JP2017085040A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
近年、ミリ波帯等の高周波信号が入出力されるマイクロ波集積回路(以下、MMIC:Monolithic Microwave Integrated Circuitとする)等の半導体チップは、球状のバンプを用いた表面実装技術によって基板に実装される。このように実装された半導体チップと基板との間に生じる電磁界は、半導体チップ内に設けられた回路部の動作に影響を与えることがある。この場合、半導体チップのアイソレーション特性が著しく劣化してしまう。 In recent years, a semiconductor chip such as a microwave integrated circuit (hereinafter referred to as MMIC: Monolithic Microwave Integrated Circuit) to / from which a high frequency signal such as a millimeter wave band is input / output is mounted on a substrate by a surface mounting technique using a spherical bump. The An electromagnetic field generated between the semiconductor chip mounted in this way and the substrate may affect the operation of the circuit unit provided in the semiconductor chip. In this case, the isolation characteristics of the semiconductor chip are significantly deteriorated.
例えば下記特許文献1には、半導体チップの本体と外部電極である球状のバンプとの間に、シールドメッキ層を設ける技術が開示されている。この半導体チップが上記バンプを介して基板に実装された場合、半導体チップと基板との間に生じる電磁界がシールドメッキ層によって遮断され得る。 For example, Patent Document 1 below discloses a technique in which a shield plating layer is provided between a main body of a semiconductor chip and spherical bumps that are external electrodes. When this semiconductor chip is mounted on the substrate via the bumps, an electromagnetic field generated between the semiconductor chip and the substrate can be blocked by the shield plating layer.
しかしながら、上記特許文献1においては、例えば出力端子から出力された信号がシールドメッキ層を介して入力端子に帰還する(フィードバックする)ことがある。この信号帰還による半導体チップの特性劣化は、小型化に伴い顕著になってしまう。このため、チップサイズ等に依拠することなく半導体チップの特性劣化を抑制する手法が求められている。 However, in Patent Document 1, for example, a signal output from the output terminal may be fed back (feedback) to the input terminal via the shield plating layer. The deterioration of the characteristics of the semiconductor chip due to the signal feedback becomes conspicuous with downsizing. For this reason, there is a need for a technique for suppressing the deterioration of the characteristics of a semiconductor chip without depending on the chip size or the like.
本発明は、特性劣化が抑制される半導体装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the semiconductor device by which characteristic deterioration is suppressed.
本発明の一側面に係るマイクロ波信号が入出力される半導体装置は、主面、第1側面、及び第2側面を有する半導体基板と、主面上に設けられる回路部と、回路部上であって第1側面側に設けられ、回路部に接続される出力端子と、回路部上であって第2側面側に設けられ、回路部に接続される入力端子と、回路部上に設けられ、基準電位が入力される導電層と、を備え、導電層には、平面視にて出力端子と入力端子とを結ぶ直線に交差するように延在したスリットが設けられる。 A semiconductor device for inputting and outputting a microwave signal according to one aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having a main surface, a first side surface, and a second side surface, a circuit portion provided on the main surface, and a circuit portion. An output terminal provided on the first side surface and connected to the circuit unit; an input terminal provided on the circuit unit and on the second side surface; connected to the circuit unit; and provided on the circuit unit. A conductive layer to which a reference potential is input, and the conductive layer is provided with a slit extending so as to intersect a straight line connecting the output terminal and the input terminal in plan view.
本発明によれば、特性劣化が抑制される半導体装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device by which characteristic deterioration is suppressed can be provided.
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。本願発明の一実施形態は、マイクロ波信号が入出力される半導体装置であって、主面、第1側面、及び第2側面を有する半導体基板と、主面上に設けられる回路部と、回路部上であって第1側面側に設けられ、回路部に接続される出力端子と、回路部上であって第2側面側に設けられ、回路部に接続される入力端子と、回路部上に設けられ、基準電位が入力される導電層と、を備え、導電層には、平面視にて出力端子と入力端子とを結ぶ直線に交差するように延在したスリットが設けられる半導体装置である。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described. One embodiment of the present invention is a semiconductor device to which a microwave signal is input / output, a semiconductor substrate having a main surface, a first side surface, and a second side surface, a circuit unit provided on the main surface, and a circuit An output terminal provided on the first side surface and connected to the circuit unit; an input terminal provided on the second side surface and connected to the circuit unit; and on the circuit unit A conductive layer to which a reference potential is input, and the conductive layer is provided with a slit extending so as to intersect a straight line connecting the output terminal and the input terminal in plan view is there.
この半導体装置では、基準電位が入力される導電層は、半導体基板の主面上に設けられる回路部上に設けられる。この導電層は、回路部に対して外部からの電磁界の干渉を防ぐシールドとして機能し得る。また、上記導電層には、平面視にて出力端子と入力端子とを結ぶ直線に交差するように延在したスリットが設けられる。この場合、導電層を伝搬すると共に、上記直線に沿って出力端子から入力端子に帰還しようとするマイクロ波信号は、スリットによって遮断される。これにより、導電層におけるマイクロ波信号の伝搬経路を長くすることができるので、当該マイクロ波信号が入力端子に入力されにくくなる。したがって、導電層を伝搬するマイクロ波信号が回路部に入力しにくくなるので、半導体装置の特性劣化が抑制される。 In this semiconductor device, the conductive layer to which the reference potential is input is provided on a circuit portion provided on the main surface of the semiconductor substrate. This conductive layer can function as a shield that prevents interference of electromagnetic fields from the outside with respect to the circuit portion. The conductive layer is provided with a slit extending so as to intersect with a straight line connecting the output terminal and the input terminal in plan view. In this case, the microwave signal that propagates through the conductive layer and returns from the output terminal to the input terminal along the straight line is blocked by the slit. Thereby, since the propagation path of the microwave signal in the conductive layer can be lengthened, the microwave signal is hardly input to the input terminal. Therefore, it becomes difficult for a microwave signal propagating through the conductive layer to be input to the circuit portion, so that deterioration in characteristics of the semiconductor device is suppressed.
また、半導体基板は、第2側面に対向する第3側面をさらに有し、第2側面は、第1側面に隣接し、スリットは、導電層における第2側面の縁から第3側面側に向かって延在するように設けられてもよい。この場合、出力端子から入力端子に帰還しようとするマイクロ波信号のうち、第2側面側の導電層を伝搬する信号は、スリットによって遮断される。したがって、導電層を伝搬するマイクロ波信号の伝搬経路をさらに長くすることができるので、当該マイクロ波信号が入力端子に一層入力されにくくなる。 The semiconductor substrate further includes a third side surface facing the second side surface, the second side surface is adjacent to the first side surface, and the slit extends from the edge of the second side surface of the conductive layer to the third side surface side. It may be provided to extend. In this case, among the microwave signals to be fed back from the output terminal to the input terminal, the signal propagating through the conductive layer on the second side surface is blocked by the slit. Therefore, since the propagation path of the microwave signal propagating through the conductive layer can be further increased, the microwave signal is more difficult to be input to the input terminal.
また、スリットは、導電層を、出力端子側の第1領域と、入力端子側の第2領域とに分離してもよい。この場合、第1領域内を流れるマイクロ波信号はスリットにより遮断され、第2領域に伝搬しない。したがって、上記マイクロ波信号が導電層を伝搬して入力端子に入力されなくなるので、半導体装置の特性劣化が好適に抑制される。 The slit may separate the conductive layer into a first region on the output terminal side and a second region on the input terminal side. In this case, the microwave signal flowing in the first region is blocked by the slit and does not propagate to the second region. Therefore, since the microwave signal propagates through the conductive layer and is not input to the input terminal, the deterioration of the characteristics of the semiconductor device is preferably suppressed.
また、マイクロ波信号の波長がλである場合、スリットの長さは、λ/8よりも大きく、3λ/8よりも小さくてもよい。この場合、スリットがオープンスタブとしても機能するので、スリット端面がマイクロ波信号に対しショート面を形成し、マイクロ波信号の伝搬をより効果的に抑制し得る。 When the wavelength of the microwave signal is λ, the length of the slit may be larger than λ / 8 and smaller than 3λ / 8. In this case, since the slit also functions as an open stub, the slit end surface forms a short surface with respect to the microwave signal, and propagation of the microwave signal can be more effectively suppressed.
また、上記半導体装置は、スリットに重なって設けられる電源配線をさらに備えてもよい。この場合、電源配線を介した入力端子と出力端子との間の信号伝搬が抑制され、より高いアイソレーションを実現することが可能となる。 The semiconductor device may further include power supply wiring provided to overlap the slit. In this case, signal propagation between the input terminal and the output terminal via the power supply wiring is suppressed, and higher isolation can be realized.
また、半導体基板及び導電層に接続されると共に、主面上で回路部を囲むように設けられる配線体をさらに備え、配線体は、互いに接続されると共に互いに積層される複数の配線層を有しており、入力端子及び出力端子と電気的に絶縁していてもよい。この場合、出力端子から導電層に伝搬したマイクロ波信号を、配線体、及び半導体基板を誘電体とした容量を介して外部に逃がすことができる。これにより、半導体装置の特性劣化が好適に抑制される。 The wiring body further includes a wiring body that is connected to the semiconductor substrate and the conductive layer and that surrounds the circuit portion on the main surface. The wiring body includes a plurality of wiring layers that are connected to each other and stacked on each other. And may be electrically insulated from the input terminal and the output terminal. In this case, the microwave signal propagated from the output terminal to the conductive layer can be released to the outside through the wiring body and the capacitor using the semiconductor substrate as a dielectric. Thereby, characteristic deterioration of the semiconductor device is suitably suppressed.
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same functions, and redundant description is omitted.
図1(a)は、本実施形態に係る半導体装置1の概略平面図である。図1(b)は、図1(a)のIb−Ib線断面図である。図1(a),(b)に示される半導体装置1は、マイクロ波信号が入出力されるMMICであり、例えば30GHz以上300GHz以下のミリ波帯で用いられるものである。半導体装置1は、主面2aを有する半導体基板2と、主面2a上に設けられる回路部3と、回路部3上に設けられる出力端子4及び入力端子5と、回路部3上に設けられると共に出力端子4及び入力端子5と電気的に絶縁している導電層6と、出力端子4上に設けられる第1外部端子7と、入力端子5上に設けられる第2外部端子8と、導電層6上に設けられる第3外部端子9とを有する。
FIG. 1A is a schematic plan view of a semiconductor device 1 according to this embodiment. FIG. 1B is a sectional view taken along line Ib-Ib in FIG. A semiconductor device 1 shown in FIGS. 1A and 1B is an MMIC to which a microwave signal is input and output, and is used in a millimeter wave band of 30 GHz to 300 GHz, for example. The semiconductor device 1 is provided on a
半導体基板2は、平面視にて略矩形状である主面2aに加えて、側面2b〜2eを有する略直方体形状の基板である。互いに対向する側面2b,2cは、主面2aの一辺をそれぞれ含んでいる。互いに対向する側面2d,2eは、主面2aの他辺をそれぞれ含んでいる。側面2b,2cの各々は、側面2d,2eに隣接している。主面2aの一辺の長さは例えば500μm以上5000μm以下であり、主面2aの他辺の長さは例えば500μm以上5000μm以下である。半導体基板2は、例えばGaAs基板である。
The
回路部3は、入力されたマイクロ波信号を増幅等する部分である。回路部3は、主面2a上に設けられる絶縁層11内に埋め込まれて形成される部分である。回路部3は、例えば図1(b)の破線で囲われた部分に設けられている。回路部3は、電界効果トランジスタ等の半導体素子と、当該半導体素子同士を接続するための配線と、キャパシタ等の受動素子とを有する(半導体素子、配線、及び受動素子は図示しない)。なお、絶縁層11は、複数の誘電体層から構成されている。これらの誘電体層は、例えばポリイミド等の有機樹脂から構成される。回路部3内の配線は、絶縁層11内にて積層されている。積層された配線は、例えばビア配線等によって互いに接続する。
The
出力端子4は、半導体装置1にて発生する信号を外部に出力するための端子であり、回路部3を埋め込む絶縁層11上の側面2b側(第1側面側)の中央部に設けられる。したがって、出力端子4は、絶縁層11内に埋め込まれた配線12等を介して回路部3に接続される。出力端子4は、第1外部端子7が設けられる第1領域4aと、半導体装置1の検査時にプローブ電極等を接触させるための第2領域4bとを有する。第1領域4aは、平面視にて第2領域4bよりも主面2aの中央側に位置する。換言すると、第2領域4bは第1領域4aよりも側面2b側に設けられる。第1領域4aは平面視にて略円形状であり、第2領域4bは平面視にて略矩形状である。出力端子4は、例えば金(Au)から構成される金属層であり、その厚さは例えば500nm以上5000nm以下である。出力端子4は、入力端子5及び導電層6と同一の金属層から形成される。例えば、絶縁層11上に形成された金属層をエッチングすることによって、出力端子4、入力端子5、及び導電層6を同時に形成する。
The
入力端子5は、外部からの信号を回路部3に入力するための端子であり、回路部3を埋め込む絶縁層11上の側面2d側(第2側面側)に設けられる。したがって、入力端子5は、絶縁層11内に埋め込まれた配線13等を介して回路部3に接続される。入力端子5は、第2外部端子8が設けられる第1領域5aと、半導体装置1の検査時にプローブ電極等を接触させるための第2領域5bとを有する。第1領域5aは、平面視にて第2領域5bよりも主面2aの中央側に位置する。換言すると、第2領域5bは第1領域5aよりも側面2d側に設けられる。第1領域5aは平面視にて略円形状であり、第2領域5bは平面視にて略矩形状である。入力端子5は、出力端子4と同様に、例えば金(Au)から構成される金属層である。
The
導電層6は、外部から基準電位が入力される層であり、絶縁層11上に設けられる。導電層6は、絶縁層11に埋め込まれる図示しない複数の配線のうち少なくとも1つの配線を介して回路部3に接続される。導電層6は、複数の配線のうち少なくとも1つの別の配線とマイクロストリップ線路(MSL)を構成する。この別の配線は、マイクロ波信号を伝搬し、回路部3と入力端子5又は出力端子4とを接続する。導電層6は、平面視にて略矩形状であり、側面2b側の縁から中央に向かって窪む第1凹部14と、側面2d側の縁から中央に向かって窪む第2凹部15とを有する。この第1凹部14内には、出力端子4が導電層6に接しないように設けられている。平面視における導電層6と出力端子4との間の距離(すなわち、第1凹部14の幅)は、例えば10μm以上100μm以下である。同様に、第2凹部15内には、入力端子5が導電層6に接しないように設けられている。平面視における導電層6と入力端子5との間の距離(すなわち、第2凹部15の幅)は、例えば10μm以上100μm以下である。
The
導電層6には、平面視にて出力端子4と入力端子5とを結ぶ直線SLに交差するように延在した直線状のスリット21が設けられている。このスリット21は、第2凹部15よりも側面2b側であって、側面2dから側面2e側(第3側面側)に向かって延在するように設けられる。これにより、導電層6は、スリット21よりも側面2b側に位置する第1領域6aと、スリット21よりも側面2c側に位置する第2領域6bと、スリット21よりも側面2e側に位置すると共に第1領域6a及び第2領域6bをつなぐ第3領域6cとによって構成される。第1領域6aは第2領域6bよりも出力端子4側に位置しており、第2領域6bは第1領域6aよりも入力端子5側に位置している。
The
本実施形態における直線SLは、出力端子4と入力端子5との最短距離を結ぶ直線である。この直線SLは、出力端子4と入力端子5との最短距離を結ぶと共に、出力端子4の第1領域4aの中心及び入力端子5の第1領域5aの中心とを通過している。
The straight line SL in the present embodiment is a straight line that connects the shortest distance between the
スリット21は、長手方向における一端21a及び他端21bを有している。一端21aは導電層6の側面2d側の縁に揃うように位置しており、他端21bは出力端子4よりも側面2e側に位置している。スリット21の幅は、例えば1μm以上100μm以下である。スリット21の長さLは、例えば半導体装置1に入力されるマイクロ波信号の波長λに依拠する。本実施形態では、スリット21の長さLは、λ/8よりも大きく、3λ/8よりも小さくなっている。また、スリット21は、入力端子5、出力端子4、及び導電層6を形成する際に同時に形成される。なお、当該スリット21に重なると共に絶縁層11内に埋め込まれる電源配線が設けられてもよい。もしくは、この電源配線は、絶縁層11上に設けられると共にスリット21内に設けられてもよい。
The
第1外部端子7、第2外部端子8、及び第3外部端子9は、回路部3と、配線基板等の外部装置とを接続するために設けられている。例えば、第1外部端子7は外部装置の入力端子に接続され、第2外部端子8は外部装置の出力端子に接続され、第3外部端子9は接地されている。第1外部端子7は出力端子4の第1領域4a上に1つ設けられ、第2外部端子8は入力端子5の第1領域5a上に1つ設けられる。一方、第3外部端子9は、導電層6上に複数設けられる。本実施形態では、第1外部端子7、第2外部端子8、及び第3外部端子9のそれぞれは、例えばスズ、銀、銅等の金属又はそれらの合金等の導電性材料で形成された球形状のはんだボールである。本実施形態では、はんだボール同士のピッチは、約300μmに設定されている。半導体装置1は、フリップチップ実装をするため、図示しない配線基板に搭載される。半導体装置1の複数の第3外部端子9は、配線基板上の金属パターンで電気的に接続される。これによって、複数の第3外部端子9のそれぞれは、電気的に接続される。
The 1st
以上に説明した、本実施形態の半導体装置1では、基準電位が入力される導電層6は、半導体基板2の主面2a上に設けられる回路部3上に設けられる。この導電層6は、回路部3に対して外部からの電磁界の干渉を防ぐシールドとして機能し得る。また、導電層6には、平面視にて出力端子4と入力端子5とを結ぶ直線SLに交差するように延在したスリット21が設けられる。この場合、導電層6を伝搬すると共に、直線SLに沿って出力端子4から入力端子5に帰還しようとするマイクロ波信号は、スリット21によって遮断される。これにより、導電層6におけるマイクロ波信号の伝搬経路を長くすることができるので、当該マイクロ波信号が入力端子5に入力されにくくなる。したがって、導電層6を伝搬するマイクロ波信号が回路部3に入力しにくくなるので、半導体装置1の特性劣化が抑制される。
In the semiconductor device 1 according to the present embodiment described above, the
また、半導体基板2は、側面2dに対向する側面2eをさらに有し、側面2dは、側面2bに隣接し、スリット21は、側面2dから側面2eに向かって延在するように設けられてもよい。この場合、出力端子4から入力端子5に帰還しようとするマイクロ波信号のうち、側面2d側の導電層6を伝搬する信号は、スリット21によって遮断される。換言すれば、導電層6を伝搬して出力端子4から入力端子5に帰還しようとするマイクロ波信号は、第1領域6a、第3領域6c、及び第2領域6bの全てを介さなければならない。したがって、導電層を伝搬するマイクロ波信号の伝搬経路をさらに長くすることができるので、当該マイクロ波信号が入力端子5に一層入力されにくくなる。本実施形態の半導体装置1では、導電層6の第1領域6aと第2領域6bが、第3領域6cで繋がっていることから、導電層6の第1領域6aと第2領域6bとの間の基準電位の変動が抑制される。これにより、回路部3で増幅等がなされるマイクロ波信号の変動を抑制することができる。
Further, the
また、半導体装置1に入出力されるマイクロ波信号の波長がλである場合、スリット21の長さLは、λ/8よりも大きく、3λ/8よりも小さくてもよい。この場合、スリット21がオープンスタブとしても機能するので、スリット端面がマイクロ波信号に対しショート面を形成し、マイクロ波信号の伝搬をより効果的に抑制し得る。
When the wavelength of the microwave signal input / output to / from the semiconductor device 1 is λ, the length L of the
また、半導体装置1は、スリット21に重なって設けられる電源配線を備えてもよい。この場合、電源配線を介した入力端子5と出力端子4との間の信号伝搬が抑制され、より高いアイソレーションを実現することが可能となる。
Further, the semiconductor device 1 may include a power supply wiring provided so as to overlap the
図2(a)は、第1変形例の半導体装置1Aを示す概略平面図である。図2(b)は、図2(a)のIIb−IIb線断面図である。第1変形例では、第1外部端子7、第2外部端子8、及び第3外部端子9が省略される。
FIG. 2A is a schematic plan view showing a
図2(a)及び図2(b)に示されるように、半導体装置1Aは、絶縁層11内に埋め込まれると共に、半導体基板2及び導電層6に接続される配線体31,41を有している。配線体31は、配線体41よりも主面2aの中心側に設けられており、出力端子4及び入力端子5と電気的に絶縁している。配線体41は、平面視にて主面2a上で回路部3を囲むように設けられており、出力端子4及び入力端子5と電気的に絶縁している。具体的には、配線体41は、導電層6の外縁に沿って設けられている。本実施形態では、配線体41は、少なくとも図2(a)に示される仮想線で示された矢印Aに沿って設けられている。配線体41は、第1凹部14の縁及び周辺に設けられなくてもよい。同様に、配線体41は、第2凹部15の縁及び周辺に設けられなくてもよい。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
矢印Aは、導電層6の縁に沿って出力端子4から入力端子5へ伝搬するマイクロ波信号の経路を示している。具体的には、矢印Aは、側面2b側であって第1凹部14よりも側面2e側に位置する導電層6の縁と、側面2e側の導電層6の縁と、側面2c側の導電層6の縁と、側面2d側であって第2凹部15よりも側面2c側に位置する導電層6の縁とに沿って延在している。
An arrow A indicates a path of a microwave signal propagating from the
配線体31は、半導体基板2側から互いに積層された複数の配線層32〜34と、半導体基板2側から互いに積層されたビア配線35〜38とを有している。ビア配線35は、半導体基板2と配線層32との間に位置すると共に、半導体基板2と配線層32との両方に接している。ビア配線36は、配線層32,33の間に位置すると共に、配線層32,33の両方に接している。ビア配線37は、配線層33,34の間に位置すると共に、配線層33,34の両方に接している。ビア配線38は、配線層34と導電層6との間に位置すると共に、配線層34と導電層6との両方に接している。配線層32〜34及びビア配線35〜38は、例えば金(Au)から構成される金属層である。配線層32〜34の厚さは例えば500nm以上5000nm以下であり、ビア配線35〜38の厚さは例えば500nm以上5000nm以下である。
The
配線体41は、半導体基板2側から互いに積層された複数の配線層42〜44と、半導体基板2側から互いに積層されたビア配線45〜48とを有している。配線層42〜44は、回路部3を囲むように導電層6の外縁に沿って設けられている。同様に、ビア配線45〜48についても、導電層6の外縁に沿って設けられている。
The
ビア配線45は、半導体基板2と配線層42との間に位置すると共に、半導体基板2と配線層42との両方に接している。ビア配線46は、配線層42,43の間に位置すると共に、配線層42,43の両方に接している。ビア配線47は、配線層43,44の間に位置すると共に、配線層43,44の両方に接している。ビア配線48は、配線層44と導電層6との間に位置すると共に、配線層44と導電層6との両方に接している。配線層42〜44及びビア配線45〜48は、例えば金(Au)から構成される金属層である。配線層42〜44の厚さは例えば500nm以上5000nm以下であり、ビア配線45〜48の厚さは例えば500nm以上5000nm以下である。
The via
配線層32は、配線層42と同時に形成されて同じ層内に位置する。同様に、配線層33は配線層43と同時に形成されて同じ層内に位置し、配線層34は配線層44と同時に形成されて同じ層内に位置する。また、ビア配線35は、ビア配線45と同時に形成されて同じ層内に位置する。同様に、ビア配線36はビア配線46と同時に形成されて同じ層内に位置し、ビア配線37はビア配線47と同時に形成されて同じ層内に位置し、ビア配線38はビア配線48と同時に形成されて同じ層内に位置する。
The
図3は、図2(b)における半導体基板2、導電層6、及び配線体31,41によって構成される等価回路図である。図3に示される等価回路51は、端子T1,T2の間に設けられる抵抗成分52,53と、抵抗成分52,53の間に接続されるLC成分54とを有する。LC成分54は、インダクタンス成分55と、容量成分56と、抵抗成分57を有する。抵抗成分52の一端は端子T1に接続され、抵抗成分52の他端は抵抗成分53の一端及びインダクタンス成分55の一端に接続される。抵抗成分53の他端は、端子T2に接続される。インダクタンス成分55の他端は、容量成分56の一端及び抵抗成分57の一端に接続される。容量成分56の他端及び抵抗成分57の他端は接地されている。容量成分56と抵抗成分57とは、並列関係になっている。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram including the
端子T1は、図2(b)における矢印Aの一端A1に対応する。端子T2は、図2(b)における矢印Aの他端A2に対応する。抵抗成分52は、図2(b)における導電層6に対応する。抵抗成分53は、図2(b)における導電層6に対応する。LC成分54のインダクタンス成分55は、図2(b)における半導体基板2に対応する。LC成分54の容量成分56及び抵抗成分57は、図2(b)における半導体基板2に対応する。容量成分56及び抵抗成分57は、半導体基板2に接続されて接地されている。
The terminal T1 corresponds to one end A1 of the arrow A in FIG. The terminal T2 corresponds to the other end A2 of the arrow A in FIG. The
上述した第1変形例においても、上記実施形態と同等の効果を奏する。さらに、半導体装置1Aは、半導体基板2及び導電層6に接続されると共に、主面2a上で回路部3を囲むように設けられる配線体41を備えている。この場合、出力端子4から導電層6に伝搬したマイクロ波信号を、配線体41、及び半導体基板2を誘電体とした容量成分56を介して外部に逃がすことができる。これにより、半導体装置1Aの特性劣化が好適に抑制される。
Also in the first modified example described above, the same effects as in the above embodiment are achieved. Furthermore, the
図4(a)は、第2変形例の半導体装置1Bを示す概略平面図である。図4(b)は、図4(a)のIVb−IVb線断面図である。図4(a),(b)に示されるように、半導体装置1Bの入力端子5Aは、側面2c側の中央部に設けられており、出力端子4と対向している。具体的には、入力端子5Aの設けられる位置は、主面2aの中心に対して出力端子4の設けられる位置と点対称になっている。このため、出力端子4と入力端子5Aとを結ぶ直線SLは、平面視にて側面2d,2eの延在方向に沿って延在している。また、導電層6の第2凹部15Aは、側面2c側の縁から中央に向かって窪んでいる。
FIG. 4A is a schematic plan view showing a
スリット21Aは、側面2d側から側面2eに向かって直線状に延在しており、導電層6を、出力端子4側の第1領域6aと、入力端子5A側の第2領域6bとに分離している。換言すれば、導電層6の第1領域6aと第2領域6bとは、スリット21Aによって分離されている。したがって、第2変形例においては、上記実施形態及び第1変形例とは異なり、第3領域6cが設けられていない。また、スリット21Aは、直線SLと略直交している。
The
上述した第2変形例においても、上記実施形態と同等の効果を奏する。さらに、第1領域6a内を流れるマイクロ波信号はスリット21Aにより遮断され、第2領域6bに伝搬しない。したがって、上記マイクロ波信号が導電層6を伝搬して入力端子5Aに入力されなくなるので、半導体装置1Bの特性劣化が好適に抑制される。半導体装置1は、フリップチップ実装をするため、図示しない配線基板に搭載される。半導体装置1の複数の第3外部端子9は、配線基板上の金属パターンで電気的に接続される。これによって、複数の第3外部端子9のそれぞれは、電気的に接続される。これにより、第1領域6aと第2領域6bは分離されているが、複数の第3外部端子9と配線基板上の金属パターンを介して、電気的に接続される。このため、導電層6は基準電位を保持することができる。
Also in the second modified example described above, the same effects as in the above embodiment are achieved. Further, the microwave signal flowing in the
本発明による半導体装置は、上記実施形態及び上記変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。上記実施形態及び上記変形例の記載内容を適宜組み合わせてもよい。例えば、第2変形例に第1変形例の内容を組み合わせてもよい。すなわち、第2変形例の導電層6の第1領域6aと半導体基板2とを接続すると共に、回路部3の一部を囲う配線体が設けられてもよい。また、上記実施形態に第2変形例の内容を組み合わせてもよい。すなわち、上記実施形態の導電層6にスリット21Bが設けられてもよい。
The semiconductor device according to the present invention is not limited to the above embodiment and the above modifications, and various other modifications are possible. You may combine suitably the description content of the said embodiment and the said modification. For example, the content of the first modification may be combined with the second modification. That is, a wiring body that connects the
また、上記実施形態及び上記変形例において、導電層6に設けられるスリットの形状は、直線SLに交差する限りどのような形状でもよい。導電層6に設けられるスリットは、平面視にて曲線状でもよいし、波線状でもよいし、ジグザグ状でもよい。これらの場合、スリットの長さは、長手方向における一端から他端までの合計距離に相当する。上記実施形態及び第1変形例におけるスリットは、例えば側面2d側の縁から側面2b側の縁あるいは側面2c側の縁に向かって延在してもよい。また、スリットは側面2b側の縁から側面2b側の縁、側面2c側の縁、もしくは側面2d側の縁に向かって延在してもよい。なお、上記実施形態及び上記変形例のスリットは、開口部、溝、除去部、又は切欠部と呼称してもよい。
Moreover, in the said embodiment and the said modification, the shape of the slit provided in the
また、上記実施形態及び上記変形例において、長手方向におけるスリットの一端及び他端は、導電層6内に設けられてもよい。加えて、導電層6内には、複数のスリットが設けられてもよい。この場合、少なくとも一つのスリットが直線SLに交差すればよく、全てのスリットが直線SLに交差しなくてもよい。また、マイクロ波信号の波長がλである場合、直線SLに交差するスリットの長さがλ/8よりも大きく、3λ/8よりも小さければよく、他のスリットの長さはλ/8以下でもよいし、3λ/8以上でもよい。
In the embodiment and the modification, one end and the other end of the slit in the longitudinal direction may be provided in the
また、上記実施形態及び上記変形例において、直線SLは、出力端子と入力端子との最短距離を結ばなくてもよい。直線SLは、出力端子の任意の一点と入力端子の任意の一点とを結ぶ直線であればよい。例えば、直線SLは、出力端子の第2領域の中心と入力端子の第2領域の中心とを結ぶ直線であってもよく、出力端子と入力端子との最大距離を結ぶ直線であってもよい。 In the embodiment and the modification, the straight line SL may not connect the shortest distance between the output terminal and the input terminal. The straight line SL may be a straight line connecting any one point of the output terminal and any one point of the input terminal. For example, the straight line SL may be a straight line connecting the center of the second region of the output terminal and the center of the second region of the input terminal, or may be a straight line connecting the maximum distance between the output terminal and the input terminal. .
また、上記実施形態及び上記変形例において、半導体基板は、GaAs基板以外でもよい。例えば、半導体基板はAlN基板でもよいし、SiC基板等でもよい。また、出力端子、入力端子、導電層、及び配線体はAu層以外でもよい。例えば、出力端子、入力端子、導電層、及び配線体は、複数の積層された金属層でもよいし、合金層でもよい。また、回路部3を埋め込む絶縁層は、無機絶縁物によって構成されてもよい。
Moreover, in the said embodiment and the said modification, a semiconductor substrate may be other than a GaAs substrate. For example, the semiconductor substrate may be an AlN substrate, a SiC substrate, or the like. Further, the output terminal, the input terminal, the conductive layer, and the wiring body may be other than the Au layer. For example, the output terminal, the input terminal, the conductive layer, and the wiring body may be a plurality of stacked metal layers or alloy layers. Moreover, the insulating layer which embeds the
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。以下の実施例1,2及び比較例にて記載される測定用試料は、仮想上のものである。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. The measurement samples described in the following Examples 1 and 2 and Comparative Examples are hypothetical.
(実施例1)
図5(a)は、実施例1の測定用試料60の平面図を示す。図5(b)は、図5(a)におけるスリット21B及びその周辺の拡大図である。図5(a),(b)に示される測定用試料60は、周波数を38GHzに設定されたマイクロ波信号が入出力されるMMICとする。測定用試料60は、絶縁層内に埋め込まれる回路部が設けられた半導体基板2と、出力端子4と、入力端子5と、2つの屈曲点を有するスリット21Bが設けられた導電層6とを備える。導電層6には、第1凹部14及び第2凹部15に加えて、スリット21Bに繋がる凹部16が設けられる。この凹部16には電源端子17が設けられており、当該電源端子17はスリット21Bの形状に沿って延在する電源配線18に接続されている。この電源配線18は、スリット21Bに重なる又はスリット21Bに内包されており、電源端子17に接続される。また、導電層6には、第1凹部14、第2凹部15、凹部16以外の凹部が適宜設けられるものとする。
Example 1
FIG. 5A shows a plan view of the
測定用試料60においては、半導体基板2は、厚さ275μm、比誘電率12.9のGaAs基板に設定される。また、半導体基板2を平面視した際に、側面2b,2cの長さは2270μmに設定され、側面2d,2eの長さは1630μmに設定される。出力端子4、入力端子5、及び導電層6は、厚さ2μmのAu層に設定される。スリット21Bの幅Wは20μmに設定され、スリット21Bの長さLは1550μmに設定される。電源配線18は、幅15μm、厚さ1μmのAu層に設定される。電源配線18と電源端子17とを接続するビア配線は、厚さ1.5μmのAu層に設定される。回路部を埋め込む絶縁層は複数のポリイミド層に設定される。絶縁層の合計厚さは10.9μmに設定され、絶縁層の非誘電率は3.5に設定される。なお、出力端子4と入力端子5とは、互いに電気的に絶縁した状態に設定される。
In the
(実施例2)
実施例2の測定用試料は、実施例1の測定用試料60に対して、図2(b)に示される配線層42〜44及びビア配線45〜48を有する配線体41を設けたものである。具体的には、配線体41の配線層42〜44を、導電層6の外縁に沿って設ける。実施例2の測定用試料では、配線層42〜44の厚さはそれぞれ1μmに設定され、ビア配線45の厚さは1.4μmに設定され、ビア配線46〜48の厚さはそれぞれ1.5μmに設定される。
(Example 2)
The measurement sample of Example 2 is provided with the
(比較例)
比較例の測定用試料では、実施例1の測定用試料60に対して、導電層6にスリット21Bが形成されていない。
(Comparative example)
In the measurement sample of the comparative example, the
(アイソレーション特性のシミュレーション結果)
実施例1,2及び比較例の測定用試料は、アルミナ製の基台に載置され、外部からのノイズが入力されない状態にそれぞれ設定される。これらの測定用試料を上述した条件に設定した後、各測定用試料のアイソレーション特性をシミュレートした。具体的には、35〜39GHzの周波数の信号が入力された各測定用試料のアイソレーション特性をシミュレートした。なお、アイソレーション特性は、入力電力と出力電力との比率(デジベル(dB))で表され、信号の漏れの程度を示す。アイソレーション特性の値が小さいほど、出力端子から入力端子に信号が帰還しにくいと評価される。
(Isolation characteristics simulation results)
The measurement samples of Examples 1 and 2 and the comparative example are placed on a base made of alumina and set to a state in which no external noise is input. After setting these measurement samples to the above-described conditions, the isolation characteristics of each measurement sample were simulated. Specifically, the isolation characteristic of each measurement sample to which a signal having a frequency of 35 to 39 GHz was input was simulated. The isolation characteristic is represented by a ratio (decibel (dB)) between input power and output power, and indicates the degree of signal leakage. It is evaluated that the smaller the value of the isolation characteristic, the less the signal is fed back from the output terminal to the input terminal.
図6は、測定用試料のアイソレーション特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図6に示されるグラフ71は実施例1のシミュレーション結果を示し、グラフ72は実施例2のシミュレーション結果を示し、グラフ73は比較例のシミュレーション結果を示す。図6に示されるように、実施例1,2のアイソレーション特性は、比較例のアイソレーション特性よりも小さくなった。具体的には、38GHzの信号が入力された際に、実施例1は−57.1dBを示し、実施例2は−67.4dBを示し、比較例は−49.8dBを示した。これにより、導電層6を伝搬して帰還しようとする信号は、スリット21Bに遮断され、アイソレーション特性が小さくなることが推察できる。また、実施例2のアイソレーション特性は、実施例1のアイソレーション特性よりも小さくなった。これにより、導電層6を伝搬して帰還しようとする信号は、配線体41及び半導体基板2を介して外部へ放射され、アイソレーション特性がさらに小さくなることが推察できる。
FIG. 6 is a graph showing a simulation result of the isolation characteristics of the measurement sample. A
(電磁界シミュレーション)
各測定試料について、アイソレーション特性の測定と同じ条件下にて、38GHzの周波数の信号が入力された際の導電層6の電界分布をシミュレートした。この場合、実施例1,2における出力端子4の周囲の電界密度は、比較例における出力端子4の周囲の電界密度よりも低かった。また、実施例2における入力端子5の周囲の電界密度は、実施例1における入力端子5の周囲の電界密度よりも低かった。
(Electromagnetic field simulation)
For each measurement sample, the electric field distribution of the
1,1A,1B…半導体装置、2…半導体基板、2a…主面、2b〜2e…側面、3…回路部、4…出力端子、5,5A…入力端子、6…導電層、6a…第1領域、6b…第2領域、6c…第3領域、11…絶縁層、14…第1凹部、15,15A…第2凹部、17…電源端子、18…電源配線、21,21A,21B…スリット、21a…一端、21b…他端、31,41…配線体、32〜34,42〜44…配線層、35〜38,45〜48…ビア配線、54…LC成分、60…測定用試料、A…矢印、L…長さ、SL…直線、λ…波長。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
主面、第1側面、及び第2側面を有する半導体基板と、
前記主面上に設けられる回路部と、
前記回路部上であって前記第1側面側に設けられ、前記回路部に接続される出力端子と、
前記回路部上であって前記第2側面側に設けられ、前記回路部に接続される入力端子と、
前記回路部上に設けられ、基準電位が入力される導電層と、
を備え、
前記導電層には、平面視にて前記出力端子と前記入力端子とを結ぶ直線に交差するように延在したスリットが設けられる、
半導体装置。 A semiconductor device to which microwave signals are input and output,
A semiconductor substrate having a main surface, a first side surface, and a second side surface;
A circuit portion provided on the main surface;
An output terminal provided on the first side surface on the circuit unit and connected to the circuit unit;
An input terminal provided on the second side surface on the circuit unit and connected to the circuit unit;
A conductive layer provided on the circuit portion to which a reference potential is input;
With
The conductive layer is provided with a slit extending so as to intersect a straight line connecting the output terminal and the input terminal in plan view.
Semiconductor device.
前記第2側面は、前記第1側面に隣接し、
前記スリットは、前記導電層における前記第2側面の縁から前記第3側面側に向かって延在するように設けられる、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate further includes a third side surface facing the second side surface,
The second side surface is adjacent to the first side surface;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the slit is provided so as to extend from an edge of the second side surface in the conductive layer toward the third side surface side.
前記配線体は、互いに接続されると共に互いに積層される複数の配線層を有しており、前記入力端子及び前記出力端子と電気的に絶縁している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The wiring body further includes a wiring body connected to the semiconductor substrate and the conductive layer and provided to surround the circuit portion on the main surface,
6. The wiring body according to claim 1, wherein the wiring body includes a plurality of wiring layers that are connected to each other and stacked on each other, and is electrically insulated from the input terminal and the output terminal. A semiconductor device according to 1.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
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US11264341B2 (en) | 2019-03-13 | 2022-03-01 | Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. | Microwave integrated circuit |
-
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- 2015-10-30 JP JP2015214318A patent/JP2017085040A/en active Pending
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