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JPH0521710A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPH0521710A
JPH0521710A JP17094091A JP17094091A JPH0521710A JP H0521710 A JPH0521710 A JP H0521710A JP 17094091 A JP17094091 A JP 17094091A JP 17094091 A JP17094091 A JP 17094091A JP H0521710 A JPH0521710 A JP H0521710A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dielectric layer
cvd method
conductive layer
capacitor
silicon oxide
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.)
Pending
Application number
JP17094091A
Other languages
English (en)
Inventor
Sadayuki Daikuhara
貞行 大工原
Chiyoshi Kamata
千代士 鎌田
Norio Nakazato
典生 中里
Katsushi Oshika
克志 大鹿
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.)
Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor 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 Hitachi Ltd, Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP17094091A priority Critical patent/JPH0521710A/ja
Publication of JPH0521710A publication Critical patent/JPH0521710A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 GaAsのような化合物半導体基板1上に形
成された下側導電層3上に複数の誘電体層を介して上側
導電層5を形成したMIMコンデンサにおいて、最も下
側の誘電体層をプラズマCVD法による酸化シリコン膜
(SiO)4dとし、最も上側の誘電体層を400℃以
下の低温CVD法による酸化シリコン膜(SiO2)4
cとした。また、中間誘電体層としてプラズマCVD法
による窒化シリコン膜4bを用いるようにした。 【効果】 小さなチップサイズで容量値が大きくしかも
耐圧の高い、高周波ICのバイパスコンデンサに適した
MIMコンデンサを製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体技術さらには化
合物半導体装置におけるコンデンサの構造に適用して特
に有効な技術に関し、例えば高周波IC用のバイパスコ
ンデンサに利用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高周波ICにおいては、電源ノイ
ズを低減する目的で電源電圧端子間(Vccとグランド
間)にバイパスコンデンサと呼ばれる比較的容量の大き
なコンデンサが接続されている。ところで、近年、シリ
コンデバイスに比べて高速動作可能なデバイスとしてG
aAs基板を使用した超高周波GaAsICが実用化さ
れている。この種の超高周波ICでは従来、上記バイパ
スコンデンサとしてディスクリートのコンデンサを用
い、これをパッケージの外側に接続していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】超高周波ICでは、バ
イパスコンデンサがパッケージの外側に接続されている
と、ICチップとパッケージとの間を接続するワイヤの
部分においてもノイズがのり、この僅かなノイズがIC
の特性を劣化させるという問題点があることが明らかに
された。そこで、本発明者らは、パッケージ内にバイパ
スコンデンサを内蔵させて、よりチップに近いところで
電源ノイズを吸収する方式を考え、検討した。
【0004】その結果、超高周波ICでは高周波ノイズ
を除去するにはGaAs基板を使用したMIM(メタル
・インシュレータ・メタル)構造のコンデンサを用いる
と、デバイスの特性を向上させることができることを見
出した。しかるに、GaAs基板は400℃以上に加熱
するとAsが遊離するため、高温下でのCVD法あるい
は酸化法による絶縁膜では、安定した誘電体膜を形成す
ることができない。そこで、従来、GaAs基板上のM
IMコンデンサでは、誘電体としてプラズマCVD法に
よる窒化シリコン膜が用いられていた。
【0005】しかしながら、誘電体としてプラズマCV
D法による窒化シリコン膜を用いたMIMコンデンサ
は、耐圧以上の電圧を印加した場合はもちろん耐圧以下
であっても長時間電圧が印加されつづけると破壊されや
すく、寿命が短いという問題点があることが分かった。
特に、パッケージの小型化を図るべくコンデンサのチッ
プサイズを小さくして誘電体膜の厚みを薄くして容量値
を大きくしようとするとますます耐圧が低下してしまう
という問題点がある。
【0006】なお、MIMコンデンサに関しては、近代
科学社、昭和45年3月1日発行、「集積回路の設計」
第39頁−第42頁に記載されている。本発明の目的
は、小さなチップサイズで容量値が大きくしかも耐圧の
高い、高周波ICのバイパスコンデンサに適したMIM
コンデンサを提供することにある。この発明の前記なら
びにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書
の記述および添附図面から明らかになるであろう。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。すなわち、GaAsのような化合物半導体
基板上に形成された下側導電層上に複数の誘電体層を介
して上側導電層を形成したMIMコンデンサにおいて、
最も下側の誘電体層をプラズマCVD法による酸化シリ
コン膜(SiO)とし、最も上側の誘電体層を400℃
以下の低温CVD法による酸化シリコン膜(SiO2
としたものである。また、全体として同一の厚みなら中
間誘電体層としてプラズマCVD法による窒化シリコン
膜を用いるようにするのが良い。
【0008】
【作用】金属膜表面が酸化されているとその上の絶縁膜
が剥がれやすくなるため、MIMコンデンサにおいて最
も下側の誘電体層が低温CVD法による酸化シリコン膜
であると導電層を構成する金属膜と誘電体層とが剥がれ
るおそれがあるが、上記した手段によれば、最も下側の
誘電体層をプラズマCVD法による酸化シリコン膜とし
たので、導電層を構成する金属膜と誘電体層との剥がれ
を防止することができるとともに、最も上側の誘電体層
をプラズマCVD法による窒化シリコン膜に比べて耐圧
が高い低温CVD法による酸化シリコン膜(SiO2
としたので高耐圧のMIMコンデンサが得られる。しか
も、中間誘電体層としてプラズマCVD法による窒化シ
リコン膜を用いているので、容量値も大きくすることが
でき、これによって、小さなチップサイズで容量値が大
きくしかも耐圧の高い、高周波ICのバイパスコンデン
サに適したMIMコンデンサを得るという上記目的を達
成することができる。なお、最も上側の誘電体層を低温
CVD法による酸化シリコン膜としているが、上側導電
層としての金属膜はこの酸化シリコン膜の上に形成する
ので、金属膜表面が酸化されて誘電体層から剥がれ易く
なるというようなことはない。
【0009】
【実施例】図1には、本発明に係るMIMコンデンサの
一実施例が示されている。図1において、1はGaAs
単結晶基板、2はこのGaAs単結晶基板1上に形成さ
れた絶縁膜、3は絶縁膜2上に形成された下側導電層と
しての金属膜(例えばMo/Au層)、4は金属膜3上
に形成された誘電体層、5は誘電体層4上に形成された
上側導電層としての金属膜(例えばAl層)である。こ
の実施例では、上記誘電体層4が3層構造とされてい
る。このうち、最も下側の誘電体層4aはプラズマCV
D法による酸化シリコン膜で構成され、中間の誘電体層
4bはプラズマCVD法による窒化シリコン膜で構成さ
れ、最も上側の誘電体層4cは400℃程度の温度下で
の低温CVD法により形成された酸化シリコン膜(Si
2)によって構成されている。
【0010】また、6は下側導電層3と上側導電層5と
の間を絶縁する層間絶縁膜、7は上側導電層5を覆うよ
うに形成された保護用のパッシベーション膜である。上
記下側導電層3と上側導電層5は、それぞれ一側方へ延
設されてパッド部(図示省略)が形成されており、各パ
ッド部に対応して上記パッシベーション膜7には開口部
(図示省略)が形成されている。
【0011】図2および図3には、上記MIMコンデン
サ10をバイパスコンデンサとして使用した電子デバイ
スの構造の一例が示されている。同図において、21は
パッケージ20を構成するセラミック製チップキャリ
ア、30は高周波電力増幅GaAsFET等の超高周波
ICチップで、この超高周波ICチップ30と上記構造
のMIMコンデンサ10が、セラミック製チップキャリ
ア21の収納凹部22の底部にろう付けされている。上
記セラミック製チップキャリア21内にはタングステン
層等からなる信号線41や電源線42,43が配設され
ており、上記超高周波ICチップ30上の電源パッド
(Vccパッド)32とMIMコンデンサ10上のパッ
ド11との間およびMIMコンデンサ10上の他方のパ
ッド12とセラミック製チップキャリア21内の電源線
(グランドライン)43との間が、それぞれボンディン
グワイヤ51と52によって結線されている。
【0012】また、上記超高周波ICチップ30上の電
源パッド(Vccパッド)32とセラミック製チップキ
ャリア21内の電源線(Vccライン)42との間およ
び超高周波ICチップ30上の電源パッド(グランドパ
ッド)33とセラミック製チップキャリア21内の電源
線(グランドライン)43との間、超高周波ICチップ
30上の入出力パッド31とセラミック製チップキャリ
ア21内の信号線41との間もそれぞれボンディングワ
イヤ53と54,55によって結線されている。そし
て、これらのワイヤボンディングが終了した後で、セラ
ミック製チップキャリア21の収納凹部22の上にFe
とNiの合金等からなるキャップ23をかぶせ封止する
ことでパッケージ20が完成するようになっている。
【0013】図4には本発明の上側の実施例が示されて
いる。この実施例は、GaAs単結晶基板1上に、高周
波電力増幅GaAsFET等の能動素子60と上記MI
Mコンデンサ10とを一体に形成したものである。MI
Mコンデンサ10は、図1の実施例のものと同一の構造
で、誘電体層4が3層構造とされている。61はGaA
s単結晶基板1表面に形成されたソース、ドレイン領域
となる活性領域、62a,62bはソース、ドレイン領
域61の表面上に形成されたオーミック電極、63a,
63bはソース、ドレイン電極、64はショットキゲー
ト電極である。
【0014】この実施例では、FET(60)のソー
ス、ドレイン電極63a,63bと、MIMコンデンサ
10の下側導電層3とが同一の工程で形成され、ソー
ス、ドレイン電極63a,63bに接続される信号線
(図示省略)とMIMコンデンサ10の上側導電層5と
が同一の工程で形成されている。これによって、下側の
実施例に比べてプロセスが簡略化される。また、同一基
板上に形成されているため、装置全体も小型化される。
なお、上記実施例では、誘電体層4を3層構造としてい
るが、中間のプラズマCVD法による窒化シリコン膜4
bを省略しても良い。ただし、誘電体層4全体が同一の
厚みなら2層よりも中間にプラズマCVD法による窒化
シリコン膜4bを有する3層構造の方が容量値が大きく
なるので望ましい。
【0015】以上説明したように、上記実施例は、Ga
Asのような化合物半導体基板上に形成された下側導電
層上に複数の誘電体層を介して上側導電層を形成したM
IMコンデンサにおいて、最も下側の誘電体層をプラズ
マCVD法による酸化シリコン膜(SiO)とし、最も
上側の誘電体層を400℃以下の低温CVD法による酸
化シリコン膜(SiO2)としたので、下側導電層を構
成する金属膜と誘電体層との剥がれを防止することがで
きるとともに、最も上側の誘電体層に低温CVD法によ
る酸化シリコン膜があるため、高耐圧のMIMコンデン
サが得られるという効果がある。
【0016】また、中間誘電体層としてプラズマCVD
法による窒化シリコン膜を用いるようにしたので、誘電
体層全体として同一の厚みなら他の材料を用いた場合に
比べて容量値を大きくすることができ、これによって、
小さなチップサイズで容量値が大きくしかも耐圧の高
い、高周波ICのバイパスコンデンサに適したMIMコ
ンデンサを製造することができるという効果がある。
【0017】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、誘
電体層4を4層以上としても良い。また、上記実施例で
はGaAs基板上のMIMコンデンサについて説明した
が、GaAs基板以外の化合物半導体単結晶基板やシリ
コン基板上にコンデンサを形成する場合に適用すること
ができる。以上の説明では主として本発明者によってな
された発明を、その背景となった利用分野である高周波
IC用のバイパスコンデンサに適用した場合について説
明したが、この発明はそれに限定されるものでなく、コ
ンデンサを備えた半導体装置一般に利用することができ
る。
【0018】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、小さなチップサイズで容量
値が大きくしかも耐圧の高い、高周波ICのバイパスコ
ンデンサに適したMIMコンデンサを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るMIMコンデンサの一実施例を示
す断面正面図である。
【図2】図1のMIMコンデンサを組み込んだ半導体装
置の実施例を示す断面正面図である。
【図3】図2の半導体装置のパッケージのキャップを除
いた状態の平面図である。
【図4】本発明に係るMIMコンデンサの他の実施例を
示す断面正面図である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 3 下側導電層(金属膜) 4 誘電体層 4a プラズマCVD法による酸化シリコン 4b プラズマCVD法による窒化シリコン膜 4c 低温CVD法による酸化シリコン膜 5 上側導電層(金属膜)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中里 典生 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 大鹿 克志 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体基板上に形成された下側導
    電層上に複数の誘電体層を介して上側導電層が形成され
    てなる半導体装置において、上記多層構造の誘電体層の
    うち最も下側の誘電体層はプラズマCVD法による酸化
    シリコン膜であり、最も上側の誘電体層は低温CVD法
    による酸化シリコン膜であることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 上記誘電体層が3層構造である場合にお
    いて、その中間誘電体層としてプラズマCVD法による
    窒化シリコン膜を用いるようにしたことを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 化合物半導体基板上に形成された下側導
    電層上に複数の誘電体層を介して上側導電層が形成され
    てなる容量素子と、能動素子とが同一の化合物半導体基
    板上に形成されてなることを特徴とする請求項1または
    2記載の半導体装置。
JP17094091A 1991-07-11 1991-07-11 半導体装置 Pending JPH0521710A (ja)

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