. In this case, since the high dielectric substance is interposed not only below the uniplanar line but also between the side portions between the lines, the electric lines of force between the lines are further concentrated, so that the signal line of the uniplanar line and the ground The capacitance between the lines is further increased.

【0016】本発明の高周波半導体装置において、ユニ
プレーナ線路が、それぞれが互いに間隔をおいて設けら
れた複数の導体膜からなり、高誘電体層が、複数の導体
膜同士の間にユニプレーナ線路に沿って該高誘電体層を
分断する溝部を有していることが好ましい。このように
すると、高誘電体層における複数の導体膜同士の間の領
域が不連続となるため、信号線路及び接地線路間の伝導
率が小さくなる。
In the high-frequency semiconductor device according to the present invention, the uniplanar line is composed of a plurality of conductor films each provided at an interval from each other, and the high dielectric layer is formed between the plurality of conductor films along the uniplanar line. It is preferable to have a groove for dividing the high dielectric layer. By doing so, the region between the plurality of conductor films in the high dielectric layer becomes discontinuous, so that the conductivity between the signal line and the ground line decreases.

【0017】本発明の高周波半導体装置において、高誘
電体層の溝部には高抵抗の誘電体が充填されていること
が好ましい。このようにすると、溝部の誘電率が空気よ
りも大きくなるので、信号線路及び接地線路間の伝導率
を小さくしたまま線路間の容量を大きくできる。
In the high-frequency semiconductor device according to the present invention, it is preferable that a groove of the high dielectric layer is filled with a high-resistance dielectric. By doing so, the dielectric constant of the groove becomes higher than that of air, so that the capacitance between the signal lines and the ground line can be increased while the conductivity between the lines is reduced.

【0018】本発明の高周波半導体装置において、高抵
抗の誘電体が窒化シリコンであることが好ましい。
In the high-frequency semiconductor device of the present invention, the high-resistance dielectric is preferably silicon nitride.

【0019】本発明の高周波半導体装置において、高誘
電体層が、Bax Sr1-x TiO3(但し、xは0≦x
≦1とする。)、Pbx Lay Zr1-x-y TiO3 (但
し、x,yは0≦x+y≦1とする。)又はTa25
からなることが好ましい。
In the high frequency semiconductor device of the present invention, the high dielectric layer is made of Ba x Sr 1 -x TiO 3 (where x is 0 ≦ x)
≦ 1. ), Pb x La y Zr 1 -xy TiO 3 ( where, x, y is set to 0 ≦ x + y ≦ 1. ) Or Ta 2 O 5
It preferably comprises

【0020】本発明の高周波半導体装置において、ユニ
プレーナ線路が、信号線路及び該信号線路の両側部と所
定の間隔をおいた接地線路対からなるコプレーナ線路、
又は所定の間隔をおいた一対の導体膜からなるスロット
線路であることが好ましい。
In the high-frequency semiconductor device according to the present invention, the uniplanar line is a coplanar line comprising a signal line and a pair of ground lines spaced at predetermined intervals from both sides of the signal line.
Alternatively, a slot line formed of a pair of conductor films spaced at a predetermined interval is preferable.

【0021】本発明に係る高周波半導体装置の製造方法
は、高抵抗基板の上に高誘電体層を形成する第1の工程
と、高誘電体層の上に金属からなる薄膜を形成する第2
の工程と、薄膜が形成された高抵抗基板に対して、高誘
電体層が再結晶化するように熱処理を行なう第3の工程
と、導体膜をユニプレーナ線路となるようにパターンニ
ングする第4の工程とを備えている。
In the method of manufacturing a high-frequency semiconductor device according to the present invention, a first step of forming a high-dielectric layer on a high-resistance substrate and a second step of forming a metal thin film on the high-dielectric layer are provided.
A third step of performing a heat treatment on the high-resistance substrate on which the thin film is formed so that the high-dielectric layer is recrystallized; and a fourth step of patterning the conductive film to be a uniplanar line. Steps.

【0022】本発明の高周波半導体装置の製造方法によ
ると、高誘電体との親和性に優れる金属からなる薄膜が
高誘電体層を覆った状態で高誘電体を再結晶化させる熱
処理を行なうため、高誘電体層が金属薄膜により覆われ
ているので、高誘電体の再結晶化を効率良く行なえるよ
うになり、その結果、高誘電体に対して所望の誘電率を
実現できる。また、高誘電体層が親和性に優れる金属薄
膜により覆われているので、熱処理後の高誘電体層の高
抵抗基板からの剥離が起こりにくくなる。
According to the method of manufacturing a high-frequency semiconductor device of the present invention, the heat treatment for recrystallizing the high dielectric is performed while the thin film made of a metal having an excellent affinity for the high dielectric covers the high dielectric layer. Since the high dielectric layer is covered with the metal thin film, recrystallization of the high dielectric can be performed efficiently, and as a result, a desired dielectric constant for the high dielectric can be realized. Further, since the high dielectric layer is covered with the metal thin film having an excellent affinity, peeling of the high dielectric layer from the high resistance substrate after the heat treatment hardly occurs.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の第1
の実施形態を図面に基づいて説明する。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention.
An embodiment will be described with reference to the drawings.

【0024】図1は本発明の第1の実施形態に係る高周
波半導体装置の断面構成を示している。図1に示すよう
に、半絶縁性GaAsからなる基板11の主面上に、膜
厚が1μmのチタン酸ストロンチウム(SrTiO3
からなる高誘電体層12と、膜厚が50nmのプラチナ
(Pt)と膜厚が1μmの金(Au)が積層され、信号
線路13a及び該信号線路13aの両側部と所定の間隔
をおいた接地線路対13bとからなるコプレーナ線路1
3とが形成されている。ここで、図1にはコプレーナ線
路13のみが示されているが、基板11には高周波トラ
ンジスタ等の能動素子又はキャパシタ等の受動素子が形
成されているとする。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a high-frequency semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, strontium titanate (SrTiO 3 ) having a thickness of 1 μm is formed on a main surface of a substrate 11 made of semi-insulating GaAs.
, A 50 nm thick platinum (Pt) and a 1 μm thick gold (Au) are laminated, and a predetermined interval is provided between the signal line 13a and both sides of the signal line 13a. Coplanar line 1 composed of ground line pair 13b
3 are formed. Although only the coplanar line 13 is shown in FIG. 1, it is assumed that an active element such as a high-frequency transistor or a passive element such as a capacitor is formed on the substrate 11.

【0025】(第1の実施形態の第1の製造方法)以
下、前記のように構成された高周波半導体装置の第1の
製造方法を図面に基づいて説明する。
(First Manufacturing Method of First Embodiment) A first manufacturing method of the high-frequency semiconductor device configured as described above will be described below with reference to the drawings.

【0026】図2(a)〜(d)は本実施形態に係る高
周波半導体装置の第1の製造方法の工程順の断面構成を
示している。まず、図2(a)に示すように、半絶縁性
GaAsからなる基板11の基板温度が300℃となる
ように加熱しておき、例えば、RFスパッタ法を用いて
基板11の主面上にSrTiO3 を堆積し、その後、酸
素雰囲気で温度が450℃の熱処理を行なうことによ
り、SrTiO3 からなる高誘電体層12を形成する。
この熱処理により、高誘電体層12はSrTiO3 が再
結晶化して結晶の配向が揃うため、高い誘電率を実現で
きる。
FIGS. 2A to 2D show cross-sectional structures in the order of steps of a first method for manufacturing a high-frequency semiconductor device according to the present embodiment. First, as shown in FIG. 2A, the substrate 11 made of semi-insulating GaAs is heated so that the substrate temperature becomes 300 ° C., and the substrate 11 is formed on the main surface of the substrate 11 by, for example, RF sputtering. After depositing SrTiO 3 , a heat treatment at a temperature of 450 ° C. is performed in an oxygen atmosphere to form a high dielectric layer 12 made of SrTiO 3 .
By this heat treatment, SrTiO 3 is recrystallized in the high dielectric layer 12 so that the crystal orientation becomes uniform, so that a high dielectric constant can be realized.

【0027】次に、図2(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィー法を用いて、高誘電体膜12の上に線路パ
ターンとなる開口部を有するレジストパターン15を形
成し、続いて、図2(c)に示すように、Pt/Auの
積層体となるように配線用金属膜13Aを蒸着する。そ
の後、図2(d)に示すように、レジストパターン15
をリフトオフすることにより、配線用金属膜13Aから
なり、信号線路13a及び該信号線路13aの両側部と
所定の間隔をおいた接地線路対13bとからなるコプレ
ーナ線路13が形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, a resist pattern 15 having an opening serving as a line pattern is formed on the high dielectric film 12 by using a photolithography method. As shown in FIG. 2C, a wiring metal film 13A is deposited so as to form a Pt / Au laminate. Thereafter, as shown in FIG.
Is lifted off to form a coplanar line 13 composed of the wiring metal film 13A, and composed of the signal line 13a and a pair of ground lines 13b spaced apart from both sides of the signal line 13a by a predetermined distance.

【0028】図3(a)は本実施形態に係るコプレーナ
線路13の電気力線の分布を模式的に表わしている。図
3(a)において、図1に示す構成部材と同一の構成部
材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図
3(a)に示すように、コプレーナ線路13における信
号線路13aと接地線路対13bとの間に生じる電気力
線は比誘電率が高い高誘電体層12(SrTiO3 の場
合は比誘電率は200)中に集中し、さらに、スネルの
法則により該電気力線は、比誘電率が高い高誘電体層1
2側から比誘電率が低い基板11(GaAsの場合は比
誘電率は12.7)側に屈折するため、基板11中の電
気力線は疎となる。
FIG. 3A schematically shows the distribution of electric lines of force of the coplanar line 13 according to the present embodiment. In FIG. 3A, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 3A, electric lines of force generated between the signal line 13a and the ground line pair 13b in the coplanar line 13 are high dielectric layers 12 having a high relative dielectric constant (in the case of SrTiO 3 , the relative dielectric constant is high). Are concentrated in 200), and furthermore, according to Snell's law, the lines of electric force form a high dielectric layer 1 having a high relative dielectric constant.
Since the light is refracted from the second side toward the substrate 11 having a lower relative dielectric constant (in the case of GaAs, the relative dielectric constant is 12.7), the lines of electric force in the substrate 11 are sparse.

【0029】このように、コプレーナ線路13を伝播す
る電磁波は、該コプレーナ線路13の周囲に位置する高
誘電体層12の影響を強く受けるため、伝送線路理論に
おける線路間容量が大きくなる。すなわち、図3(b)
の模式図及び図3(c)の伝送線路理論に基づく等価回
路図に示す線路間容量16の値が大きくなる。
As described above, since the electromagnetic wave propagating through the coplanar line 13 is strongly affected by the high dielectric layer 12 located around the coplanar line 13, the inter-line capacitance in the transmission line theory increases. That is, FIG.
And the value of the inter-line capacitance 16 shown in the equivalent circuit diagram based on the transmission line theory of FIG.

【0030】さらに、詳細に説明すると、伝送線路理論
から導かれる誘電損失は、以下の関係式(1)に示すよ
うに、誘電正接 tanδ=σ/ωε … (1) (但し、σは基板11の伝導率、ωは角周波数、εは基
板11の誘電率をそれぞれ表わす。)と表わされる。
More specifically, the dielectric loss derived from the transmission line theory is represented by the following equation (1): dielectric loss tangent tan δ = σ / ωε (1) (where σ is the substrate 11 , Ω represents the angular frequency, and ε represents the dielectric constant of the substrate 11).

【0031】従って、誘電正接の値は、分母の誘電率ε
が高誘電体層12の高い誘電率のために小さくなるの
で、その結果、誘電損失が小さくなる。これにより、誘
電損失と線路の導体損失との和で表わされる減衰定数
(電力の損失)が低減することになる。
Accordingly, the value of the dielectric loss tangent is determined by the dielectric constant ε of the denominator.
Is reduced due to the high dielectric constant of the high dielectric layer 12, so that the dielectric loss is reduced. As a result, the attenuation constant (power loss) represented by the sum of the dielectric loss and the conductor loss of the line is reduced.

【0032】(第1の実施形態の第2の製造方法)以
下、前記のように構成された高周波半導体装置の第2の
製造方法を図面に基づいて説明する。
(Second Manufacturing Method of First Embodiment) Hereinafter, a second manufacturing method of the high-frequency semiconductor device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0033】図4(a)〜(e)は本実施形態に係る高
周波半導体装置の第2の製造方法の工程順の断面構成を
示している。まず、図4(a)に示すように、半絶縁性
GaAsからなる基板11の基板温度が300℃となる
ように加熱しておき、例えば、RFスパッタ法を用いて
基板11の主面上にSrTiO3 からなる高誘電体層1
2を堆積する。
FIGS. 4A to 4E show cross-sectional structures in the order of steps of a second method of manufacturing the high-frequency semiconductor device according to the present embodiment. First, as shown in FIG. 4A, the substrate 11 made of semi-insulating GaAs is heated so that the substrate temperature becomes 300 ° C., and the substrate 11 is heated on the main surface of the substrate 11 by, for example, RF sputtering. High dielectric layer 1 made of SrTiO 3
2 is deposited.

【0034】次に、図4(b)に示すように、高誘電体
層12上にPt/Auの積層体となるように配線用金属
膜13Bを蒸着し、続いて、酸素雰囲気で温度が450
℃の熱処理を行なう。これにより、高誘電体層12はS
rTiO3 が再結晶化して結晶の配向が揃うため、高い
誘電率を実現できる。
Next, as shown in FIG. 4B, a wiring metal film 13B is deposited on the high dielectric layer 12 so as to form a Pt / Au laminate, and then the temperature is reduced in an oxygen atmosphere. 450
The heat treatment of ° C is performed. Thereby, the high dielectric layer 12 becomes S
Since rTiO 3 is recrystallized and the crystal orientation is aligned, a high dielectric constant can be realized.

【0035】次に、図4(c)に示すように、フォトリ
ソグラフィー法を用いて、高誘電体膜12上に線路パタ
ーンをマスクするレジストパターン17を形成し、該レ
ジストパターン17をマスクとして、配線用金属薄膜1
3Bに対してアルゴン(Ar)を用いてミリングを行な
うことにより、配線用金属膜13Bからなり、信号線路
13a及び該信号線路13aの両側部と所定の間隔をお
いた接地線路対13bとからなるコプレーナ線路13が
形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, a resist pattern 17 for masking the line pattern is formed on the high dielectric film 12 by photolithography, and the resist pattern 17 is used as a mask. Metal thin film for wiring 1
By milling 3B with argon (Ar), it is composed of a wiring metal film 13B, and is composed of a signal line 13a and a pair of ground lines 13b spaced at predetermined intervals from both sides of the signal line 13a. A coplanar line 13 is formed.

【0036】高誘電体層12にSrTiO3 を用いる場
合には、基板11のGaAsとの親和性が相対的に低い
ため、基板11上に直接にSrTiO3 を堆積すると、
再結晶化のための熱処理の効果が小さくなり、最悪の場
合には、高誘電体層12が基板11から剥離してしま
う。
When SrTiO 3 is used for the high dielectric layer 12, since SrTiO 3 has a relatively low affinity for GaAs of the substrate 11, if SrTiO 3 is directly deposited on the substrate 11,
The effect of the heat treatment for recrystallization is reduced, and in the worst case, the high dielectric layer 12 is separated from the substrate 11.

【0037】しかしながら、本実施形態に係る第2の製
造方法によると、SrTiO3 との親和性が相対的に高
いPtメタルを高誘電体層12の上面に蒸着した後に熱
処理を行なうため、SrTiO3 の再結晶化を有効に行
なえるので、所望の高誘電率を持つ高誘電体層12を実
現でき、その結果、高誘電体層12の基板11からの剥
離も起こりにくくなる。
[0037] However, in the second manufacturing method according to the present embodiment, to perform the heat treatment after affinity with SrTiO 3 is deposited a relatively high Pt metal on the top surface of the high dielectric layer 12, SrTiO 3 Can be effectively recrystallized, so that a high dielectric layer 12 having a desired high dielectric constant can be realized, and as a result, the high dielectric layer 12 hardly peels off from the substrate 11.

【0038】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態を図面に基づいて説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0039】 図5は本発明の第2の実施形態に係る高
周波半導体装置の断面構成を示している。図5におい
て、図1に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符
号を付すことにより説明を省略する。本実施形態は、
プレーナ線路13とSrTiO3 からなる高誘電体層1
2との間に、膜厚が200nmの窒化シリコン(Si
N)からなる絶縁膜21が設けられていることを特徴と
する。
FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of a high-frequency semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 5, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. This embodiment, co
High dielectric layer 1 made of planar line 13 and SrTiO 3
2, silicon nitride (Si) having a thickness of 200 nm
N) is provided.

【0040】以下、前記のように構成された高周波半導
体装置の製造方法を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the high-frequency semiconductor device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0041】図6(a)〜(d)は本実施形態に係る高
周波半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示して
いる。ここでも、図6において、図2に示す構成部材と
同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を
省略し、第1の実施形態の第1の製造方法と比べてその
相違点のみを説明すると、図6(b)に示すように、例
えば、CVD法を用いて、高誘電体層12の上に全面に
わたって膜厚が200nmのSiNからなる絶縁膜21
を堆積する。
FIGS. 6A to 6D show cross-sectional structures in the order of steps of the method of manufacturing the high-frequency semiconductor device according to the present embodiment. Here, in FIG. 6, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only the differences from the first manufacturing method of the first embodiment will be described. 6B, an insulating film 21 made of SiN having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface of the high dielectric layer 12 by using, for example, a CVD method, as shown in FIG.
Is deposited.

【0042】図7(a)は本実施形態に係るコプレーナ
線路13の電気力線の分布を模式的に表わしている。図
7(a)において、図5に示す構成部材と同一の構成部
材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図
7(a)に示すように、コプレーナ線路13における信
号線路13aと接地線路対13bとの間に生じる電気力
線は、スネルの法則により比誘電率(=7)が低い絶縁
膜21側から比誘電率(=200)が高い高誘電体層1
2側に屈折するため、絶縁膜21の電気力線は相対的に
疎となって、高誘電体膜12中の電気力線は相対的に密
となる。また、高誘電体膜12中の電気力線はGaAs
からなる基板11側に屈折するため、該基板11中の電
気力線は相対的に疎となる。
FIG. 7A schematically shows a distribution of electric lines of force of the coplanar line 13 according to the present embodiment. In FIG. 7A, the same components as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. As shown in FIG. 7A, electric lines of force generated between the signal line 13a and the pair of ground lines 13b in the coplanar line 13 start from the insulating film 21 having a low relative dielectric constant (= 7) according to Snell's law. High dielectric layer 1 with high relative permittivity (= 200)
Since the light is refracted to the second side, the lines of electric force of the insulating film 21 are relatively sparse, and the lines of electric force in the high dielectric film 12 are relatively dense. The lines of electric force in the high dielectric film 12 are GaAs.
Since the light is refracted toward the substrate 11, the lines of electric force in the substrate 11 are relatively sparse.

【0043】このように、コプレーナ線路13を伝播す
る電磁波は、該コプレーナ線路13の周囲に位置する高
誘電体層12の影響を強く受けるため、伝送線路理論に
おける線路間容量が大きくなる。その上、第1の実施形
態に比べて、コプレーナ線路13の下側に絶縁膜21が
設けられているため、信号線路13aと接地線路対13
bとの間の伝導率が低減する。その結果、図7(b)の
模式図及び図7(c)の伝送線路理論の等価回路図に示
すように、線路間コンダクタンス22の値が小さくな
る。
As described above, since the electromagnetic wave propagating through the coplanar line 13 is strongly affected by the high dielectric layer 12 located around the coplanar line 13, the capacitance between lines in the transmission line theory increases. Moreover, since the insulating film 21 is provided below the coplanar line 13 as compared with the first embodiment, the signal line 13a and the ground line pair 13
b. As a result, as shown in the schematic diagram of FIG. 7B and the equivalent circuit diagram of the transmission line theory of FIG. 7C, the value of the line-to-line conductance 22 decreases.

【0044】従って、前述の関係式(1)に示す誘電正
接において、分子の伝導率σが小さくなると共に分母の
誘電率εが大きくなるので、誘電損失がさらに小さくな
る。従って、誘電損失と線路の導体損失との和で表わさ
れる減衰定数(電力の損失)がさらに低減する。
Therefore, in the dielectric loss tangent shown in the above-mentioned relational expression (1), the conductivity σ of the molecule decreases and the dielectric constant ε of the denominator increases, so that the dielectric loss is further reduced. Therefore, the attenuation constant (power loss) represented by the sum of the dielectric loss and the conductor loss of the line is further reduced.

【0045】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態を図面に基づいて説明する。
(Third Embodiment) Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0046】図8は本発明の第3の実施形態に係る高周
波半導体装置の断面構成を示している。図8において、
図1に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を
付すことにより説明を省略する。本実施形態は、SrT
iO3 からなる高誘電体層12の上におけるコプレーナ
線路13の各線路13a,13b同士の間及び上面を覆
うように形成された高誘電体からなる充填層31を備え
ていることを特徴とする。
FIG. 8 shows a sectional configuration of a high-frequency semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In FIG.
The description of the same components as shown in FIG. 1 will be omitted by retaining the same reference numerals. In the present embodiment, SrT
It is characterized in that a filling layer 31 made of a high dielectric material is formed on the high dielectric layer 12 made of iO 3 so as to cover between the lines 13 a and 13 b of the coplanar line 13 and to cover the upper surface. .

【0047】以下、前記のように構成された高周波半導
体装置の製造方法を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the high-frequency semiconductor device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0048】図9(a)〜(d)は本実施形態に係る高
周波半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示して
いる。ここでも、図9において、図2に示す構成部材と
同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を
省略し、第1の実施形態の第1の製造方法と比べてその
相違点のみを説明すると、図9(d)に示すように、図
9(c)に示す配線用金属薄膜13Aをリフトオフして
コプレーナ線路13を形成し、その後、例えば、RFス
パッタ法を用いて、該コプレーナ線路13が形成された
基板11上に全面にわたってSrTiO3 を堆積するこ
とにより、高誘電体層12上における各線路13a,1
3bの間及び該各線路13a,13bの上面にSrTi
3 からなる充填層31を形成する。
FIGS. 9A to 9D show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing the high-frequency semiconductor device according to the present embodiment. Here, in FIG. 9, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only the differences from the first manufacturing method of the first embodiment will be described. 9D, as shown in FIG. 9D, the wiring metal thin film 13A shown in FIG. 9C is lifted off to form the coplanar line 13, and thereafter, the coplanar line 13 is formed using, for example, an RF sputtering method. By depositing SrTiO 3 over the entire surface of the substrate 11 on which the line 13 is formed, each line 13 a, 1 on the high dielectric layer 12 is deposited.
3b and on the upper surfaces of the lines 13a and 13b.
A filling layer 31 made of O 3 is formed.

【0049】図10(a)は本実施形態に係るコプレー
ナ線路13の電気力線の分布を模式的に表わしている。
図10(a)において、図8に示す構成部材と同一の構
成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。図10(a)に示すように、コプレーナ線路13に
おける信号線路13aと接地線路対13bとの間に生じ
る電気力線は、比誘電率(=200)が高い高誘電体層
12に集中し、さらに、スネルの法則により該電気力線
は、比誘電率が高い高誘電体層12側から比誘電率が低
い(=12.7)基板11側に屈折するため、基板11
中の電気力線は疎となる。さらに、第1の実施形態に比
べて、コプレーナ線路13の下側のみならず、各線路1
3a,13bの周囲が高誘電体からなる充填層31によ
り覆われているため、各線路13a,13b間の電気力
線はこの充填層31及び各線路13a,13bの下側に
設けられている高誘電体層12に集中する。その結果、
図10(b)の模式図及び図10(c)の伝送線路理論
の等価回路図に示すように、線路間容量32の値がさら
に大きくなる。
FIG. 10A schematically shows a distribution of electric lines of force of the coplanar line 13 according to the present embodiment.
In FIG. 10A, the same components as those shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. As shown in FIG. 10A, electric lines of force generated between the signal line 13a and the ground line pair 13b in the coplanar line 13 are concentrated on the high dielectric layer 12 having a high relative dielectric constant (= 200). Further, according to Snell's law, the electric flux lines are refracted from the high dielectric layer 12 having a high relative dielectric constant to the substrate 11 having a low relative dielectric constant (= 12.7).
The lines of electric force inside are sparse. Further, compared to the first embodiment, not only the lower side of the coplanar line 13 but also each line 1
Since the periphery of 3a, 13b is covered with the filling layer 31 made of a high dielectric material, electric lines of force between the lines 13a, 13b are provided below the filling layer 31 and the lines 13a, 13b. It concentrates on the high dielectric layer 12. as a result,
As shown in the schematic diagram of FIG. 10B and the equivalent circuit diagram of the transmission line theory of FIG. 10C, the value of the inter-line capacitance 32 is further increased.

【0050】従って、前述の関係式(1)に示す誘電正
接において、分母の誘電率εがさらに大きくなるので、
誘電損失がさらに小さくなる。従って、誘電損失と線路
の導体損失との和で表わされる減衰定数(電力の損失)
がさらに低減する。
Therefore, in the dielectric loss tangent shown in the above-mentioned relational expression (1), the dielectric constant ε of the denominator further increases.
The dielectric loss is further reduced. Therefore, the attenuation constant (power loss) represented by the sum of the dielectric loss and the conductor loss of the line
Is further reduced.

【0051】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態を図面に基づいて説明する。
(Fourth Embodiment) Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0052】図11は本発明の第4の実施形態に係る高
周波半導体装置の断面構成を示している。図11におい
て、図1に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符
号を付すことにより説明を省略する。本実施形態は、S
rTiO3 からなる高誘電体層12におけるコプレーナ
線路13の各線路13a,13b同士の間に該線路13
a,13bに沿って高誘電体層12を分断する溝部12
aが形成されていることを特徴とする。
FIG. 11 shows a sectional configuration of a high-frequency semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 11, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the present embodiment, S
The line 13 between the lines 13a and 13b of the coplanar line 13 in the high dielectric layer 12 made of rTiO 3.
a, a groove 13 for dividing the high dielectric layer 12 along the 13b
a is formed.

【0053】以下、前記のように構成された高周波半導
体装置の製造方法を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the high-frequency semiconductor device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0054】図12(a)〜(e)は本実施形態に係る
高周波半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示し
ている。ここでも、図12において、図2に示す構成部
材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説
明を省略し、第1の実施形態の第1の製造方法と比べて
その相違点のみを説明すると、図12(d)に示すよう
に、図12(c)に示す配線用金属薄膜13Aをリフト
オフしてコプレーナ線路13を形成し、その後、高誘電
体層12上における各線路13a,13b同士の間の領
域に、開口幅が0.5μmの開口部を有するレジストパ
ターン41を形成する。
FIGS. 12A to 12E show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing the high-frequency semiconductor device according to the present embodiment. Here, in FIG. 12, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only the differences from the first manufacturing method of the first embodiment will be described. 12 (d), the wiring metal thin film 13A shown in FIG. 12 (c) is lifted off to form a coplanar line 13, and then each of the lines 13a, A resist pattern 41 having an opening having an opening width of 0.5 μm is formed in a region between the adjacent portions 13b.

【0055】次に、図12(e)に示すように、レジス
トパターン41をマスクとして、高誘電体層12に対し
て、例えば、Arを用いてミリングを行なって高誘電体
層12におけるコプレーナ線路13の各線路13a,1
3b同士の間に高誘電体層12を分断する溝部12aを
形成し、その後、レジストパターン41を除去する。
Next, as shown in FIG. 12E, using the resist pattern 41 as a mask, the high dielectric layer 12 is milled using, for example, Ar to form a coplanar line in the high dielectric layer 12. 13 lines 13a, 1
A groove 12a for dividing the high dielectric layer 12 is formed between the layers 3b, and thereafter, the resist pattern 41 is removed.

【0056】図13(a)は本実施形態に係るコプレー
ナ線路13の電気力線の分布を模式的に表わしている。
図13(a)において、図11に示す構成部材と同一の
構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。図13(a)に示すように、コプレーナ線路13に
おける信号線路13aと接地線路対13bとの間に生じ
る電気力線は、比誘電率(=200)が高い高誘電体層
12に集中し、さらに、スネルの法則により該電気力線
は、比誘電率が高い高誘電体層12側から比誘電率が低
い(=12.7)基板11側に屈折するため、基板11
中の電気力線は疎となる。さらに、第1の実施形態に比
べて、高誘電体層12における各線路13a,13b同
士の間に高誘電体層12を分断する溝部12aが設けら
れているため、信号線路13aと接地線路対13bとの
間の伝導率が低減する。その結果、図13(b)の模式
図及び図13(c)の伝送線路理論の等価回路図に示す
ように、線路間コンダクタンス42の値が小さくなる。
FIG. 13 (a) schematically shows the distribution of electric lines of force of the coplanar line 13 according to the present embodiment.
In FIG. 13A, the same components as those shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. As shown in FIG. 13A, electric lines of force generated between the signal line 13a and the ground line pair 13b in the coplanar line 13 are concentrated on the high dielectric layer 12 having a high relative dielectric constant (= 200). Further, according to Snell's law, the electric flux lines are refracted from the high dielectric layer 12 having a high relative dielectric constant to the substrate 11 having a low relative dielectric constant (= 12.7).
The lines of electric force inside are sparse. Further, as compared with the first embodiment, a groove 12a for dividing the high dielectric layer 12 is provided between the lines 13a and 13b in the high dielectric layer 12, so that the signal line 13a and the ground line pair are provided. 13b is reduced. As a result, as shown in the schematic diagram of FIG. 13B and the equivalent circuit diagram of the transmission line theory of FIG. 13C, the value of the line-to-line conductance 42 decreases.

【0057】従って、前述の関係式(1)に示す誘電正
接において、分子の伝導率σが小さくなると共に分母の
誘電率εが大きくなるので、誘電損失がさらに小さくな
る。従って、誘電損失と線路の導体損失との和で表わさ
れる減衰定数(電力の損失)がさらに低減する。
Therefore, in the dielectric loss tangent shown in the above-mentioned relational expression (1), the conductivity σ of the molecule decreases and the dielectric constant ε of the denominator increases, so that the dielectric loss is further reduced. Therefore, the attenuation constant (power loss) represented by the sum of the dielectric loss and the conductor loss of the line is further reduced.

【0058】(第4の実施形態の一変形例)さらに、本
実施形態の一変形例として、高誘電体層12の各溝部1
2aにSiNからなる誘電体を充填する構成とする。こ
のようにすると、溝部12aの誘電率が空気よりも大き
くなるため、線路間コンダクタンス42を小さくしたま
ま線路間容量16を大きくできるので、誘電損失をさら
に低減できる。
(Modification of Fourth Embodiment) Further, as a modification of the present embodiment, each groove 1 of the high dielectric layer 12 is formed.
2a is filled with a dielectric made of SiN. In this case, since the dielectric constant of the groove 12a is higher than that of air, the line-to-line capacitance 16 can be increased while the line-to-line conductance 42 is kept small, so that the dielectric loss can be further reduced.

【0059】なお、第1〜第4の実施形態において、S
rTiO3 からなる高誘電体層12をGaAsからなる
基板11上に形成したが、高誘電体層12本体で基板を
形成してもよい。
In the first to fourth embodiments, S
Although the high dielectric layer 12 of rTiO 3 is formed on the substrate 11 of GaAs, the substrate may be formed of the high dielectric layer 12 itself.

【0060】また、ユニプレーナ線路にコプレーナ線路
13を用いたが、基板11上に所定間隔をおいて形成さ
れた一対の導体膜からなるスロット線路であってもよ
い。また、高誘電体層12にSrTiO3 を用いたが、
これに限らず、Bax Sr1-x TiO3 (但し、xは0
≦x≦1とする。),Pbx Lay Zr1-x-y TiO3
(但し、x,yは0≦x+y≦1とする。)又はTa2
5 であってもよい。
Although the coplanar line 13 is used as the uniplanar line, it may be a slot line composed of a pair of conductor films formed on the substrate 11 at predetermined intervals. Although SrTiO 3 was used for the high dielectric layer 12,
Not limited to this, Ba x Sr 1-x TiO 3 (where x is 0
≦ x ≦ 1. ), Pb x La y Zr 1 -xy TiO 3
(Where x and y are 0 ≦ x + y ≦ 1) or Ta 2
It may be O 5 .

【0061】また、高誘電体層12にSrTiO3 を用
いる場合には、基板11と高誘電体層12との間に、S
rO,Irx1-x ,Rux1-x (但し、xは0≦x
≦1とする。),Ta25 ,CeO2 又はCaF2
らなる絶縁体層を設ければ、これらがSrTiO3 との
格子整合性に優れ且つ線膨張係数が近いため、結晶性が
優れたSrTiO3 からなる高誘電体層12を形成する
ことができる。
When SrTiO 3 is used for the high dielectric layer 12, SrTiO 3 is placed between the substrate 11 and the high dielectric layer 12.
rO, Ir x O 1-x , Ru x O 1-x (where x is 0 ≦ x
≦ 1. ), An insulating layer made of Ta 2 O 5 , CeO 2 or CaF 2 is provided, since these have excellent lattice matching with SrTiO 3 and a close linear expansion coefficient, they are made of SrTiO 3 having excellent crystallinity. The high dielectric layer 12 can be formed.

【0062】さらに、本実施形態に係る高誘電体層12
とコプレーナ線路13とを、能動素子を有するGaAs
又はInPからなる基板上に形成すれば、ミリ波帯域の
MMICの伝送線路を確実に実現できる。また、基板1
1にガラス基板を用い、該ガラス基板に本実施形態に係
る高誘電体層12とコプレーナ線路13とを形成してお
き、能動素子又は能動素子含む半導体チップをフリップ
チップ実装すれば、電気的特性に優れるフリップチップ
実装型集積回路を実現できる。
Further, the high dielectric layer 12 according to the present embodiment
And the coplanar line 13 are made of GaAs having an active element.
Alternatively, when formed on a substrate made of InP, the transmission line of the MMIC in the millimeter wave band can be reliably realized. Also, substrate 1
If a high-dielectric layer 12 and a coplanar line 13 according to the present embodiment are formed on a glass substrate and an active element or a semiconductor chip including the active element is flip-chip mounted on the glass substrate, electrical characteristics can be obtained. A flip-chip mounted integrated circuit with excellent performance can be realized.

【0063】また、高誘電体層12が持つ高い誘電率に
よって、コプレーナ線路13を伝播する電磁波の波長が
短くなるため、これに応じて、回路面積を縮小できるの
で、装置の小型化及び高集積化をも図ることができる。
Further, the wavelength of the electromagnetic wave propagating through the coplanar line 13 is shortened by the high dielectric constant of the high dielectric layer 12, so that the circuit area can be correspondingly reduced. Can also be achieved.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明の高周波半導体装置によると、ユ
ニプレーナ線路の信号線路及び接地線路間の容量が大き
くなるため、誘電率に反比例する誘電正接の値が減少
し、その結果、誘電損失を低減できる。さらに、コプレ
ーナ線路が高誘電体層上に形成されているため高誘電体
中を伝播する電磁波の波長が短くなるので、回路面積を
縮小できる。
According to the high-frequency semiconductor device of the present invention, since the capacitance between the signal line and the ground line of the uniplanar line increases, the value of the dielectric loss tangent, which is inversely proportional to the dielectric constant, decreases, and as a result, the dielectric loss decreases. it can. Further, since the coplanar line is formed on the high dielectric layer, the wavelength of the electromagnetic wave propagating in the high dielectric becomes short, so that the circuit area can be reduced.

【0065】本発明の高周波半導体装置において、高誘
電体層が高抵抗基板上に形成されていると、高誘電体層
を基板とする場合に比べて高周波半導体装置を確実に形
成できる。
In the high frequency semiconductor device of the present invention, when the high dielectric layer is formed on the high resistance substrate, the high frequency semiconductor device can be formed more reliably than when the high dielectric layer is used as the substrate.

【0066】本発明の高周波半導体装置において、高抵
抗基板がガリウムヒ素又はガラスからなると、ガリウム
ヒ素の場合は、基板に能動素子や受動素子を形成でき、
ガラスの場合は、能動素子や受動素子を有する半導体チ
ップをフリップチップ実装すれば、ミリ波帯域のMMI
Cを容易に実現できる。
In the high-frequency semiconductor device of the present invention, if the high-resistance substrate is made of gallium arsenide or glass, when gallium arsenide is used, active elements and passive elements can be formed on the substrate.
In the case of glass, if a semiconductor chip having an active element and a passive element is flip-chip mounted, an MMI in a millimeter wave band can be obtained.
C can be easily realized.

【0067】本発明の高周波半導体装置が、高誘電体層
とユニプレーナ線路との間に設けられた絶縁膜をさらに
備えていると、該絶縁膜により、信号線路及び接地線路
間の伝導率が小さくなるため、伝導率に正比例する誘電
正接の値が減少し、その結果、誘電損失をさらに低減で
きる。
When the high-frequency semiconductor device of the present invention further includes an insulating film provided between the high dielectric layer and the uniplanar line, the insulating film reduces the conductivity between the signal line and the ground line. Therefore, the value of the dielectric loss tangent, which is directly proportional to the conductivity, decreases, and as a result, the dielectric loss can be further reduced.

【0068】本発明の高周波半導体装置において、ユニ
プレーナ線路が、それぞれが互いに間隔をおいて設けら
れた複数の導体膜からなり、少なくとも複数の導体膜同
士の間に設けられ、高誘電体からなる充填層をさらに備
えていると、ユニプレーナ線路の下側のみならず線路同
士の間の側部間にも高誘電体が介在するため、線路間の
電気力線がさらに集中するので、ユニプレーナ線路の信
号線路及び接地線路間の容量がさらに大きくなり、その
結果、誘電損失を一層低減できる。
In the high-frequency semiconductor device according to the present invention, the uniplanar line is composed of a plurality of conductor films each provided at a distance from each other, and is provided at least between the plurality of conductor films, and is made of a high dielectric material. If a layer is further provided, since the high dielectric substance is interposed not only below the uniplanar line but also between the side portions of the lines, electric lines of force between the lines are further concentrated, so that the signal of the uniplanar line is The capacitance between the line and the ground line is further increased, so that the dielectric loss can be further reduced.

【0069】本発明の高周波半導体装置において、ユニ
プレーナ線路が、それぞれが互いに間隔をおいて設けら
れた複数の導体膜からなり、高誘電体層が、複数の導体
膜同士の間にユニプレーナ線路に沿って該高誘電体層を
分断する溝部を有していると、高誘電体層を分断する溝
部における信号線路及び接地線路間の伝導率が小さくな
るため、誘電損失を一層低減できる。
In the high-frequency semiconductor device according to the present invention, the uniplanar line is composed of a plurality of conductor films each provided at an interval from each other, and the high dielectric layer is formed along the uniplanar line between the plurality of conductor films. When the groove for dividing the high dielectric layer is provided, the conductivity between the signal line and the ground line in the groove for dividing the high dielectric layer is reduced, so that the dielectric loss can be further reduced.

【0070】本発明の高周波半導体装置において、高誘
電体層の溝部には高抵抗の誘電体が充填されていると、
溝部の誘電率が空気よりも大きくなるため、信号線路及
び接地線路間の伝導率を小さくしたまま線路間の容量を
大きくできるので、誘電損失を一層低減できる。
In the high-frequency semiconductor device according to the present invention, when a high-resistance dielectric is filled in the groove of the high-dielectric layer,
Since the dielectric constant of the groove is higher than that of air, the capacitance between the signal lines and the ground line can be increased while the conductivity between the lines is kept small, so that the dielectric loss can be further reduced.

【0071】本発明の高周波半導体装置において、高誘
電体層が、Bax Sr1-x TiO3、Pbx Lay Zr
1-x-y TiO3 又はTa25 からなると、高誘電体層
を確実に形成できる。
[0071] In the high-frequency semiconductor device of the present invention, the high dielectric layer, Ba x Sr 1-x TiO 3, Pb x La y Zr
If it is made of 1-xy TiO 3 or Ta 2 O 5 , a high dielectric layer can be reliably formed.

【0072】本発明の高周波半導体装置の製造方法によ
ると、高誘電体との親和性に優れる金属からなる薄膜が
高誘電体を覆った状態で熱処理を行なうため、高誘電体
の再結晶化の効率が向上するので、高誘電体に対して所
望の誘電率を実現できる。また、金属薄膜が高誘電体を
覆った状態で熱処理を行なうため、熱処理後の高誘電体
層の高抵抗基板からの剥離が起こりにくくなる。その結
果、本発明の高周波半導体装置を確実に実現できる。
According to the method of manufacturing the high-frequency semiconductor device of the present invention, the heat treatment is performed in a state where the thin film made of a metal having an excellent affinity for the high dielectric covers the high dielectric. Since the efficiency is improved, a desired dielectric constant can be realized for a high dielectric substance. In addition, since the heat treatment is performed in a state where the metal thin film covers the high dielectric, peeling of the high dielectric layer from the high resistance substrate after the heat treatment hardly occurs. As a result, the high-frequency semiconductor device of the present invention can be reliably realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係る高周波半導体装
置を示す構成断面図である。
FIG. 1 is a configuration sectional view showing a high-frequency semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係
る高周波半導体装置の第1の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views in the order of steps showing a first method for manufacturing a high-frequency semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(a)は本発明の第1の実施形態に係る高周波
半導体装置の線路間の電気力線の分布を示す模式図であ
る。(b)は本発明の第1の実施形態に係る高周波半導
体装置の線路間の容量を示す模式図である。(c)は本
発明の第1の実施形態に係る高周波半導体装置における
伝送線路理論に基づく等価回路図である。
FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a distribution of lines of electric force between lines of the high-frequency semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a capacitance between lines of the high-frequency semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. (C) is an equivalent circuit diagram based on the transmission line theory in the high-frequency semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(e)は本発明の第1の実施形態に係
る高周波半導体装置の第2の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。
FIGS. 4A to 4E are cross-sectional views in the order of steps showing a second method for manufacturing the high-frequency semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施形態に係る高周波半導体装
置を示す構成断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a high-frequency semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係
る高周波半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。
FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views in the order of steps showing a method for manufacturing a high-frequency semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】(a)は本発明の第2の実施形態に係る高周波
半導体装置の線路間の電気力線の分布を示す模式図であ
る。(b)は本発明の第2の実施形態に係る高周波半導
体装置の線路間の容量を示す模式図である。(c)は本
発明の第2の実施形態に係る高周波半導体装置における
伝送線路理論に基づく等価回路図である。
FIG. 7A is a schematic diagram illustrating a distribution of lines of electric force between lines of a high-frequency semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. (B) is a schematic diagram showing a capacitance between lines of the high-frequency semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. (C) is an equivalent circuit diagram based on the transmission line theory in the high-frequency semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施形態に係る高周波半導体装
置を示す構成断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a high-frequency semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】(a)〜(d)は本発明の第3の実施形態に係
る高周波半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。
FIGS. 9A to 9D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a high-frequency semiconductor device according to a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図10】(a)は本発明の第3の実施形態に係る高周
波半導体装置の線路間の電気力線の分布を示す模式図で
ある。(b)は本発明の第3の実施形態に係る高周波半
導体装置の線路間の容量を示す模式図である。(c)は
本発明の第3の実施形態に係る高周波半導体装置におけ
る伝送線路理論に基づく等価回路図である。
FIG. 10A is a schematic diagram illustrating a distribution of lines of electric force between lines of a high-frequency semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. (B) is a schematic diagram showing a capacitance between lines of the high-frequency semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. (C) is an equivalent circuit diagram based on the transmission line theory in the high-frequency semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第4の実施形態に係る高周波半導体
装置を示す構成断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a high-frequency semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】(a)〜(e)は本発明の第4の実施形態に
係る高周波半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断
面図である。
FIGS. 12A to 12E are sectional views in the order of steps showing a method for manufacturing a high-frequency semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】(a)は本発明の第4の実施形態に係る高周
波半導体装置の線路間の電気力線の分布を示す模式図で
ある。(b)は本発明の第4の実施形態に係る高周波半
導体装置の線路間の容量を示す模式図である。(c)は
本発明の第4の実施形態に係る高周波半導体装置におけ
る伝送線路理論に基づく等価回路図である。
FIG. 13A is a schematic diagram illustrating distribution of lines of electric force between lines of a high-frequency semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. (B) is a schematic diagram showing the capacitance between lines of the high-frequency semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. (C) is an equivalent circuit diagram based on the transmission line theory in the high-frequency semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図14】(a)は従来のマイクロストリップ線路を示
す構成断面図である。(b)は従来のコプレーナ線路を
示す構成断面図である。
FIG. 14A is a configuration sectional view showing a conventional microstrip line. (B) is a sectional view showing a configuration of a conventional coplanar line.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 高誘電体層 13 コプレーナ線路 13a 信号線路 13b 接地線路対 13A 配線用金属薄膜 13B 配線用金属薄膜 15 レジストパターン 16 線路間容量 17 レジストパターン 21 絶縁膜 22 線路間コンダクタンス 31 充填層 32 線路間容量 41 レジストパターン 42 線路間コンダクタンス DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 High dielectric layer 13 Coplanar line 13a Signal line 13b Ground line pair 13A Metal thin film for wiring 13B Metal thin film for wiring 15 Resist pattern 16 Line capacitance 17 Resist pattern 21 Insulating film 22 Conductance between lines 31 Filling layer 32 Between lines Capacitance 41 Resist pattern 42 Conductance between lines

フロントページの続き (72)発明者 森本 滋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−111606(JP,A) 特開 平7−221510(JP,A) 特開 平4−91456(JP,A) 特開 平2−104010(JP,A) 特開 昭62−250657(JP,A) 特表 平11−510671(JP,A) 国際公開97/45874(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 3/08 H01L 23/12 301 H01P 3/02 H01P 11/00 Continuing from the front page (72) Inventor Shigeru Morimoto 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-8-111606 (JP, A) JP-A-7-221510 (JP) JP-A-4-91456 (JP, A) JP-A-2-104010 (JP, A) JP-A-62-250657 (JP, A) JP-A-11-510671 (JP, A) International publication 97 / 45874 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01P 3/08 H01L 23/12 301 H01P 3/02 H01P 11/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 高抵抗基板の上に形成された高誘電体層
と、前記 高誘電体層の上に形成されたユニプレーナ線路とを
え、 前記高誘電体層は、Ba x Sr 1-x TiO 3 (但し、x
は0≦x≦1とする。)、Pb x La y Zr 1-x-y Ti
3 (但し、x,yは0≦x+y≦1とする。)又はT
2 5 からなる ことを特徴とする高周波半導体装置。
And the high dielectric layer 1. A formed on the high resistance substrate, <br/> Bei example and formed Yunipurena line on the high-dielectric layer, the high-dielectric layer, Ba x Sr 1-x TiO 3 (where x
Is 0 ≦ x ≦ 1. ), Pb x La y Zr 1 -xy Ti
O 3 (where x and y are 0 ≦ x + y ≦ 1) or T
high-frequency semiconductor device characterized by comprising the a 2 O 5.
【請求項2】 前記高抵抗基板はガリウムヒ素からなる
ことを特徴とする請求項1に記載の高周波半導体装置。
2. The high-frequency semiconductor device according to claim 1 , wherein said high-resistance substrate is made of gallium arsenide .
【請求項3】 前記高誘電体層と前記ユニプレーナ線路
との間に設けられた絶縁膜をさらに備えていることを特
徴とする請求項1に記載の高周波半導体装置。
3. The high-frequency semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film provided between said high dielectric layer and said uniplanar line.
【請求項4】 前記ユニプレーナ線路は、それぞれが互
いに間隔をおいて設けられた複数の導体膜からなり、 少なくとも前記複数の導体膜同士の間に設けられ、高誘
電体からなる充填層をさらに備えていることを特徴とす
る請求項1に記載の高周波半導体装置。
4. The uniplanar line includes a plurality of conductive films each provided at an interval from each other, and further includes a filling layer provided at least between the plurality of conductive films and made of a high dielectric substance. The high-frequency semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項5】 前記ユニプレーナ線路は、それぞれが互
いに間隔をおいて設けられた複数の導体膜からなり、 前記高誘電体層は、前記複数の導体膜同士の間に前記ユ
ニプレーナ線路に沿って該高誘電体層を分断する溝部を
有していることを特徴とする請求項1に記載の高周波半
導体装置。
5. The uniplanar line includes a plurality of conductor films, each of which is provided at an interval from each other, and the high dielectric layer is provided between the plurality of conductor films along the uniplanar line. 2. The high-frequency semiconductor device according to claim 1, further comprising a groove for dividing the high dielectric layer.
【請求項6】 前記高誘電体層の溝部には高抵抗の誘電
体が充填されていることを特徴とする請求項5に記載の
高周波半導体装置。
6. The high-frequency semiconductor device according to claim 5 , wherein a high-resistance dielectric is filled in the groove of the high-dielectric layer.
【請求項7】 前記ユニプレーナ線路は、信号線路及び
該信号線路の両側部と所定の間隔をおいた接地線路対か
らなるコプレーナ線路、又は所定の間隔をおいた一対の
導体膜からなるスロット線路であることを特徴とする請
求項1に記載の高周波半導体装置。
7. The uniplanar line is a coplanar line including a signal line and a pair of ground lines spaced at predetermined intervals from both sides of the signal line, or a slot line including a pair of conductor films spaced at a predetermined interval. 2. The high-frequency semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項8】 前記高誘電体層は、酸素雰囲気で熱処理
を行なうことにより形成されていることを特徴とする請
求項1に記載の高周波半導体装置。
8. The high dielectric layer is heat-treated in an oxygen atmosphere.
Is characterized by being formed by performing
The high-frequency semiconductor device according to claim 1.
JP11514398A 1998-04-24 1998-04-24 High frequency semiconductor device Expired - Fee Related JP3352626B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11514398A JP3352626B2 (en) 1998-04-24 1998-04-24 High frequency semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11514398A JP3352626B2 (en) 1998-04-24 1998-04-24 High frequency semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11308015A JPH11308015A (en) 1999-11-05
JP3352626B2 true JP3352626B2 (en) 2002-12-03

Family

ID=14655375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11514398A Expired - Fee Related JP3352626B2 (en) 1998-04-24 1998-04-24 High frequency semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3352626B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007142854A (en) * 2005-11-18 2007-06-07 Sony Corp Signal transmission circuit device and method of manufacturing the same
JP5195192B2 (en) * 2008-09-11 2013-05-08 沖電気工業株式会社 Coplanar line and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11308015A (en) 1999-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6756683B2 (en) High-frequency semiconductor device including a semiconductor chip
US5874883A (en) Planar-type inductor and fabrication method thereof
US6177716B1 (en) Low loss capacitor structure
US5134539A (en) Multichip module having integral decoupling capacitor
JPH1022457A (en) Capacitance device, semiconductor device, and manufacturing method thereof
US4673958A (en) Monolithic microwave diodes
US7081648B2 (en) Lossless co-planar wave guide in CMOS process
US7105910B2 (en) Semiconductor device having SOI construction
US4596070A (en) Interdigitated IMPATT devices
US6570464B1 (en) High frequency apparatus
JP3352626B2 (en) High frequency semiconductor device
US20010033210A1 (en) Microstrip line, method for fabricating the same, inductor element, and RF semiconductor device
US5751201A (en) Resonator with metal layers devoid of DC connection and semiconductor device in substrate
US6387753B1 (en) Low loss capacitor structure
JP3106632B2 (en) Microstrip coupler
JP3060389B2 (en) condenser
JPH0624223B2 (en) Microwave integrated circuit device
JP3351613B2 (en) Microwave integrated circuit
JP2959378B2 (en) Passive element for semiconductor integrated circuit and method of manufacturing the same
JP3120938B2 (en) Semiconductor integrated device and method of manufacturing the same
JPH07307567A (en) Thin film multilayer wiring board and semiconductor device
JPS6056306B2 (en) Microwave IC device and its manufacturing method
JP2981855B2 (en) Superconducting circuit structure and fabrication method
JPH0637251A (en) Semiconductor device
JP3208073B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20020903

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080920

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080920

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090920

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090920

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100920

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110920

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120920

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130920

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees