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公開番号2025151324
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-09
出願番号2024052684
出願日2024-03-28
発明の名称半導体デバイス
出願人富士通株式会社
代理人弁理士法人フィールズ国際特許事務所
主分類H01L 21/768 20060101AFI20251002BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高速半導体デバイスにおいて基板内伝搬に起因する不安定動作を抑制する。
【解決手段】半導体デバイスは、半導体基板、コプレーナ型線路および抵抗膜を備える。コプレーナ型線路は、半導体基板の表面側に形成される信号線およびグラウンド金属を含む。抵抗膜は、半導体基板の表面とグラウンド金属との間または半導体基板の表面と半導体基板上に金属が存在しない領域との間に形成される。グラウンド金属と抵抗膜との間は互いに絶縁されている。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面側に形成される信号線およびグラウンド金属を含むコプレーナ型線路と、
前記半導体基板の表面と前記グラウンド金属との間または前記半導体基板の表面と前記半導体基板上に金属が存在しない領域との間に形成される第１の抵抗膜と、を備え、
前記グラウンド金属と前記第１の抵抗膜との間は互いに絶縁されている
ことを特徴とする半導体デバイス。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１の抵抗膜のエッジが、前記信号線と対向する側の前記グラウンド金属のエッジまで到達しないように、前記第１の抵抗膜は前記半導体基板の表面と前記グラウンド金属との間に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記第１の抵抗膜のエッジと前記信号線と対向する側の前記グラウンド金属のエッジとの間の距離は、１０μｍ以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記第１の抵抗膜のシート抵抗は、１０オーム／スクエア以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記第１の抵抗膜が前記半導体基板の表面と前記グラウンド金属との間に形成される構成において、前記第１の抵抗膜と前記グラウンド金属との間に絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記半導体基板の上面に形成されるソース電極と、
前記半導体基板の上面に形成されるドレイン電極と、
前記半導体基板の上面において前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の領域に形成されるゲート電極をさらに備え、
前記信号線は、第１の信号線および第２の信号線を含み、
前記グラウンド金属は、前記ソース電極に電気的に接続し、
前記第１の信号線は、前記ゲート電極に電気的に接続し、
前記第２の信号線は、前記ドレイン電極に電気的に接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記半導体基板上に形成され、前記ソース電極に接触する第２の抵抗膜と、
前記半導体基板上に形成され、前記ドレイン電極に接触する第３の抵抗膜をさらに備える
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記第１の抵抗膜、前記第２の抵抗膜、および前記第３の抵抗膜は、前記半導体基板の表面に形成される電子走行層と同じ材料で形成される
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記第１の抵抗膜、前記第２の抵抗膜、および前記第３の抵抗膜を形成するための材料の５０パーセント以上の成分は、前記半導体基板の表面に形成される電子走行層と同じである
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記半導体基板上で前記コプレーナ型線路に電気的に接続する増幅器と、
前記信号線に電気的に接続する、前記増幅器のインピーダンス整合回路の抵抗素子をさらに備え、
前記第１の抵抗膜および前記抵抗素子は、同じ工程で形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、コプレーナ型線路を含む半導体デバイスに係わる。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
次世代通信（Ｂ５Ｇ（Beyond 5th Generation）／６Ｇ（6th Generation））においては、１００Ｇｂｐｓを超える伝送レートを実現するために、１００ＧＨｚ帯および３００ＧＨｚ帯等のサブテラヘルツ（sub-THz）帯の電波を利用する無線通信が検討されている。例えば、１００ＧＨｚ帯ビーム制御および３００ＧＨｚ帯４×４アンテナモジュールの開発が進められている。そして、このような無線通信を実現するための要素技術の１つとして、高速／高出力増幅器が求められる。
【０００３】
たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）は、高い耐圧を有し、高出力増幅器として活用されている。リン化インジウム（ＩｎＰ）系ＨＥＭＴは、高速動作性に優れ、低雑音なので、サブテラヘルツ帯の周波数帯域で用いる増幅器として好適である。
【０００４】
サブテラヘルツ帯においては、電波の１／４波長が基板厚と同程度であるか、基板厚より小さいことがある。このため、基板内伝搬による共振が発生し得る。例えば、一般的な半導体基板の厚さは７５～２００μｍである。ここで、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板（εｒ＝９．６６）において基板内を通過する電磁波の１／４波長は、１００ＧＨｚでは約２４０μｍであり、３００ＧＨｚでは約８０μｍである。そして、基板内伝搬は、増幅器の不安定動作および／または損失の増大を引き起こすことがある。また、一般的に、増幅器の電力付加効率は、周波数の増加に伴って減少する傾向がある。例えば、サブテラヘルツ帯では、増幅器の電力付加効率は１０パーセント程度であり、投入電力のほとんどが熱に変換されるので、発熱量が大きい。
【０００５】
なお、伝導ノイズを抑制する技術は、例えば、特許文献１に記載されている。伝送線路に接続される端子同士の間の高周波分離特性を改善する技術は、例えば、特許文献２に記載されている。基板の裏面に抵抗膜を形成することで不要放射波を抑制する技術は、例えば、特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００９－０３８２５０号公報
特開２００５－２８７０５５号公報
特開２００７－１６５４３０号公報
【非特許文献】
【０００７】
H. Hamada et al., "Millimeter-wave InP Device Technologies for Ultra-high Speed Wireless Communications toward Beyond 5G," 2019 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, CA, USA, 2019, pp. 9.2.1-9.2.4, doi: 10.1109/IEDM19573.2019.8993540.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
基板を薄く（例えば、５０μｍ以下）することで、サブテラヘルツ帯において基板内伝搬を抑制する構成が提案されている（例えば、非特許文献１）。ただし、基板を薄くすると、熱が横方向に拡散しにくくなるので、放熱特性が劣化する。また、基板の裏面に抵抗膜を形成する構成においても、放熱特性が劣化する。
【０００９】
本発明の１つの側面に係わる目的は、高速半導体デバイスにおいて基板内伝搬に起因する不安定動作を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様に係わる半導体デバイスは、半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成される信号線およびグラウンド金属を含むコプレーナ型線路と、前記半導体基板の表面と前記グラウンド金属との間または前記半導体基板の表面と前記半導体基板上に金属が存在しない領域との間に形成される抵抗膜と、を備える。前記グラウンド金属と前記抵抗膜との間は互いに絶縁されている。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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