JP2012010246A - High frequency switch circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】通過損失が少なく出力特性が良いSOI基板上の高周波スイッチ回路を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態の高周波スイッチ回路は、シリコン基板20上に形成された酸化膜21上に、第1の端子1と、入出力端子2と、第1の電極4bが前記第1の端子1に電気的に接続され、第2の電極4cが前記入出力端子2に接続されたFET4とを備える。第1の層間絶縁膜22が前記FETを周囲から離間分離し前記酸化膜21に達する溝に埋め込まれて配置され、前記酸化膜21と接続され、前記FET4を周囲から絶縁する。導電体層10が、前記溝内の前記第1の層間絶縁膜22上に形成され、接地端子GNDに接続される。第2の層間絶縁膜23が、前記導電体層10上及び前記FET4上に形成される。直流電圧を供給する配線層7が、前記溝内の第1の層間絶縁膜22上且つ前記導電体層10上に前記第2の層間絶縁膜23を介して形成されている。
【選択図】図2A high-frequency switch circuit on an SOI substrate with low passage loss and good output characteristics is provided.
In a high-frequency switch circuit according to an embodiment of the present invention, a first terminal, an input / output terminal, and a first electrode are arranged on an oxide film formed on a silicon substrate. The FET 4 is electrically connected to the first terminal 1 and the second electrode 4 c is connected to the input / output terminal 2. A first interlayer insulating film 22 is disposed so as to be separated from the periphery of the FET and embedded in a groove reaching the oxide film 21, and is connected to the oxide film 21 to insulate the FET 4 from the periphery. A conductor layer 10 is formed on the first interlayer insulating film 22 in the trench and connected to the ground terminal GND. A second interlayer insulating film 23 is formed on the conductor layer 10 and the FET 4. A wiring layer 7 for supplying a DC voltage is formed on the first interlayer insulating film 22 in the trench and on the conductor layer 10 via the second interlayer insulating film 23.
[Selection] Figure 2
Description
本発明の実施形態は、高周波スイッチ回路に関する。 Embodiments described herein relate generally to a high-frequency switch circuit.
携帯電話等の高周波移動体通信機では、アンテナと送信回路及び受信回路などの間で、アンテナから受信回路へ、または送信回路からアンテナへ信号を切り替えるために、高周波スイッチ回路が用いられる。この高周波スイッチ回路には、小型化、高集積化、及び低消費電力化が求められる。近年では、SOI(Silicon on Insulator)基板上にシリコンのMOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor)を用いて高周波スイッチ回路が形成されている。特に高抵抗シリコン基板を備えたSOI基板は、MOSFETの寄生容量を低減するので、スイッチ回路の、低コスト化、高集積化、高機能化を実現できる。 In a high-frequency mobile communication device such as a cellular phone, a high-frequency switch circuit is used to switch a signal from an antenna to a reception circuit or from a transmission circuit to an antenna between an antenna and a transmission circuit and a reception circuit. This high-frequency switch circuit is required to be small in size, highly integrated, and low in power consumption. In recent years, a high-frequency switch circuit is formed on a SOI (Silicon on Insulator) substrate using a silicon MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor). In particular, an SOI substrate including a high-resistance silicon substrate reduces the parasitic capacitance of the MOSFET, so that the switch circuit can be reduced in cost, highly integrated, and highly functional.
SOI基板のシリコン酸化膜とシリコン基板の界面近傍には、シリコンの未結合手に起因する正の固定電荷が存在する。この固定電荷などに起因して、上記界面近傍のシリコン基板内に自由電子が誘起される。SOI基板上に形成されたスイッチ回路の配線に高周波信号が印加されると、この自由電子は高周波信号に対応して複雑な挙動を示す。これが原因で、SOI基板上のスイッチ回路の出力特性において、通過損失やクロストークが増大したり、高調波歪みや相互変調歪みなどが発生したりしていた。 In the vicinity of the interface between the silicon oxide film of the SOI substrate and the silicon substrate, positive fixed charges due to silicon dangling bonds exist. Due to this fixed charge and the like, free electrons are induced in the silicon substrate near the interface. When a high frequency signal is applied to the wiring of the switch circuit formed on the SOI substrate, the free electrons exhibit a complicated behavior corresponding to the high frequency signal. Due to this, in the output characteristics of the switch circuit on the SOI substrate, passage loss and crosstalk increase, and harmonic distortion and intermodulation distortion occur.
通過損失が少なく出力特性が良好なSOI基板上の高周波スイッチ回路を提供する。 Provided is a high-frequency switch circuit on an SOI substrate with low output loss and good output characteristics.
本発明の実施形態の高周波スイッチ回路は、シリコン基板上に形成された酸化膜上に、第1の端子と、第1の電極が前記第1の端子に電気的に接続され、前記第1の電極と第2の電極との間を流れる電流を制御するFETと、前記第2の電極に電気的に接続された入出力端子を備える。第1の層間絶縁膜が前記FETを周囲から離間分離し前記酸化膜に達する溝に埋め込まれて配置され、前記酸化膜と接続され、前記FETを周囲から絶縁する。導電体層が、前記溝内の前記第1の層間絶縁膜上に形成され、接地端子に接続される。第2の層間絶縁膜が、前記導電体層上及び前記FET上に形成される。直流電圧を供給する配線層が、前記溝内の第1の層間絶縁膜上且つ前記導電体層上に前記第2の層間絶縁膜を介して形成されている。 In the high-frequency switch circuit according to the embodiment of the present invention, a first terminal and a first electrode are electrically connected to the first terminal on an oxide film formed on a silicon substrate, and the first terminal An FET for controlling a current flowing between the electrode and the second electrode, and an input / output terminal electrically connected to the second electrode are provided. A first interlayer insulating film is disposed so as to be separated from the periphery of the FET and embedded in a groove reaching the oxide film, and is connected to the oxide film to insulate the FET from the periphery. A conductor layer is formed on the first interlayer insulating film in the trench and connected to a ground terminal. A second interlayer insulating film is formed on the conductor layer and the FET. A wiring layer for supplying a DC voltage is formed on the first interlayer insulating film in the trench and on the conductor layer via the second interlayer insulating film.
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。実施例中の説明で使用する図は、説明を容易にするための模式的なものであり、図中の各要素の形状、寸法、大小関係などは、実際の実施においては必ずしも図に示されたとおりとは限らず、本発明の効果が得られる範囲内で適宜変更可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings used in the description in the embodiments are schematic for ease of description, and the shape, size, magnitude relationship, etc. of each element in the drawings are not necessarily shown in the drawings in actual implementation. The present invention is not limited to the above, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention can be obtained.
アンテナと送受信回路の間に設けられる高周波スイッチ回路には、例えば、1つのアンテナ端子と2つの入出力端子からなるSPDT(Single Pole Double Throw)、2つのアンテナ端子と2つの入出力端子からなるDPDT(Double Pole Double Throw)、1つのアンテナ端子と多数の入出力端子からなるSPnT(Single Pole n Throw)、または2つのアンテナ端子と多数の入出力端子からなるDPnT(Double Pole n Throw)などがある。以下に説明する発明の各実施の形態では、説明を簡単にするためにSPDTの高周波スイッチ回路を例に説明するが、他の態様のスイッチ回路においても、入出力端子の数が違うだけなので、同様に本発明を実施することが可能である。また、スイッチ素子がnチャネルのMOSFETの場合で説明するが、pチャネルのMOSFETや、HEMTなどの他のFETを用いることも可能である。 The high frequency switch circuit provided between the antenna and the transmission / reception circuit includes, for example, SPDT (Single Pole Double Throw) composed of one antenna terminal and two input / output terminals, and DPDT composed of two antenna terminals and two input / output terminals. (Double Pole Double Throw) There is SPnT (Single Pole n Throw) consisting of one antenna terminal and many input / output terminals, or DPnT (Double Pole n Throw) consisting of two antenna terminals and many input / output terminals. . In the embodiments of the invention described below, the high-frequency switch circuit of SPDT will be described as an example in order to simplify the description. However, since the number of input / output terminals is also different in other types of switch circuits, It is possible to carry out the present invention as well. Although the case where the switching element is an n-channel MOSFET will be described, a p-channel MOSFET or another FET such as a HEMT can also be used.
(第1の実施形態)
図1及び図2を用いて、第1の実施形態に係る高周波スイッチ回路を説明する。図1は、第1の実施形態に係る高周波スイッチ回路の回路図である。
図2は、第1の実施形態に係る高周波スイッチ回路の要部断面図である。図1に示したように、第1の実施形態に係る高周波回路100は、アンテナと高周波信号の送受信をするためのアンテナ端子1(第1の端子)と、例えば送信回路と接続する第1の入出力端子2と、例えば受信回路と接続する入第2の入出力端子3と、を備える。
(First embodiment)
The high frequency switch circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a circuit diagram of a high-frequency switch circuit according to the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the high-frequency switch circuit according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the high-
アンテナ端子1と第1の第1の入出力端子2との間は、以下のように構成される。nチャネルの第1のMOSFET4は、第1の電極4b、第2の電極4c及びゲート電極4aを有し、第1の電極4bと第2の電極4cの間に流れる電流は、ゲート電極4aで調節される。nチャネルの第1のMOSFET4の第1の電極4bが、第1の高周波線路H1を介してアンテナ端子1に接続され、第2の電極4cが第2の高周波線路H2を介して第1入出力端子2に接続される。第1のMOSFET4は、アンテナ端子1と第1の入出力端子2とのオン/オフを行う第1のスイッチである。第1のゲートバイアス抵抗6の一端が第1のMOSFET4のゲート電極4aに接続され、その他端は第1の制御配線層7の一端に接続されている。第1の制御配線層7の他端は、第1のゲート制御抵抗8を介してゲート制御回路18へ接続されている。第1のゲートバイアス抵抗6は、第1の高周波線路H1から第1のMOSFET4のゲート電極4aを介して第1の制御配線層7に漏洩してくる高周波信号を減衰させるためのもので、高周波信号の振幅がゲート制御回路18へ影響のない大きさとなるように抵抗値が設計される。第1のソース・ドレインバイアス抵抗5が、第1のMOSFET4の第1の電極4bと第2の電極4cの間に並列に接続されている。第1のソース・ドレインバイアス抵抗5は、第1のMOSFET4のオン抵抗に対して十分高い値であり、第1のMOSFET4がオフの時に、第1の高周波線路H1から第2の高周波線路H2への高周波信号を十分に遮断し、且つ第1の電極4bと第2の電極4cの電位を同電位に保つ。第1の導電体層10の一端が、第1の抵抗9を介して第1のMOSFET4の第2の電極4cに接続され、その他端が接地端子GNDに接続されている。第1の抵抗9は、第2の高周波線路H2から第1の導電体層10への高周波信号を遮断するのに十分に抵抗が高く、かつ第1のMOSFET4の第2の電極4cを接地端子GNDと同電位にし0Vに保つ。接地端子GNDは、外部から0Vの電位を与えられるか、接地されている。
A configuration between the
アンテナ端子1と第2の入出力端子3との間は、上記同様に、以下のように構成される。nチャネルの第2のMOSFET11は、第1の電極11b、第2の電極11c及びゲート電極11aを有し、第1の電極11bと第2の電極11cの間に流れる電流は、ゲート電極11aで調節される。nチャネルの第2のMOSFET11の第1の電極11bが、第1の高周波線路H1を介してアンテナ端子1に接続され、第2の電極11cが第3の高周波線路H3を介して第2入出力端子3に接続される。第2のMOSFET11は、アンテナ端子1と第2の入出力端子3とのオン/オフを行う第2のスイッチである。第2のゲートバイアス抵抗13の一端が第2のMOSFET11のゲート電極11aに接続され、その他端は第2の制御配線層14の一端に接続されている。第2の制御配線層14の他端は、第2のゲート制御抵抗15を介してゲート制御回路18へ接続されている。第2のゲートバイアス抵抗13は、高周波線路H1から第2のMOSFET11のゲート電極11aを介して第2の制御配線層14に漏洩してくる高周波信号を減衰させるためのもので、高周波信号の振幅がゲート制御回路18へ影響のない大きさとなるように抵抗値が設計される。第2のソース・ドレインバイアス抵抗12が、第2のMOSFET11の第1の電極11bと第2の電極11cの間に並列に接続されている。第2のソース・ドレインバイアス抵抗12は、第2のMOSFETのオン抵抗に対して十分高い値であり、第2のMOSFETがオフの時に、第1の高周波線路H1から第3の高周波線路H3への高周波信号を十分に遮断し、且つ第1の電極11bと第2の電極11cの電位を同電位に保つ。第2の導電体層17の一端が、第2の抵抗16を介して第2のMOSFET11の第2の電極11cに接続され、その他端が接地端子GNDに接続されている。第2の抵抗16は第1の高周波線路H1から第2の導電体層17への高周波信号を遮断するのに十分に抵抗が高く、かつ第2のMOSFET11の第2の電極11cを接地端子GNDと同電位にし0Vに保つ。
Similarly to the above, the
図1に示した本実施形態に係る高周波スイッチ回路100をSOI(Silicon On Insulator)基板上に作成した一例の要部断面を図2に示す。シリコン基板20と埋込シリコン酸化膜(以後略して埋込酸化膜)21とシリコン層とからなるSOI基板のシリコン層中に、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11とが周知の半導体プロセスにより形成されている。第1のMOSFET4は、n形シリコン層からなるソース層とドレイン層(以後両者のそれぞれを指すものとして、ソース・ドレイン層24と略して表記)及びその上にそれぞれオーミック接合された第1の電極4bと第2の電極4cとを備える。第2のMOSFET11も同様に、n形シリコン層からなるソース層とドレイン層(以後両者のそれぞれを指すものとして、ソース・ドレイン層25と略して表記)及びその上にそれぞれオーミック接合された第1の電極11bと第2の電極11cとを備える。図2は、SOI基板上に形成された第1のMOSFET4と第2のMOSFET11が素子分離されている領域の断面を示しており、第1のMOSFET4及び第2のMOSFET11の詳細な構造は省略する。ここで、第1の電極及び第2の電極材料としては、導電体であればよいが、一例として、コバルト・シリサイドなどの金属シリサイドを用いることができる。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of an essential part of an example in which the high-
第1のMOSFET4のソース・ドレイン層24が、SOI基板の埋込酸化膜21上に形成されている。第1の電極4bと第2の電極4cが、ソース層とドレイン層上にそれぞれオーミック接合されて形成されている(ソース層とドレイン層のどちらが第1の電極かは不問)。チャネル層が、ソース層とドレイン層の間に形成され、ゲート電極4aが、チャネル層上にゲート絶縁膜を介して形成されている。チャネル層を介して第1の電極4bと第2の電極4cの間を流れる電流をゲート電極4aが制御する、第1のMOSFET4(詳細は図示せず)が埋込酸化膜21上に形成されている。
The source /
第2のMOSFETは、第1のMOSFETと同じ構成である。第2のMOSFET11のソース・ドレイン層25が、SOI基板の埋込酸化膜21上に形成されている。第1の電極11bと第2の電極11cが、ソース層とドレイン層上にそれぞれオーミック接合されて形成されている(ソース層とドレイン層のどちらが第1の電極かは不問)。チャネル層が、ソース層とドレイン層の間に形成され、ゲート電極11aが、チャネル層上にゲート絶縁膜を介して形成されている。チャネル層を介して第1の電極11bと第2の電極11cの間を流れる電流をゲート電極11aが制御する、第2のMOSFET11(詳細は図示せず)が埋込酸化膜21上に形成されている。なお、説明を簡単にするために、図2には、第1のMOSFET4及び第2のMOSFET11の一部だけを示し、詳細な構造は省略した。
The second MOSFET has the same configuration as the first MOSFET. The source /
第1のMOSFET4と第2のMSFET11は、第1のMOSFET4のソース・ドレイン層24と第2のMOSFET11のソース・ドレイン層25の間に設けられた埋込酸化膜まで達する溝により、離間分離されている。また、この溝は、図示しないが、それぞれのMOSFETを個別に環状に取り囲んで、それぞれのMOSFETを周囲から離間分離している。この溝の中に第1の層間絶縁膜を埋め込むことで素子分離領域が形成され、この素子分離領域が、第1のMOSFETと第2のMOSFETを互いに絶縁分離している。また、それぞれのMOSFETを周囲から絶縁分離している。図2の断面では、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11との間に両者を分離する溝が1つしか形成されていないが、第1のMOSFET4用の溝と第2のMOSFET11用の溝がそれぞれ形成されても良い。すなわち、素子分離領域は、埋込酸化膜21と接続し、第1のMOSFET4を囲む環状の第1の層間絶縁膜と、第2のMOSFET11を囲む環状の第1の層間絶縁膜を含み、この両者の環状の第1の層間絶縁膜が、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間に離間配置されていても良い。
The
第1の層間絶縁膜は、絶縁体であればよく、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ或いはこれらの積層構造などを用いることができる。この第1の層間絶縁膜22は、この溝を完全に埋め尽くし、第1のMOSFET及び第2のMOSFET11の、第1の電極4b、11b及び第2の電極4c、11cの上面を覆うように形成されている。言い換えれば、第1のMOSFET4のソース層またはドレイン層と第2のMOSFET11のソース層またはドレイン層との間に設けられ(以後第1のMOSFETと第2のMOSFETとの間に設けられと略記)、埋込酸化膜21まで達する第1の層間絶縁膜により、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11は互いに絶縁分離されている。
The first interlayer insulating film may be an insulator, and for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, alumina, or a stacked structure thereof can be used. The first
第1の層間絶縁膜22は、上記溝の中に埋め込まれて第1のMOSFET4と第2のMOSFET11とを絶縁分離できていれば、或いはそれぞれのMOSFETを個別に周囲から絶縁分離できていれば、その上端が第1のMOSFET4及び第2のMOSFET11の、第1の電極4b、11b及び第2の電極4c、11cの上面より上にくるまで厚く形成される必要はない。その後に形成される層間絶縁膜でこれらを覆えばよい。しかしながら、層間絶縁膜を形成する工程が増えて好ましくないので、本実施形態の説明では、説明を容易にするために、第1の層間絶縁膜22を上記の構成とした。
If the first
図1に示した前述の第1の導電体層10が、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間に設けられた第1の層間絶縁膜の上に形成されている。第1の導電体層10は、図示しないが、一端でSOI基板上に形成された第1の抵抗9を介して第1のMOSFET4の第2の電極4cと接続され、他端で接地端子GNDと接続されている。図1に示した前述の第2の導電体層17に対しても同様である。
The above-described
図2の図示しない領域で、第2の導電体層17が、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間に設けられた第1の層間絶縁膜の上に形成されている。第2の導電体層17は、一端でSOI基板上に形成された第2の抵抗16を介して第2のMOSFET11の第2の電極11cと接続され、他端で接地端子GNDと接続されている。
In a region not shown in FIG. 2, the
或いは、第1の導電体層10と第2の導電体層17は、図2に示したように第1のMOSFETと第2のMOSFETの間に設けられた第1の層間絶縁膜の上に両者が一体化されて形成されていてもよい。
Alternatively, the
或いはまた、図1に示した回路において、第1の導電体層10と第2の導電体層17のどちらかを除いて、第1の抵抗9と第2の抵抗16のどちらかが直接接地端子に接続されてもよい。この場合、第1の導電体層10と第2の導電体層17の残された方が、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間に設けられた第1の層間絶縁膜の上に形成されていればよい。
Alternatively, in the circuit shown in FIG. 1, one of the
さらに、図示しないが、第1の導電体層10と第2の導電体層17は、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11との間に設けられた第1の層間絶縁膜上に限られることはなく、それぞれのMOSFETを囲んでいる溝内に形成された第1の層間絶縁膜上であればどの場所にも形成されてもよい。
Further, although not shown, the
以後は、説明を簡単にするために、第1の導電体層10が、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間に設けられた第1の層間絶縁膜22の上に形成されている場合に対して説明をする。上記第1と第2のMOSFETをそれぞれ取り囲んで周囲から個別に離間分離し埋込酸化膜21まで達する溝内に形成された第1の層間絶縁膜上であれば、両者のMOSFETに挟まれた部分以外の場所に上記第1の導電体層10が形成された場合でも、同様なので説明は省略する。また、第2の導電体層17に対して、及び第1の導電体層10と第2の導電体層17とを一体化した場合に対しても、第1の導電体層に対する説明と同じなので省略する。
Hereinafter, in order to simplify the description, the
第1及び第2の導電体層は、ともに導電体であればよいが、一例としては銅やアルミニウムなどの通常の回路配線に用いられる金属材料でよい。また、ポリシリコンなどの半導体材料やそのシリサイドでも可能である。 The first and second conductor layers may both be conductors, but as an example, may be a metal material used for normal circuit wiring such as copper or aluminum. It is also possible to use a semiconductor material such as polysilicon or its silicide.
第1の導電体層10は、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間の溝内に設けられた第1の層間絶縁膜に沿って延伸し、水平面内で延伸方向と垂直な方向で、第1の導電体層10の幅は、上記溝内に設けられた第1の層間絶縁膜の幅より大きく、第1の層間絶縁膜を覆って、その両側で第1のMOSFET4と第2のMOSFET11のソース・ドレイン層24及び25上に重なっている。第1の導電体層10を覆って、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の第1の電極4b、11b上及び第2の電極4c、11c上に、第2の層間絶縁膜23が形成されている。第1のMOSFET4及び第2のMOSFET11の第1の電極4b、11b及び第2の電極4c、11cは、第1の層間絶縁膜22と第2の層間絶縁膜23に設けられた開口部より、それぞれ、外部に引き出される。第2の層間絶縁膜は、第1の層間絶縁膜同様に、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ或いはこれらの積層構造などを用いることができる。第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜は、同じ材料で形成されていても良い。また、説明の便宜上、第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜とに分離して説明していたが、両者が一体形成されていてもよい。
The
第1の制御配線層7が、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間にあり埋込酸化膜まで達して両者を分離する溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上、且つ上記第1の導電体層10上に、第2の層間絶縁膜を介して形成されている。第1の制御配線層7は、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間の溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22に沿って第1の導電体層10とともに同一方向に延伸し、一端は図示しない第1のゲートバイアス抵抗6を介して図示しない第1のMOSFET4のゲート電極4aに接続されている。他の一端は、図示しないゲート制御回路18に図示しない第1のゲート制御抵抗8を介して接続されている。第1の制御配線層7は、水平面内でその延伸方向と垂直方向では、第1の導電体層10よりも幅が狭く、上から見たときに第1の導電体層10の領域内に完全に包含される。更に好ましくは、第1の制御配線層7は、水平面内でその延伸方向と垂直方向では、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間の溝内に設けられた第1の層間絶縁膜よりも幅が狭く、上から見たときにその溝内に完全に包含される。前述したように、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間以外でも、埋込酸化膜まで達して第1のMOSFET4と第2のMOSFET用FET11のそれぞれを個別に取り囲んで周囲から両者をそれぞれ分離する溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上に、第1の導電体層10が形成されていれば、上記のように、その上に第1の制御配線層を形成してもよい。
The first
第2の制御配線層14に関しても、図示しない領域で第1の制御配線層7と同様に第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間にあり埋込酸化膜まで達して両者を分離する溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上、且つ上記第1の導電体層10(第1の導電体層10同様に上記溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上に形成されていれば、第2の導電体層17であってもよい)上に、第2の層間絶縁膜23を介して形成されていてもよい。或いは、図3に示したように、第1の制御配線層7と第2の制御配線層14とが離間分離して、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間の溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22に沿って同一方向に延伸し、それぞれ、上記のように、上記溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上且つ上記第1の導電体層10上に、第2の層間絶縁膜23を介して形成されていてもよい。この場合は、第1の制御配線層7の幅と第2の制御配線層14の幅との和は、水平面内でその延伸方向と垂直方向では、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間の溝内に設けられた第1の層間絶縁膜の幅より狭い。上から見たときに、第1の制御配線層7と第2の制御配線層14とは、その溝内に完全に包含されて水平方向に配列される。さらに、前述したように、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間以外でも、埋込酸化膜まで達して第1のMOSFET4と第2のMOSFET用FET11のそれぞれを個別に取り囲んで周囲から両者をそれぞれ分離する溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上に、第1の導電体操10或いは第2の導電体層17が形成されていれば、上記の第1の制御配線層7の場合と同じように、その上に第2の制御配線層を形成してもよい。
Similarly to the first
以上、図2を用いて本発明の第1の実施の形態のSOI基板上に形成した高周波スイッチ回路100の要部断面構造を説明した。次にこの実施形態に係る高周波スイッチ回路100の動作について説明する。
As described above, the cross-sectional structure of the main part of the high-
アンテナ端子1と第1の入出力端子2を接続する場合には、第1のMOSFET4のゲート電極4aに2〜3.5V程度の電圧(以下ゲートオン電圧と称す)を加えて、第1のMOSFET4をオンさせる。両者の端子間を切断する場合は、第1のMOSFET4のゲート電極4aに0Vの電圧を加えて第1のMOSFET4をオフさせる。アンテナ端子1と第2の入出力端子3との接続/切断においても同様である。第1のMOSFET4と第2のMOSFET11をオン状態に維持する間は、ゲート制御回路から直流のゲートオン電圧が、それぞれのゲート電極4aと11aに、それぞれ第1の制御配線層7及び第2の制御配線層14を介して印加されつづける。通常は、複数の入出力端子がアンテナ端子に同時に接続されることはないので、それぞれの入出力端子とアンテナ端子の間のMOSFETは、いずれか1つがオン状態を維持している。例えば、アンテナ端子1と第1の入出力端子2とが接続している場合について以後説明する。本実施形態の効果を説明するために、比較例を用いて説明する。
When the
図4は、本発明の比較例の高周波スイッチ回路200の回路図であり、図5は、本発明の比較例のSOI基板上に作成した高周波スイッチ回路200の要部断面図である。比較例の高周波スイッチ回路200は、本実施形態の第1の導電体層10及び第2の導電体層17を備えていない点で、本実施形態に係る高周波スイッチ回路100と相異する。それ以外は、全て本実施形態に係る高周波スイッチ回路100と同じ構成である。ただし、比較例では、説明を簡単にするために、本実施形態の第1の層間絶縁膜22と第2の層間絶縁膜23を併せて第1の層間絶縁膜22と表記した。
FIG. 4 is a circuit diagram of a high-
従って、図5に示すように、比較例の高周波スイッチ回路200では、一端で第1の抵抗9を介して第1のMOSFET4の第2の電極4cと接続し他端で接地端子GNDに接続した第1の導電体層10が、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間にあり埋込酸化膜まで達して両者を分離する溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上に形成されていない。このため、第1の制御配線層7は、SOI基板のシリコン基板20と埋込酸化膜21の界面の直上で、第1の層間絶縁膜22だけを介して配置されている。
Therefore, as shown in FIG. 5, in the high-
SOI基板では、埋込酸化膜21とシリコン基板との界面で、埋込酸化膜中には未結合手による固定電荷が存在する。この固定電荷に引き寄せられて、界面のシリコン基板側には自由な電子がキャリア層を形成している。比較例の高周波スイッチ回路200は、この自由電子のキャリア層の上に、第1の層間絶縁膜22だけを介して第1の制御配線層7を備える。ここでアンテナ端子1から第1の高周波線路H1を伝搬した高周波信号は、第1のMOSFET4及び第2のMOSFET11のそれぞれのゲート電極4a及び11aを介して、第1の制御配線層7と第2の制御配線層14に少量ながら漏洩する。以後第1の制御配線層7を例にこの影響を説明する。第2の制御配線層に関してもこの影響は同様である。
In the SOI substrate, fixed charges due to dangling bonds exist in the buried oxide film at the interface between the buried
この第1の制御配線層7に漏洩した高周波信号が、第1の層間絶縁膜22を通り抜けて、第1の制御配線層7の直下に存在する前述の自由電子からなるチャネル層に振動を発生させる。この振動が、再び第1の制御配線層7や、第1及び第2の高周波線路に漏洩してノイズを発生させる。これが原因で、第1の入出力端子2の出力に、高調波歪みや相互変調歪みが現れ第1の入出力端子2のS/N比を低下させる。第1のMOSFET4や第2のMOSFET11の直下でも、前述の界面での自由電子のキャリア層は存在する。しかし、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11が、第1の制御配線層7からの高周波信号の伝搬を遮蔽するので、界面での自由電子の振動がほとんど生じない。このキャリア層での自由電子の振動が顕著に発生するのは、第1の制御配線層7が、埋込酸化膜21とシリコン基板20の界面の上に、第1の層間絶縁膜だけを介して配置されている領域である。第1のMOSFET4がオン状態である間は、第1の制御配線層7には直流のゲートオン電圧が印可され続ける。MOS構造の効果により、この領域では、更に前述の界面での自由電子の密度が増加するので、第1の入出力端子2のS/N比がさらに悪化する。
The high-frequency signal leaked to the first
本実施形態に係る高周波スイッチ回路100は、埋込酸化膜21とシリコン基板20の界面の上に、一端で第1の抵抗9を介して第1のMOSFET4の第2の電極4cと接続し他端で接地端子GNDに接続した第1の導電体層10を、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間の溝内に設けられた第1の層間絶縁膜の直上に備えている。第1の制御配線層7に漏洩した高周波信号は、第2の層間絶縁膜23を介して第1の導電体層10に達すると接地端子GNDに通り抜けていく。さらに、第1のMOSFET4がオン状態の時に第1の制御配線層7に印加されたゲートオン電圧による直流の電界は、接地された第1の導電体層10により遮蔽されるので、埋込酸化膜21とシリコン基板20との界面での自由電子密度の増加が抑制される。これらにより、本実施形態に係る高周波スイッチ回路100においては、第1の制御配線層7の直下での埋込酸化膜21とシリコン基板20との界面の自由電子の振動の発生が抑制されるので、第1の入出力端子2の出力のS/N比が大きく改善され、通過損失が改善される。
The high-
さらに本実施形態に係る高周波スイッチ回路100では、第1の導電体層10は、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間の溝内に設けられた第1の層間絶縁膜に沿って延伸している。水平面内で延伸方向と垂直な方向では、第1の導電体層10の幅は、上記溝内に設けられた第1の層間絶縁膜の幅より大きく、第1の層間絶縁膜を覆って、その両側で第1のMOSFET4と第2のMOSFET11のソース・ドレイン層24及び25上に重なっている。このような構造とすることで、さらに第1の制御配線層7からの電界が、埋込酸化膜21とシリコン基板20の界面の自由電子まで到達しにくくなっている。
Furthermore, in the high-
本実施形態に係る高周波スイッチ回路100と比較例の高周波スイッチ回路200とで、入出力端子の出力特性を比較した。アンテナ端子1に1950MHzで20dBmの信号と190MHzで−15dBmの信号を入力し、第1の入出力端子1から出力信号を測定した。二次相互変調歪みが、比較例の高周波スイッチ回路200では、−102dBmで合ったのに対し、本実施形態に係る高周波スイッチ回路100では、−108dBmと優れた特性で合った。
The output characteristics of the input / output terminals were compared between the high-
本実施形態に係る高周波スイッチ回路100は、SOI基板の埋込酸化膜21とシリコン基板20の界面の上で、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間にあり埋込酸化膜まで達して両者を分離する溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上に、一端で第1の抵抗9を介して第1のMOSFET4の第2の電極4cと接続し、他端で接地端子GNDに接続した第1の導電体層10を備えている。第1の制御配線層7が、上記溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上、且つ上記第1の導電体層10上に、第2の層間絶縁膜を介して形成されている。このような構造が、第1の制御配線層7に漏洩した高周波信号がSOI基板の埋込酸化膜21とシリコン基板20の界面に存在する自由電子を振動させることを抑制する。この結果、入出力端子の出力に現れる高調波歪みや二次相互変調歪みを低減することができる。高周波スイッチ回路の通過損失が低減できる。
The high-
前述のように、上記効果は、第1の導電体層10と第1の制御配線層7がそれぞれ、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11との間に設けられた第1の層間絶縁膜上に形成されている場合に限られない。埋込酸化膜まで達し、それぞれのMOSFETを個別に取り囲み周囲から離間分離する溝内に形成された第1の層間絶縁膜22上であれば、第1の導電体層10と第1の制御配線層7が、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間以外に形成されてもその効果が得られる。すなわち、本発明の実施形態に係る高周波スイッチ回路は、SOI基板の埋込酸化膜とシリコン基板の界面の上で、埋込酸化膜まで達し、それぞれのMOSFETを個別に環状に取り囲んで周囲から離間分離する溝内に形成された第1の層間絶縁膜上に、接地端子GNDに電気的に接続した導電体層を備えている。制御配線層が、上記溝内に形成された第1の層間絶縁膜上であり、上記第1の導電体層上に、第2の層間絶縁膜を介して形成されている。このような構造とすることで、高周波スイッチ回路の通過損失を低減できる。
As described above, the above effect is obtained on the first interlayer insulating film in which the
(第2の実施の形態)
図6及び図7を用いて、第2の実施の形態に係る高周波スイッチ回路300を説明する。図6は、第2の実施形態に係る高周波スイッチ回路の回路図である。図7は、第2の実施形態に係る高周波スイッチ回路の要部断面図である。なお、第1の実施の形態と同一又は類似の箇所には同一符号を付して説明し、第1の実施の形態と違う部分のみを説明する。
(Second Embodiment)
A high
本実施の形態に係る高周波スイッチ回路300は、図6に示したとおり、図4に示した比較例に示した回路図と同様の回路を有する。また、SOI基板上に形成した高周波スイッチ回路300は、図7に示したとおり、その要部断面は第1の実施形態と同様な断面形状を有する。第1の実施の形態に係る高周波スイッチ回路100は、SOI基板の埋込酸化膜21とシリコン基板20の界面の上で、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間にあり埋込酸化膜まで達して両者を分離する溝内に設けられた第1の層間絶縁膜上に、一端で第1の抵抗9を介して第1のMOSFET4の第2の電極4cと接続し他端で接地端子GNDに接続した第1の導電体層10を備えている。しかしながら、本実施形態に係る高周波スイッチ回路300は、接地端子GNDに電気的に接続されているが、第1のMOSFET4の第2の電極4cに電気的に接続されていない導電体層30を有する点だけが、第1の実施の形態に係る高周波スイッチ回路100と違う。それ以外は同じ構造である。
The high-
従って、本実施形態に係る高周波スイッチ回路300においても、第1の実施の形態に係る高周波回路100と同様に、SOI基板の埋込酸化膜21とシリコン基板20の界面の上で、第1のMOSFETと第2のMOSFETの間にあり埋込酸化膜まで達して両者を分離する溝内に設けられた第1の層間絶縁膜22上に、接地端子GNDに接続した第1の導電体層30を備えている。このような構造とすることで、第1の制御配線層7に漏洩した高周波信号がSOI基板の埋込酸化膜21とシリコン基板20の界面に存在する自由電子を振動させることを抑制する。この結果、入出力端子の出力に現れる高調波歪みや二次相互変調歪みを低減することができる。高周波スイッチ回路の通過損失を低減できる。
Therefore, also in the high-
本実施形態に係る高周波スイッチ回路300は、導電体層30の一端を第1のMOSFET4の第2電極4bに電気的に接続する配線を備えないので、SOI基板上に回路パターンを形成する際に設計の自由度が増すという利点がある。
Since the high-
さらに、第1の実施形態で説明したとおり、上記効果は、第1の導電体層10と第1の制御配線層7がそれぞれ、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11との間に設けられた第1の層間絶縁膜上に形成されている場合に限られない。埋込酸化膜まで達し、それぞれのMOSFETを個別に取り囲み周囲から離間分離する溝内に形成された第1の層間絶縁膜上であれば、第1の導電体層10と第1の制御配線層7が、第1のMOSFET4と第2のMOSFET11の間以外に形成されてもその効果が得られる。すなわち、本発明の実施形態に係る高周波スイッチ回路は、SOI基板の埋込酸化膜とシリコン基板の界面の上で、埋込酸化膜まで達し、それぞれのMOSFETを個別に環状に取り囲んで周囲から離間分離する溝内に形成された第1の層間絶縁膜上に、接地端子GNDに電気的に接続した導電体層を備えている。制御配線層が、上記溝内に形成された第1の層間絶縁膜上であり、上記第1の導電体層上に、第2の層間絶縁膜を介して形成されている。このような構造とすることで、高周波スイッチ回路の通過損失を低減できる。
Furthermore, as described in the first embodiment, the above effect is that the
以上、上記各実施形態においては、主に第1のMOSFET4、第1の導電体層10、第1の制御配線層7を中心に、各実施形態の特徴と効果を説明してきたが、第2のMOSFET11、第2の導電体層17、第2の制御配線層14のそれぞれに対しても同様に説明することができる。
As described above, in each of the above embodiments, the features and effects of each embodiment have been described mainly focusing on the
上記各実施例では、いずれも一端がMOSFETのゲート電極4a、11aに接続され、他端がゲート制御回路18に接続された制御配線層7の下部での問題点と各実施形態の効果を説明した。制御配線層7にゲート制御回路18から直流電圧が印加され、これにより、MOS構造の作用により制御配線層7下部のシリコン基板20と埋込酸化膜21界面の自由電子の密度があがる。この密度の高い自由電子に高周波信号の電界が漏れて加わることで、高周波スイッチ回路の通過損失を悪化させていた。これは、ゲート電極に接続される制御配線層だけに係る問題ではなく、シリコン基板20と埋込酸化膜21との界面上に層間絶縁膜だけを介して配置された他の直流電圧が供給される配線層においても共通する問題である。従って、上記各実施形態は、MOSFETのゲート電圧に接続される制御配線層だけに限定されることなく、直流電圧を供給する他の配線層に対しても適用することができる。
In each of the above-described embodiments, problems at the bottom of the
従って、本発明の特徴と効果の趣旨を逸脱しない範囲で、以上説明した事項を組み合わせた構造においても、本発明を実施することが可能である。また、SPDT(Single Pole Double Throw)の例で説明したが、アンテナ端子、入出力端子、及びMOSFETの数を適宜増やすだけで、nPnT(n Pole n Throw)に対応できることは勿論である。 Therefore, the present invention can be implemented even in a structure in which the above-described items are combined without departing from the spirit of the features and effects of the present invention. In addition, although an example of SPDT (Single Pole Double Throw) has been described, it is needless to say that nPnT (n Pole n Throw) can be supported by appropriately increasing the number of antenna terminals, input / output terminals, and MOSFETs.
1 アンテナ端子
2、3 入出力端子
4、11 MOSFET
5、12 ソース・ドレインバイアス抵抗
6、13 ゲートバイアス抵抗
7、14 制御配線層
8、15 ゲート制御抵抗
9、16 抵抗
10、17、30 導電体層
18 ゲート制御回路
20 高抵抗シリコン基板
21 埋込シリコン酸化膜
22、23 層間絶縁膜
24、25 ソース・ドレイン領域
100、101、200、300 高周波スイッチ回路
H1〜H3 高周波線路
GND 接地端子
1
5, 12 Source /
Claims (7)
シリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜上に形成され、第1の電極が前記第1の端子に電気的に接続され、前記第1の電極と第2の電極との間を流れる電流を制御するFETと、
前記FETを周囲から離間分離し前記酸化膜に達する溝に埋め込まれて配置され、前記酸化膜と接続され、前記FETを周囲から絶縁する第1の層間絶縁膜と、
前記溝内の前記第1の層間絶縁膜上に形成され、接地端子に接続された導電体層と、
前記導電体層上及び前記FET上に形成された第2の層間絶縁膜と、
前記溝内の第1の層間絶縁膜上であって前記導電体層上に前記第2の層間絶縁膜を介して形成され、直流電圧を供給する配線層と、
前記FETの前記第2の電極に電気的に接続された入出力端子と、
を備えたことを特徴とする高周波スイッチ回路。 A first terminal;
A silicon substrate;
An oxide film formed on the silicon substrate;
An FET formed on the oxide film, the first electrode being electrically connected to the first terminal, and controlling a current flowing between the first electrode and the second electrode;
A first interlayer insulating film which is separated from the surroundings and embedded in a groove reaching the oxide film, connected to the oxide film, and insulates the FET from the surroundings;
A conductor layer formed on the first interlayer insulating film in the groove and connected to a ground terminal;
A second interlayer insulating film formed on the conductor layer and the FET;
A wiring layer that is formed on the first interlayer insulating film in the groove and on the conductor layer via the second interlayer insulating film, and supplies a DC voltage;
An input / output terminal electrically connected to the second electrode of the FET;
A high-frequency switch circuit comprising:
前記導電体層の他端は、前記FETの前記第2の電極に高抵抗の抵抗体を介して電気的に接続されたことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波スイッチ回路。 One end of the conductor layer is connected to the ground terminal,
3. The high-frequency switch circuit according to claim 1, wherein the other end of the conductor layer is electrically connected to the second electrode of the FET via a high-resistance resistor.
前記複数の層のそれぞれの一端は、前記接地端子に接続され、
前記複数の層のそれそれの他端は、前記複数のFETのそれぞれの前記第2の電極に個別に高抵抗の抵抗体を介して電気的に接続されたことを特徴とする請求項4記載の高周波スイッチ回路。 The conductor layer has a plurality of layers each made of a conductor,
One end of each of the plurality of layers is connected to the ground terminal,
5. The other end of each of the plurality of layers is electrically connected to the second electrode of each of the plurality of FETs via a high-resistance resistor individually. High frequency switch circuit.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010146186A JP2012010246A (en) | 2010-06-28 | 2010-06-28 | High frequency switch circuit |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015173227A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 株式会社東芝 | Semiconductor switch and semiconductor substrate |
| JP2017017258A (en) * | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 株式会社東芝 | Semiconductor switch |
| US9654094B2 (en) | 2014-03-12 | 2017-05-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor switch circuit and semiconductor substrate |
| US9819367B2 (en) | 2016-03-01 | 2017-11-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Communication circuit |
-
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- 2010-06-28 JP JP2010146186A patent/JP2012010246A/en active Pending
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