JP7318474B2 - high frequency transistor - Google Patents
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Description
本発明は、高周波トランジスタに関する。 The present invention relates to high frequency transistors.
一般に、大電力を出力可能な高周波増幅器は、ゲート幅を広くした高周波トランジスタを用いて構成される。しかし、数MHz帯から数100GHz帯の高周波帯において、単にゲート幅を広くするだけでは寄生容量が大きくなりやすく利得が低下してしまう虞がある。そこで近年、開発者は、利得の低下しない程度にゲート幅を設計したトランジスタをユニットセルとし、ユニットセルを複数並列接続することで大電力を出力可能な高周波増幅器を構成している。 In general, high-frequency amplifiers capable of outputting high power are configured using high-frequency transistors with wide gate widths. However, in a high frequency band from several MHz to several 100 GHz, simply widening the gate width tends to increase the parasitic capacitance and may reduce the gain. Therefore, in recent years, developers have constructed a high-frequency amplifier capable of outputting a large amount of power by connecting a plurality of unit cells in parallel, using transistors whose gate width is designed so as not to reduce the gain.
非特許文献1には、ユニットセルの構成例が開示されている。非特許文献1に示される単一のユニットセルは、トランジスタコアを複数並列接続した構造とされている。ゲート配線は、上層から下層の金属層までヴィアを用いて接続されており、下層の金属層から平面的に二股分離されることで複数のトランジスタコアのゲートに接続されている。
Non-Patent
ドレイン配線は、上層側の三層の金属層を用いて平面的にトランジスタコアのゲート脇のドレイン領域直上まで引き回されると共に、当該上層側の金属層からトランジスタコアのドレイン領域までヴィアを用いて接続されている。ソース配線は、下層側の二層の金属層を用いてトランジスタコアのゲート脇のソース領域直上まで引き回されると共に、当該下層側の金属層からトランジスタコアのソース領域までヴィアを用いて接続されている。非特許文献1には、このようなユニットセルを複数並列接続した構造も記載されている。複数のユニットセルは、複数に枝分かれした比較的細長のゲート配線、及び細長のドレイン配線により接続されている。また複数のユニットセルは、平面的に比較的広い領域を用いてソース配線が接続されている。
The drain wiring is routed two-dimensionally to just above the drain region beside the gate of the transistor core using the three upper metal layers, and uses vias from the upper metal layer to the drain region of the transistor core. connected. The source wiring is routed to directly above the source region beside the gate of the transistor core using the two lower metal layers, and is connected from the lower metal layer to the source region of the transistor core using vias. ing. Non-Patent
ゲート配線、ソース配線は、それぞれ上層側の金属層にまとめられている。大電流を通電する高周波トランジスタは、グランドに大電流を通電するときに当該グランド領域のインピーダンスを極力低下させるように構成する必要がある。このため、グランド領域は膜厚が比較的厚く構成可能な上層の金属層に構成される。ソース接地型の高周波トランジスタを構成する場合、ソース端子はグランド領域に接続されるため、ソース配線は、比較的厚い上層の金属層を用いたグランド領域に接続される。 The gate wiring and the source wiring are grouped together in the metal layer on the upper layer side. A high-frequency transistor that conducts a large current must be constructed so as to reduce the impedance of the ground region as much as possible when conducting a large current to the ground. For this reason, the ground area is formed in an upper metal layer that can be formed with a relatively large film thickness. When configuring a source-grounded high-frequency transistor, the source terminal is connected to the ground region, so the source wiring is connected to the ground region using a relatively thick upper metal layer.
ゲート配線やドレイン配線などの信号配線も他の異なる層の金属層が用いられるが、グランド領域と接続されず、且つ当該グランド領域と交差するように配線される。このため、高周波トランジスタのソース電流は、ゲート配線やドレイン配線などの信号配線の延伸方向と直交する方向に流れるようにレイアウトを構成するのが一般的である。 Signal wirings such as gate wirings and drain wirings also use different metal layers, but are not connected to the ground area and are wired so as to intersect with the ground area. For this reason, the layout is generally configured so that the source current of the high-frequency transistor flows in the direction perpendicular to the extending direction of the signal wiring such as the gate wiring and the drain wiring.
非特許文献1記載の構造では、並列接続された複数のユニットセルのうち中央側のユニットセルからソース電流がその外側のユニットセルの中のソース配線にも流れ込むため、当該ソース電流がソース配線を構成する金属層の許容電流を超える虞がある。
In the structure described in
本開示の目的は、中央側のユニットセルから外側のユニットセルのソース配線に流れ込むソース電流を抑制できるようにした高周波トランジスタを提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a high-frequency transistor capable of suppressing the source current flowing from the central unit cell to the source wiring of the outer unit cell.
請求項1記載の発明は、ユニットセル(U1…U3;U1…U4;U1…U5)は、ソース領域(14)及びドレイン領域(13)を備えるトランジスタコア(3;503)を電気的に並列接続してなっている。ソース配線(6;206;306;406;506)は、ユニットセルの中のトランジスタコアのソース領域から第1金属層(16s)を用いて引き出している。ドレイン配線(5;505)は、ユニットセルの中のトランジスタコアのドレイン領域からソース配線と異なる第2金属層(16d)を用いて引き出している。ソース配線、ドレイン配線は、平面的にトランジスタ区分領域(2)に割り当てられている。ユニットセルは、ソース配線に流れるソース電流の主方向に離間して複数併設されると共に、ソース配線を構成する少なくとも一部の第1金属層が個々のユニットセルの構成領域の中でソース電流の主方向に沿って構成されている。 According to the first aspect of the invention, the unit cells (U1...U3; U1...U4; U1...U5) have transistor cores (3; 503) with source regions (14) and drain regions (13) electrically connected in parallel. Connected. The source wires (6; 206; 306; 406; 506) are drawn out from the source regions of the transistor cores in the unit cell using the first metal layer (16s). The drain wiring (5; 505) is led out from the drain region of the transistor core in the unit cell using a second metal layer (16d) different from the source wiring. A source wiring and a drain wiring are allocated to the transistor section area (2) in plan view. A plurality of unit cells are spaced apart in the main direction of the source current flowing through the source wiring, and at least a part of the first metal layer forming the source wiring is formed in the region forming the individual unit cells. Constructed along the main direction.
ソース配線は、トランジスタ区分領域において、複数併設されたユニットセルの間と、併設された最も外側のユニットセルの外側に離間してスリット(7…10;207,209,210;307…310;407,408,407a,408a,409,410)を備える。ソース配線に構成されるスリットが、主方向に交差する方向に沿ってトランジスタ区分領域の中に部分的に設けられている。請求項1記載の発明によれば、スリットがユニットセルの間のソース電流の通電経路を遮断するため、中央側のユニットセルから外側のユニットセルのソース配線に流れ込むソース電流を抑制できる。 In the transistor segmented area, the source wiring is spaced between the plurality of unit cells arranged side by side and outside the outermost unit cell arranged side by side. , 408, 407a, 408a, 409, 410). A slit formed in the source line is partially provided in the transistor section region along a direction crossing the main direction. According to the first aspect of the present invention, the slit cuts off the conduction path of the source current between the unit cells, so that the source current flowing from the central unit cell to the source wiring of the outer unit cell can be suppressed.
以下、幾つかの実施形態を示す。以下に説明する各実施形態において、同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。なお、XYZの3次元方向を図1のように定義して説明する。XYZ方向は3次元方向で互いに直交交差する方向を示す。 Several embodiments are shown below. In each of the embodiments described below, the same or similar reference numerals are assigned to configurations that perform the same or similar operations, and description thereof will be omitted as necessary. The three-dimensional directions of XYZ are defined as shown in FIG. 1 and explained. The XYZ directions are three-dimensional directions that intersect each other at right angles.
(第1実施形態)
図1に例示したように、高周波トランジスタ1は、当該高周波トランジスタに区分されたトランジスタ区分領域2(以下、区分領域2と略す)に設けられており、当該区分領域2の内側にユニットセルU1…U3をY方向に複数併設して構成されている。ユニットセルU1は、複数のトランジスタコア3(以下、コア3と略す)を電気的に並列接続した構造とされている。ユニットセルU2、U3もまたユニットセルU3と同様の構造とされている。
(First embodiment)
As illustrated in FIG. 1, the high-
図2、図3、図4には、図1に示す高周波トランジスタ1の中のゲート配線4、ドレイン配線5、ソース配線6の平面構造をそれぞれハッチングを付して強調表示しており、図1には符号を省略している。
図2に例示したように、複数のユニットセルU1…U3のゲート配線4は、その基部Gが区分領域2の中のX方向の一端に設けられており、この基部Gから区分領域2の外部の他の回路構造(図示せず)に接続されている。複数のユニットセルU1…U3のゲート配線4は、少なくとも区分領域2の中のソース配線6(図4参照)の幅よりも全体的に比較的狭い配線幅で構成され、当該ゲート配線4の基部Gから副基部G1…G3に向けて平面的にY方向に三股分離されるように配線されている。
In FIGS. 2, 3, and 4, the planar structures of the
As illustrated in FIG. 2, the
図3に例示したように、複数のユニットセルU1…U3のドレイン配線5は、その基部Dが区分領域2の中のX方向の他端に設けられており、この基部Dから区分領域2の外部の他の回路構造(図示せず)に接続されている。複数のユニットセルU1…U3のドレイン配線5は、少なくとも区分領域2の中のソース配線6(図4参照)の幅よりも全体的に比較的狭い配線幅で構成され、当該ドレイン配線5の基部Dから副基部D1…D3に向けて平面的にY方向に三股分離されるように配線されている。
As illustrated in FIG. 3, the
図4に例示したように、複数のユニットセルU1…U3のソース配線6は、区分領域2の中では低インピーダンスとなるように広範囲に渡り構成されている。また、ゲート配線4及びドレイン配線5とグランド配線とがソース配線6以外で交差しないように立体的に配置されている。
As illustrated in FIG. 4, the
区分領域2を平面的に観察した場合、ソース配線6には複数のユニットセルU1…U3の各間にそれぞれスリット7、8が設けられると共に、Y方向両端のユニットセルU1、U3のY方向外側に離間してスリット9、10がそれぞれ設けられている。X方向に沿って考慮した場合、スリット7…10は、それぞれ高周波トランジスタ1の区分領域2の例えば中央部分に部分的に設けられている。
When the divided
図5に断面を例示したように、高周波トランジスタ1は表層にnウェル11bを構成すると共に、nウェル11bの内側表層にpウェル11aを構成したシリコン基板11を用いて構成されている。各ユニットセルU1…U3のコア3は、シリコン基板11の上にゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極12を備えると共に、ゲート電極12のX方向両脇に位置してシリコン基板11の表層にそれぞれn型のドレイン領域13、ソース領域14を備える。図2~図4に例示したように、各コア3のゲート電極12、ドレイン領域13、及びソース領域14は、各ユニットセルU1…U3のY方向に沿って細長に構成されている。
As shown in cross section in FIG. 5, the high-
図5に例示したように、コア3はX方向に離間して併設されている。併設されたコア3は、X方向に隣り合うコア3の間においてドレイン領域13を共用するように構成されている。また併設されたコア3は、X方向に隣り合うコア3の間においてソース領域14を共用するように構成されている。各コア3のゲート電極12、ドレイン領域13、及びソース領域14は、図2~図4に例示したように、Y方向に隣接するユニットセルU1…U3の間で所定の距離を保って互いに分断されている。
As illustrated in FIG. 5, the
以下では、シリコン基板11の上にヴィア15g、15d、15sを介して金属層16g、16d、16sをそれぞれ積層した各レイヤを第1層L1~第8層L8と称し、ゲート配線4、ドレイン配線5、ソース配線6の構造例を説明する。
Hereinafter, each layer obtained by stacking
ゲート電極12は、図2に例示したように、各ユニットセルU1…U3の中でY方向に延伸して構成されており、各ゲート電極12は各ユニットセルU1…U3のそれぞれY方向両端部においてヴィアコンタクト15gcに結合されている。
As illustrated in FIG. 2, the
他方、各ユニットセルU1…U3のゲート配線4は、図2に示す副基部G1…G3において、図5に例示したように第7層L7から第1層L1まで金属層16g及びヴィア15gの積層構造により接続されている。そしてゲート配線4は、図2に例示したように、第1層L1からそれぞれ平面的にY方向に二股分離されており、第1層L1において二股分離端部からX方向他端方向に延伸するように配線されている。そしてゲート配線4は、ヴィアコンタクト15gcを通じて複数のコア3のゲート電極12に電気的に接続されている。
On the other hand, the
図3に例示するように、各ユニットセルU1…U3のドレイン配線5は、副基部D1…D3からそれぞれX方向一端方向に延伸するように配線されている。図5に例示したように、各ユニットセルU1…U3のドレイン配線5は、上層側の第4層L4~第7層L7の金属層16dを用いて平面的にコア3のゲート電極12の脇のドレイン領域13の直上まで引き回されると共に、第4層L4からコア3のドレイン領域13まで金属層16d及びヴィア15dの積層構造により電気的に接続されている。また図6に示す断面では、第4層L4から第7層L7にかけてドレイン配線5が構成されているが、ソース配線6と3次元方向(Z方向)に分離して配置されている。
As illustrated in FIG. 3, the
図4に例示するように、各ユニットセルU1…U3のソース配線6は、第1層L1…第3層L3の金属層16s(第1金属層相当)を用いてコア3のゲート電極12の脇のソース領域14の直上まで引き回されると共に、第1層L1…第3層L3から金属層16s及びヴィア15sの積層構造を用いてコア3のソース領域14まで電気的に接続されている。ソース配線6は、図6に例示する断面において、第2層L2及び第3層L3にてY方向の概ね全方向に渡って連続的に構成され、ソース配線6の主電流は全体的にY方向に沿って流れる。
As illustrated in FIG. 4, the
図4に例示したように、ソース配線6は、区分領域2の中のX方向両端に位置して、Y方向に沿う主ソース配線部6aを備える。主ソース配線部6aは、Y方向両外方に設けられたヴィアV(S)(図6参照:図4には図示せず)の間にソース電流Isの主電流を通電する配線部である。
As illustrated in FIG. 4, the
第1スリット7…第4スリット10が、ソース配線6を流れるソース電流Isを調整するために設けられているが、主ソース配線部6aはスリット7…10の非形成領域に設けられている。
ソース配線6は、Y方向に併設された各ユニットセルU1及びU2、U2及びU3の各間に、第1中太ソース配線部6b、第2中太ソース配線部6cをそれぞれ備えている。第1中太ソース配線部6b及び第2中太ソース配線部6cは、それぞれX方向に沿って延伸され、区分領域2の中のX方向両端に位置した主ソース配線部6aに連結して一体化されている。
The
またソース配線6は、Y方向に併設されたユニットセルU1…U3のうちY方向一端部に位置するユニットセルU1の外側で且つ区分領域2の内側に第3中太ソース配線部6dを備える。第3中太ソース配線部6dは、X方向に沿って延伸されており、区分領域2の中のX方向両端に位置した主ソース配線部6aに連結して一体化されている。
The
またソース配線6は、Y方向に併設されたユニットセルU1…U3のうちY方向他端部に位置するユニットセルU3の外側で且つ区分領域2の内側に第4中太ソース配線部6eを備える。第4中太ソース配線部6eは、X方向に沿って延伸されており、区分領域2の中のX方向両端に位置した主ソース配線部6aに連結して一体化されている。
The
ソース配線6は、第1中太ソース配線部6bと第3中太ソース配線部6dとの間にY方向に沿って複数の細長ソース配線部6f1を備えている。ソース配線6は、第1中太ソース配線部6bと第2中太ソース配線部6cとの間にY方向に沿って複数の細長ソース配線部6f2を備えている。ソース配線6は、第2中太ソース配線部6cと第4中太ソース配線部6eとの間にY方向に沿って複数の細長ソース配線部6f3を備えている。これらの細長ソース配線部6f1、6f2、6f3は、図4の中でX方向に離間して複数設けられており、それぞれソース配線識別符号A…Iを付して示している。
The
各ユニットセルU1…U3の中では、各細長ソース配線部6f1…6f3はY方向に沿って延伸されており、各細長ソース配線部6f1…6f3は、X方向に離間して併設されている。細長ソース配線部6f1…6f3を構成する金属層16sは、各ユニットセルU1…U3の構成領域の中においてソース電流Isの流れる主方向に沿って構成されている。
In each unit cell U1 . . . U3, each elongated source wiring portion 6f1 . The
各ユニットセルU1…U3の各細長ソース配線部6f1…6f3は、同一のソース配線識別符号A…Iを付した細長ソース配線部6f1…6f3についてその中心線が一致するように配置されている。 6f3 of the unit cells U1 . . . U3 are arranged so that the center lines of the elongated source wiring portions 6f1 . . .
第1中太ソース配線部6b及び第2中太ソース配線部6cには、それぞれ第1スリット7、第2スリット8がX方向に沿って構成されている。第1スリット7及び第2スリット8は、それぞれ、ユニットセルU1及びU2、U2及びU3の各間においてソース配線6を部分的に分断するように構成される。
A
第3中太ソース配線部6d及び第4中太ソース配線部6eには、それぞれ第3スリット9、第4スリット10がX方向に沿って構成されている。第3スリット9は、区分領域2の中において併設された最も外側のユニットセルU1のY方向の外側に離間して構成される。第4スリット10もまた、区分領域2の中において併設された最も外側のユニットセルU3のY方向の外側に離間して構成される。第3スリット9及び第4スリット10は、ユニットセルU1、U3の各外側においてソース配線6を部分的に分断するように構成される。
A
本実施形態においては、第1スリット7…第4スリット10は、それぞれX方向に沿って連続的な一本の間隙により構成されている。それぞれの第1スリット7…第4スリット10は、X方向に沿って連続的な一本の間隙により構成されている必要はなく、例えば二本、三本等、複数設けられていても良い。
In this embodiment, each of the
また図6に例示した断面では、シリコン基板11のソース領域14の上に第1層L1から第3層L3にかけてソース配線6のヴィア15s及び金属層16sの積層構造が構成されている。このソース配線6のヴィア15s及び金属層16sの積層構造の上方にはドレイン配線5が構成されている。各ユニットセルU1…U3のヴィア15s及び金属層16sの積層構造は、スリット7、8により互いに分断されている。
In the cross section illustrated in FIG. 6, a laminated structure of vias 15s of the
他方、ヴィアV(S)の下側の第7層L7から第2層L2にかけてヴィア15s及び金属層16sの積層構造が構成されている。ヴィアV(S)の下側に設けられたヴィア15s及び金属層16sの積層構造と、ソース領域14の上のヴィア15s及び金属層16sの積層構造との間はスリット9、10により互いに分断されている。
On the other hand, from the seventh layer L7 below the via V(S) to the second layer L2, a via 15s and a
上記構造の高周波トランジスタ1のドレイン電流Id、ソース電流Isの流れを説明する。ミリ波帯のレーダに適用する場合を考慮し、高周波増幅器30が、図7に例示したように、例えばミリ波帯で使用可能なMOSトランジスタM1、M2がソース接地型に接続されている場合を考える。図7に例示したMOSトランジスタM1、M2は、それぞれ前述した高周波トランジスタ1の構造となっている。
The flow of the drain current Id and the source current Is of the high-
高周波増幅器30は、高周波トランス20…23を備える。高周波トランス20、21は、入力した差動交流信号Inを一対のMOSトランジスタM1、M2の各ゲート電極12に通電するように接続されている。またバイアス電圧Vgsが、高周波トランス20、21を通じてMOSトランジスタM1、M2の各ゲート電極12に印加されている。
A high-
また、直流ドレインソース間バイアス電圧Vdsが、高周波トランス22、23を通じてMOSトランジスタM1、M2のドレイン配線5に印加されている。高周波トランス22、23は、一対のMOSトランジスタM1、M2のドレイン配線5から差動交流信号Outを出力する。このとき、各MOSトランジスタM1、M2においては、ドレイン電流Id及びソース電流Isがゲート配線4に印加されたバイアス電圧Vgsに応じて流れる。
Also, a DC drain-source bias voltage Vds is applied to the
図1に平面構造を例示した半導体デバイス上では、ドレイン電流Idがドレイン配線5から高周波トランジスタ1のコア3のドレイン領域13に流れると、ソース電流Isがコア3を介してソース配線6に流れ出す。ソース電流Isは、主に図1中のY方向の上下両方向に向けて流れる。しかし、各ユニットセルU1及びU2、U2及びU3の間には、第1スリット7、第2スリット8が設けられているため、ソース電流Isは、図1中のY方向に沿う通電が第1スリット7及び第2スリット8によって部分的に遮断されることになる。
On the semiconductor device whose planar structure is illustrated in FIG. 1, when the drain current Id flows from the
従って、例えば、ユニットセルU2に流れるソース電流Isは、区分領域2の中において第1スリット7、第2スリット8のX方向両外側の主ソース配線部6aを流れ、ユニットセルU1、U3の細長ソース配線部6f1、6f3を通電しにくくなる。これにより、各ユニットセルU1、U3の内部に流れるソース電流Isを、細長ソース配線部6f1、6f3を構成する金属層16sの許容電流未満に抑制できる。
Therefore, for example, the source current Is flowing through the unit cell U2 flows through the main
<シミュレーション結果>
発明者は、シミュレーションツールを用いて電磁界解析を行うことで細長ソース配線部6f1…6f3に流れる電流分布のシミュレーション結果を得ている。発明者は、図8の中の細長ソース配線部6f1…6f3の各観測点におけるソース電流Isを観測している。観測値I1…I6参照。ソース電流Isの方向は、図8のY方向の上方向を正電流、Y方向の下方向を負電流と定義している。
<Simulation result>
The inventor obtained simulation results of current distribution flowing through the elongated source wiring portions 6f1 . . . 6f3 by performing an electromagnetic field analysis using a simulation tool. The inventor observes the source current Is at each observation point of the elongated source wiring portions 6f1 . . . 6f3 in FIG. See observations I1...I6. As for the direction of the source current Is, the upward direction in the Y direction in FIG. 8 is defined as a positive current, and the downward direction in the Y direction is defined as a negative current.
図9はスリット7…10を設けていない場合(スリット無)のシミュレーション結果と、スリット7…10を設けた場合(スリット有)のシミュレーション結果を示している。また、図9中に示した細長ソース配線部6f1…6f3の識別符号は、前述したようにX方向に沿って併設したソース配線識別符号A…Iを表している。
FIG. 9 shows a simulation result when the
図9から明らかなように、中段のユニットセルU2の観測値I3、I4によれば、ソース電流Isはスリット有無に拘わらずY方向の上下方向に沿って流れることがわかる。また、外側のユニットセルU1の観測値I1、I2によれば、スリット無条件においてソース電流IsがY方向の上方向に流れることがわかる。特に、ユニットセルU1の中央付近のソース配線識別符号(例えばC~G)の細長ソース配線部6f1に流れるソース電流Isは中央側のユニットセルU2からY方向上方向に流れる電流の影響を受けやすい。このため、細長ソース配線部6f1のソース電流Isが正方向に増加していることがわかる。 As is clear from FIG. 9, according to the observed values I3 and I4 of the middle unit cell U2, the source current Is flows along the vertical direction in the Y direction regardless of the presence or absence of the slit. Also, according to the observed values I1 and I2 of the outer unit cell U1, it can be seen that the source current Is flows upward in the Y direction under the unconditional slit. In particular, the source current Is flowing through the elongated source wiring portion 6f1 of the source wiring identification code (for example, C to G) near the center of the unit cell U1 is susceptible to the current flowing upward in the Y direction from the central unit cell U2. . Therefore, it can be seen that the source current Is of the elongated source wiring portion 6f1 increases in the positive direction.
他方、スリット有条件におけるユニットセルU1の観測値I2は、ソース配線識別符号A~Iの全細長ソース配線部6f1にて負の値を示しており、観測値I1の正の値を相殺するように流れていることを観察できる。すなわち、区分領域2の中にスリット7…10が設けられたことで、ソース電流IsがY方向の上下方向に分配して流れており、この結果、各細長ソース配線部6f1に流れるソース電流Isを抑制できることが確認された。
On the other hand, the observed value I2 of the unit cell U1 under the condition with slits shows a negative value in all the elongated source wiring portions 6f1 of the source wiring identification codes A to I, so that the positive value of the observed value I1 is offset. It can be observed that the That is, the
また、外側のユニットセルU3のソース電流Isの観測値I5、I6は、スリット無条件においてY方向の下方向に流れていることがわかる。特に、スリット無条件におけるユニットセルU3の中央付近の識別符号(例えばC~G)の細長ソース配線部6f3に流れるソース電流Isは中央側のユニットセルU2からY方向下方向に流れる電流の影響を受けやすい。このため、細長ソース配線部6f3のソース電流Isは負方向に増加していることがわかる。 Also, it can be seen that the observed values I5 and I6 of the source current Is of the outer unit cell U3 flow downward in the Y direction under the slit condition. In particular, the source current Is flowing through the elongated source wiring portion 6f3 of the identification code (for example, C to G) near the center of the unit cell U3 under no slit conditions is influenced by the current flowing downward in the Y direction from the unit cell U2 on the center side. easy to receive. Therefore, it can be seen that the source current Is of the elongated source wiring portion 6f3 increases in the negative direction.
他方、スリット有条件におけるユニットセルU3の観測値I5は、ソース配線識別符号A…Iの全細長ソース配線部6f3において正の値を示しており、観測値I6の負の値を相殺するように流れていることが観察できる。すなわち、区分領域2の中にスリット7…10が設けられたことで、ソース電流IsがY方向の上下方向に分配して流れており、この結果、各細長ソース配線部6f3に流れるソース電流Isを抑制できることが確認された。
On the other hand, the observed value I5 of the unit cell U3 under the condition with slits shows a positive value in all the elongated source wiring portions 6f3 of the source wiring identification codes A . You can see it flowing. 10 are provided in the
本実施形態によれば、スリット7…10がソース電流Isの流れる主方向に直交するX方向に沿って区分領域2の中に部分的に設けられているため、スリット7…10がユニットセルU1…U3の間のソース電流Isの通電経路を遮断できる。これにより、中央側のユニットセルU2から外側のユニットセルU1、U3の細長ソース配線部6f1、6f3に流れ込むソース電流Isを抑制できる。細長ソース配線部6f1、6f3を構成する金属層16sの許容電流未満に抑制できる。
According to this embodiment, the
(第2実施形態)
図10は第2実施形態を例示している。図10に例示した高周波トランジスタ201は、偶数、例えば4つのユニットセルU1…U4を備える。ソース配線6に代わるソース配線206が、図10に示すように構成されている。ソース配線206には、偶数個のユニットセルU1…U4の周辺に位置して、第1スリット207、第2スリット209、及び第3スリット210が図示形態により構成されている。
(Second embodiment)
FIG. 10 illustrates the second embodiment. The
ユニットセルU1…U4は、区分領域2のY方向に離間して順に併設されている。第1スリット207は、ユニットセルU2及びU3の間の区分領域2のY方向中央に位置してX方向に沿って部分的に構成される。第2スリット209は、第1スリット207からY方向の上方向に複数(2つ)のユニットセルU2、U1を跨いだ位置に構成されている。第2スリット209は、区分領域2の中で最も外側のユニットセルU1の外側に離間して部分的に構成されている。
The unit cells U1 . . . U4 are spaced apart in the Y direction of the
また第3スリット210は、第1スリット207からY方向の下方向に複数(2つ)のユニットセルU3、U4を跨いだ位置に構成され、区分領域2の中で最も外側のユニットセルU3の外側に離間して部分的に構成されている。その他の構造は、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
The
本実施形態の高周波トランジスタ201は、隣り合う第1スリット207及び第2スリット209の間に、併設された複数のユニットセルU2、U1を設けている。また、高周波トランジスタ201は、隣り合う第1スリット207及び第3スリット210の間に、併設された複数のユニットセルU3、U4を設けている。
The high-
このような高周波トランジスタ201によれば、例えば第1実施形態の構造に比較して区分領域2の中の単位面積当たりのスリット207、209、210の数や構成領域を削減できる。このため、ソース配線206のインピーダンスを下げることができ、高周波トランジスタ201の利得を上げることができる。また、本実施形態によれば、前述実施形態と同様に中央側のユニットセルU2、U3から外側のユニットセルU1、U4のソース配線206に流れ込む電流を抑制、制限できる。
According to such a high-
(第3実施形態)
図11は第3実施形態を例示している。図11に例示した高周波トランジスタ301は、奇数、例えば5つのユニットセルU1…U5を備える。ソース配線6に代わるソース配線306が、図11に示すように構成されている。ソース配線306には、奇数個のユニットセルU1…U5の周辺に位置して、第1スリット307、第2スリット308、第3スリット309、及び第4スリット310が図示形態で構成されている。
(Third embodiment)
FIG. 11 illustrates the third embodiment. The
ユニットセルU3は区分領域2のY方向中央に設けられている。またユニットセルU2は当該ユニットセルU3のY方向の上側に離間して併設されている。またユニットセルU1は当該ユニットセルU2のY方向の上側に離間して併設されている。またユニットセルU4は当該ユニットセルU3のY方向の下側に離間して併設されている。またユニットセルU5は当該ユニットセルU4のY方向の下側に離間して併設されている。各ユニットセルU1…U5は、それぞれ細長ソース配線部6f1…6f5を備える。これらの細長ソース配線部6f1…6f5の構造は、第1実施形態の細長ソース配線部6f1…6f3の構造に準じているため説明を省略する。
The unit cell U3 is provided in the center of the divided
第1スリット307…第4スリット310が、それぞれX方向に沿って構成されている。第1スリット307及び第2スリット308は、区分領域2の中央に設けられたユニットセルU3のY方向の上下方向両側に離間して構成されている。
A
第3スリット309は、第1スリット307からY方向の上方向に複数(2つ)のユニットセルU2、U1を跨いだ領域に構成され、最も外側のユニットセルU1の外側に離間して構成されている。また第4スリット310は、第2スリット308からY方向の下方向に複数(2つ)のユニットセルU4、U5を跨いだ領域に構成され、最も外側のユニットセルU5の外側に離間して構成されている。その他の構造は、第1実施形態に準じた構造であるため、説明を省略する。
The
本実施形態の高周波トランジスタ301によれば、隣り合うスリット307及び309の間に、併設された複数のユニットセルU2及びU1を設けている。高周波トランジスタ301は、隣り合うスリット308及び310の間に、併設された複数のユニットセルU4及びU5を設けている。
According to the high-
このような高周波トランジスタ301によれば、例えば隣り合うユニットセルU1…U5の間に全てスリットを設けた構造に比較して、区分領域2の中の単位面積当たりのスリット307…310の数や構成領域を削減できる。このため、全体のソース配線306のインピーダンスを下げることができ、高周波トランジスタ301の利得を上げることができる。
According to the high-
また本実施形態によれば、前述実施形態と同様に中央側のユニットセルU3から外側のユニットセルU2及びU1の細長ソース配線部6f2及び6f1、ユニットセルU4及びU5の細長ソース配線部6f4及び6f5に流れ込む電流を抑制、制限できる。 Further, according to the present embodiment, as in the previous embodiment, the elongated source wiring portions 6f2 and 6f1 of the unit cells U2 and U1 outside the central unit cell U3 and the elongated source wiring portions 6f4 and 6f5 of the unit cells U4 and U5 are arranged. can suppress and limit the current flowing into the
(第4実施形態)
図12は第4実施形態を例示している。図12に例示した高周波トランジスタ401は、奇数、例えば5つのユニットセルU1…U5を備える。ソース配線6に代わるソース配線406が、図12に例示するように構成されている。ソース配線406には、奇数個のユニットセルU1…U5の周辺に位置して、第1スリット407、第2スリット408、第3スリット407a、第4スリット408a、第5スリット409、及び第6スリット410が図示形態で構成されている。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 illustrates a fourth embodiment. The
ユニットセルU1…U5の配置構造は、第3実施形態のユニットセルU1…U5の配置構造と同様であるため説明を省略する。また各ユニットセルU1…U5は、それぞれ細長ソース配線部6f1…6f5を備えるが、これらの細長ソース配線部6f1…6f5の構造は、第3実施形態の細長ソース配線部6f1…6f5の構造と同様であるため説明を省略する。 The layout structure of the unit cells U1 . . . U5 is the same as the layout structure of the unit cells U1 . Each unit cell U1 . . . U5 has an elongated source wiring portion 6f1 . Therefore, the explanation is omitted.
これらの第1スリット407…第6スリット410は、それぞれX方向に沿って構成されている。第1スリット407及び第2スリット408は、区分領域2の中央に設けられたユニットセルU3のY方向の上下方向両側に離間して構成されている。
These
第3スリット407aは、第1スリット407からY方向の上方向に1つのユニットセルU2を跨いだ領域に構成されている。また第4スリット408aは、第2スリット408からY方向の下方向に1つのユニットセルU4を跨いだ領域に構成されている。第5スリット409は、第3スリット407aからY方向の上方向に1つのユニットセルU1を跨いだ領域に構成され、最も外側のユニットセルU1の外側に離間して構成されている。また第6スリット410は、第4スリット408aからY方向の下方向に1つのユニットセルU5を跨いだ領域に構成され、最も外側のユニットセルU5の外側に離間して構成されている。第1スリット407…第6スリット410は、それぞれの長さが区分領域2の中央部からY方向の上下方向へ離れるに従って長く構成されている。言い換えると、第1スリット407…第6スリット410は、ソース電流Isの主電流の流れる下流側に向けて長くなるように構成されている。
The
例えば、第1スリット407及び第2スリット408のX方向長は第1長W1に設定されている。第3スリット407a及び第4スリット408aのX方向長は第1長W1よりも長い第2長W2に設定されている。第5スリット409及び第6スリット410のX方向長は第2長W2よりも長い第3長W3に設定されている。Y方向の上下方向へ離れるに従って長く構成されていれば、第1スリット407…第6スリット410の各X方向長の関係性はこの限りではない。その他の構造は、第1実施形態に準じた構造であるため説明を省略する。
For example, the X-direction lengths of the
図13は観測値I7…I16の観測ポイントを示すと共に、図14はソース電流Isの観測値I7…I16のシミュレーション結果を示している。図14には、本実施形態に係る構造を採用した場合のソース電流Isと、全ての第1スリット407…第6スリット410のX方向長が同じ場合のソース電流Isとを併記している。
FIG. 13 shows observation points of observed values I7 . . . I16, and FIG. 14 shows simulation results of observed values I7 . FIG. 14 shows both the source current Is when the structure according to the present embodiment is employed and the source current Is when all the
第4実施形態の構造によれば、X方向最外側のソース配線識別符号A及びIの観測値I7及びI8、I15及びI16が抑制されていることが確認された。これは、ソース電流Isが、中央側のユニットセルU3から外側のユニットセルU1、U2、U4、U5へ向けて流れるときに、X方向両端に位置する主ソース配線部6aを流れやすくなり、ユニットセルU1、U2、U4、U5の内側の細長ソース配線部6f1、6f2、6f4、6f5へ流れ込むソース電流Isを抑えられるためである。
According to the structure of the fourth embodiment, it was confirmed that the observed values I7 and I8, I15 and I16 of the source line identification codes A and I on the outermost side in the X direction are suppressed. This is because, when the source current Is flows from the central unit cell U3 toward the outer unit cells U1, U2, U4, and U5, it easily flows through the main
本実施形態によれば、ソース配線406に構成される第1スリット407…第6スリット410のX方向長が、区分領域2の外側に向かうに従って長く構成されているため、前述実施形態の構成に比較して、細長ソース配線部6f1、6f2、6f4、6f5へ流れ込むソース電流Isを抑制できる。
According to this embodiment, since the X-direction lengths of the
(第5実施形態)
図15は第5実施形態を例示している。図15に示す高周波トランジスタ501は、パワーCMOSトランジスタによる平面構造を模式的に示している。高周波トランジスタ501の区分領域2には、複数(3つ)のユニットセルU51…U53がY方向に併設されている。各ユニットセルU51…U53は、複数のトランジスタコア503(以下、コア503と略す)を電気的に並列接続した構造とされている。
(Fifth embodiment)
FIG. 15 illustrates the fifth embodiment. A high-
複数のユニットセルU1…U3のゲート配線504は、その基部Gが区分領域2のX方向の一端に設けられており、この基部Gから区分領域2の外部の他の回路構造(図示せず)に接続されている。複数のユニットセルU51…U53のゲート配線504は、基部Gから副基部G1…G3に向けて平面的に三股分離されるように配線されている。
The
副基部G1…G3において、各ユニットセルU1…U3のゲート配線504は、第7層L7から第1層L1までヴィア15g及び金属層16gの積層構造を用いて接続されている。ゲート配線504は、第1層L1では格子枠状(その他、メッシュ状、網目状とも称される)に構成されている。以下では、第1層L1のこの部分を格子枠状部504gaと称する。ゲート配線504の格子枠状部504gaは、そのX方向一端で且つY方向中心側の一部領域がヴィア15gを通じて副基部G1…G3にそれぞれ接続されている。
In the sub-bases G1...G3, the
ゲート配線504の格子枠状部504gaの各枠内には、シリコン基板11の表層にドレイン領域13及びソース領域14が構成されている。平面的には、ドレイン領域13は枠内にジグザグ配置されており、ソース領域14は、配置されたドレイン領域13以外の枠内にジグザグ配置されている。このため、格子枠状のゲート配線504のX方向の一方の脇のシリコン基板11の表層がソース領域14に構成されており、当該ゲート配線504のX方向の他方の脇のシリコン基板11の表層がドレイン領域13として構成されている。
A
またX方向に隣り合うコア503は、ソース領域14又はドレイン領域13を共用して構成されている。またY方向に隣り合うコア503もまた、ソース領域14又はドレイン領域13を共用して構成されている。
The
各ユニットセルU51…U53は、そのゲート配線504の格子枠状部504gaがメッシュ状のレイアウト構造により構成されている。ユニットセルU51…U53を構成する各コア503は、そのソース領域14又はドレイン領域13がゲート配線504の格子枠状部504gaにより囲われた構造となっている。
Each of the unit cells U51 . . . U53 has a lattice frame-like portion 504ga of the
また複数のユニットセルU51…U53のドレイン配線505は、その基部Dが区分領域2の中のX方向の他端に設けられており、この基部Dから区分領域2の外部の他の回路構造(図示せず)に接続されている。複数のユニットセルU51…U53のドレイン配線505は、基部Dから副基部D1…D3に向けて平面的にY方向に三股分離されるように配線されている。
The
各ユニットセルU51…U53のドレイン配線505は、上層側の第4層L4…第7層L7の金属層16d(第2金属層相当)を用いて平面的に前述のジグザグ配置されたドレイン領域13の直上まで引き回されると共に、第4層L4からドレイン領域13まで金属層16d及びヴィア15dの積層構造により接続されている。
The
複数のユニットセルU1…U3のソース配線506は、少なくとも前述のゲート配線504及びドレイン配線505より低インピーダンスとなるように広範囲に渡り構成されている。ソース配線506は、第2層L2及び第3層L3の金属層16sを用いてコア503の格子枠状部504gaの脇のソース領域14の直上まで引き回されると共に、第2層L2及び第3層L3から第1層L1を通じてソース領域14まで金属層16s及びヴィア15sの積層構造により接続されている。ソース配線506の断面構造は、第1実施形態に係る図5及び図6の説明に準じて詳細な説明を省略するが、第2層L2及び第3層L3にてY方向の概ね全方向に渡って連続的に構成され、ソース配線506の主電流は全体的にY方向に沿って流れる。
The source wirings 506 of the plurality of unit cells U1 . The
ソース配線6は、区分領域2の中のX方向両端に位置して、Y方向全体に沿って主ソース配線部506aを備える。主ソース配線部506aは、区分領域2のY方向両外方に設けられたヴィアV(S)(図6参照:図15には図示せず)の間にソース電流Isの主電流を通電する配線部である。
The
なお図4に示したように、第1スリット7…第4スリット10が、ソース配線6を流れるソース電流Isの主電流を調整するために設けられているが、主ソース配線部6aはスリット7…10の非形成領域に位置して設けられている。
As shown in FIG. 4, the
ソース配線506の第1中太ソース配線部506b…第4中太ソース配線部506eの構造は、第1実施形態に示した第1中太ソース配線部6b…第4中太ソース配線部6eの構造と同様であるため説明を省略する。
The structure of the first medium-thick
ソース配線506は、第1中太ソース配線部506bと第3中太ソース配線部506dとの間に、Y方向に沿ってソース電流Isの主電流が流れるように細長ソース配線部506f1を設けている。ソース配線506は、第1中太ソース配線部506bと第2中太ソース配線部506cとの間に、Y方向に沿ってソース電流Isの主電流が流れるように細長ソース配線部506f2を設けている。ソース配線506は、第2中太ソース配線部506cと第4中太ソース配線部506eとの間に、Y方向に沿ってソース電流Isの主電流が流れるように細長ソース配線部506f3を設けている。これらの細長ソース配線部506f1…506f3を構成する少なくとも一部の金属層16sが、ユニットセルU51…U53の構成領域の中においてソース電流Isの流れる主方向に沿って構成されている。
The
各ユニットセルU51…U53において、各細長ソース配線部506f1…506f3は、各ユニットセルU51…U53のY方向中央付近においてXY斜め方向に沿って延伸されており、ジグザグ配置されたシリコン基板11のソース領域14の直上を跨いで配線されている。各細長ソース配線部506f1…506f3は、低インピーダンス化するように、複数の細長ソース配線部506f1…506f3を交差連結するように構成されている。
In each unit cell U51 . . . U53, each elongated source wiring part 506f1 . It is wired across directly above the
第1中太ソース配線部506b及び第2中太ソース配線部506cには、それぞれ第1スリット7、第2スリット8がX方向に沿って構成されている。第1スリット7及び第2スリット8は、ユニットセルU51及びU52、U52及びU53の各間においてソース配線506を部分的に分断するように構成される。
A
第3中太ソース配線部506d及び第4中太ソース配線部506eには、それぞれ第3スリット9、第4スリット10がX方向に沿って構成されている。第3スリット9は、区分領域2の中において併設された最も外側のユニットセルU51のY方向の外側に離間して構成される。第4スリット10は、区分領域2の中において併設された最も外側のユニットセルU53のY方向の外側に離間して構成される。第3スリット9及び第4スリット10は、ユニットセルU51、U53の各外側においてソース配線506を部分的に分断するように構成される。
A
第1スリット7…第4スリット10は、区分領域2の中にX方向に沿って部分的に設けられている。本実施形態では、第1スリット7…第4スリット10は、それぞれX方向に沿って連続的な一本の間隙により構成されている。それぞれの第1スリット7…第4スリット10は、X方向に沿って連続的な一本の間隙により構成されている必要はなく、例えば二本、三本等、複数設けられていても良い。
The
本実施形態においても、第1スリット7…第4スリット10は、区分領域2の中にX方向に沿って部分的に設けられているため、前述実施形態、特に第1実施形態と同様の作用効果を奏する。従って、高周波トランジスタ501が、パワーCMOSトランジスタにより構成されている場合においても、細長ソース配線部506f1…506f3を流れるソース電流Isを許容電流以下に抑制できる。
Also in the present embodiment, the
(他の実施形態)
前述実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
第1実施形態には、各ユニットセルU1…U3当たりのコア3の個数が16の場合を示したが、その数の限りではない。またユニットセルU1…U3、U1…U4、U1…U5、U51…U53の個数が3個から5個の場合について示したが、高周波トランジスタ1、201、301、401、501を構成するユニットセルU1…U3、U1…U4、U1…U5、U51…U53の個数もその数の限りではない。
(Other embodiments)
The configuration is not limited to the configurations of the above-described embodiments, and for example, the following modifications or extensions are possible.
Although the number of
図中のXYZ方向は交差していれば直交方向に限られない。高周波トランジスタ1、201、301、401、501は、ミリ波帯の高周波増幅器30に用いる形態を示したが、これに限られない。また例えば、数MHz帯から数100GHz帯の高周波帯で用いる高周波トランジスタ1、201、301、401、501に適用できる。
The XYZ directions in the figure are not limited to orthogonal directions as long as they intersect. Although the high-
本開示は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。 Although the present disclosure has been described in accordance with the embodiments described above, it is understood that the present disclosure is not limited to such embodiments or structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and configurations, as well as other combinations and configurations including one, more, or less elements thereof, are within the scope and spirit of this disclosure.
図面中、1、201、301、401、501は高周波トランジスタ、2はトランジスタ区分領域、3、503はトランジスタコア、6、206、306、406、506はソース配線、5、505はドレイン配線、U1…U5、U51…U53はユニットセルを示す。
In the drawings, 1, 201, 301, 401, 501 are high-frequency transistors, 2 is a transistor segmented region, 3, 503 is a transistor core, 6, 206, 306, 406, 506 are source wirings, 5, 505 are drain wirings, and U1. . . U5, U51 . . . U53 indicate unit cells.
Claims (4)
前記ユニットセルの中の前記トランジスタコアの前記ソース領域から第1金属層(16s)を用いて引き出すソース配線(6;206;306;406;506)と、
前記ユニットセルの中の前記トランジスタコアの前記ドレイン領域から前記ソース配線と異なる第2金属層(16d)を用いて引き出すドレイン配線(5;505)と、
を平面的に割り当てられたトランジスタ区分領域(2)に備え、
前記ユニットセルは、前記ソース配線に流れるソース電流の主方向に離間して複数併設されると共に、前記ソース配線を構成する少なくとも一部の前記第1金属層が個々の前記ユニットセルの構成領域の中で前記ソース電流の前記主方向に沿って構成され、
前記ソース配線は、前記トランジスタ区分領域において、前記複数併設された前記ユニットセルの間と、前記併設された最も外側の前記ユニットセルの外側に離間してスリット(7…10;207,209,210;307…310;407,408,407a,408a,409,410)を備え、
前記ソース配線に構成される前記スリットが前記主方向に交差する方向に沿って前記トランジスタ区分領域の中に部分的に設けられている高周波トランジスタ。 unit cells (U1...U3; U1...U4; U1...U5; U51...U53) formed by electrically connecting transistor cores (3; 503) having source regions (14) and drain regions (13) in parallel;
source wiring (6; 206; 306; 406; 506) drawn from the source region of the transistor core in the unit cell using a first metal layer (16s);
a drain wiring (5; 505) drawn from the drain region of the transistor core in the unit cell using a second metal layer (16d) different from the source wiring;
in the planarly allocated transistor segmentation areas (2),
A plurality of the unit cells are spaced apart in the main direction of the source current flowing through the source wiring, and at least a portion of the first metal layer forming the source wiring is formed in a region constituting each of the unit cells. along the main direction of the sourcing current in
The source wiring is spaced apart between the plurality of unit cells arranged side by side and outside the outermost unit cells arranged side by side in the transistor segmented region. ; 307 ... 310; 407, 408, 407a, 408a, 409, 410),
A high-frequency transistor, wherein said slit formed in said source line is partially provided in said transistor segmented region along a direction crossing said main direction.
4. The high-frequency transistor according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of said unit cells arranged side by side are provided between said adjacent slits in said source wiring.
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