JP2003243530A - 電力分配器 - Google Patents

電力分配器

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JP2003243530A JP2002357642A JP2002357642A JP2003243530A JP 2003243530 A JP2003243530 A JP 2003243530A JP 2002357642 A JP2002357642 A JP 2002357642A JP 2002357642 A JP2002357642 A JP 2002357642A JP 2003243530 A JP2003243530 A JP 2003243530A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上のドレイン領域上に備えられている金
属キャパシタを用いて高周波信号を探知し、高周波信号
に共通された電力を等分する電力分配器を提供する。 【解決手段】 半導体基板に形成されたキャパシタを介
してＡＣ電力信号を探知し、これを分配する電力分配器
である。第１トランジスタのドレイン領域の第１電極
と、その上の誘電膜、キャップ層、第２電極からなる第
１キャパシタと、第２トランジスタのドレイン領域の第
１電極と、その上の誘電膜、キャップ層、第２電極から
なる第２キャパシタと、第１キャパシタの第２電極と連
結されて探知されたＡＣ電力信号を伝送する第１金属ラ
インと、第２キャパシタの第２電極と連結されて探知さ
れたＡＣ電力信号を伝送する第２金属ラインと、第１キ
ャパシタと第２キャパシタとに連結されたポリレジスタ
と、第１、第２金属ラインと連結され第１、第２金属ラ
インに共通で流れるＡＣ電力信号を等分して伝送する第
３金属ラインとからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線送信機におい
て極超短波（ＵＨＦ）帯域に用いられる高出力増幅器に
採用される高周波（ＲＦ）電力分配器に関するもので、
特に、金属キャパシタを用いてＡＣ信号を探知し、信号
を安定に伝えられるウイルキンソン電力分配器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、現在無線呼び出しサービスの形
態が多様且つ高級化され、サービス供給者においてメン
テナンスの重要性が高まっている。当然のことながら、
無線呼び出しサービスを用いる加入者数が増加すればす
るほど信号を伝達できる無線呼び出し送信機数が比例し
て増加する。しかし、サービス供給者は、増えていく加
入者のために無制限に人や施設、さらには無線呼び出し
装備を増やすことはできない。
【０００３】もし、多数の信号を一度に高速で伝送する
ことができ、かつ無線呼び出し送信機が送出した信号が
より広い地域まで到達できれば、加入数が増えても既存
の無線呼び出し装備や人員及び施設だけでもサービスが
可能である。したがって、より広い地域に信号を送出す
ることができる高出力増幅器が要求されている。
【０００４】現在無線信号を増幅するのに用いられる増
幅器は出力に限界があるので、大多数の高出力増幅器は
複数の増幅器を並列にして高出力を得ている。このよう
に無線信号を分配し結合するのに用いられるデバイスを
高周波（ＲＦ）電力分配器又は結合器と称する。
【０００５】高周波電力分配器の種類としてはＴ−接合
電力分配器、ウイルキンソン電力分配器、カドラチャハ
イブリッド(Ｑuadratue hybrid)などがあって、これら
の中で使用目的及び特性に応ずるデバイスが選択されて
用いられる。このような電力分配器は２種類以上の信号
のベクトル加算の演算を行うインピーダンス・デバイス
である。
【０００６】マイクロウェーブ領域の周波数で２進電力
分配器は典型的にマイクロストリップやストリップライ
ン・ウイルキンソン電力分配器の形態に成される。この
うち、ウイルキンソン電力分配器は、入力信号のインピ
ーダンスを多重出力の並列構造に変換するカスケードλ
／４変換器などを直列に連結して形成される。分配器の
入力電圧の定在波比（ＶＳＷＲ）はインピーダンス変換
器の良否によって影響され、デバイスの出力を終端させ
る負荷の定在波比にも影響を与える。
【０００７】簡単なウイルキンソン電力分配器は、制限
された帯域幅を用いる部分に有用である。デバイスの帯
域幅を増加させるために追加的なλ／４変換器と隔離抵
抗が必要である。即ち、帯域幅を増加するためには更に
多くの変換器が必要となり結果的に分配器は更に大きく
なり抵抗による損失も多くなる。
【０００８】カップリングは隣接した対象物同士でエネ
ルギーを交換することをいう。高周波デバイスは基本的
に高周波、更に外部電磁波として放射されやすい周波数
の信号を取り扱っているので、線路からエネルギーが電
磁波、磁気波の形で放出されるのを防ぐことはできな
い。従って、隣接している線路同士に互いに放出された
信号エネルギーが相手線路に間接又は直接的に流れ込む
現象が発生するが、これを通常カップリングと称してい
る。
【０００９】周波数が高くなるほど線路自体から漏洩さ
れる電磁エネルギー量が増え、カップリング現象が大き
くなるので、高周波デバイスではこのカップリングを用
いて回路を作ることもある。通常カップラーとは、この
ようにカップリング現象を積極的に活用した回路構造を
意味する。
【００１０】特にかかるカップラーのうち、一つの電力
信号を２つ以上の電力信号に分けるものをデバイダー即
ち、分配器という。このように、分配器は一種のカップ
リング現象を用いるので、カップラーとも呼ばれる。
【００１１】カップリングは、一般的につながっていな
い線路間でエネルギーを交換することをいい、ＤＣ的に
連結されずとも信号を交換できる。
【００１２】一般的に、カップラーのカップリング比は
平行した線路の長さと二つの線路の間隔で決められ、平
行した二つの線路長さは一般的に１／４波長、すなわち
λ／４であり、二つの線路の間隔を適切に調整して、３
ｄＢ、６ｄＢ、１０ｄＢ、２０ｄＢなどのカップラーを
作ることができる。
【００１３】例えば、電力を１／２ずつ配ると３ｄＢ分
配器であり、（３ｄＢは２倍、―３ｄＢは１／２である
ので、ここで（−）符号が省かれる）電力を２０：１に
配分するカプラーは、信号サンプルを求めるサンプラー
である。
【００１４】カップラーの長所は入出力端の定在波比が
理論的に１、即ち、反射することなく信号を受け入れる
ことができるということである。したがって、能動回路
の入出力のマッチングとして用いられる。この場合、回
路が二つに分岐されるので物理的な大きさが大きくな
る。分岐された回路は後に結合されるので、カップラー
を逆に連結して結合器の役割を果たさせることもある。
一般的にカップラーは入力端子、出力端子、カップリン
グポート、隔離ポートとして使用可能である。
【００１５】また、そのカップラーの大きさが抽出され
る信号値、特に特定の周波数の波長（通常１／４λ波
長）に影響するので信号の帯域幅が狭くなるという短所
もある。かかる現象はウイルキンソン電力分配器も同様
である。カップラーはこのように信号電力を配分又は抽
出するためのものを称し、その応用範囲は幅広い。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ウイルキンソン電力分配器は次のような問題があった。
即ち、基板上に形成されるキャパシタの各電極はポリシ
リコン層で形成されているのでキャパシタ電極間の電圧
差が大きいほど、キャパシタへ印加される電圧の変化に
よるキャパシタンス値の変化である電圧計数特性が劣化
する。
【００１７】また、上部金属ラインとの連結のために基
板上のドレインに形成されたコンタクト領域を用いて出
力される信号を金属キャパシタに探知すると、ＡＣ信号
を得られるが、元の信号即ち、ＡＣ＋ＤＣ信号を用いる
ことができないという不具合があった。
【００１８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためのもので、基板上のドレイン領域上に構成された
金属キャパシタを用いて高周波信号を探知し前記高周波
信号に共通された電力を配る電力分配器を提供し、元の
信号（ＡＣ＋ＤＣ）はドレイン領域に形成されたコンタ
クトを介して流してＡＣ信号の減少はあるが信号の追加
増幅や他の用途に用いられる金属キャパシタを提供する
ことが目的である。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による半導体基板上に形成されたキャパシタを
介してＡＣ電力信号を探知し、これを分配する電力分配
器であって、基板の一領域に形成された第１トランジス
タのドレイン領域に第１電極を有し、その上部に誘電
膜、キャップ層及び第２電極を形成した第１キャパシタ
と、基板の前記領域から離れた領域に形成された第２ト
ランジスタのドレイン領域に第１電極を有し、その上部
に誘電膜、キャップ層及び第２電極を構成した第２キャ
パシタと、前記第１キャパシタの第２電極と連結されて
第１キャパシタで探知されたＡＣ電力信号を伝送する第
１金属ラインと、前記第２キャパシタの第２電極と連結
されて第２キャパシタで探知されたＡＣ電力信号を伝送
する第２金属ラインと、前記第１キャパシタと第１金属
ラインのコンタクト領域と、前記第２キャパシタと第２
金属ラインのコンタクト領域と連結されたポリレジスタ
と、前記第１、第２金属ラインと連結され第１、第２金
属ラインに共通で流れるＡＣ電力信号を等分して伝送す
る第３金属ラインと、からなることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明を更に詳細に説明する。
【００２１】図１は基板上に形成された本発明の電力分
配器及びその他のデバイスを示すレイアウトである。
【００２２】図１は本発明の電力分配器が基板上に形成
された態様を示すレイアウトであり、Ａ−Ａ’は基板上
のアクティブ領域１１に形成されているトランジスタと
金属キャパシタ３３ａを、Ｂ−Ｂ’は金属キャパシタ３
３ａと第１〜第３金属ライン１５ａ−１５ｃとのコンタ
クト領域の間に形成されたポリレジスタを示す。なお、
本明細書において金属キャパシタとは少なくとも一方の
電極が金属で形成されているキャパシタを意味し、ポリ
キャパシタとは電極がポリシリコンで形成されたキャパ
シタを意味する。また、ポリレジスタとはポリシリコン
で形成された抵抗を意味する。
【００２３】次に、本発明の電力分配器の形成時に用い
られる金属キャパシタに対して説明する。図２ａないし
図２ｅは図１をＡ−Ａ’で切った断面における金属キャ
パシタ形成過程を示す工程断面図である。図２ａのよう
に基板２１のアクティブ領域１１にトランジスタを形成
する。先ず基板２１上にＳＴＩ工程でフィールド酸化膜
２２を形成した後、ウェル領域形成のためのイオン注入
工程を行う。
【００２４】次に基板２１全面に酸化膜、ポリシリコン
を順次堆積し、これを選択的に除去してゲート酸化膜２
３、ゲート電極２４を形成する。ゲート電極２４の両側
面に低濃度イオン注入工程を介してＬＤＤ領域２５を形
成する。次に、ゲート電極２４の両側にゲート側壁スペ
ーサ２６を形成した後、ゲート電極２４とゲート側壁ス
ペーサ２６をマスクにしてイオン注入工程を施してソー
ス／ドレイン領域２７を形成する。
【００２５】引き続き、露出されているソース／ドレイ
ン領域上部及びゲート電極上部に金属イオンを堆積し、
アニーリングを行ってサリサイド２８化する。このよう
に、形成されたトランジスタを含む基板全面に、図２ｂ
のように誘電膜２９及びキャップ層３０を順次堆積す
る。
【００２６】誘電膜２９としてはＰＥＴＥＯＳ(Ｐlasma
Ｅnhanced Ｔetra Ｅthyl ＯrthoＳilicate)又はプラ
ズマ増速ＳｉＮを始めとした一般的なキャパシタの誘電
膜に用いられる物質でよい。
【００２７】キャップ層３０は誘電膜上に堆積される
が、これはキャパシタのキャパシタンス値を調整するた
めである。その調節は堆積されるキャップ層の面積です
る。もちろんキャップ層の厚さでも調節可能であるが、
デバイスの集積度を向上させるためにキャパシタンス値
の範囲によって誘電物質を決め、キャップ層の面積即
ち、キャップ層の上部基板面積でキャパシタンス値を調
整する。
【００２８】本実施形態では、キャップ層３０はＴｉＮ
にする。次に、ソース／ドレイン領域のキャパシタが形
成される領域の一部に感光膜パターン３１をコーティン
グさせる。この時感光膜パターン３１がコーティングさ
れる面積は直接的にキャパシタのキャパシタンスの大き
さに影響を及ぼす。従って、所望値のキャパシタンス値
にするために感光膜パターン３１が所定面積を有するよ
うにする。
【００２９】図２ｃのように、感光膜パターン３１を用
いて感光膜パターン３１が堆積されない領域の基板上の
キャップ層３０及び誘電膜２９を除去する。次に、ＣＶ
Ｄ工程で基板全面に絶縁膜３２を十分に堆積した後、絶
縁膜３２を平坦化させる。絶縁膜３２は主に酸化膜を用
いる。
【００３０】図２ｄのように絶縁膜を選択的に除去して
ソース／ドレイン領域の一部を露出させて上部金属ライ
ンとのコンタクトのためにコンタクト領域を形成する。
この時、キャップ層３０ａ及び誘電膜２９ａが残ってい
る領域、すなわちキャパシタの箇所でも絶縁膜３２を選
択的に除去する工程を行ってキャップ３０ａの一部を露
出させる。
【００３１】この時、かかるコンタクト領域を形成する
方式は、第１実施形態では、実線で表示しているよう
に、デュアルダマシントランジスタのように銅（Ｃｕ）
を埋め込むデュアルダマシン工程を用いることができ、
また、第２実施形態としては、点線表示のようにプラグ
物質（例えば、タングステン）でホールを埋める方式を
用いることができる。
【００３２】図２ｅのように、絶縁膜が除去された領域
に金属３３を埋込み、各々コンタクト領域のプラグとキ
ャパシタの第２電極３３ａとを形成する。このようにコ
ンタクト領域を埋め込む方式は、その第１実施形態とし
てプラグ物質と金属ライン物質を同じ銅にして同時に埋
込みを進行する。
【００３３】第２実施形態は先ず、接着層をコンタクト
ホール内面に薄く堆積し、プラグ物質を形成するために
タングステンをコンタクトホールに埋込み、その上に金
属（例えば、アルミニウム）配線を堆積させる。キャパ
シタの第２電極３３ａの形成もコンタクト領域を埋め込
む下部層の高さが異なるだけでコンタクト領域の埋込み
と同一の工程で進行する。
【００３４】図３は図１をＢ−Ｂ’に切った断面におけ
るポリレジスタを示した工程断面図である。図３のよう
に、ポリレジスタは基板をアクティブ領域とフィールド
領域に分けたフィールド領域の上部にポリシリコン層を
堆積しこれをパタニングして形成する。
【００３５】この時、ポリシリコン層上部はトランジス
タの各電極（ソース／ドレインゲート）をサリサイド化
する工程でサリサイド化でき、あるいはポリシリコン層
の上にマスクを被せて非サリサイド化することもでき
る。ポリレジスタはオドモード(odd mode)の反射信号を
ポリレジスタで全部消耗させるために堆積される。
【００３６】図４は本発明実施形態の電力分配器を示す
レイアウトである。図４のように、本実施形態の電力分
配器は半導体基板上に形成されたキャパシタを介してＡ
Ｃ電力信号を探知し、これを分配する電力分配器であっ
て、基板の一領域に形成された第１トランジスタのドレ
イン領域に第１電極を有し、その上部に誘電膜、キャッ
プ層及び第２電極からなる第１キャパシタ３３ａと、基
板の一領域から離隔された他の領域に形成された第２ト
ランジスタのドレイン領域に第１電極を有し、その上部
に誘電膜、キャップ及び第２電極を構成した第２キャパ
シタ３３ａと、第１キャパシタの第２電極と連結されて
第１キャパシタで探知されたＡＣ電力信号を伝送する第
１金属ライン１５ａと、第２キャパシタの第２電極と連
結されて第２キャパシタで探知されたＡＣ電力信号を伝
送する第２金属ライン１５ｂと、第１キャパシタと第１
金属ラインのコンタクト領域と、第２キャパシタと第２
金属ラインのコンタクト領域と連結されたポリレジスタ
と、第１、第２金属ラインと連結されて、第１、第２金
属ラインに等分して流れるＡＣ電力信号を伝送する第３
金属ライン１５ｃとからなる。
【００３７】本発明の電力分配器はウイルキンソン電力
分配器型でオドモードの反射信号をポリレジスタで全部
消耗させるためにキャパシタのキャップインピーダンス
を金属ラインの特性インピーダンスに整合させ、イーブ
ンモードの信号は各々のＡＣ信号電力の１／２だけを伝
える。各々のインピーダンスはポリレジスタを２Ｚとす
る時、Ｃに示したラインの特性インピーダンスは√２＊
Ｚであり、Ｄと示したラインの特性インピーダンスはＺ
である。
【００３８】図３のように、フィールド領域上に堆積し
たポリシリコン層で形成したポリレジスタは本実施形態
の電力分配器外にもＲＦデバイスを用いるデバイスで隔
離のためのレジスターに用いることができる。
【００３９】本発明はトランジスタによって増幅された
ＲＦ信号を、金属／キャップ層／サリサイド／Ｎ＋領域
からなる二つの金属キャパシタを介して感知して２信号
間の同一成分のパワーを半分に分けられる電力分配器に
関する。
【００４０】特に、ウイルキンソン電力分配器を用い
て、二つの金属キャパシタから各々の金属キャパシタを
介して印加される二つの信号の同一成分のパワーを半分
に分けて伝達できる。のみならず、本発明の電力分配器
を用いるとテスト工程であるバックエンド工程でＡＣ信
号を感知して周波数信号をプロセッシングできる。金属
キャパシタはポリシリコン成分に電極を形成するキャパ
シタに比べて、金属キャパシタの間に堆積されたポリレ
ジスタは電力分配器の反射パワー消耗のための抵抗に用
いられる。
【００４１】本発明の電力分配器に用いられる金属キャ
パシタは、ドレインで発生して出る直流及び交流信号で
交流信号だけカップリングさせることで元の信号に影響
を与えずまた、追加の回路を構成することなく、二つの
トランジスタで発生されるＡＣ信号の同一電力成分を半
分に減らすことができる（即ち、３ｄＢ）。
【００４２】以上本発明の好適な一実施形態に対して説
明したが、実施形態のものに限定されるわけではなく、
本発明の技術思想に基づいて種々の変形又は変更が可能
である。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電力分配
器によると、次のような効果がある。
【００４４】第一、本発明の電力分配器に用いられる金
属キャパシタは従来のポリキャパシタとは異なり、キャ
パシタ電極間の電圧が増加するほど発生するキャパシタ
電圧計数の特性劣化を防止できる。
【００４５】第二、本発明の電力分配器に用いると、バ
ックエンド工程でも感知されたＡＣ信号を用いて周波数
信号のプロセッシングを行うことができる。
【００４６】第三、本発明の電力分配器は基板上のドレ
イン領域上に形成された金属キャパシタを介してＡＣ信
号だけカップリングさせて元の信号を損傷することな
く、また、特定回路を追加することなく電力分配が可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上に形成された本発明の電力分配器及びそ
の他のデバイスを示したレイアウトである。
【図２ａ】〜
【図２ｅ】図１をＡ−Ａ’に切った断面における金属キ
ャパシタ形成過程を示した工程断面図である。
【図３】図１をＢ−Ｂ’に切った断面におけるポリレジ
スタを示した工程断面図である。
【図４】本発明の電力分配器を示すレイアウトである。
【符号の説明】
１１ アクティブ領域 １２ ポリスペーサ ２１ 基板 ２４ ゲート電極／ポリシリコン層 ２５ ＬＤＤ領域 ２６ 側壁スペーサ ２７ ソース／ドレイン ２８ サリサイド層 ２９ 誘電膜 ３０ キャップ層 ３１ 感光膜パターン ３２ 絶縁膜 ３３ 金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F038 AC05 AC09 AC15 AR09 DF01 EZ13 EZ14 EZ15 EZ20 5F048 AC01 AC10 BA01 BB05 BB08 BB12 BC06 BF06 BF16 BG13 DA24

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上に形成されたキャパシタを
    介してＡＣ電力信号を探知し、これを分配する電力分配
    器であって、 基板の一領域に形成された第１トランジスタのドレイン
    領域に第１電極を有し、その上部に誘電膜、キャップ層
    及び第２電極を構成した第１キャパシタと、 基板の前記領域から離隔された領域に形成された第２ト
    ランジスタのドレイン領域に第１電極を有し、その上部
    に誘電膜、キャップ層及び第２電極を配置した第２キャ
    パシタと、 前記第１キャパシタの第２電極と連結されて第１キャパ
    シタで探知されたＡＣ電力信号を伝送する第１金属ライ
    ンと、 前記第２キャパシタの第２電極と連結されて第２キャパ
    シタで探知されたＡＣ電力信号を伝送する第２金属ライ
    ンと、 前記第１キャパシタと第１金属ラインのコンタクト領域
    と、前記第２キャパシタと第２金属ラインのコンタクト
    領域と連結するポリレジスタと、 前記第１、第２金属ラインと連結され、自身に流れる信
    号を第１、第２金属ラインに等分して伝送する第３金属
    ラインと、からなることを特徴とする電力分配器。
  2. 【請求項２】 前記請求項１記載の電極分配器の第１、
    第２のそれぞれのキャパシタを形成する方法において、 基板の一領域と更に他の領域に形成されたそれぞれのト
    ランジスターのドレイン一部領域を第１電極とし、 前記トランジスターを含む基板全面に誘電膜、キャップ
    層を次第に堆積し、 基板上に堆積された前記キャップ層上部に感光膜パター
    ンを堆積し、キャップ層及び誘電膜を感光膜パターンの
    通りに除去し、 前記キャッピング及びトランジスターを十分に覆うよう
    に絶縁膜を堆積し、 前記絶縁膜を選択的に除去して前記キャップ層上部の一
    部を露出させるコンタクト領域を形成し、 前記コンタクト領域内に金属を埋め込み、これを平坦化
    して第２電極を形成することからなることを特徴とする
    キャパシタの形成方法。
  3. 【請求項３】 前記第１、第２トランジスタのソース／
    ドレイン及びゲート電極上部はサリサイド構造になって
    いることを特徴とする請求項１に記載の電力分配器。
  4. 【請求項４】 前記基板上に形成された第１、第２キャ
    パシタのコンタクト領域と前記第１および第２金属ライ
    ンのコンタクト領域とはそれぞれ異なる箇所に形成され
    ることを特徴とする請求項２に記載の電力分配器。
  5. 【請求項５】 前記誘電膜はプラズマ増速ＣＶＤ Ｓｉ
    Ｏ２ またはＳｉＮかプラズマ増速ＣＶＤ ＳｉＮのい
    ずれかで形成されることを特徴とする請求項２に記載の
    電力分配器。
  6. 【請求項６】 前記キャップ層はＴｉＮで形成されてい
    ることを特徴とする請求項２に記載の電力分配器。
  7. 【請求項７】 前記ポリレジスタは基板をアクティブ領
    域とフィールド領域に分けたフィールド酸化膜上にポリ
    シリコン層を堆積して形成したことを特徴とする請求項
    １に記載の電力分配器。
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