JPH02210902A - Integrated high frequency amplifier - Google Patents

Integrated high frequency amplifier

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JPH02210902A
JPH02210902A JP1029797A JP2979789A JPH02210902A JP H02210902 A JPH02210902 A JP H02210902A JP 1029797 A JP1029797 A JP 1029797A JP 2979789 A JP2979789 A JP 2979789A JP H02210902 A JPH02210902 A JP H02210902A
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frequency amplifier
integrated high
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gate
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Mineo Katsueda
勝枝 嶺雄
Takeaki Okabe
岡部 健明
Shigeo Otaka
成雄 大高
Akira Masuda
章 増田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野] 本発明は高周波増幅器に係り、特に同一半導体基板上に
集積化された集積化高周波増幅器に関する。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a high frequency amplifier, and particularly to an integrated high frequency amplifier integrated on the same semiconductor substrate.

【従来の技術】[Conventional technology]

従来の高周波増幅器の一例が「電子情報通信ハンドブッ
ク1988年版、第2部門 マイクロ波・ミリ波回路部
品、5.4 実例、図64.7−39頁(549頁)」
に示されている。 従来の高周波増幅回路の構成は、例えば、第9図に示す
ように、MOSFETと直流遮断用のキャパシタとスト
リップ線路による整合回路で構成されている。さらに詳
細には、前段MOSFETの出力インピーダンスと後段
MOSFETの入力インピーダンスとの整合を行うため
に、直列及び並列の4分の1波長程度のストリップ線路
が使用されている。上記4分の1波長は、3GHzにお
いては、絶縁性GaAg基板を誘電体とした場合、6.
7mm、Sin、を誘電体とした場合、12゜7mmに
達する。これらの高周波増幅回路を同一半導体基板に集
積化する場合、該半導体チップの大きさは、これらのス
トリップ線路の長さによって決定される。従って、従来
の高周波増幅回路は動作周波数が3GHzより高い場合
に主に集積化され、3GHz以下においてはプリント基
板などに個別トランジスタを実装する、いわゆるハイブ
リッド実装を行なってきた。このような場合も整合用の
インダクタは、第9図のように、必然的に存在する伝送
線路、すなわちストリップ線路を使用する回路構成とな
っている。その場合の回路構成の特徴は、前段MOSF
ETの出力と後段MOSFETの入力を接続するボンデ
ィング・ワイヤあるいはストリップ線路を使用し、スト
リップ線路のインピーダンス変換作用を使用しているこ
とである。
An example of a conventional high-frequency amplifier is "Electronic Information and Communication Handbook 1988 Edition, Section 2 Microwave/Millimeter Wave Circuit Components, 5.4 Examples, Figure 64.7-39 pages (549 pages)"
is shown. For example, as shown in FIG. 9, a conventional high-frequency amplifier circuit includes a matching circuit including a MOSFET, a capacitor for cutting off direct current, and a strip line. More specifically, in order to match the output impedance of the front-stage MOSFET and the input impedance of the rear-stage MOSFET, series and parallel strip lines of about a quarter wavelength are used. At 3 GHz, the above-mentioned quarter wavelength is 6.
When the dielectric material is 7 mm and Sin, it reaches 12°7 mm. When these high frequency amplifier circuits are integrated on the same semiconductor substrate, the size of the semiconductor chip is determined by the length of these strip lines. Therefore, conventional high-frequency amplifier circuits have been mainly integrated when the operating frequency is higher than 3 GHz, and when the operating frequency is below 3 GHz, so-called hybrid mounting has been performed in which individual transistors are mounted on a printed circuit board or the like. In such a case as well, the matching inductor has a circuit configuration that uses an inevitably existing transmission line, that is, a strip line, as shown in FIG. In that case, the characteristics of the circuit configuration are that the front stage MOSF
A bonding wire or a strip line is used to connect the output of the ET and the input of the subsequent MOSFET, and the impedance conversion effect of the strip line is used.

【発明が解決しようとする課題1 上記従来技術においては、特に周波数が3GH2以下の
場合、上記インダクタは半導体チップより長いストリッ
プ線路を多重に折り曲げて使用するか、集積化インダク
タを使用することになる。 その結果、上記インダクタは細くて長い線路となるため
、その直列抵抗が無視できなく大きくなる。 特に、大きな高周波電流が流れる電力増幅器の場合は、
上記直列抵抗は上記電力増幅器の効率を著しく低下させ
るという問題がある。また上記直列抵抗を低減するため
に、幅の広い線路とすれば、上記インダクタの構成面積
は著しく大きくなるという問題があった。 本発明の第1の目的は、上記高周波増幅回路を同一半導
体基板に集積化し、さらに該集積化高周波増幅器から、
上記インダクタの集積化を可能な限り少なくし、あるい
は半導体チップへの集積化を無用とすることであり、こ
れによって限られたチップ面積で、高周波電力の損失を
極めて少なくした集積化高周波増幅器を提供することで
ある。 更に、MOSFETのしきい電圧は製造上のばらつきが
大きく、集積化された増幅器の特性、とくに電力利得及
び効率のばらつきの原因となっていた。従って、本発明
の第2の目的は上記集積化高周波増幅器のしきい電圧の
ばらつきを吸収することであり、これによって電力利得
及び効率のばらつきの少ない集積化高周波増幅器を提供
することである。 更に集積化高周波増幅器を外部回路と接続するためのボ
ンディング・パッドのキャパシタンスは、入力において
は必要以上に選択度を高くし、入力定在波比のばらつき
を大きくする問題があり、また出力においては出力電力
の損失を大きくシ、効率を低下させる問題がある。従っ
て1本発明の第3の目的は、上記ボンディング・バッド
のキャパシタンスを小さくし、これによって、上記集積
化高周波増幅器の製造上の問題となっている。入力定在
波比のばらつきを小さくし、更に電力効率の低下の少な
い集積化高周波増幅器を提供することである。 【発明が解決しようとする課題】 上記従来技術においては、特に周波数が3 G f(2
以下の場合、上記インダクタは半導体チップより長いス
トリップ線路を多重に折り曲げて使用するか、集積化イ
ンダクタを使用することになる。 その結果、上記インダクタは細くて長い線路となるため
、その直列抵抗が無視できなく大きくなる。 特に、大きな高周波電流が流れる電力増幅器の場合は、
上記直列抵抗は上記電力増幅器の効率を著しく低下させ
るという問題がある。また上記直列抵抗を低減するため
に、幅の広い線路とすれば、上記インダクタの構成面積
は著しく大きくなるという問題があった。従って、本発
明の第1の目的は、上記高周波増幅回路を同一半導体基
板に集積化し、さらに該集積化高周波増幅器から、上記
インダクタの集積化を可能な限り少なくし、あるいは半
導体チップへの集積化を無用とすることであり、これに
よって限られたチップ面積で、高周波電力の損失を極め
て少なくした集積化高周波増幅器を提供することである
。 更に、MOSFETのしきい電圧は製造上のばらつきが
大きく、集積化された増幅器の特性、とくに電力利得及
び効率のばらつきの原因となっていた。従って1本発明
の第2の目的は上記集積化高周波増幅器のしきい電圧の
ばらつきを吸収することであり、これによって電力利得
及び効率のばらつきの少ない集積化高周波増幅器を提供
することである。 更に集積化高周波増幅器を外部回路と接続するためのボ
ンディング・パッドのキャパシタンスは、入力において
は必要以上に選択度を高くし、入力定在波比のばらつき
を大きくする問題があり、また出力においては出力電力
の損失を大きくし、効率を低下させる問題がある。従っ
て、本発明の第3の目的は、上記ボンディング・パッド
のキャパシタンスを小さくし、二九によって、上記集積
化高周波増幅器の製造上の問題となっている。入力定在
波比のばらつきを小さくし、更に電力効率の低下の少な
い集積化高周波増幅器を提供することである。
[Problem to be solved by the invention 1] In the above-mentioned conventional technology, especially when the frequency is 3GH2 or less, the above-mentioned inductor is a strip line that is longer than the semiconductor chip and is used by bending it multiple times, or an integrated inductor is used. . As a result, the inductor becomes a thin and long line, and its series resistance becomes too large to be ignored. In particular, in the case of power amplifiers where large high-frequency currents flow,
The problem is that the series resistance significantly reduces the efficiency of the power amplifier. Furthermore, if a wide line is used to reduce the series resistance, there is a problem in that the area of the inductor becomes significantly large. A first object of the present invention is to integrate the above-mentioned high-frequency amplifier circuits on the same semiconductor substrate, and furthermore, from the integrated high-frequency amplifier,
The goal is to reduce the integration of the inductor as much as possible, or to make it unnecessary to integrate it into a semiconductor chip, thereby providing an integrated high-frequency amplifier with extremely low loss of high-frequency power using a limited chip area. It is to be. Furthermore, the threshold voltage of MOSFETs has large manufacturing variations, which causes variations in the characteristics of integrated amplifiers, particularly in power gain and efficiency. Therefore, a second object of the present invention is to absorb variations in the threshold voltage of the integrated high-frequency amplifier, thereby providing an integrated high-frequency amplifier with less variation in power gain and efficiency. Furthermore, the capacitance of the bonding pads used to connect the integrated high-frequency amplifier with external circuits has the problem of making the input selectivity higher than necessary and increasing the dispersion of the input standing wave ratio. There is a problem in that the loss of output power is large and the efficiency is reduced. Accordingly, a third object of the present invention is to reduce the capacitance of the bonding pad, which poses a problem in the manufacture of the integrated high frequency amplifier. It is an object of the present invention to provide an integrated high-frequency amplifier that reduces variations in input standing wave ratio and reduces power efficiency. [Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned prior art, the frequency is particularly 3 G f (2
In the following cases, the inductor is a strip line that is longer than the semiconductor chip and is bent multiple times, or an integrated inductor is used. As a result, the inductor becomes a thin and long line, and its series resistance becomes too large to be ignored. In particular, in the case of power amplifiers where large high-frequency currents flow,
The problem is that the series resistance significantly reduces the efficiency of the power amplifier. Furthermore, if a wide line is used to reduce the series resistance, there is a problem in that the area of the inductor becomes significantly large. Therefore, a first object of the present invention is to integrate the above-mentioned high-frequency amplifier circuit on the same semiconductor substrate, and further to reduce the integration of the above-mentioned inductor from the integrated high-frequency amplifier as much as possible, or to integrate the above-mentioned inductor into a semiconductor chip. The object of the present invention is to provide an integrated high-frequency amplifier with extremely low loss of high-frequency power using a limited chip area. Furthermore, the threshold voltage of MOSFETs has large manufacturing variations, which causes variations in the characteristics of integrated amplifiers, particularly in power gain and efficiency. Therefore, a second object of the present invention is to absorb variations in the threshold voltage of the integrated high-frequency amplifier, thereby providing an integrated high-frequency amplifier with less variation in power gain and efficiency. Furthermore, the capacitance of the bonding pads used to connect the integrated high-frequency amplifier with external circuits has the problem of making the input selectivity higher than necessary and increasing the dispersion of the input standing wave ratio. There is a problem of increasing output power loss and reducing efficiency. Therefore, a third object of the present invention is to reduce the capacitance of the bonding pad, which is a problem in the manufacture of the integrated high frequency amplifier. It is an object of the present invention to provide an integrated high-frequency amplifier that reduces variations in input standing wave ratio and reduces power efficiency.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

上記第1の目的を達成するために1本発明においては、
上記ストリップ線路によるインピーダンス変換作用を使
用することを無くシ、その代わりに、第1のキャパシタ
と第2のキャパシタによるインピーダンス変換比を使用
するようにしたものである。すなわち、前段MOSFE
Tの出力と後段MOSFETの入力を直流的に遮断する
ためのキャパシタを第1のキャパシタとし、後段MO5
FETの入力キャパシタあるいは入力端子のキャパシタ
を第2のキャパシタとして、そのインピーダンス変換比
を使用するものである。従って、第1のキャパシタは、
従来、直流遮断と高周波信号の通過を目的として、その
キャパシタンスは可能な限り大きなものを使用してきた
が、本発明においては、上記直流遮断のほかに、有限の
キャパシタンスを与えるようにしたものである。 更に本発明においては、同調を行うために、第1のキャ
パシタと第2のキャパシタの中点と接地あるいは接地端
子の間に唯一のインダクタを接続したものである。この
インダクタとしては、半導体チップを外部回路と接続す
るボンディング・ワイヤを使用するものである。 更に本発明においては、上記第1及び第2のキャパシタ
を、同一半導体基板上に2層に重ねて集積化するもので
あり、1個のキャパシタ面積で2個分を形成することが
できるので、チップ面積を小さくすることができる。ま
た、第2のキャパシタに関しては、後段MOSFETの
入力キャパシタンスを使用することができる利点があり
、不足分を集積化すればよい、従って、第1のキャパシ
タは第2のキャパシタより大きくなる場合があり、その
場合は同一半導体基板上に多層に重ねて集積化して、第
1のキャパシタとしてはその並列接続を使用するもので
ある。 更に本発明においては、同一半導体チップに直
流だけが印加されるチャネル幅の小さいMOSFETを
形成し、このゲート・バイアス電圧を該ドレイン電流が
定められた値になるように設定することにより、そのゲ
ート・バイアス電圧と同一の電圧を、上記前段及び後段
増幅器用MOSFETのゲート・バイアス電圧として使
用するものである。 更に本発明の集積化高周波増幅器においては、ボンディ
ング・パッドの直下にPN接合を形成し、これに逆バイ
アスを印加することにより、ボンディング・パッド直下
のキャパシタンスを低減するものである。
In order to achieve the above first object, in the present invention,
The impedance conversion effect of the strip line is not used, and instead, the impedance conversion ratio of the first capacitor and the second capacitor is used. In other words, the front stage MOSFE
The first capacitor is used to cut off the output of T and the input of the subsequent stage MOSFET, and the second capacitor is the first capacitor.
The input capacitor of the FET or the capacitor at the input terminal is used as a second capacitor, and its impedance conversion ratio is used. Therefore, the first capacitor is
Conventionally, capacitance as large as possible has been used for the purpose of blocking DC and passing high-frequency signals, but in the present invention, in addition to the above-mentioned DC blocking, a finite capacitance is provided. . Further, in the present invention, a single inductor is connected between the midpoint of the first capacitor and the second capacitor and the ground or ground terminal for tuning. This inductor uses a bonding wire that connects the semiconductor chip to an external circuit. Furthermore, in the present invention, the first and second capacitors are integrated in two layers on the same semiconductor substrate, and two capacitors can be formed in one capacitor area. Chip area can be reduced. In addition, regarding the second capacitor, there is an advantage that the input capacitance of the subsequent MOSFET can be used, and the insufficient amount can be integrated. Therefore, the first capacitor may be larger than the second capacitor. In that case, they are integrated in multiple layers on the same semiconductor substrate, and their parallel connection is used as the first capacitor. Furthermore, in the present invention, a MOSFET with a small channel width to which only direct current is applied is formed on the same semiconductor chip, and the gate bias voltage is set so that the drain current becomes a predetermined value. - The same voltage as the bias voltage is used as the gate bias voltage of the MOSFETs for the above-mentioned front-stage and rear-stage amplifiers. Further, in the integrated high-frequency amplifier of the present invention, a PN junction is formed directly under the bonding pad and a reverse bias is applied to this to reduce the capacitance directly under the bonding pad.

【作用) 上記第1の目的を達成する手段において、第1のキャパ
シタと第2のキャパシタとボンディング・ワイヤのイン
ダクタンスは、定められた周波数において後段増幅器の
出力が大きくなるように、その値が同調される。すなわ
ち、第1のキャパシタと第2のキャパシタは、前段増a
mの出力インピーダンスと後段増幅器の入力インピーダ
ンスが整合するように決定され、かつ上記窓められた周
波数における選択度が大きくなるように決定される。 従って、集積化されたキャパシタと唯一のボンディング
・ワイヤで股間整合が実現され、損失の大きいインダク
タンスを集積化すること無く容易に高周波増幅器の集積
化が達成される。 更に、上記第1のキャパシタと第2のキャパシタは積層
されるので、直並列の寄生のキャパシタンスやインダク
タンスが存在しない。従って、そのインピーダンス特性
は類似しており、理想的なインピーダンス変換器として
作用する。 また、直流だけが印加されるMOSFETは、チャネル
幅が小さいので、そのドレイン電流は極めて小さい。従
って、該ドレイン電流を所定の値に設定するためには、
所定の制御電圧を大きな抵抗を介して与えればよく、そ
のために大きな電力は必要としない、また、同一半導体
チップ内においては、しきい電圧のばらつきは小さいの
で、同一のゲート・バイアス電圧を使用しても、上記小
さいMOSFETのバイアス電流と上記前段及び後段増
幅器のバイアス電流は比例したものとなる。 従って、小さい電力で前段及び後段増幅器のバイアス電
流を設定できることになる。 また、上記ボンディング・パッド直下のPN接合を逆バ
イアスすれば、該空乏層の拡がりによってPN接合のキ
ャパシタンスは小さくなる。該キャパシタンスはボンデ
ィング・パッド直下のキャパシタンスと直列にあるため
全体としてのキャパシタンスを低減できる。 【実施例】 以下、実施例により本発明を説明する。 第1図は本発明の基本的な実施例を示す。ここに、1は
ソース接地された2個のMOSFETと上記第1のキャ
パシタを集積化した半導体チップ、2はボンディング・
ワイヤのインダクタンス、5は入力端子、6は出力端子
、8は電源端子である。 ここに、前段MOSFETの出力インピーダンスと後段
MOSFETの入力インピーダンスの整合は、上記第1
のキャパシタ3と上記入力インピーダンスのキャパシタ
ンス成分の比を使用し、同調は後段MOSFETのゲー
ト・ボンディング・ワイヤのインダクタンス2を使用す
るものである。 従って、本発明においては、半導体チップ製造後におい
ても、上記ボンディング・ワイヤのインダクタンス2に
よって、周波数帯を調整することができる。 また、キャパシタ3に関しては、従来は、前段と後段の
間の直流遮断と高周波信号の通過を目的として、可能な
限り大きなものが必要であった。 しかし本発明では、インピーダンス変換比に対応して、
十分小さなものでよく、同一半導体チップに集積化する
ことが容易となる。 7はバイアス端子であるが、微調整端子としても使用さ
れ、上記ボンディング・ワイヤのインダクタンス2によ
る周波数の調整を、増幅器製造後において、更に微調整
することができるものである。 第2図は、後段MOSFETの入力キャパシタンスが小
さい場合に、第2のキャパシタ4を付加したものである
。キャパシタンスが小さい場合、特定の周波数に同調す
るためには、インダクタンスを大きくする必要がある。 ボンディング・ワイヤの長さは限られているので、その
インダクタンスを大きくすることは困難である。そのよ
うな場合、キャパシタンスを大きくすればインダクタン
スの増大を無くすることができる。これによって、上記
ボンディング・ワイヤの長さを過大にすることなく同調
を行うことができる。 第3図は、ボンディング・ワイヤのインダクタンス2が
不足する場合に、不足分を半導体チップに集積化するよ
うにしたものである。ここに9は同一半導体チップ表面
にアルミニウム等の配線金属、あるいはポリシリコンあ
るいはモリブデン等のゲート形成材料によって構成され
たインダクタである。 第4図は、上記MOSFETの代わりにデュアルゲート
MOSFETを使用し、第2ゲート端子10に印加され
る電圧によって利得制御を行うようにしたものである。 これによって、上記MOSFETのゲート・バイアス電
圧による利得制御の場合には発生した入力インピーダン
スの変動をなくしたものである。更に、第2ゲートはゲ
ート接地として動作するため、低インピーダンスで接地
しなければ発振を起こしやすい。これを防ぐために本実
施例では、同一半導体チップ内にキャパシタ11を集積
化したものである。これによって、半導体チップ外で接
地した場合には存在するボンディング・ワイヤのインピ
ーダンスをなくし、これによって接地インピーダンスを
低減したものである。 デュアルゲートMOSFETの場合、オン抵抗が大きい
ため、電力効率が低下する。従って、前段はデュアルゲ
ートMOSFETとし、出力電力の大きい後段は電力効
率の高いMOSFETとすることができる。 第5図は、上記MOSFETの代わりに、ソースを共通
とした2個の差動MOSFETと上記差動MOSFET
のソースにドレインを接続したMOSFETより成り、
該MOSFETのソースを接地した差動増幅器を使用し
たものである。ここに、32.33は上記第1のキャパ
シタであり、34.35は上記第2のキャパシタである
。また、入力端子5−2及び5−3は差動入力端子であ
り。 相補性の信号が入力される。入力端子5−1は上記差動
MOSFETのバイアス電流を制御し、上記差動増幅器
の利得を制御するものである。また、入力端子5−2あ
るいは5−3の一方を接地し、他方より信号を入力すれ
ば、上記差動増幅器の出力は相補性の信号が得られるの
で、これをプッシュプル増幅器の前置増幅器として使用
することもできる。また、入力端子5−1より信号を入
力し、入力端子5−2あるいは5−3を相補性の直流バ
イアス端子として使用すれば、前記デュアルゲートMO
SFETより利得制御範囲、特に利得減衰量の大きな利
得制御増幅器となるものである。 第6図はバイアス制御を行うことを目的として、前段及
び後段増幅器の数分の1から数100分の1程度のチャ
ネル幅を有するMOSFET12を集積化したものであ
る。MOSFET12のゲートはドレインと接続して成
り、バイアス制御端子15より抵抗13を介してバイア
ス制御電圧を印加する。MOSFET12の印加電圧は
抵抗14によって前段及び後段増幅器のゲートに印加す
る。 バイアス制御電圧がMO5FET12のしきい電圧より
大きい時は、バイアス制御電圧と上記しきい電圧の差を
抵抗13の抵抗値で除した電流によって、MOSFET
12の電流を決定する。前段及び後段増幅器のバイアス
電流はMOSFETI2の電流に比例して設定し、これ
はいわゆる前段及び後段増幅器のアイドリング電流とな
るものである。これはMOSFETのカレントミラー効
果を使用したものであり、該増幅器が高出力動作を行っ
ている時の電力利得及び効率のばらつきを少なくするこ
とができる。一方、バイアス制御電圧がMOSFET1
2のしきい電圧より小さい時はMOSFET12の電流
はほとんどゼロになり、バイアス制御電圧はそのまま前
段及び後段増幅器のゲートに印加される。すなわち、し
きい電圧より小さい場合は前段及び後段増幅器は同時に
C級増幅器となり、電力利得を大幅に減衰させることが
できる。これにより、本発明における集積化高周波増幅
器は、高出力動作を行っている時は、しきい電圧のばら
つきの影響を受けなくなると共に。 該高周波増幅器に必要な利得減衰制御を確実に行うこと
かできる。 第7図は前段増幅器としてデュアルゲートM○5FET
、後段増幅器としてMOSFETを使用した場合を示す
。前段デュアルゲートMO5FETの第1ゲートのバイ
アス電圧は固定し、前段の利得制御は第2ゲート印加電
圧によって行うものである。これによって前段の入力イ
ンピーダンスは固定されるので、第1ゲートによる利得
制御の場合には発生した入力整合の変動を無くすること
ができる。本実施例では前段デュアルゲートMOSFE
Tの利得制御を行うことを目的として、前段デュアルゲ
ートMOSFETの数分の1から数100分の1程度の
チャネル幅を有するデュアルゲートMOSFET16を
集積化したものである。 デュアルゲートMOSFET16の第1ゲートはバイア
ス端子19より供給する高電位に設定し、第2ゲートは
ドレインと接続して、バイアス制御端子15より抵抗1
7を介してバイアス制御電圧を印加する。デュアルゲー
トMOSFET16の第2ゲート電圧は、抵抗18によ
って前段デュアルゲートMOSFETの第2ゲートに印
加する。 第2ゲートの印加電圧は、デュアルゲートMOSFET
の飽和電流を決定するものであり、電力増幅器の場合は
大振幅動作を行うため、該飽和電流の大小によって利得
制御は実現される。前段デュアルゲートMO5FETと
デュアルゲートMOSFET16は、同一半導体チップ
に集積化するので、上記飽和電流は、上記デュアルゲー
トMOSFETの縮小比相当の比例関係を有する。従っ
て、デュアルゲートMOSFET16の飽和電流を与え
る第2ゲート電圧を得て、これを前段デュアルゲートM
OSFETの第2ゲートに印加すれば、該飽和電流を設
定することができる。すなわち、バイアス制御電圧をV
apc、抵抗17の値をR17、デュアルゲートMOS
FET16のドレイン電圧をVxとすると、第1ゲート
が高電位に設定されている場合は、デュアルゲートMO
SFET16の飽和電流Ixは(Va p c−Vx)
 /R17となる。従ってIxは概略、バイアス制御電
圧によって決定され、その結果2第2ゲート印加電圧V
xも決定される。該電圧は前段デュアルゲートMOSF
ETの第2ゲートの印加電圧となる。 その結果、該飽和電流、従って、該利得はしきい電圧の
ばらつきの影響を受けることなく、上記バイアス制御電
圧によって決定することができる。 第8図は本発明の断面構造に関する一実施例を示す0本
実施例は、P型高濃度シリコン基板の上に成長したP型
低濃度層を有する半導体基板に、2つの横型オフセット
ゲートMOSFET20.21及び第1.第2のキャパ
シタを形成したものである。ここに上記P型高濃度シリ
コン基板は接地し、上記第2のキャパシタは、上記P型
低濃度層を貫通するP型窩濃度拡散層25を下部電極、
該表面保護膜を誘電体、該表面保護膜の上部に選択的に
形成したゲート形成膜22を上部電極として構成したも
のである。また、上記第1のキャパシタは、上記第2の
キャパシタの上部電極22を下部電極とし、該下部電極
を蔽う第1の絶縁膜を誘電体とし、該絶縁膜の上部に選
択的に形成した第1の金属膜23を中間電極とし、該中
間電極23の上部を蔽う第2の絶縁膜を誘電体とし、該
絶縁膜の上部に選択的に形成した第2の金属膜24を」
二部電極として構成し、該中間電極23を前段MOSF
ET20のドレインと接続し、該下部電極22と上部電
極24は接続して後段MOSFET21のゲートと接続
したものである。また、上記第1及び第2のキャパシタ
は該直列抵抗成分が小さいため、同調選択度が必要以上
に高くなる場合があり、最適な選択度を得るために、上
記P型窩濃度拡散層25に若干の抵抗成分を付加するも
のである。すなわち、上記P型窩濃度拡散M25の面積
を小さくすれば、上記第2のキャパシタの直列抵抗を付
加することができる。また、上記P型窩濃度拡散層25
を低濃度に制御すれば、製造過程において上記第2のキ
ャパシタの直列抵抗を最適に微調整することができる。 また、本実施例においては、第1のキャパシタは第2の
キャパシタの上部に構成され、接地からシールドされる
ため、前段MOSFET21の出力が接地される割合が
極めて小さく、はとんど全ての出力は第2のキャパシタ
に伝達される。また、第2のキャパシタとしては、後段
MOSFET21のゲートとソース間のキャパシタを使
用することができるので、その不足分を集積化すればよ
く、一般に第1のキャパシタより小さくすることができ
る。本実施例においては、小さな第2のキャパシタの上
に2層構造によって、第1のキャパシタを集積化したも
のであり、チップ面積を小さくすることができる。また
、上記第1のキャパシタは上記2層構造によっても必要
なキャパシタンスが得られない場合は、上記第2のキャ
パシタの上部を蔽う絶縁膜を選択的に薄く形成するもの
である。 また本実施例においては、入力及び出力ボンディング・
パッド29及び30の直下にN型拡散層27及び28を
形成して、これを入力のゲート・バイアス電圧あるいは
出力のドレイン電圧によって、高電位に保つことにより
、上記入力及び出力ボンディング・パッドと半導体基板
の間に存在するキャパシタンスを低減するものである。 これにより、入力整合回路の選択度が必要以上に高くな
ることを防ぐことができ、更に出力端子においては、ボ
ンディング・パッドのキャパシタンスを通して流れる電
流によって発生する、出力電力の損失を少なくすること
ができる。 第10図は第5図のチップ・パターンである。 ここに36.3711.43はそれぞれストライプ状M
OSFETを示す。該36と38は前段差動増幅器の差
動MOSFET、該37と39は並列接続された前段差
動増幅器のバイアス電流制御用MOSFET、該40と
42は後段差動増幅器の差動MOSFET、該41と4
3は並列接続された後段差動増幅器のバイアス電流制御
用MOSFETである。また、32及び33は第1のキ
ャパシタ、34と35は第2のキャパシタである。 上記第1のキャパシタは32及び33は第2のキャパシ
タ34及び35の上部にそれぞれ重ねて構成されており
、チップ面積を小さくすることができる。更に、上記キ
ャパシタは上記差動増幅器の正相、逆相に対応して、チ
ップ中央に対して対称に配置すると共に、前段増幅器と
後段増幅器は上記キャパシタの配置位置によって分離し
たものであり、チップ内部における不必要な信号の帰還
を十分に抑えたものである。これによって、高利得の増
幅器において発生した不安定性を無くすることができる
。 第11図は、本発明による集積化高周波増幅器チップを
用いて高周波増幅器を構成した実施例の回路図を示す。 ここに、1は第6図に示したものに対応する。 36は入力端子、37は入力整合回路、38は出力端子
、39は出力整合回路を示す。前段と後段の段間整合は
、あらかじめ設計された集積化キャパシタとボンディン
グ・ワイヤ2のインダクタンスによって行う。上記集積
化キャパシタとボンディング・ワイヤのばらつきはキャ
パシタ40によって微調整を行うことができる。このよ
うに、本発明による集積化高周波増幅器チップを使用す
れば、股間整合が極めて容易であり、また広範囲に周波
数帯を変更することができる。また、本発明を使用すれ
ば、電源端子と微調整端子に要する配置を行うだけで、
2段以上の増幅器も1段の増幅器の空白位置に構成する
ことができ、実質的な面積の増加は少ない。その結果、
従来は上記段間整合回路及びバイアス回路に要した面積
を大幅に節約することができる。
[Operation] In the means for achieving the first object, the inductances of the first capacitor, the second capacitor, and the bonding wire are tuned so that the output of the subsequent amplifier becomes large at a predetermined frequency. be done. That is, the first capacitor and the second capacitor are
The output impedance of m is determined to match the input impedance of the subsequent stage amplifier, and the selectivity at the windowed frequency is determined to be large. Therefore, crotch matching is achieved with an integrated capacitor and only one bonding wire, and high frequency amplifier integration is easily achieved without integrating inductances with large losses. Furthermore, since the first capacitor and the second capacitor are stacked, there is no series-parallel parasitic capacitance or inductance. Therefore, their impedance characteristics are similar and act as ideal impedance converters. Furthermore, since a MOSFET to which only direct current is applied has a small channel width, its drain current is extremely small. Therefore, in order to set the drain current to a predetermined value,
A predetermined control voltage can be applied via a large resistor, which does not require a large amount of power.Also, within the same semiconductor chip, the variation in threshold voltage is small, so the same gate bias voltage can be used. However, the bias current of the small MOSFET and the bias current of the front-stage and rear-stage amplifiers are proportional to each other. Therefore, the bias currents of the front-stage and rear-stage amplifiers can be set with small power. Furthermore, if the PN junction directly under the bonding pad is reverse biased, the capacitance of the PN junction becomes smaller due to the expansion of the depletion layer. Since this capacitance is in series with the capacitance directly below the bonding pad, the overall capacitance can be reduced. [Examples] The present invention will be explained below with reference to Examples. FIG. 1 shows a basic embodiment of the invention. Here, 1 is a semiconductor chip that integrates two MOSFETs whose source is grounded and the first capacitor, and 2 is a bonding/bonding chip.
In the inductance of the wire, 5 is an input terminal, 6 is an output terminal, and 8 is a power supply terminal. Here, the matching of the output impedance of the front-stage MOSFET and the input impedance of the rear-stage MOSFET is based on the first
The ratio of the capacitance component of the capacitor 3 and the above-mentioned input impedance is used, and the inductance 2 of the gate bonding wire of the subsequent MOSFET is used for tuning. Therefore, in the present invention, even after the semiconductor chip is manufactured, the frequency band can be adjusted by the inductance 2 of the bonding wire. Conventionally, the capacitor 3 has been required to be as large as possible for the purpose of blocking direct current and passing high frequency signals between the front stage and the rear stage. However, in the present invention, corresponding to the impedance conversion ratio,
It can be sufficiently small and can be easily integrated into the same semiconductor chip. 7 is a bias terminal, which is also used as a fine adjustment terminal, so that the frequency adjustment by the inductance 2 of the bonding wire can be further finely adjusted after the amplifier is manufactured. In FIG. 2, a second capacitor 4 is added when the input capacitance of the subsequent MOSFET is small. If the capacitance is small, the inductance needs to be large in order to tune to a specific frequency. Since the length of the bonding wire is limited, it is difficult to increase its inductance. In such a case, increasing the capacitance can eliminate the increase in inductance. This allows tuning to be performed without increasing the length of the bonding wire. In FIG. 3, when the inductance 2 of the bonding wire is insufficient, the insufficient inductance 2 is integrated into a semiconductor chip. Here, 9 is an inductor formed on the surface of the same semiconductor chip using a wiring metal such as aluminum or a gate forming material such as polysilicon or molybdenum. In FIG. 4, a dual gate MOSFET is used instead of the MOSFET described above, and the gain is controlled by the voltage applied to the second gate terminal 10. This eliminates the variation in input impedance that occurs when the gain is controlled by the gate bias voltage of the MOSFET. Furthermore, since the second gate operates as a grounded gate, oscillation is likely to occur unless it is grounded with low impedance. In order to prevent this, in this embodiment, the capacitor 11 is integrated within the same semiconductor chip. This eliminates the impedance of the bonding wire that would exist if it were grounded outside the semiconductor chip, thereby reducing the grounding impedance. In the case of a dual gate MOSFET, the on-resistance is large, resulting in a decrease in power efficiency. Therefore, the front stage can be a dual gate MOSFET, and the rear stage with a large output power can be a MOSFET with high power efficiency. FIG. 5 shows two differential MOSFETs with a common source and the differential MOSFET described above, instead of the MOSFET described above.
It consists of a MOSFET whose drain is connected to the source of
A differential amplifier is used in which the source of the MOSFET is grounded. Here, 32.33 is the first capacitor, and 34.35 is the second capacitor. Moreover, input terminals 5-2 and 5-3 are differential input terminals. Complementary signals are input. The input terminal 5-1 controls the bias current of the differential MOSFET and the gain of the differential amplifier. Also, if one of the input terminals 5-2 or 5-3 is grounded and a signal is input from the other, complementary signals can be obtained from the output of the differential amplifier, so this can be used as a preamplifier of the push-pull amplifier. It can also be used as Furthermore, if a signal is input from the input terminal 5-1 and the input terminal 5-2 or 5-3 is used as a complementary DC bias terminal, the dual gate MO
This is a gain control amplifier with a larger gain control range, especially a larger gain attenuation, than an SFET. FIG. 6 shows an integrated MOSFET 12 having a channel width of about 1/1/100 to 1/100 of that of the front-stage and rear-stage amplifiers for the purpose of bias control. The gate of the MOSFET 12 is connected to the drain, and a bias control voltage is applied from a bias control terminal 15 through a resistor 13. The voltage applied to the MOSFET 12 is applied by a resistor 14 to the gates of the front-stage and rear-stage amplifiers. When the bias control voltage is higher than the threshold voltage of the MOSFET 12, the MOSFET is
Determine the current of 12. The bias currents of the front-stage and rear-stage amplifiers are set in proportion to the current of MOSFET I2, and these are the so-called idling currents of the front-stage and rear-stage amplifiers. This uses the current mirror effect of MOSFET, and can reduce variations in power gain and efficiency when the amplifier is operating at high output. On the other hand, the bias control voltage is
When the voltage is lower than the threshold voltage of 2, the current of the MOSFET 12 becomes almost zero, and the bias control voltage is directly applied to the gates of the front and rear stage amplifiers. That is, when the voltage is lower than the threshold voltage, the front-stage and rear-stage amplifiers simultaneously become class C amplifiers, and the power gain can be significantly attenuated. As a result, the integrated high-frequency amplifier according to the present invention is not affected by variations in threshold voltage when performing high-output operation. Gain attenuation control necessary for the high frequency amplifier can be reliably performed. Figure 7 shows a dual gate M○5FET as the front stage amplifier.
, which shows the case where a MOSFET is used as a post-stage amplifier. The bias voltage of the first gate of the front stage dual gate MO5FET is fixed, and the gain control of the front stage is performed by the second gate applied voltage. Since the input impedance of the previous stage is thereby fixed, it is possible to eliminate fluctuations in input matching that occur in the case of gain control by the first gate. In this example, the front stage dual gate MOSFE
For the purpose of controlling the gain of T, a dual-gate MOSFET 16 having a channel width of about one-several to several-hundredths of that of the previous-stage dual-gate MOSFET is integrated. The first gate of the dual gate MOSFET 16 is set to a high potential supplied from the bias terminal 19, the second gate is connected to the drain, and the resistor 1 is connected to the bias control terminal 15.
A bias control voltage is applied via 7. The second gate voltage of the dual gate MOSFET 16 is applied to the second gate of the preceding stage dual gate MOSFET by a resistor 18. The applied voltage of the second gate is the dual gate MOSFET
Since the power amplifier operates with a large amplitude, gain control is realized by the magnitude of the saturation current. Since the front-stage dual-gate MOSFET and the dual-gate MOSFET 16 are integrated on the same semiconductor chip, the saturation current has a proportional relationship corresponding to the reduction ratio of the dual-gate MOSFET. Therefore, the second gate voltage that gives the saturation current of the dual gate MOSFET 16 is obtained, and this is applied to the previous dual gate MOSFET 16.
The saturation current can be set by applying it to the second gate of the OSFET. That is, the bias control voltage is set to V
apc, the value of resistor 17 is R17, dual gate MOS
If the drain voltage of FET16 is Vx, if the first gate is set to a high potential, the dual gate MO
The saturation current Ix of SFET16 is (Vap c-Vx)
/R17. Therefore, Ix is approximately determined by the bias control voltage, resulting in the second gate applied voltage V
x is also determined. This voltage is the previous stage dual gate MOSF
This is the voltage applied to the second gate of ET. As a result, the saturation current, and therefore the gain, can be determined by the bias control voltage without being affected by threshold voltage variations. FIG. 8 shows an embodiment of the cross-sectional structure of the present invention. In this embodiment, two lateral offset gate MOSFETs 20. 21 and 1st. A second capacitor is formed. Here, the P-type high concentration silicon substrate is grounded, and the second capacitor connects the P-type cavity concentration diffusion layer 25 passing through the P-type low concentration layer to a lower electrode,
The surface protective film is a dielectric, and the gate forming film 22 selectively formed on the surface protective film is an upper electrode. Further, the first capacitor has an upper electrode 22 of the second capacitor as a lower electrode, a first insulating film covering the lower electrode as a dielectric, and a first insulating film selectively formed on the upper part of the insulating film. The first metal film 23 is used as an intermediate electrode, the second insulating film covering the upper part of the intermediate electrode 23 is used as a dielectric, and the second metal film 24 is selectively formed on the upper part of the insulating film.
The intermediate electrode 23 is configured as a two-part electrode, and the intermediate electrode 23 is
It is connected to the drain of the ET 20, and the lower electrode 22 and the upper electrode 24 are connected to the gate of the subsequent MOSFET 21. Furthermore, since the series resistance component of the first and second capacitors is small, the tuning selectivity may become higher than necessary. This adds a slight resistance component. That is, by reducing the area of the P-type cavity concentration diffusion M25, the series resistance of the second capacitor can be added. Further, the P-type cavity concentration diffusion layer 25
By controlling the concentration to be low, the series resistance of the second capacitor can be optimally finely adjusted during the manufacturing process. In addition, in this embodiment, the first capacitor is configured above the second capacitor and is shielded from grounding, so the proportion of the output of the previous stage MOSFET 21 that is grounded is extremely small, and almost all outputs are grounded. is transmitted to the second capacitor. Furthermore, since the second capacitor can be a capacitor between the gate and source of the subsequent MOSFET 21, the shortfall can be made up by integrating the second capacitor, and the second capacitor can generally be made smaller than the first capacitor. In this embodiment, a first capacitor is integrated on a small second capacitor by a two-layer structure, so that the chip area can be reduced. Further, when the first capacitor cannot obtain the necessary capacitance even with the two-layer structure, an insulating film covering the upper part of the second capacitor is selectively formed to be thin. In addition, in this embodiment, input and output bonding
By forming N-type diffusion layers 27 and 28 directly under the pads 29 and 30 and keeping them at a high potential by the input gate bias voltage or the output drain voltage, the input and output bonding pads and the semiconductor This reduces the capacitance that exists between the substrates. This prevents the selectivity of the input matching circuit from becoming unnecessarily high, and further reduces output power loss caused by current flowing through the bonding pad capacitance at the output terminal. . FIG. 10 is the chip pattern of FIG. 5. Here 36.3711.43 are striped M
OSFET is shown. 36 and 38 are differential MOSFETs of the front-stage differential amplifier, 37 and 39 are bias current control MOSFETs of the front-stage differential amplifier connected in parallel, 40 and 42 are differential MOSFETs of the rear-stage differential amplifier, and 41 and 4
3 is a MOSFET for bias current control of the rear-stage differential amplifier connected in parallel. Further, 32 and 33 are first capacitors, and 34 and 35 are second capacitors. The first capacitors 32 and 33 are stacked on top of the second capacitors 34 and 35, respectively, so that the chip area can be reduced. Further, the capacitors are arranged symmetrically with respect to the center of the chip in correspondence with the positive and negative phases of the differential amplifier, and the front-stage amplifier and the rear-stage amplifier are separated by the arrangement positions of the capacitors, and the chip This sufficiently suppresses the feedback of unnecessary internal signals. This eliminates the instability that occurs in high gain amplifiers. FIG. 11 shows a circuit diagram of an embodiment in which a high frequency amplifier is constructed using an integrated high frequency amplifier chip according to the present invention. Here, 1 corresponds to that shown in FIG. 36 is an input terminal, 37 is an input matching circuit, 38 is an output terminal, and 39 is an output matching circuit. Matching between the front stage and the rear stage is performed by a pre-designed integrated capacitor and the inductance of the bonding wire 2. The variations in the integrated capacitor and bonding wire can be finely adjusted by the capacitor 40. As described above, by using the integrated high frequency amplifier chip according to the present invention, it is extremely easy to perform crotch matching, and the frequency band can be changed over a wide range. In addition, if you use the present invention, you can simply arrange the power supply terminal and fine adjustment terminal.
Two or more stages of amplifiers can also be constructed in the blank position of one stage amplifier, and the substantial increase in area is small. the result,
The area conventionally required for the interstage matching circuit and bias circuit can be significantly saved.

【発明の効果】【Effect of the invention】

このように本発明においては、集積化キャパシタによる
インピーダンス変換を使用するので、ストリップ線路、
あるいはインダクタンスによる場合に比較して、その抵
抗成分による電力のロスを低減することができる。更に
本発明においては、同調を行うために唯一のインダクタ
を接続すればよく、調整を簡素化できる利点がある。こ
のインダクタとしては、半導体チップを外部回路と接続
する抵抗成分の小さいボンディング・ワイヤを使用する
ことができ、高周波電力の損失を低減することができる
。また、本来存在するボンディング・ワイヤを使用する
ので、半導体チップ上に集積化する必要はなく、チップ
面積を小さくすることができる。また、上記ボンディン
グ・ワイヤは外部回路に接続されるものであり、増幅器
製造後においても、上記インダクタンスの誤差及び半導
体チップ製造のばらつきを外部回路から微調整すること
ができる利点がある。 また本発明の集積化高周波増幅器においては、キャパシ
タは多層に重ねて集積化されるとともに、後段MOSF
ETの入力キャパシタンスを使用することができる利点
があり、チップ面積を小さくすることができる。 また本発明の集積化高周波増幅器においては、半導体チ
ップ製造上の、MOSFETのしきい電圧のばらつきを
吸収することができ、もって高出力動作時の電力利得及
び効率のばらつきを少なくすることができるとともに、
利得制御を行うことができる。またデュアルゲートMO
SFETあるいは差動増幅器を使用すれば、利得制御に
伴う入力インピーダンスの変動を無くすることができ、
もって入力整合回路の製造上の歩留まりを向上させるこ
とができる。 また本発明の集積化高周波増幅器においては、ボンディ
ング・パッド直下のキャパシタンスが低減されるため、
入力整合回路の選択度は必要以上に高くなることが無く
なり、もって入力定在波比のばらつきを低減することが
できるとともに、出力電力の損失を低減することができ
る。 以上述べたように、本発明は、特に3GHz以下の周波
数領域においての高周波槽H塁の集積化を容易に実現し
たものであり、合わせて調整の容易化、製造歩留まりの
向上、電力効率の向上、利得制御機能の高度化、高安定
度の維持を実現したものである。
In this way, the present invention uses impedance conversion using integrated capacitors, so strip lines,
Alternatively, compared to the case of using inductance, power loss due to the resistance component can be reduced. Furthermore, the present invention has the advantage that only one inductor needs to be connected for tuning, which simplifies the adjustment. As this inductor, a bonding wire with a small resistance component that connects the semiconductor chip to an external circuit can be used, and high frequency power loss can be reduced. Furthermore, since the existing bonding wires are used, there is no need for integration on the semiconductor chip, and the chip area can be reduced. Further, since the bonding wire is connected to an external circuit, there is an advantage that even after the amplifier is manufactured, errors in the inductance and variations in semiconductor chip manufacturing can be finely adjusted from the external circuit. Furthermore, in the integrated high-frequency amplifier of the present invention, the capacitor is integrated in multiple layers, and the subsequent MOSFET
There is an advantage that the input capacitance of ET can be used, and the chip area can be reduced. Furthermore, the integrated high-frequency amplifier of the present invention can absorb variations in the threshold voltage of MOSFETs during semiconductor chip manufacturing, thereby reducing variations in power gain and efficiency during high-output operation. ,
Gain control can be performed. Also dual gate MO
Using SFETs or differential amplifiers can eliminate input impedance fluctuations associated with gain control.
As a result, the manufacturing yield of the input matching circuit can be improved. Furthermore, in the integrated high-frequency amplifier of the present invention, since the capacitance directly under the bonding pad is reduced,
The selectivity of the input matching circuit does not become higher than necessary, thereby making it possible to reduce variations in input standing wave ratio and reduce output power loss. As described above, the present invention facilitates the integration of high-frequency tank H bases particularly in the frequency range below 3 GHz, and also facilitates adjustment, improves manufacturing yield, and improves power efficiency. , the gain control function has been improved, and high stability has been maintained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第7図は本発明の実施例の高周波増幅器の回
路図第8図は第2図の回路の断面図、第9図は従来の高
周波増幅回路の回路図、第10図は第5図の回路のチッ
プ・パターンを示す平面図、第11図は本発明の集積化
増幅回路チップの一使用例を示す図回路素子グループの
配置図である。 符号の説明 1・・・半導体チップ、2・・・ボンディング・ワイヤ
、3.4・・・キャパシタ、5.5−1.5−2.5−
3・・・入力端子、6.6−1.6−2・・・出力端子
、7.7−1.7−2.7−3・・・バイアス端子、8
.8−1.8−2・・・電源端子、9・・・インダクタ
、10・・・第2ゲート端子、11・・・キャパシタ、
12・・・MOSFET、13.14・・・抵抗、15
・・・バイアス制御端子、16・・・デュアル・ゲート
MO5FET、17.18・・・抵抗、19・・・バイ
アス端子、20.21・・・MOSFET、22・・・
ゲート形成膜、23.24・・・金属膜、25.26・
・・P型窩濃度拡散層、27.28・・・N型拡散層、
29.30・・・ボンディング・パッド、31・・・ス
トリップ・ライン、32.33・・・第1のキャパシタ
、34.35・・・第2のキャパシタ、36・・・入力
端子、37・・・入力整合回路、38・・・出力端子、
39・・・出力整合回路。 40・・・キャパシタ 第2図 第9目 第F目 $7目 第7ρ図 f″−2 、r−/
1 to 7 are circuit diagrams of a high frequency amplifier according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a sectional view of the circuit of FIG. 2, FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional high frequency amplifier circuit, and FIG. FIG. 5 is a plan view showing the chip pattern of the circuit, and FIG. 11 is a layout diagram of circuit element groups showing an example of use of the integrated amplifier circuit chip of the present invention. Explanation of symbols 1... Semiconductor chip, 2... Bonding wire, 3.4... Capacitor, 5.5-1.5-2.5-
3...Input terminal, 6.6-1.6-2...Output terminal, 7.7-1.7-2.7-3...Bias terminal, 8
.. 8-1.8-2... Power supply terminal, 9... Inductor, 10... Second gate terminal, 11... Capacitor,
12...MOSFET, 13.14...Resistance, 15
...Bias control terminal, 16...Dual gate MO5FET, 17.18...Resistor, 19...Bias terminal, 20.21...MOSFET, 22...
Gate forming film, 23.24... Metal film, 25.26.
...P-type foveal concentration diffusion layer, 27.28...N-type diffusion layer,
29.30... Bonding pad, 31... Strip line, 32.33... First capacitor, 34.35... Second capacitor, 36... Input terminal, 37...・Input matching circuit, 38...output terminal,
39...Output matching circuit. 40... Capacitor Figure 2 Figure 9 Figure F $7 Figure 7 ρ f''-2, r-/

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、MOSFET、あるいはデュアルゲートMOSFE
T、あるいはソースを共通とした2個の差動MOSFE
Tと上記差動MOSFETのソースにドレインが接続さ
れたMOSFETで構成される差動増幅器より成る、少
なくとも2個の増幅部及び第1のキャパシタより成り、
上記キャパシタの一端は前段増幅部の出力端子に、他端
は後段増幅部の入力端子に接続して成る高周波増幅器に
おいて、上記増幅部及びキャパシタは同一半導体基板に
形成して成り、上記キャパシタと上記後段増幅部の入力
インピーダンス及び該入力端子に接続されたボンディン
グ・ワイヤとによって同調回路を構成したことを特徴と
する集積化高周波増幅器。 2、上記半導体基板の上記後段増幅部の入力端子と接地
の間に第2のキャパシタを形成した特許請求の範囲第1
項記載の集積化高周波増幅器。 3、上記増幅部の前段及び後段をMOSFET、デュア
ルゲートMOSFET、あるいは上記差動増幅器の組み
合わせで構成した特許請求の範囲第1項及び第2項記載
の集積化高周波増幅器。 4、上記半導体基板に第3のキャパシタを形成し、上記
デュアルゲートMOSFETの第2ゲートあるいは上記
差動増幅器の制御ゲートと接地の間に接続した特許請求
の範囲第1項、第2項及び第3項記載の集積化高周波増
幅器。 5、上記半導体基板にインダクタを形成し、上記後段増
幅部の入力端子と、該入力端子のボンディング・パッド
との間に接続した特許請求の範囲第1項、第2項、第3
項、及び第4項記載の集積化高周波増幅器。 6、上記半導体基板に複数の抵抗体及び第3の増幅部を
形成し、該増幅部と上記増幅部の各々のゲート端子を上
記抵抗体によってそれぞれ接続して成り、上記第3の増
幅部のゲート・バイアス電圧と同等の、あるいは比例す
る電圧をして、上記各々の増幅部のゲート・バイアス電
圧とした特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4
項及び第5項記載の集積化高周波増幅器。 7、上記第1のキヤパシタは上記半導体基板の表面保護
膜の上部に選択的に形成した第1の金属膜を下部電極と
し、該金属膜の上部を蔽う絶縁膜を誘電体とし、該絶縁
膜の上部に選択的に形成した第2の金属膜を上部電極と
して構成し、該上部電極は上記前段増幅部の出力端子と
接続し、該下部電極は上記後段増幅部の入力端子と接続
して成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2
項、第3項、第4項、第5項、及び第6項記載の集積化
高周波増幅器。 8、上記下部電極を、ゲート形成膜を使用して形成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の集積化高
周波増幅器。 9、上記絶縁膜を選択的に薄く形成したことを特徴とす
る特許請求の範囲第7項及び第8項記載の集積化高周波
増幅器。 10、上記第1のキャパシタの下部電極は、上記半導体
基板の表面保護膜の上部にゲート形成膜を使用して選択
的に形成し、該ゲート形成膜の上部を蔽う第1の絶縁膜
を誘電体とし、該絶縁膜の上部に選択的に形成した第1
の金属膜を中間電極とし、該金属膜の上部を蔽う第2の
絶縁膜を誘電体とし、該絶縁膜の上部に選択的に形成し
た第2の金属膜を上部電極として構成し、該中間電極は
前段増幅部の出力端子と接続し、該下部電極と上部電極
は接続して、後段増幅部の入力端子と接続した特許請求
の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、第5項及び第
6項記載の集積化高周波増幅器。 11、上記半導体基板はP型高濃度シリコン基板上に成
長したP型低濃度層より成り、上記第2あるいは第3の
キャパシタは、上記半導体基板表面より、上記P型高濃
度シリコン基板に達する部分的な高濃度のP型拡散層を
形成して、これを下部電極とし、上記半導体基板の表面
を蔽う表面保護膜を誘電体とし、該表面保護膜の上部に
選択的に形成した金属膜を上部電極とした特許請求の範
囲第1項〜第10項記載の集積化高周波増幅器。 12、上記第2のキャパシタにおいては、該上部電極の
面積より、該高濃度P型拡散層の面積を小さくしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第11項記載の集積化高周
波増幅器。 13、上記第2のキャパシタにおいては、該P型高濃度
拡散層の濃度を第3のキャパシタにおけるP型高濃度拡
散層の濃度より低濃度としたことを特徴とする特許請求
の範囲第11項記載の集積化高周波増幅器。 14、上記前段増幅部の入力端子、あるいは後段増幅部
の出力端子に対応するボンディング・パッド直下にN型
拡散層を形成し、該N型拡散層の電位を上記半導体基板
の電位に対して高電位に保つことを特徴とする特許請求
の範囲第1項〜第13項記載の集積化高周波増幅器。 15、上記前段増幅部より成る第1配置グループと、上
記後段増幅部より成る第2配置グループと、上記第1、
第2、及び第3のキャパシタより成る第3配置グループ
を構成し、該第3配置グループによって、該第1配置グ
ループと該第2配置グループを分離したことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項〜第14項記載の集積化高周波
増幅器。
[Claims] 1. MOSFET or dual gate MOSFET
T, or two differential MOSFEs with a common source
and a first capacitor, each of which includes at least two amplification sections each including a differential amplifier configured with a MOSFET whose drain is connected to the source of the differential MOSFET, and a first capacitor;
In a high frequency amplifier in which one end of the capacitor is connected to an output terminal of a front-stage amplifier section and the other end is connected to an input terminal of a rear-stage amplifier section, the amplifier section and the capacitor are formed on the same semiconductor substrate; An integrated high-frequency amplifier characterized in that a tuning circuit is formed by the input impedance of a rear-stage amplifier section and a bonding wire connected to the input terminal. 2. Claim 1, wherein a second capacitor is formed between the input terminal of the latter-stage amplifying section of the semiconductor substrate and ground.
The integrated high frequency amplifier described in Section 1. 3. The integrated high-frequency amplifier according to claims 1 and 2, wherein the front and rear stages of the amplifying section are configured with MOSFETs, dual gate MOSFETs, or a combination of the differential amplifiers. 4. Claims 1, 2 and 4, wherein a third capacitor is formed on the semiconductor substrate and connected between the second gate of the dual gate MOSFET or the control gate of the differential amplifier and ground. The integrated high frequency amplifier according to item 3. 5. Claims 1, 2, and 3, wherein an inductor is formed on the semiconductor substrate and connected between the input terminal of the post-stage amplification section and the bonding pad of the input terminal.
and the integrated high-frequency amplifier according to item 4. 6. A plurality of resistors and a third amplifying section are formed on the semiconductor substrate, and the gate terminals of the amplifying section and each of the amplifying sections are connected by the resistor, and the third amplifying section has a plurality of resistors. Claims 1, 2, 3, and 4 set a voltage equal to or proportional to the gate bias voltage as the gate bias voltage of each of the amplification sections.
6. The integrated high-frequency amplifier according to paragraphs 1 and 5. 7. The first capacitor has a first metal film selectively formed on the top of the surface protection film of the semiconductor substrate as a lower electrode, an insulating film covering the top of the metal film as a dielectric, and the insulating film as a dielectric. A second metal film selectively formed on the upper part of the second metal film is configured as an upper electrode, the upper electrode is connected to the output terminal of the first stage amplification part, and the lower electrode is connected to the input terminal of the second stage amplifier part. Claims 1 and 2 are characterized in that:
6. The integrated high-frequency amplifier according to items 1, 3, 4, 5, and 6. 8. The integrated high frequency amplifier according to claim 7, wherein the lower electrode is formed using a gate forming film. 9. An integrated high frequency amplifier according to claims 7 and 8, characterized in that the insulating film is selectively formed thin. 10. The lower electrode of the first capacitor is selectively formed on the surface protection film of the semiconductor substrate using a gate formation film, and the first insulating film covering the upper part of the gate formation film is formed as a dielectric. a first layer formed as a body and selectively formed on the top of the insulating film.
A metal film is used as an intermediate electrode, a second insulating film covering the upper part of the metal film is used as a dielectric, a second metal film selectively formed on the upper part of the insulating film is configured as an upper electrode, and the intermediate Claims 1, 2, 3, and 4, wherein the electrode is connected to the output terminal of the front-stage amplifier, and the lower electrode and the upper electrode are connected and connected to the input terminal of the rear-stage amplifier. 6. The integrated high-frequency amplifier according to paragraphs 5 and 6. 11. The semiconductor substrate is composed of a P-type low concentration layer grown on a P-type high concentration silicon substrate, and the second or third capacitor is a portion reaching the P-type high concentration silicon substrate from the surface of the semiconductor substrate. A highly concentrated P-type diffusion layer is formed, this is used as a lower electrode, a surface protection film covering the surface of the semiconductor substrate is used as a dielectric, and a metal film is selectively formed on the top of the surface protection film. An integrated high frequency amplifier according to claims 1 to 10, wherein the upper electrode is an upper electrode. 12. The integrated high frequency amplifier according to claim 11, wherein in the second capacitor, the area of the heavily doped P-type diffusion layer is smaller than the area of the upper electrode. 13. Claim 11, characterized in that in the second capacitor, the concentration of the P-type high concentration diffusion layer is lower than the concentration of the P-type high concentration diffusion layer in the third capacitor. The integrated high frequency amplifier described. 14. Form an N-type diffusion layer directly under the bonding pad corresponding to the input terminal of the front-stage amplifier section or the output terminal of the rear-stage amplifier section, and make the potential of the N-type diffusion layer higher than the potential of the semiconductor substrate. An integrated high-frequency amplifier according to any one of claims 1 to 13, wherein the integrated high-frequency amplifier is maintained at a potential. 15. A first arrangement group consisting of the above-mentioned front-stage amplification section, a second arrangement group consisting of the above-mentioned rear-stage amplification section, and the first arrangement group,
Claim 1 characterized in that a third arrangement group is formed of the second and third capacitors, and the third arrangement group separates the first arrangement group and the second arrangement group. 15. An integrated high-frequency amplifier according to items 1 to 14.
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