半导体装置的制作方法

本实用新型涉及半导体装置。

背景技术：

在使用便携式电话的通信网络的便携式终端中，使用用于将向基站发送的无线频率(RF：Radio Frequency，射频)信号的功率进行放大的功率放大模块。在功率放大模块中，为了使从放大器输出的放大信号的高次谐波分量(具有放大信号的基频的整数倍的频率的信号)衰减，使用高次谐波终止电路。例如，在专利文献1公开了一种功率放大模块，其设置与基波输出不同的焊盘(pad)而构成了输出匹配电路的高次谐波终止电路。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第8983406号说明书

然而，通过本发明人的精心研究，新发现了在使高次谐波终止电路的接地落在安装了半导体基板的模块基板上的结构中，功率放大模块的特性由于高次谐波终止电路而劣化。即，在引线接合安装的情况下，起因于接合线的形状的偏差，在高次谐波终止的特性中产生偏差。此外，在倒装芯片安装的情况下，由于在凸块中产生输出的损耗，从而高次谐波终止的特性劣化。进而，若在高次谐波终止电路具备用于与外部连接的外部电极，则需要用于对高次谐波终止电路进行保护的ESD保护元件，但是，由于在放大器的输出中电压振幅大，所以难以在保持该输出的等级(1evel)的同时追加ESD保护元件。

技术实现要素：

实用新型要解决的课题

本实用新型是鉴于这样的情形而完成的，其目的在于，提供一种抑制了由高次谐波终止电路造成的特性的劣化的半导体装置。

用于解决课题的技术方案

本实用新型的一个方式涉及的半导体装置具备：半导体基板；晶体管，形成在半导体基板，将供给到输入端的输入信号放大并从输出端输出放大信号；以及第一高次谐波终止电路，用于使放大信号包含的高次谐波分量衰减，形成在半导体基板，使得一端与晶体管的输出端连接，另一端与晶体管的接地端连接。

实用新型效果

根据本实用新型，能够提供一种抑制了由高次谐波终止电路造成的特性的劣化的半导体装置。

附图说明

图1是搭载于本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置的功率放大电路的电路图。

图2是本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置100A的概略俯视图。

图3是比较例的半导体装置1000的概略俯视图。

图4是示出增益的仿真结果的图。

图5是示出P2dB的仿真结果的图。

图6是示出PAE(功率附加效率)的仿真结果的图。

图7是本实用新型的第一实施方式的变形例涉及的半导体装置200A的概略俯视图。

图8是本实用新型的第二实施方式涉及的半导体装置100B的概略俯视图。

图9是本实用新型的第三实施方式涉及的半导体装置100C的概略俯视图。

附图标记说明

1：功率放大电路，100A、100B、100C、200A、1000：半导体装置，110、210：半导体基板，120、220：晶体管区域，120a、220a：第一晶体管区域，120b、220b：第二晶体管区域，130a、130b、130c、130d、130e、130f：凸块，230a1、230a2、230a3、230a4、230b1、230b2、230b3、230b4：过孔，240a、240b、240c、240d：集电极端子，HT1a、HT1b、HT2a、HT2b、HT10a、HT10b：高次谐波终止电路，C1a、C1b、C2a、C2b、C2：电容器，L1a、L1b、L2a、L2b、L10a、L10b、L3：电感器，Q1：晶体管。

具体实施方式

参照附图对本实用新型的优选的实施方式进行说明。另外，在各图中，标注了相同的附图标记的部分具有相同或同样的结构。

[第一实施方式]

图1是搭载于本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置的功率放大电路的电路图。图1所示的功率放大电路1是将作为无线频率(RF：Radio Frequency，射频)信号的输入信号进行放大并输出放大信号的电路。输入信号的频率例如为几百MHz～几GHz程度。

功率放大电路1例如具备晶体管Q1、高次谐波终止电路HT1、电感器L10、寄生电感器L20。

晶体管Q1构成进行RF信号的放大的功率放大器。在本实施方式中，晶体管Q1是异质结双极晶体管(HBT：Hetero junction Bipolar Transistor)等双极晶体管。另外，晶体管也可以是例如场效应晶体管(MOSFET：Metal-oxide-semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等其它晶体管。

向晶体管Q1的基极(输入端)供给输入信号RFin。向晶体管Q1的集电极(输出端)经由电感器L10供给电源电压Vcc。晶体管Q1的发射极(接地端)经由寄生电感器L20与接地连接。晶体管Q1将输入信号RFin放大并从集电极输出放大信号RFout。另外，虽然省略了图示，但是从偏置电路向晶体管Q1的基极供给偏置电流或电压。另外，功率放大电路1具备的晶体管Q1的数目不限于一个，也可以是多个。

电感器L10是抑制RF信号向电源侧的泄漏的扼流电感器。另外，关于电感器L10，虽然为了说明而使用了电感元件的符号，但是并不限于电感元件，也可以由具有电感分量的其它要素构成。所谓具有电感分量的其它要素，例如是通过引线接合而形成的接合线等。

寄生电感器L20是具有电感分量的要素，例如是形成晶体管Q1的半导体基板自身具有的寄生电感和在用于安装半导体基板的模块基板形成的布线等的寄生电感。

高次谐波终止电路HT1是使从晶体管Q1的集电极输出的放大信号RFout包含的高次谐波分量衰减的电路。具体地，高次谐波终止电路HT1是包含被串联连接的电容器C1以及电感器L1的串联谐振电路。

电容器C1的一端与晶体管Q1的集电极连接，电容器C1的另一端与电感器L1的一端连接。电感器L1的另一端与晶体管Q1的发射极连接。电感器L1是具有电感分量的要素，例如是在形成晶体管Q1的半导体基板内形成的布线。另外，高次谐波终止电路的数目不限于一个，也可以设置与高次谐波终止电路HT1并列的其它高次谐波终止电路。

图2是本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置100A的概略俯视图。

半导体装置100A例如具备半导体基板110、晶体管区域120、高次谐波终止电路HT1a(第一高次谐波终止电路)、以及高次谐波终止电路HT1b(第二高次谐波终止电路)。

半导体基板110是用于搭载各种各样的元件的具有与XY平面平行的大致矩形的主面110P的半导体基板。半导体基板110例如通过所谓的倒装芯片安装经由凸块130a、130b、130c、130d等安装在未图示的模块基板。

晶体管区域120是形成晶体管Q1的区域。在本实施方式中，晶体管Q1是并联连接了多个指状部(finger)(单位晶体管)的多指晶体管。形成在晶体管区域120的晶体管Q1的多个指状部关于与Y轴平行的中线120M对称地配置。将晶体管区域120中的相对于中线120M位于X轴负方向的区域设为第一晶体管区域120a，将相对于中线120M位于X轴正方向的区域设为第二晶体管区域120b。

形成在第一晶体管区域120a的晶体管Q1的发射极与凸块130a电连接。此外，形成在第二晶体管区域120b的晶体管Q1的发射极与凸块130b电连接。而且，在将半导体基板110安装到模块基板时，凸块130a、130b与形成在该模块基板的接地电极电连接。由此，各晶体管Q1的发射极与接地连接。

在第一晶体管区域120a形成的晶体管Q1的集电极与凸块130c电连接。在第二晶体管区域120b形成的晶体管Q1的集电极与凸块130d电连接。而且，在将半导体基板110安装到模块基板时，凸块130c、130d与形成在该模块基板的布线电连接。

像使用图1说明的那样，高次谐波终止电路HT1a是使从在第一晶体管区域120a形成的晶体管Q1的集电极输出的放大信号包含的高次谐波分量衰减的电路。具体地，高次谐波终止电路HT1a是包含被串联连接的电容器C1a(第一电容器)以及电感器L1a(第一电感器)的串联谐振电路。电感器L1a例如是设置在半导体基板110的具有电感分量的布线。

高次谐波终止电路HT1a的一端在半导体基板110中与在第一晶体管区域120a形成的晶体管Q1的输出端连接。此外，高次谐波终止电路HT1a的另一端在半导体基板110中与在第一晶体管区域120a形成的晶体管Q1的接地端连接。具体地，电容器C1a的一端与在第一晶体管区域120a形成的晶体管Q1的集电极连接，电容器C1a的另一端与电感器L1a的一端连接。电感器L1a的另一端如上所述连接于与模块基板中的接地电极电连接的凸块130a。

同样地，像使用图1说明的那样，高次谐波终止电路HT1b是使从在第二晶体管区域120b形成的晶体管Q1的集电极输出的放大信号包含的高次谐波分量衰减的电路。具体地，高次谐波终止电路HT1b是包含被串联连接的电容器C1b(第二电容器)以及电感器L1b(第二电感器)的串联谐振电路。电感器L1b例如是设置在半导体基板110的具有电感分量的布线。

高次谐波终止电路HT1b的一端在半导体基板110中与在第二晶体管区域120b形成的晶体管Q1的输出端连接。此外，高次谐波终止电路HT1b的另一端在半导体基板110中与在第二晶体管区域120b形成的晶体管Q1的接地端连接。具体地，电容器C1b的一端与在第二晶体管区域120b形成的晶体管Q1的集电极连接，电容器C1b的另一端与电感器L1b的一端连接。电感器L1b的另一端如上所述连接于与模块基板中的接地电极电连接的凸块130b。

高次谐波终止电路HT1a以及高次谐波终止电路HT1b关于上述的中线120M对称地配置。换言之，高次谐波终止电路HT1a以及高次谐波终止电路HT1b关于晶体管区域120对称地配置。具体地，电容器C1a以及电容器C1b关于中线120M(晶体管区域120)对称地配置，电感器L1a以及电感器L1b关于中线120M(晶体管区域120)对称地配置。

图3是比较例的半导体装置1000的概略俯视图。以下，对比较例的半导体装置1000的结构中的与本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置100A的结构不同的部分进行说明，对于与半导体装置100A的结构相同的部分，适当地省略说明。

半导体装置1000除了具备凸块130a、130b、130c、130d以外还具备凸块130e、130f。在将半导体基板110安装到模块基板时，凸块130e、130f与形成在该模块基板的接地电极电连接。

半导体装置1000具备高次谐波终止电路HT10a、HT10b。高次谐波终止电路HT10a是包含被串联连接的电容器C1a以及电感器L10a的串联谐振电路。此外，高次谐波终止电路HT10b是包含被串联连接的电容器C1b以及电感器L10b的串联谐振电路。

高次谐波终止电路HT10a的一端与在第一晶体管区域120a形成的晶体管Q1的输出端连接。然而，高次谐波终止电路HT10a的另一端并未与在第一晶体管区域120a形成的晶体管Q1的接地端连接，而是通过凸块130e与模块基板的接地电极连接。具体地，电容器C1a的一端与在第一晶体管区域120a形成的晶体管Q1的集电极连接，电容器C1a的另一端与电感器L10a的一端连接。电感器L10a的另一端如上所述连接于与模块基板中的接地电极电连接的凸块130e。

同样地，高次谐波终止电路HT10b的一端与在第二晶体管区域120b形成的晶体管Q1的输出端连接。然而，高次谐波终止电路HT10b的另一端并未与在第二晶体管区域120b形成的晶体管Q1的接地端连接，而是通过凸块130f与模块基板的接地电极连接。具体地，电容器C1b的一端与在第二晶体管区域120b形成的晶体管Q1的集电极连接，电容器C1b的另一端与电感器L10b的一端连接。电感器L10b的另一端如上所述连接于与模块基板中的接地电极电连接的凸块130f。

图4是示出增益的仿真结果的图。在图4中，横轴是RF信号的输出等级(dBm)，纵轴是增益(dB)。在图4中，实线示出本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置100A的增益的仿真结果，虚线示出比较例的半导体装置1000的增益的仿真结果。另外，对于半导体装置100A以及半导体装置1000中的任一者，RF信号的频率均设为3500MHz。

如图4所示，可知在半导体装置100A中，与作为比较例的半导体装置1000相比较，增益的线性度提高。特别是，关于半导体装置1000的增益，若输出等级变大，则在比较早的阶段观察到大的下降。另一方面，可知关于半导体装置100A的增益，直到大约30dBm附近并未观察到大的变化，保持了增益的线性度。

图5是示出P2dB的仿真结果的图。在此，所谓P2dB，是指从理想的线性的输出特性下降了2dB的点的输出等级。在图5中，横轴是RF信号的频率(Hz)，纵轴是P2dB(dBm)。在图5中，实线示出本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置100A的P2dB的仿真结果，虚线示出比较例的半导体装置1000的P2dB的仿真结果。

如图5所示，可知在导体装置100A中，与半导体装置1000相比较，3.40～3.60GHz的频带中的P2dB提高。

图6是示出PAE(功率附加效率)的仿真结果的图。在图6中，横轴是RF信号的频率(Hz)，纵轴是PAE(％)。在图6中，实线示出本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置100的PAE的仿真结果，虚线示出比较例的半导体装置1000的PAE的仿真结果。

如图6所示，可知在半导体装置100A中，与半导体装置1000相比较，3.40～3.60GHz的频带中的PAE提高。

像以上那样，在半导体装置100A中，高次谐波终止电路HT1a、HT1b的一端分别与晶体管Q1的输出端连接。高次谐波终止电路HT1a、HT1b的另一端分别与晶体管Q1的接地端连接。因此，在半导体装置100A中，高次谐波终止电路HT1a和HT1b的另一端连接于与晶体管的接地端连接的凸块130a、130b，由此与凸块130e、130f具有的寄生电阻相比，凸块130a、130b具有的寄生电阻分量小。因此，能够减小半导体装置100A的输出的损耗。进而，在半导体装置100A中，高次谐波终止电路被封闭在芯片内，因此不需要外部电极。因此，不再需要追加用于保护高次谐波终止电路的ESD保护元件。

此外，半导体装置100A具有多个高次谐波终止电路HT1a以及高次谐波终止电路HT1b。因此，在半导体装置100A中，对在晶体管区域120形成的晶体管Q1的集电极和高次谐波终止电路进行连接的布线的长度的偏差减小。

进而，这些半导体装置100A的高次谐波终止电路HT1a以及高次谐波终止电路HT1b关于晶体管区域120对称地配置。因此，在半导体装置100A中，对在晶体管区域120形成的晶体管Q1的集电极和高次谐波终止电路进行连接的布线的长度的偏差减小。

[第一实施方式的变形例]

图7是本实用新型的第一实施方式的变形例涉及的半导体装置200A的概略俯视图。

半导体装置200A例如具备半导体基板210、晶体管区域220、高次谐波终止电路HT2a、HT2b。

半导体基板210是用于搭载各种各样的元件的具有与XY平面平行的大致矩形的主面210P的半导体基板。半导体基板210通过所谓的引线接合安装用金属导线对设置在半导体基板210的端子和设置在未图示的模块基板的端子进行连接，由此，安装到该模块基板。

晶体管区域220是形成晶体管Q1的区域。在本实施方式中，晶体管Q1是并联连接了多个指状部(单位晶体管)的多指晶体管。在晶体管区域220形成的晶体管Q1的多个指状部关于与Y轴平行的中线220M对称地配置。将晶体管区域220中的相对于中线220M位于X轴负方向的区域设为第一晶体管区域220a，将相对于中线220M位于X轴正方向的区域设为第二晶体管区域220b。

在半导体基板210内形成过孔230a1、230a2、230a3、230a4、230b1、230b2、230b3、230b4。在第一晶体管区域220a形成的晶体管Q1的发射极与过孔230a1、230a2、230a3、230a4电连接。此外，在第二晶体管区域220b形成的晶体管Q1的发射极与过孔230b1、230b2、230b3、230b4电连接。过孔230a1、230a2、230a3、230a4、230b1、230b2、230b3、230b4与设置在半导体基板210的未图示的发射极端子连接。而且，在将半导体基板210安装到模块基板时，该发射极端子与形成在该模块基板的接地电极电连接。由此，晶体管Q1的发射极与接地连接。另外，关于过孔，即使形成在中线220M也没有问题。

在半导体基板210形成集电极端子240a、240b、240c、240d。在第一晶体管区域220a形成的晶体管Q1的集电极与集电极端子240a、240b电连接。在第二晶体管区域220b形成的晶体管Q1的集电极与集电极端子240c、240d电连接。而且，在将半导体基板210安装到模块基板时，集电极端子240a、240b、240c、240d与形成在该模块基板的布线电连接。

像使用图1说明的那样，高次谐波终止电路HT2a是使从在第一晶体管区域220a形成的晶体管Q1的集电极输出的放大信号包含的高次谐波分量衰减的电路。具体地，高次谐波终止电路HT2a是包含被串联连接的电容器C2a以及电感器L2a的串联谐振电路。电感器L2a是设置在半导体基板210的具有电感分量的布线。

高次谐波终止电路HT2a的一端与在第一晶体管区域220a形成的晶体管Q1的输出端连接，高次谐波终止电路HT2a的另一端与在第一晶体管区域220a形成的晶体管Q1的发射极以及过孔230a1～过孔230a4连接。具体地，电容器C2a的一端与在第一晶体管区域220a形成的晶体管Q1的集电极连接，电容器C2a的另一端与电感器L2a的一端连接。电感器L2a的另一端如上所述连接于与设置在半导体基板210的未图示的发射极端子连接的过孔230a1、230a2、230a3、230a4。

同样地，像使用图1说明的那样，高次谐波终止电路HT2b是使从在第二晶体管区域220b形成的晶体管Q1的集电极输出的放大信号包含的高次谐波分量衰减的电路。具体地，高次谐波终止电路HT2b是包含被串联连接的电容器C2b以及电感器L2b的串联谐振电路。电感器L2b是设置在半导体基板210的具有电感分量的布线。

高次谐波终止电路HT2b的一端与在第二晶体管区域220b形成的晶体管Q1的输出端连接，高次谐波终止电路HT2b的另一端与在第二晶体管区域220b形成的晶体管Q1的发射极以及过孔23ba1～过孔230b4连接。具体地，电容器C2b的一端与在第二晶体管区域220b形成的晶体管Q1的集电极连接，电容器C2b的另一端与电感器L2b的一端连接。电感器L2b的另一端如上所述连接于与设置在半导体基板210的未图示的发射极端子连接的过孔230b1、230b2、230b3、230b4。

像以上那样，在半导体装置200A中，高次谐波终止电路HT2a、HT2b的一端分别与晶体管Q1的输出端连接，高次谐波终止电路HT2a、HT2b的另一端分别与晶体管Q1的接地端连接。因此，不再需要通过接合线等将高次谐波终止电路连接到模块基板，由接合线的形状的偏差造成的特性的劣化减小。

[第二实施方式]

图8是本实用新型的第二实施方式涉及的半导体装置100B的概略俯视图。以下，对本实用新型的第二实施方式涉及的半导体装置100B的结构中的与本实用新型的第一实施方式涉及的半导体装置100A的结构不同的部分进行说明，对于与半导体装置100A的结构相同的部分，适当地省略说明。

半导体装置100B还具备电感器L3(第三电感器)。电感器L3形成在半导体基板110，使得对高次谐波终止电路HT1a包含的电容器C1a以及电感器L1a之间和高次谐波终止电路HT1b包含的电容器C1b以及电感器L1b之间进行连接。电感器L3例如是设置在半导体基板110的具有电感分量的布线。

通过该结构，在半导体装置100B中，即使电感器L1a以及L1b的线路长度产生偏差，高次谐波终止电路HT1a以及HT1b的阻抗的偏差也会减小。

[第三实施方式]

图9是本实用新型的第三实施方式涉及的半导体装置100C的概略俯视图。以下，对本实用新型的第三实施方式涉及的半导体装置100C的结构中的与本实用新型的第二实施方式涉及的半导体装置100B的结构不同的部分进行说明，对于与半导体装置100B的结构相同的部分，适当地省略说明。

半导体装置100C还具备电容器C2(第三电容器)。电容器C2形成在半导体基板110，使得对晶体管Q1的集电极(输出端)和电感器L3进行连接。电容器C2例如与沿着电感器L3的线路的中间的地点连接。

通过该结构，在半导体装置100C中，即使电感器L1a以及L1b的线路长度产生偏差，高次谐波终止电路HT1a以及HT1b的阻抗的偏差也会进一步减小。

[其它实施方式]

上述的各实施方式涉及的半导体装置设为具备关于晶体管区域对称地配置的两个高次谐波终止电路。然而，半导体装置具备的高次谐波终止电路的数目并不限于两个，也可以是一个或三个以上。例如，半导体装置也可以具备两个以上(例如，两个、三个、以及四个等)的由关于晶体管区域对称地配置的两个高次谐波终止电路构成的组。此外，高次谐波终止电路也可以不关于晶体管区域对称地配置。

以上，对本实用新型的例示性的实施方式进行了说明。在半导体装置100A中，高次谐波终止电路HT1a、HT1b的一端分别与晶体管Q1的输出端连接，高次谐波终止电路HT1a、HT1b的另一端分别与晶体管Q1的接地端连接。因此，在半导体装置100A中，凸块处的输出的损耗减小。进而，在半导体装置100A中，不再需要追加高次谐波终止电路用的ESD保护元件。

此外，半导体装置100A具有多个高次谐波终止电路HT1a以及高次谐波终止电路HT1b。因此，在半导体装置100A中，对晶体管区域120包含的多个晶体管Q1的各集电极和高次谐波终止电路进行连接的布线的长度的偏差减小。

进而，这些半导体装置100A的高次谐波终止电路HT1a以及高次谐波终止电路HT1b关于晶体管区域120对称地配置。因此，在半导体装置100A中，对晶体管区域120包含的多个晶体管Q1的各集电极和高次谐波终止电路进行连接的布线的长度的偏差减小。

此外，在半导体装置200A中，高次谐波终止电路HT2a、HT2b的另一端分别与晶体管Q1的接地线连接。因此，不再需要通过接合线等将高次谐波终止电路连接到模块基板，由接合线的形状的偏差造成的特性的劣化减小。

此外，半导体装置100B还具备电感器L3(第三电感器)。电感器L3形成在半导体基板110，使得对高次谐波终止电路HT1a包含的电容器C1a以及电感器L1a之间和高次谐波终止电路HT1b包含的电容器C1b以及电感器L1b之间进行连接。因此，在半导体装置100B中，即使电感器L1a以及L1b的线路长度产生偏差，高次谐波终止电路HT1a以及HT1b的阻抗的偏差也会减小。

此外，半导体装置100C还具备电容器C2(第三电容器)。电容器C2形成在半导体基板110，使得对晶体管Q1的集电极(输出端)和电感器L3进行连接。因此，在半导体装置100C中，即使电感器L1a以及L1b的线路长度产生偏差，高次谐波终止电路HT1a以及HT1b的阻抗的偏差也会进一步减小。

以上说明的实施方式用于使本实用新型容易理解，并非用于对本实用新型进行限定解释。实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状以及尺寸等并不限定于例示的，能够适当地进行变更。此外，能够对在不同的实施方式中示出的结构彼此进行部分置换或组合。