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JP2008244094A - High-frequency power amplifier and portable wireless terminal - Google Patents

High-frequency power amplifier and portable wireless terminal Download PDF

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JP2008244094A
JP2008244094A JP2007081705A JP2007081705A JP2008244094A JP 2008244094 A JP2008244094 A JP 2008244094A JP 2007081705 A JP2007081705 A JP 2007081705A JP 2007081705 A JP2007081705 A JP 2007081705A JP 2008244094 A JP2008244094 A JP 2008244094A
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closed loop
power amplifier
transistor
transistors
frequency power
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Application number
JP2007081705A
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Japanese (ja)
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Kazuhide Abe
部 和 秀 阿
Tadahiro Sasaki
忠 寛 佐々木
Kazuhiko Itaya
谷 和 彦 板
Hideyuki Funaki
木 英 之 舟
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency power amplifier, along with a portable wireless terminal, whose output drops less during operation, effect of thermal noise is less, and high frequency operation is stable, with excellent reliability. <P>SOLUTION: The amplifier includes a plurality of MOS transistors which are arranged parallel on a semiconductor substrate and each of which includes a source electrode, gate electrode, and drain electrode, and a closed loop consisting of a short-circuited conductor provided between adjacent MOS transistors among the plurality of MOS transistors. The source electrode, gate electrode, and drain electrode of the plurality of MOS transistors are connected in parallel. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高周波電力増幅器および携帯型無線端末に関する。   The present invention relates to a high-frequency power amplifier and a portable wireless terminal.

従来、携帯型の無線端末の送信回路には、化合物半導体を用いたトランジスタを最終増幅段とする高周波電力増幅器が多く用いられている。しかしながら、CMOSプロセスの微細化の進展とともに、ベースバンド部のデジタル回路のみならず、フロントエンド部の高周波アナログ回路についてもCMOSで実現しようとする努力が続けられており、一部ではすでに商品化されている。化合物半導体プロセスや、Si−Geプロセスと比較して、本来ロジック回路用に用いられている標準CMOS集積回路プロセスは、単位面積あたり比較的に安価であるという特徴がある。   Conventionally, a high-frequency power amplifier having a transistor using a compound semiconductor as a final amplification stage is often used in a transmission circuit of a portable wireless terminal. However, with the progress of miniaturization of the CMOS process, efforts are being made to realize not only digital circuits in the baseband part but also high-frequency analog circuits in the front end part with CMOS, and some of them have already been commercialized. ing. Compared with the compound semiconductor process and the Si-Ge process, the standard CMOS integrated circuit process originally used for the logic circuit is characterized by being relatively inexpensive per unit area.

高周波用電力増幅器を安価なMOS型電界効果トランジスタで構成しようとする場合、化合物半導体ではあまり問題とはならなかった点で新たな問題が生じる。それは、Si基板上のMOSトランジスタの微細化プロセスの進展により初めて可能となったトランジスタの高密度配置により、従来よりも発熱の影響が顕在化することにより生じる。特に、高周波信号を大信号に増幅する場合、トランジスタで消費される電力も大きくなり、結果的に単位時間あたりの発熱量が増大する。   When an attempt is made to construct a high-frequency power amplifier with an inexpensive MOS field effect transistor, a new problem arises in that it is not a problem with compound semiconductors. This is caused by the fact that the influence of heat generation becomes more prominent than before due to the high-density arrangement of transistors that has become possible for the first time by the progress of the miniaturization process of MOS transistors on a Si substrate. In particular, when a high-frequency signal is amplified to a large signal, the power consumed by the transistor also increases, resulting in an increase in the amount of heat generated per unit time.

微細化プロセスを活用することにより極めて小さい面積に配置されたMOSトランジスタが発熱すると、トランジスタのチャネル温度が上昇して、トランジスタの出力電力が低下し、さらに信頼性が大幅に劣化する。一般的に、チャネル温度の上昇は、MOSトランジスタに限った問題とは言えないが、特に、MOSトランジスタではプロセスの微細化の進展により、最も顕在化しやすい。   When a MOS transistor arranged in an extremely small area generates heat by utilizing the miniaturization process, the channel temperature of the transistor rises, the output power of the transistor is lowered, and the reliability is greatly deteriorated. In general, an increase in channel temperature is not a problem limited to MOS transistors. In particular, MOS transistors are most easily manifested by the progress of process miniaturization.

チャネル幅が大きいトランジスタでは、大きな電流が流れるためにチャネルでの発熱量が大きく、その結果トランジスタのチャネル温度の上昇が著しい。ちなみに、N型MOSトランジスタのキャリアである電子の移動度、および飽和速度は温度の上昇とともに、小さくなることが知られている。   In a transistor having a large channel width, a large amount of current flows, so that the amount of heat generated in the channel is large. As a result, the channel temperature of the transistor is significantly increased. Incidentally, it is known that the mobility and saturation speed of electrons which are carriers of an N-type MOS transistor become smaller as the temperature rises.

従来、電力増幅器に用いられるチャネル幅の大きな電界効果トランジスタにおいては、例えば、特許文献1の図2に示されているように、櫛歯状にゲート電極が配置されることが多い。櫛歯状にゲート電極を配置することによって、電界効果トランジスタのレイアウト面積を小さくすることができる。一方、トランジスタの発熱によって生じる温度上昇を回避するために、トランジスタを複数に分割した場合には、上記特許文献1に記載されているように、複数のゲート電極とドレイン電極の間に閉ループが形成されて、発振を生じる場合があることが知られている。
特開2001−274415号公報
Conventionally, in a field effect transistor having a large channel width used for a power amplifier, for example, as shown in FIG. 2 of Patent Document 1, a gate electrode is often arranged in a comb shape. By disposing the gate electrodes in a comb shape, the layout area of the field effect transistor can be reduced. On the other hand, when the transistor is divided into a plurality of parts in order to avoid the temperature rise caused by the heat generation of the transistor, a closed loop is formed between the plurality of gate electrodes and the drain electrodes as described in Patent Document 1 above. It is known that oscillation may occur.
JP 2001-274415 A

上述したように、MOSトランジスタによって高周波電力増幅器を構成する場合、微細プロセスにより作成されるMOSトランジスタ特有の問題として、チャネル温度が大幅に上昇し、出力電力の低下をもたらす。チャネル温度の上昇はまた、トランジスタの劣化を加速し、信頼性を損なう。   As described above, when a high frequency power amplifier is constituted by MOS transistors, as a problem peculiar to a MOS transistor produced by a fine process, the channel temperature is significantly increased, resulting in a decrease in output power. An increase in channel temperature also accelerates transistor degradation and impairs reliability.

上記問題を回避するために、トランジスタを複数に分割し、配置を疎らにして並列接続すると、トランジスタ間に閉ループが構成され、外部回路が発生する高周波磁場による電磁気ノイズや、寄生発振の原因となる。   In order to avoid the above problem, if the transistor is divided into a plurality of parts and the arrangement is sparse and connected in parallel, a closed loop is formed between the transistors, which causes electromagnetic noise due to a high-frequency magnetic field generated by an external circuit and parasitic oscillation. .

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、動作時の出力低下が少なく、熱雑音の影響が少なく、高周波動作が安定で、かつ信頼性に優れた高周波電力増幅器および携帯型無線端末を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and has a low output reduction during operation, little influence of thermal noise, stable high frequency operation, and excellent reliability. An object is to provide a wireless terminal.

本発明の一態様による高周波電力増幅器は、半導体基板上に並列に配置され、それぞれがソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を有する複数のMOSトランジスタと、前記複数のMOSトランジスタのうち隣接するMOSトランジスタ間に設けられた短絡した導体からなる閉ループと、を備え、前記複数のMOSトランジスタのソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極はそれぞれ並列に接続されていることを特徴とする。   A high-frequency power amplifier according to an aspect of the present invention includes a plurality of MOS transistors arranged in parallel on a semiconductor substrate, each having a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode, and adjacent MOS transistors among the plurality of MOS transistors And a closed loop made of a short-circuited conductor provided therebetween, wherein the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode of the plurality of MOS transistors are respectively connected in parallel.

本発明によれば、動作時の出力低下が少なく、熱雑音の影響が少なく、高周波動作が安定で、かつ信頼性に優れた高周波電力増幅器および携帯型無線端末を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a high-frequency power amplifier and a portable wireless terminal that are less likely to reduce output during operation, less affected by thermal noise, stable in high-frequency operation, and excellent in reliability.

本発明の実施形態を以下、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による高周波電力増幅器を図1乃至図3を参照して説明する。本実施形態の高周波電力増幅器は、複数のN型MOS型トランジスタ1を備えており、これらのトランジスタ1のレイアウトを図1に示す。図2は図1に示す切断線A−Aで切断した断面図、図3は、図2に示したこれらのトランジスタ1の等価回路を示す図である。
(First embodiment)
A high frequency power amplifier according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The high-frequency power amplifier according to this embodiment includes a plurality of N-type MOS transistors 1, and the layout of these transistors 1 is shown in FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting line AA shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of these transistors 1 shown in FIG.

これらのトランジスタ1は、P型の半導体基板、例えばP型のシリコン基板2に形成されている。本実施形態の高周波電力増幅器は、図3の等価回路に示したように、大きなドレイン電流を流すことができるように、複数のトランジスタ1を並列接続することにより構成されている。各トランジスタ1は、素子分離領域3によって分離された素子領域4に形成されている。そして、各トランジスタ1は、素子領域4に離間して形成されたN型のソース領域6およびドレイン領域5と、ソース領域6とドレイン領域5との間の素子領域4上に形成されたゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7上に形成されたゲート電極12と、ソース領域6およびドレイン領域5にそれぞれ接続されるソース電極14およびドレイン電極13と、を備えている。各トランジスタ1のゲート電極12、ドレイン電極13、およびソース電極14は、複数のトランジスタの配列された方向に延在する、ゲート電極配線12A、ドレイン電極配線13A、ソース電極配線14Aにそれぞれ接続されている。   These transistors 1 are formed on a P-type semiconductor substrate, for example, a P-type silicon substrate 2. As shown in the equivalent circuit of FIG. 3, the high-frequency power amplifier of this embodiment is configured by connecting a plurality of transistors 1 in parallel so that a large drain current can flow. Each transistor 1 is formed in an element region 4 separated by an element isolation region 3. Each transistor 1 includes an N-type source region 6 and drain region 5 that are formed apart from the element region 4, and gate insulation formed on the element region 4 between the source region 6 and the drain region 5. A film 7, a gate electrode 12 formed on the gate insulating film 7, and a source electrode 14 and a drain electrode 13 connected to the source region 6 and the drain region 5, respectively. The gate electrode 12, the drain electrode 13, and the source electrode 14 of each transistor 1 are respectively connected to a gate electrode wiring 12A, a drain electrode wiring 13A, and a source electrode wiring 14A that extend in the direction in which the plurality of transistors are arranged. Yes.

MOS型トランジスタでは、一般的にゲート電極の抵抗が高いため、一本のゲート電極を長くすることは、特に高速動作させる上で不利となる。そこで、チャネル幅Wの大きなトランジスタを実現するために、ゲート電極を分割し、複数のトランジスタを並列接続する必要がある。本実施形態では、発熱の影響を抑制するために、並列接続された個々のトランジスタは、隣接するトランジスタとの間が、素子分離領域3によって一定の間隔で隔てられている。素子分離領域3は、半導体基板2上に設けられた絶縁膜により形成されている。この絶縁膜の材料としては一般に二酸化珪素(SiO)が用いられている。 In a MOS transistor, since the resistance of a gate electrode is generally high, it is disadvantageous to make one gate electrode long, particularly when operating at high speed. Therefore, in order to realize a transistor having a large channel width W, it is necessary to divide the gate electrode and connect a plurality of transistors in parallel. In the present embodiment, in order to suppress the influence of heat generation, individual transistors connected in parallel are separated from adjacent transistors by a device isolation region 3 at a constant interval. The element isolation region 3 is formed by an insulating film provided on the semiconductor substrate 2. In general, silicon dioxide (SiO 2 ) is used as the material of the insulating film.

本実施形態ではまた、隣接して配置されたトランジスタとトランジスタを隔てる素子分離領域3上に、ゲート電極と同一の材料層あるいは金属配線層の少なくとも一方により形成される短絡された閉ループ17が配置されている。この閉ループ17は、できる限りトランジスタに近接して配置されることが好ましい。またこの閉ループ17は、抵抗20を介して、定電圧源に接続される。本実施形態では、コンタクト18を介してP型基板2に接続されている。ここでは、コンタクト部18のコンタクト抵抗、P型基板2の基板抵抗を利用している。また、本実施形態においては、閉ループ17を挟んで隣接して配置されたトランジスタにおいては、閉ループ17に最も近接する電極は、異なる電極となっている。すなわち、閉ループ17に最も近接する電極としては、隣接して配置されたトランジスタのうち一方トランジスタにおいては、ドレイン電極であるなら、他方のトランジスタにおいてはソース電極となっており、上記一方のトランジスタにおいてはソース電極であるならば、他方のトランジスタにおいてもドレイン電極となっている。しかし、閉ループ17を挟んで隣接して配置されたトランジスタにおいては、閉ループ17に最も近接する電極は、同種の電極となっていてもよい。   In this embodiment, a short-circuited closed loop 17 formed of at least one of the same material layer and metal wiring layer as the gate electrode is disposed on the element isolation region 3 that separates the transistors disposed adjacent to each other. ing. This closed loop 17 is preferably arranged as close to the transistor as possible. The closed loop 17 is connected to a constant voltage source via a resistor 20. In the present embodiment, the P-type substrate 2 is connected via the contact 18. Here, the contact resistance of the contact portion 18 and the substrate resistance of the P-type substrate 2 are used. In the present embodiment, in the transistors arranged adjacent to each other with the closed loop 17 interposed therebetween, the electrodes closest to the closed loop 17 are different electrodes. That is, as the electrode closest to the closed loop 17, if one of the adjacently arranged transistors is a drain electrode, it is a source electrode in the other transistor. If it is a source electrode, it is also a drain electrode in the other transistor. However, in a transistor arranged adjacent to the closed loop 17, the electrode closest to the closed loop 17 may be the same type of electrode.

次に、本実施形態の比較例による高周波電力増幅器を図4乃至図6に示す。図4は比較例の高周波電力増幅器のMOS型トランジスタの平面図、図5は図4の切断線B−Bで切断したときの断面図を示す。また図6は、図4に示したトランジスタの等価回路である。   Next, a high-frequency power amplifier according to a comparative example of the present embodiment is shown in FIGS. 4 is a plan view of a MOS transistor of a high-frequency power amplifier according to a comparative example, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB in FIG. FIG. 6 is an equivalent circuit of the transistor shown in FIG.

この比較例の高周波電力増幅器も複数のN型MOSトランジスタを有している。そして、これらのトランジスタも、P型シリコン基板2に形成されている。また、図6の等価回路に示したように、大きなドレイン電流を流すことができるように、並列接続されている点も第1実施形態と同様である。各トランジスタは素子領域4に形成されている。そして、各トランジスタは、素子領域4に離間して形成されたN型のソース領域6およびドレイン領域5と、ソース領域6とドレイン領域5との間の素子領域4上に形成されたゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7上に形成されたゲート電極12と、ソース領域6およびドレイン領域5にそれぞれ接続されるソース電極14およびドレイン電極13と、を備えている。各トランジスタのゲート電極12、ドレイン電極13、およびソース電極14は、複数のトランジスタの配列された方向に延在する、ゲート電極配線12A、ドレイン電極配線13A、ソース電極兵船14Aにそれぞれ接続されている。   The high-frequency power amplifier of this comparative example also has a plurality of N-type MOS transistors. These transistors are also formed on the P-type silicon substrate 2. Further, as shown in the equivalent circuit of FIG. 6, it is the same as in the first embodiment in that it is connected in parallel so that a large drain current can flow. Each transistor is formed in the element region 4. Each transistor includes an N-type source region 6 and a drain region 5 formed apart from the element region 4, and a gate insulating film formed on the element region 4 between the source region 6 and the drain region 5. 7, a gate electrode 12 formed on the gate insulating film 7, and a source electrode 14 and a drain electrode 13 connected to the source region 6 and the drain region 5, respectively. The gate electrode 12, the drain electrode 13, and the source electrode 14 of each transistor are connected to a gate electrode wiring 12A, a drain electrode wiring 13A, and a source electrode soldier 14A that extend in the direction in which the plurality of transistors are arranged. .

比較例では、隣接して配置されたトランジスタどうしが、ソース領域あるいはドレイン領域のどちらかを共有している。したがって、本実施形態と異なり、トランジスタ間は素子分離領域によって分離されていない。したがって、第1実施形態の閉ループを設ける余地はない。このようなレイアウト配置は、従来の高周波用CMOSにおいて一般的に用いられており、トランジスタの設置面積を節約することができるという利点を有する。   In the comparative example, adjacently arranged transistors share either the source region or the drain region. Therefore, unlike the present embodiment, the transistors are not separated by the element isolation region. Therefore, there is no room for providing the closed loop of the first embodiment. Such a layout arrangement is generally used in a conventional high-frequency CMOS, and has an advantage that an installation area of a transistor can be saved.

次に、本実施形態と比較例のトランジスタの動作温度と出力特性を比較する。ここでは、トータルのチャネル幅Wが約3000μmであるとして、室温Tでは約4Wの電力Qをトランジスタで消費するものとする。この消費電力は、熱エネルギーに変換されるので、トランジスタの温度は上昇する。温度が上昇すると、例えば電子の移動度が低下するため、トランジスタの出力は低下する。 Next, the operating temperature and output characteristics of the transistors of this embodiment and the comparative example are compared. Here, it is assumed that the total channel width W is about 3000 μm, and that the transistor consumes about 4 W of power Q 0 at room temperature T 0 . Since this power consumption is converted into thermal energy, the temperature of the transistor rises. When the temperature increases, for example, the mobility of electrons decreases, so that the output of the transistor decreases.

ここでは、トランジスタにおいて単位時間あたりの発熱量をQとすると、Qの温度依存性は次のような式で表すことができる。

Figure 2008244094
Here, when the heat generation amount per unit time in the transistor is Q, the temperature dependence of Q can be expressed by the following equation.
Figure 2008244094

ここで、Iはドレイン電流で温度の関数、Vはドレイン電圧で温度には依存しないものとする。また、ドレイン電流Iは移動度μに比例し、ドレイン電流Iの温度変化の原因は、主として移動度μの温度変化に起因するものと仮定する。移動度μは温度に対して次のように変化することが知られている。

Figure 2008244094
Here, I D is a drain current and a function of temperature, and V D is a drain voltage and does not depend on temperature. Further, it is assumed that the drain current ID is proportional to the mobility μ, and the cause of the temperature change of the drain current ID is mainly caused by the temperature change of the mobility μ. It is known that the mobility μ varies with temperature as follows.
Figure 2008244094

発熱量Qの温度依存性を図7に示した。ここでは、温度依存性を表す定数μTEを−1.335とした。室温における発熱量Qが約4Wであっても、温度が上昇するに連れて、移動度μが低下するためドレイン電流Iが減少し、発熱量Qも低下する。同じプロセスを用いる限り、発熱量Qはトランジスタのチャネル幅Wのみに依存して、レイアウト密度には依存しないので、図7に示した発熱量の温度依存性を示す曲線は、第1実施形態と比較例とでは共通であると考えられる。 The temperature dependence of the calorific value Q is shown in FIG. Here, the constant μ TE representing the temperature dependence was set to −1.335. Even if the heat generation amount Q 0 at room temperature is about 4 W, as the temperature rises, the mobility μ decreases, so the drain current ID decreases and the heat generation amount Q also decreases. As long as the same process is used, the calorific value Q depends only on the channel width W of the transistor and does not depend on the layout density. Therefore, the curve showing the temperature dependence of the calorific value shown in FIG. This is considered to be common with the comparative example.

次に、排熱特性について調べる。トランジスタで発熱した熱は、主にシリコン基板を伝わって外部に排出される。シリコンの熱伝導率λは、148W/mKであることが知られている。比較例の場合、図4、図5に示したようにチャネル幅W=3000μmのトランジスタを緻密に配置すると、およそ8900μmの面積Aにトランジスタをレイアウトすることができる。また、シリコン基板の厚さdを0.5mmとする。これらの値を用いて、熱抵抗Rは次の式で見積もることができる。

Figure 2008244094
Next, the exhaust heat characteristics are examined. The heat generated by the transistor is mainly discharged through the silicon substrate. It is known that the thermal conductivity λ of silicon is 148 W / mK. In the case of the comparative example, when transistors with a channel width W = 3000 μm are densely arranged as shown in FIGS. 4 and 5, the transistors can be laid out in an area A of about 8900 μm 2 . The thickness d of the silicon substrate is 0.5 mm. Using these values, the thermal resistance RT can be estimated by the following equation.
Figure 2008244094

比較例の場合、熱抵抗が約380K/Wという値が得られる。この熱抵抗を用い、図7に比較例の排熱特性を示した。発熱量と排熱量がちょうど釣り合った点で、定常状態に達すると考えられる。比較例の場合、約465℃で、このときの消費電力は約1.15Wである。   In the case of the comparative example, a value of about 380 K / W is obtained for the thermal resistance. Using this thermal resistance, FIG. 7 shows the exhaust heat characteristics of the comparative example. It is considered that the steady state is reached at the point where the calorific value and the exhaust heat amount are just balanced. In the case of the comparative example, at about 465 ° C., the power consumption at this time is about 1.15 W.

これに対して、第1実施形態においては、同じチャネル幅Wのトランジスタを、図1および図2に示したような配置により68000μmの面積にレイアウトすることができる。比較例の場合と同じ式を用いて、本実施形態の熱抵抗を見積もると約50K/Wとなる。図7に本実施形態の場合の排熱特性も示した。発熱量と排熱量がちょうど釣り合った定常状態では、本実施形態の場合、約150℃で、このときトランジスタの消費電力は約2.46Wである。 On the other hand, in the first embodiment, transistors having the same channel width W can be laid out in an area of 68000 μm 2 by the arrangement as shown in FIGS. Using the same formula as in the comparative example, the thermal resistance of this embodiment is estimated to be about 50 K / W. FIG. 7 also shows the exhaust heat characteristics in this embodiment. In a steady state in which the amount of heat generation and the amount of exhaust heat are just balanced, in this embodiment, the power consumption is about 150 ° C., and the power consumption of the transistor is about 2.46 W.

以上の結果をまとめると、同じチャネル幅Wのトランジスタであるにも関わらず、第1実施形態と比較例との間には、下の表1に示したように違いが生じる。

Figure 2008244094
To summarize the above results, there is a difference between the first embodiment and the comparative example as shown in Table 1 below, even though the transistors have the same channel width W.
Figure 2008244094

この表より、本実施形態においては、レイアウト面積が大きいという欠点があるが、動作温度が低く、消費電力が大きい。比較例においては、レイアウト面積が小さいという特長があるが、動作温度が高く、消費電力が小さい。動作温度は、トランジスタの信頼性を支配する要因であることが知られており、動作温度が高いほど、短い時間で破壊に達する。したがって、トランジスタの信頼性という観点から、動作温度は低いことが好ましい。したがって、信頼性の確保の観点から、一定以上のレイアウト面積が必要であると考えられる。また、トランジスタのチャネル温度が高いと、熱雑音が発生する。信号と雑音の比率を大きく取るためにも、トランジスタの動作温度は低いことが好ましい。   From this table, the present embodiment has a disadvantage that the layout area is large, but the operating temperature is low and the power consumption is large. The comparative example has a feature that the layout area is small, but the operating temperature is high and the power consumption is small. It is known that the operating temperature is a factor that governs the reliability of the transistor, and the higher the operating temperature, the shorter the breakdown time. Therefore, the operating temperature is preferably low from the viewpoint of transistor reliability. Therefore, it is considered that a certain layout area or more is necessary from the viewpoint of ensuring reliability. Further, when the channel temperature of the transistor is high, thermal noise is generated. In order to increase the ratio of signal to noise, it is preferable that the operating temperature of the transistor be low.

また、高周波電力増幅器においては、直流電圧源から投入される電力と高周波入力電力の和と、高周波出力電力の比をもって、電力付加効率が定義されている。携帯機器においては、電力源として電池が用いられる関係で、電力付加効率が高い高周波電力増幅器が要求されている。電力付加効率は、主に回路形式に支配され、利用されない電力の大部分はトランジスタにおいて消費される。仮に電力効率が一定の増幅器で用いると仮定した場合、消費電力が大きいトランジスタを増幅器に用いることにより、高周波出力電力をも大きくすることができる。   In the high frequency power amplifier, power added efficiency is defined by the ratio of the sum of the power input from the DC voltage source and the high frequency input power and the high frequency output power. In portable devices, a high frequency power amplifier with high power added efficiency is required because a battery is used as a power source. The power added efficiency is mainly governed by the circuit type, and most of the unused power is consumed in the transistor. If it is assumed that an amplifier with a constant power efficiency is used, high frequency output power can be increased by using a transistor with high power consumption for the amplifier.

以上述べたように、本実施形態に係るトランジスタは、比較例に係るトランジスタと比べて、高周波電力増幅器用として用いた場合、信頼性、低雑音、出力電力が優れている。   As described above, the transistor according to this embodiment is superior in reliability, low noise, and output power when used for a high-frequency power amplifier as compared with the transistor according to the comparative example.

ところで、本実施形態に示したような複数に分割したトランジスタを高周波電力増幅器に用いると、高周波において予期しない寄生発振が生じることが知られている。例えば、特開2004−336445号公報には、高出力電力増幅器用トランジスタにおいて解決すべき課題として、多数のトランジスタを並列結合する際、トランジスタ間に形成される多数の閉ループにより生じる寄生発振(閉ループ発振)が生じることが記載されている。本実施形態の場合も、複数のトランジスタを離して配置し、トランジスタ間に多数の閉ループが形成されるため、高周波帯において予期しない寄生発振が生じる恐れがある。   By the way, it is known that when a transistor divided into a plurality as shown in the present embodiment is used for a high frequency power amplifier, an unexpected parasitic oscillation occurs at a high frequency. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-336445, as a problem to be solved in a high output power amplifier transistor, when many transistors are coupled in parallel, parasitic oscillation (closed loop oscillation) generated by many closed loops formed between the transistors is disclosed. ) Occurs. Also in this embodiment, since a plurality of transistors are arranged apart from each other and a large number of closed loops are formed between the transistors, unexpected parasitic oscillation may occur in a high frequency band.

しかし、本実施形態においては、このような寄生発振を抑制する目的で、図1および図2に示したように、隣接して配置されたトランジスタとトランジスタの間に、短絡した閉ループ17が配置されている。この短絡した閉ループ17は、直流的にフローティング電位となることを防ぐため、少なくとも一箇所から、抵抗を介して一定電圧に接続されることが好ましい。   However, in the present embodiment, for the purpose of suppressing such parasitic oscillation, as shown in FIGS. 1 and 2, a short-circuited closed loop 17 is disposed between adjacent transistors. ing. The short-circuited closed loop 17 is preferably connected to a constant voltage via a resistor from at least one place in order to prevent a DC floating potential.

この短絡された閉ループ17は、何らかの原因によりその中を磁束が貫こうとすると、その磁束を打ち消すように閉ループ電流が流れ、磁束を打ち消す。そのため、外部回路、もしくは、増幅器を構成するトランジスタの他の部分との磁束を介した結合を弱くすることができ、磁気的な結合を介した雑音や予期し得ない寄生発振を防ぐことができる。   In the short-circuited closed loop 17, when a magnetic flux tries to penetrate therethrough for some reason, a closed loop current flows so as to cancel the magnetic flux, thereby canceling the magnetic flux. Therefore, it is possible to weaken the coupling via magnetic flux with the external circuit or other parts of the transistor constituting the amplifier, and to prevent noise and unexpected parasitic oscillation via the magnetic coupling. .

次に、短絡された閉ループ17の有無によって生じる差異について図8乃至図11を参照して説明する。図8は、本実施形態と同様に隣接するトランジスタ間に短絡閉ループ17を配置した場合のレイアウトとループ電流を示す図であり、図9は図8に示す切断線C−Cで切断した断面図である。また、図10は、短絡された閉ループを配置しなかった場合のレイアウトとループ電流を示す図であり、図11は図10に示す切断線D−Dで切断した断面図である。   Next, the difference caused by the presence or absence of the shorted closed loop 17 will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram showing a layout and loop current when the short-circuit closed loop 17 is arranged between adjacent transistors as in the present embodiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the section line CC shown in FIG. It is. FIG. 10 is a diagram showing a layout and a loop current when the shorted closed loop is not arranged, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the cutting line DD shown in FIG.

まず、図10に示すように、短絡された閉ループ17を設けない場合には、隣接するトランジスタ間にループ電流21が流れると、この電流21によって図11中、矢印で示した向きに磁束23が発生する。上記ループ電流21により発生する起電力Vは、このループがもつ自己インダクタンスをLとし、ループ電流21の値をIとすると、次の式で表すことができる。

Figure 2008244094
First, as shown in FIG. 10, when the closed loop 17 that is short-circuited is not provided, when a loop current 21 flows between adjacent transistors, the magnetic flux 23 is caused to flow in the direction indicated by the arrow in FIG. appear. The electromotive force V 1 generated by the loop current 21 can be expressed by the following equation, where L 1 is the self-inductance of the loop and I 1 is the value of the loop current 21.
Figure 2008244094

次に、図8に示すように、隣接するトランジスタ間に短絡された閉ループ17を設けた場合、トランジスタが形成するループの自己インダクタンスをLとし、インダクタンス短絡された閉ループ17がもつ自己インダクタンスをLとし、この二つのループの間の相互インダクタンスをMとすると、これらの間には次の関係式が成立する。

Figure 2008244094
Next, as shown in FIG. 8, when provided with a closed loop 17 which is short-circuited between the transistors adjacent the loop of the self-inductance of the transistor is formed as L 1, the self-inductance of the loop 17, which is an inductance short L If the mutual inductance between these two loops is M, the following relational expression is established between them.
Figure 2008244094

ここで、kは二つのループ間の磁気的な結合の強さを示す結合係数である。また、短絡された閉ループ17にループ電流22が流れたときに発生する逆起電力Vは、トランジスタが形成するループに流れるループ電流21の値をI、閉ループ17に流れる電流22の値をIとすると、次の式で表される。

Figure 2008244094
Here, k is a coupling coefficient indicating the strength of magnetic coupling between the two loops. The back electromotive force V 2 generated when the loop current 22 flows through the shorted closed loop 17 is the value of the loop current 21 flowing through the loop formed by the transistor I 1 and the value of the current 22 flowing through the closed loop 17. Assuming I 2 , it is expressed by the following formula.
Figure 2008244094

今、短絡された閉ループ17のループ抵抗が十分小さく、発生する逆起電力をV=0と見なすことができるならば、次の関係が得られる。

Figure 2008244094
If the loop resistance of the shorted closed loop 17 is sufficiently small and the generated back electromotive force can be regarded as V 2 = 0, the following relationship is obtained.
Figure 2008244094

したがって、隣接するトランジスタ間に形成されるループに発生する逆起電力Vは、このループに流れるループ電流21によって次の式で表される。

Figure 2008244094
Therefore, the back electromotive force V 1 generated in the loop formed between the adjacent transistors is expressed by the following equation by the loop current 21 flowing in this loop.
Figure 2008244094

この式は短絡された閉ループ17を設けた場合と、設けない場合とでは、同じループ電流Iの時間変化によって発生する逆起電力Vの大きさは、(1−k)倍となることを示している。したがって、二つのループ間の相互インダクタンスMが大きいほど、言い換えると二つのループ間の結合が強いほど、逆起電力の発生を抑制する効果が大きいことがわかる。この理由は、隣接するトランジスタが形成するループにループ電流21が流れると、図9中で実線の矢印で示した向きに磁束23が発生するが、同時に短絡された閉ループ17に誘導電流22が発生することによって、図9中の一点鎖線の矢印で示した向きに磁束24が発生して打ち消しあうためである。 In this expression, the magnitude of the back electromotive force V 2 generated by the time change of the same loop current I 1 is (1−k 2 ) times when the shorted closed loop 17 is provided and when it is not provided. It is shown that. Therefore, it can be seen that the larger the mutual inductance M between the two loops, in other words, the stronger the coupling between the two loops, the greater the effect of suppressing the occurrence of back electromotive force. This is because when a loop current 21 flows in a loop formed by adjacent transistors, a magnetic flux 23 is generated in the direction indicated by the solid arrow in FIG. 9, but an induced current 22 is generated in the closed loop 17 that is short-circuited at the same time. This is because the magnetic flux 24 is generated in the direction indicated by the one-dot chain line arrow in FIG.

以上説明したように、本実施形態によれば、シリコン基板上に形成されたMOS型トランジスタに大きな電力を投入した際にチャネルで生じる発熱を、効率的に外部に排出するため、チャネル温度の上昇を抑制し、出力の低下を防ぎ、熱雑音の影響を抑制することができる。また、隣接するトランジスタ間に形成される閉ループに誘起される逆起電力や寄生発振を抑制して、安定に動作するとともに信頼性に優れた高周波電力増幅器を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the channel temperature rises in order to efficiently discharge the heat generated in the channel when large power is applied to the MOS transistor formed on the silicon substrate to the outside. Can be suppressed, the output can be prevented from decreasing, and the influence of thermal noise can be suppressed. Further, it is possible to obtain a high-frequency power amplifier that operates stably and has excellent reliability by suppressing back electromotive force and parasitic oscillation induced in a closed loop formed between adjacent transistors.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による高周波電力増幅器を図12乃至図13を参照して説明する。本実施形態の高周波電力増幅器は、複数のN型MOS型トランジスタ40を備えており、これらのトランジスタ40のレイアウトを図12に示す。図13は図12に示す切断線A−Aで切断した断面図、図14は、図12および図13に示したこれらのトランジスタ40の等価回路を示す図である。
(Second Embodiment)
Next, a high frequency power amplifier according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The high-frequency power amplifier of this embodiment includes a plurality of N-type MOS transistors 40, and the layout of these transistors 40 is shown in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the cutting line AA shown in FIG. 12, and FIG. 14 is a diagram showing an equivalent circuit of these transistors 40 shown in FIGS.

本実施形態によるN型MOSトランジスタ40は、第1実施形態と同様、P型半導体基板、例えばP型シリコン基板2に形成されている。大きなドレイン電流を流すことができるように、複数のトランジスタ40を並列接続することにより構成されている。各トランジスタ40は、素子分離領域3によって分離された素子領域4に形成されている。そして、各トランジスタ40は、素子領域4に離間して形成されたN型のソース領域6およびドレイン領域5と、ソース領域6とドレイン領域5との間の素子領域4上に形成されたゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7上に形成されたゲート電極12と、ソース領域6およびドレイン領域5にそれぞれ接続されるソース電極14およびドレイン電極13と、を備えている。各トランジスタ40のゲート電極12、ドレイン電極13、およびソース電極14は、複数のトランジスタの配列された方向に延在する、ゲート電極配線12A、ドレイン電極配線13A、ソース電極配線14Aにそれぞれ接続されている。   The N-type MOS transistor 40 according to the present embodiment is formed on a P-type semiconductor substrate, for example, a P-type silicon substrate 2, as in the first embodiment. A plurality of transistors 40 are connected in parallel so that a large drain current can flow. Each transistor 40 is formed in the element region 4 separated by the element isolation region 3. Each transistor 40 includes an N-type source region 6 and drain region 5 that are formed apart from the device region 4, and gate insulation formed on the device region 4 between the source region 6 and the drain region 5. A film 7, a gate electrode 12 formed on the gate insulating film 7, and a source electrode 14 and a drain electrode 13 connected to the source region 6 and the drain region 5, respectively. The gate electrode 12, the drain electrode 13, and the source electrode 14 of each transistor 40 are respectively connected to a gate electrode wiring 12A, a drain electrode wiring 13A, and a source electrode wiring 14A that extend in the direction in which the plurality of transistors are arranged. Yes.

第2実施形態においても、発熱の影響を抑制するために、並列接続された個々のトランジスタ40は、隣接するトランジスタとの間が、素子分離領域3によって一定の間隔で隔てられている。   Also in the second embodiment, in order to suppress the influence of heat generation, individual transistors 40 connected in parallel are separated from adjacent transistors by a device isolation region 3 at a constant interval.

また、第2実施形態においても、隣接して配置されたトランジスタとトランジスタの間には短絡された閉ループ17が配置されている。第1実施形態との違いは、短絡された閉ループ17がゲート電極12と同じ配線層により形成される点である。この閉ループ17は、一度ビア25を介して別の配線層に接続され、さらにコンタクト18を介してP型基板2に接続されている。   Also in the second embodiment, a short-circuited closed loop 17 is disposed between adjacent transistors. The difference from the first embodiment is that the shorted closed loop 17 is formed by the same wiring layer as the gate electrode 12. The closed loop 17 is once connected to another wiring layer via the via 25 and further connected to the P-type substrate 2 via the contact 18.

また、本実施形態においては、閉ループ17を挟んで隣接して配置されたトランジスタにおいては、第1実施形態と異なり、閉ループ17に最も近接する電極は同種の電極となっている。すなわち、閉ループ17に最も近接する電極としては、隣接して配置されたトランジスタのうち一方トランジスタにおいては、ドレイン電極であるなら、他方のトランジスタにおいてもドレイン電極となっており、上記一方のトランジスタにおいてはソース電極であるならば、他方のトランジスタにおいてもソース電極となっている。しかし、第1実施形態と同様に、閉ループ17を挟んで隣接して配置されたトランジスタにおいては、閉ループ17に最も近接する電極は異種の電極となっていてもよい。   In the present embodiment, in the transistors arranged adjacent to each other with the closed loop 17 interposed therebetween, unlike the first embodiment, the electrode closest to the closed loop 17 is the same type of electrode. That is, as an electrode closest to the closed loop 17, if one of the adjacent transistors is a drain electrode, the other transistor is also a drain electrode. If it is a source electrode, it is also a source electrode in the other transistor. However, as in the first embodiment, in a transistor arranged adjacent to the closed loop 17, the electrode closest to the closed loop 17 may be a different type of electrode.

第2実施形態においては、短絡された閉ループ17を、ゲート電極12と同じ配線層を用いて形成することにより、閉ループ17の一部分はドレイン電極13またはソース電極14に平行となるように、素子領域4に形成される。このため、閉ループ17は、できる限りトランジスタに近接して配置することが可能となる。これにより、短絡された閉ループ17と、隣接するトランジスタ間に形成されるループとの間の相互インダクタンスMを大きくすることができ、磁気的な結合係数kを大きくすることができる。そのため、閉ループにループ電流が流れた場合に発生する逆起電力を大幅に低減することができる。   In the second embodiment, the shorted closed loop 17 is formed using the same wiring layer as the gate electrode 12, so that a part of the closed loop 17 is parallel to the drain electrode 13 or the source electrode 14. 4 is formed. For this reason, the closed loop 17 can be arranged as close to the transistor as possible. Thereby, the mutual inductance M between the shorted closed loop 17 and the loop formed between adjacent transistors can be increased, and the magnetic coupling coefficient k can be increased. Therefore, the counter electromotive force generated when the loop current flows in the closed loop can be greatly reduced.

また、第1実施形態と比較すると、第2実施形態では、トランジスタのチャネル部分を素子分離領域3から離して配置することが可能となる。これにより、素子分離領域3を形成するプロセスにおいて素子領域4に生じる応力がトランジスタ特性に与える影響を低減することができる。   Further, in comparison with the first embodiment, in the second embodiment, the channel portion of the transistor can be arranged away from the element isolation region 3. Thereby, the influence which the stress which arises in the element region 4 in the process of forming the element isolation region 3 has on the transistor characteristics can be reduced.

また、第2実施形態における一つの短絡された閉ループ17に着目すると、その両側に配置されたトランジスタのソースどうし、もしくはドレインどうしと接するように配置されている。図14(a)、(b)は、第2実施形態のレイアウト配置による効果を示す等価回路である。図14(a)は第2実施形態のレイアウト配置により、短絡された閉ループ17が、その両側に配置されたトランジスタのソースのみに近接するように配置した場合、図14(b)は第2実施形態の配置とは異なり、短絡された閉ループ17が、その両側に配置されたトランジスタのうち一方にはソースに近接し、他方はドレインに近接するように配置した場合の等価回路である。ともに、短絡された閉ループ17は、接地電位に対して抵抗20を介して接続されている。図14(b)に示した配置の場合、一方のトランジスタのドレイン電位が高周波信号により高速に変動した場合、その影響が寄生容量を介して隣接するトランジスタのソース電位に伝えられる恐れがある。これに対して、図14(a)に示した第2実施形態の配置の場合には、寄生容量を介した結合が、隣接するトランジスタのソース同士、あるいはドレイン同士を接続するため、高周波信号による電位変動の影響を受けにくい。   When attention is paid to one short-circuited closed loop 17 in the second embodiment, the transistors are arranged so as to be in contact with the sources or drains of the transistors arranged on both sides thereof. FIGS. 14A and 14B are equivalent circuits showing the effects of the layout arrangement of the second embodiment. FIG. 14A shows a case where the short-circuited closed loop 17 is arranged so as to be close to only the sources of the transistors arranged on both sides by the layout arrangement of the second embodiment, and FIG. Unlike the arrangement of the configuration, the shorted closed loop 17 is an equivalent circuit in the case where one of the transistors arranged on both sides thereof is arranged close to the source and the other is arranged close to the drain. In both cases, the short-circuited closed loop 17 is connected to the ground potential via a resistor 20. In the arrangement shown in FIG. 14B, when the drain potential of one transistor fluctuates at a high speed due to a high-frequency signal, the influence may be transmitted to the source potential of an adjacent transistor through a parasitic capacitance. On the other hand, in the case of the arrangement of the second embodiment shown in FIG. 14A, the coupling via the parasitic capacitance connects the sources or drains of adjacent transistors, so that the high frequency signal is used. Less susceptible to potential fluctuations.

本実施形態も第1実施形態と同様に、シリコン基板上に形成されたMOS型トランジスタに大きな電力を投入した際にチャネルで生じる発熱を、効率的に外部に排出するため、チャネル温度の上昇を抑制し、出力の低下を防ぎ、熱雑音の影響を抑制することができる。また、隣接するトランジスタ間に形成される閉ループに誘起される逆起電力や寄生発振を抑制して、安定に動作するとともに信頼性に優れた高周波電力増幅器を得ることができる。   Similarly to the first embodiment, this embodiment also increases the channel temperature in order to efficiently discharge the heat generated in the channel when a large amount of power is applied to the MOS transistor formed on the silicon substrate. It is possible to suppress, prevent a decrease in output, and suppress the influence of thermal noise. Further, it is possible to obtain a high-frequency power amplifier that operates stably and has excellent reliability by suppressing back electromotive force and parasitic oscillation induced in a closed loop formed between adjacent transistors.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態による高周波電力増幅器を図15乃至図16を参照して説明する。本実施形態の高周波電力増幅器は、複数のN型MOS型トランジスタ50を備えており、これらのトランジスタ50のレイアウトを図15に示す。図16は図15に示す切断線A−Aで切断した断面図である。
(Third embodiment)
Next, a high frequency power amplifier according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The high-frequency power amplifier of this embodiment includes a plurality of N-type MOS transistors 50, and the layout of these transistors 50 is shown in FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the cutting line AA shown in FIG.

本実施形態によるN型MOSトランジスタ50は、第1実施形態と同様、P型半導体基板、例えばP型シリコン基板2に形成されている。大きなドレイン電流を流すことができるように、複数のトランジスタ50を並列接続することにより構成されている。各トランジスタ50は、素子領域4に形成されている。そして、各トランジスタ1は、素子領域4に離間して形成されたN型のソース領域6およびドレイン領域5と、ソース領域6とドレイン領域5との間の素子領域4上に形成されたゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7上に形成されたゲート電極12と、ソース領域6およびドレイン領域5にそれぞれ接続されるソース電極14およびドレイン電極13と、を備えている。各トランジスタ50のゲート電極12、ドレイン電極13、およびソース電極14は、複数のトランジスタの配列された方向に延在する、ゲート電極配線12A、ドレイン電極配線13A、ソース電極配線14Aにそれぞれ接続されている。   The N-type MOS transistor 50 according to the present embodiment is formed on a P-type semiconductor substrate, for example, a P-type silicon substrate 2, as in the first embodiment. A plurality of transistors 50 are connected in parallel so that a large drain current can flow. Each transistor 50 is formed in the element region 4. Each transistor 1 includes an N-type source region 6 and drain region 5 that are formed apart from the element region 4, and gate insulation formed on the element region 4 between the source region 6 and the drain region 5. A film 7, a gate electrode 12 formed on the gate insulating film 7, and a source electrode 14 and a drain electrode 13 connected to the source region 6 and the drain region 5, respectively. The gate electrode 12, the drain electrode 13, and the source electrode 14 of each transistor 50 are respectively connected to a gate electrode wiring 12A, a drain electrode wiring 13A, and a source electrode wiring 14A that extend in the direction in which the plurality of transistors are arranged. Yes.

第3実施形態においても、発熱の影響を抑制するために、並列接続された個々のトランジスタ50は、隣接するトランジスタとの間が一定の間隔で隔てられ、隣接するトランジスタ間に短絡された閉ループ17が設けられている。第1および第2実施形態においては、隣り合うトランジスタとトランジスタの間に素子分離領域が設けられ、電気的に分離されていたが、第3実施形態においては、短絡された閉ループ17はダミーのゲート電極からなっており、このダミーのゲート電極17のみにより分離されている。ダミーのゲート電極17は、ゲート電極12と同じ層で形成されており、チャネルがONしないよう一定電位に保たれている。これにより、隣り合うトランジスタは、素子分離領域を設けていないにも関わらず、電気的には分離されている。   Also in the third embodiment, in order to suppress the influence of heat generation, the individual transistors 50 connected in parallel are separated from the adjacent transistors at a constant interval, and the closed loop 17 short-circuited between the adjacent transistors. Is provided. In the first and second embodiments, an element isolation region is provided between adjacent transistors and is electrically isolated. In the third embodiment, however, the shorted closed loop 17 is a dummy gate. It consists of electrodes and is separated only by this dummy gate electrode 17. The dummy gate electrode 17 is formed of the same layer as the gate electrode 12 and is kept at a constant potential so that the channel is not turned on. As a result, adjacent transistors are electrically isolated although no element isolation region is provided.

なお、本実施形態においては、閉ループ17を挟んで隣接して配置されたトランジスタにおいては、第2実施形態と同様に、閉ループ17に最も近接する電極は同種の電極となっている。すなわち、閉ループ17に最も近接する電極としては、隣接して配置されたトランジスタのうち一方トランジスタにおいては、ドレイン電極であるなら、他方のトランジスタにおいてもドレイン電極となっており、上記一方のトランジスタにおいてはソース電極であるならば、他方のトランジスタにおいてもソース電極となっている。しかし、閉ループ17を挟んで隣接して配置されたトランジスタにおいては、第1実施形態と同様に、閉ループ17に最も近接する電極は異種の電極となっていてもよい。   In the present embodiment, in the transistors arranged adjacent to each other with the closed loop 17 interposed therebetween, the electrode closest to the closed loop 17 is the same type of electrode as in the second embodiment. That is, as an electrode closest to the closed loop 17, if one of the adjacent transistors is a drain electrode, the other transistor is also a drain electrode. If it is a source electrode, it is also a source electrode in the other transistor. However, in the transistors arranged adjacent to each other with the closed loop 17 interposed therebetween, as in the first embodiment, the electrode closest to the closed loop 17 may be a different type of electrode.

一般に素子分離領域の材料にはSiOが用いられているが、SiOの熱伝導率は、シリコン単結晶と比較して1/100以下である。このため、SiOからなる素子分離領域を設けないほうが、放熱の観点からは優れている。したがって、第3実施形態に係るトランジスタは、高周波電力増幅器のトランジスタとして、第1および第2実施形態に係るトランジスタよりもさらに信頼性、低雑音、出力電力が優れていることが期待される。 In general, SiO 2 is used as the material of the element isolation region, but the thermal conductivity of SiO 2 is 1/100 or less compared to a silicon single crystal. For this reason, it is better from the viewpoint of heat dissipation not to provide an element isolation region made of SiO 2 . Therefore, the transistor according to the third embodiment is expected to be further superior in reliability, low noise, and output power as the transistor of the high-frequency power amplifier than the transistors according to the first and second embodiments.

第3実施形態においても、隣接して配置されたトランジスタとトランジスタの間には短絡された閉ループが配置されているが、第2実施形態との構成上の違いは、短絡された閉ループが素子を分離するために設けられたダミーゲート電極17を兼ねている点である。また、閉ループ17の内部には、その直下に設けられたN型拡散層29に接続された複数のループ内コンタクト27が設けられている。このループ内コンタクト27には金属配線が接続されており、この金属配線を介してトランジスタから発生した熱を拡散層29を介して外部に放出しやすくなる。また、ループ内コンタクト27には一定の電位が印加されているとともに、ループ内コンタクト27は格子状に配列されている。   Also in the third embodiment, a short-circuited closed loop is disposed between adjacent transistors, but the difference in configuration from the second embodiment is that the short-circuited closed loop has an element. It also serves as a dummy gate electrode 17 provided for separation. A plurality of in-loop contacts 27 connected to an N-type diffusion layer 29 provided immediately below the closed loop 17 are provided. A metal wiring is connected to the contact 27 in the loop, and heat generated from the transistor via the metal wiring is easily released to the outside through the diffusion layer 29. A constant potential is applied to the in-loop contacts 27, and the in-loop contacts 27 are arranged in a lattice pattern.

本実施形態も第1実施形態と同様に、シリコン基板上に形成されたMOS型トランジスタに大きな電力を投入した際にチャネルで生じる発熱を、効率的に外部に排出するため、チャネル温度の上昇を抑制し、出力の低下を防ぎ、熱雑音の影響を抑制することができる。また、隣接するトランジスタ間に形成される閉ループに誘起される逆起電力や寄生発振を抑制して、安定に動作するとともに信頼性に優れた高周波電力増幅器を得ることができる。   Similarly to the first embodiment, this embodiment also increases the channel temperature in order to efficiently discharge the heat generated in the channel when a large amount of power is applied to the MOS transistor formed on the silicon substrate. It is possible to suppress, prevent a decrease in output, and suppress the influence of thermal noise. Further, it is possible to obtain a high-frequency power amplifier that operates stably and has excellent reliability by suppressing back electromotive force and parasitic oscillation induced in a closed loop formed between adjacent transistors.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態による携帯型無線端末の送信回路のブロック図を図17に示す。本実施形態の携帯型無線端末は、第1乃至第3実施形態のいずれかの電力増幅器を備えている。この送信回路では、図示しないベースバンド回路から直交デジタル信号IとQを受け取り、局所発振器LOのミキサMIX1、MIX2において位相が90度異なるように高周波信号により変調される。そして、この変調された信号が加算器ADで加算された後、バンドパスフィルタBPFを通過する。バンドパスフィルタBPFを通過した信号は電力増幅器PAにより増幅され、アンテナANTから電磁波として輻射される。電力増幅器PAとして、第1乃至第3実施形態のいずれかの電力増幅器が用いられる。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 17 shows a block diagram of a transmission circuit of a portable wireless terminal according to the fourth embodiment of the present invention. The portable wireless terminal of this embodiment includes any one of the power amplifiers of the first to third embodiments. In this transmission circuit, orthogonal digital signals I and Q are received from a baseband circuit (not shown), and modulated by a high-frequency signal so that the phases differ by 90 degrees in the mixers MIX1 and MIX2 of the local oscillator LO. The modulated signal is added by the adder AD, and then passes through the band pass filter BPF. The signal that has passed through the bandpass filter BPF is amplified by the power amplifier PA and radiated as an electromagnetic wave from the antenna ANT. The power amplifier of any one of the first to third embodiments is used as the power amplifier PA.

以上説明したように、第1乃至第3実施形態のいずれかの高周波電力増幅器を用いることにより、熱雑音の影響が少なく、高周波動作が安定で、かつ信頼性に優れた携帯型無線端末を得ることができる。   As described above, by using the high-frequency power amplifier according to any one of the first to third embodiments, a portable wireless terminal that is less affected by thermal noise, stable in high-frequency operation, and excellent in reliability is obtained. be able to.

第1実施形態による高周波電力増幅器に係るMOSトランジスタのレイアウトを示す図。The figure which shows the layout of the MOS transistor which concerns on the high frequency power amplifier by 1st Embodiment. 第1実施形態による高周波電力増幅器に係るMOSトランジスタの断面図。Sectional drawing of the MOS transistor which concerns on the high frequency power amplifier by 1st Embodiment. 第1実施形態による高周波電力増幅器に係るMOSトランジスタの等価回路図。The equivalent circuit schematic of the MOS transistor which concerns on the high frequency power amplifier by 1st Embodiment. 第1実施形態の比較例に係るMOSトランジスタのレイアウトを示す図。The figure which shows the layout of the MOS transistor which concerns on the comparative example of 1st Embodiment. 比較例に係るMOSトランジスタの断面図。Sectional drawing of the MOS transistor which concerns on a comparative example. 比較例に係るMOSトランジスタの等価回路図。The equivalent circuit schematic of the MOS transistor which concerns on a comparative example. 第1実施形態と比較例における熱の収支と出力電力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the heat balance and output power in 1st Embodiment and a comparative example. 短絡された閉ループがある場合のレイアウトとループ電流を示す図。The figure which shows a layout and loop current in case there exists a shorted closed loop. 図8に示す切断線C−Cで切断した断面における発生される磁束を示す図。The figure which shows the magnetic flux produced | generated in the cross section cut | disconnected by the cutting line CC shown in FIG. 短絡された閉ループがない場合のレイアウトとループ電流を示す図。The figure which shows a layout and loop current when there is no shorted closed loop. 図10に示す切断線D−Dで切断した断面における発生される磁束を示す図。The figure which shows the magnetic flux produced | generated in the cross section cut | disconnected by the cutting line DD shown in FIG. 第2実施形態による高周波電力増幅器に係るMOSトランジスタのレイアウトを示す図。The figure which shows the layout of the MOS transistor which concerns on the high frequency power amplifier by 2nd Embodiment. 第2実施形態による高周波電力増幅器に係るMOSトランジスタの断面図。Sectional drawing of the MOS transistor which concerns on the high frequency power amplifier by 2nd Embodiment. 第2実施形態による高周波電力増幅器に係るMOSトランジスタの等価回路図。The equivalent circuit schematic of the MOS transistor which concerns on the high frequency power amplifier by 2nd Embodiment. 第3実施形態による高周波電力増幅器に係るMOSトランジスタのレイアウトを示す図。The figure which shows the layout of the MOS transistor which concerns on the high frequency power amplifier by 3rd Embodiment. 第3実施形態による高周波電力増幅器に係るMOSトランジスタの断面図。Sectional drawing of the MOS transistor which concerns on the high frequency power amplifier by 3rd Embodiment. 第4実施形態による携帯型無線端末の送信回路のブロック図。The block diagram of the transmission circuit of the portable radio | wireless terminal by 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 N型MOSトランジスタ
2 P型半導体基板
3 素子分離領域
4 素子領域
5 ドレイン領域
6 ソース領域
7 ゲート絶縁膜
12 ゲート電極
13 ドレイン電極
14 ソース電極
17 短絡された閉ループ
18 基板コンタクト
20 抵抗
21 隣接トランジスタ間を流れるループ電流
22 短絡された閉ループを流れるループ電流
23 隣接トランジスタ間を流れるループ電流により発生する磁束
24 短絡された閉ループを流れるループ電流により発生する磁束
25 短絡された閉ループと基板コンタクト間を接続するための配線用ビア
26 短絡された閉ループとソース間、あるいは短絡された閉ループとドレイン間の寄生容量
27 ループ内コンタクト
1 N-type MOS transistor 2 P-type semiconductor substrate 3 Element isolation region 4 Element region 5 Drain region 6 Source region 7 Gate insulating film 12 Gate electrode 13 Drain electrode 14 Source electrode 17 Shorted closed loop 18 Substrate contact 20 Resistance 21 Between adjacent transistors Loop current 22 flowing through the short-circuited closed loop 23 magnetic flux generated by the loop current flowing between adjacent transistors 24 magnetic flux generated by the loop current flowing through the short-circuited closed loop 25 Connecting the short-circuited closed loop and the substrate contact Wiring via 26 for parasitic capacitance 27 between shorted closed loop and source, or between shorted closed loop and drain 27 In-loop contact

Claims (8)

半導体基板上に並列に配置され、それぞれがソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を有する複数のMOSトランジスタと、
前記複数のMOSトランジスタのうち隣接するMOSトランジスタ間に設けられた短絡した導体からなる閉ループと、
を備え、前記複数のMOSトランジスタのソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極はそれぞれ並列に接続されていることを特徴とする高周波電力増幅器。
A plurality of MOS transistors arranged in parallel on a semiconductor substrate, each having a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode;
A closed loop comprising a short-circuited conductor provided between adjacent MOS transistors of the plurality of MOS transistors;
And a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode of the plurality of MOS transistors are connected in parallel, respectively.
前記閉ループは抵抗を介して定電圧源に接続されたことを特徴とする請求項1記載の高周波電力増幅器。   2. The high frequency power amplifier according to claim 1, wherein the closed loop is connected to a constant voltage source via a resistor. 前記複数のMOSトランジスタはそれぞれ素子分離領域によって分離された素子領域に形成され、前記閉ループは前記素子分離領域に形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の高周波電力増幅器。   3. The high-frequency power amplifier according to claim 1, wherein the plurality of MOS transistors are formed in element regions separated by element isolation regions, and the closed loop is formed in the element isolation region. 前記複数のMOSトランジスタはそれぞれ素子分離領域によって分離された素子領域に形成され、前記閉ループは一部分が前記素子領域に形成され残りの部分が前記素子分離領域に形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の高周波電力増幅器。   The plurality of MOS transistors are each formed in an element region separated by an element isolation region, and a part of the closed loop is formed in the element region and the remaining part is formed in the element isolation region. Item 3. The high frequency power amplifier according to Item 1 or 2. 前記複数のMOSトランジスタは同一の素子領域に形成され、前記閉ループは一部分がダミーのゲート電極であることを特徴とする請求項1または2記載の高周波電力増幅器。   3. The high frequency power amplifier according to claim 1, wherein the plurality of MOS transistors are formed in the same element region, and a part of the closed loop is a dummy gate electrode. 上記閉ループの少なくとも一部は上記複数のMOSトランジスタのゲート電極と同じ配線層で形成されることを特徴とする請求項4または5記載の高周波電力増幅器。   6. The high frequency power amplifier according to claim 4, wherein at least a part of the closed loop is formed of the same wiring layer as the gate electrodes of the plurality of MOS transistors. 前記閉ループに最も近接して配置される、隣接するMOSトランジスタの電極は、ソース電極またはドレイン電極であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の高周波電力増幅器。   7. The high-frequency power amplifier according to claim 1, wherein an electrode of an adjacent MOS transistor disposed closest to the closed loop is a source electrode or a drain electrode. 請求項1乃至7のいずれかに記載の電力増幅器を送信回路に備えたことを特徴とする携帯型無線端末。   A portable wireless terminal comprising the transmission circuit including the power amplifier according to claim 1.
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