专利名称：Rf功率器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频(RF)功率器件。
背景技术：
在半导体衬底上提供阵列形式的RF功率器件是已知的，RF功率器件例如是 RF-LDMOS 晶体管和 GaN-HEMT。这种功率器件产生大量的热，这可能导致阵列中自加热和器件之间的相互加热。 这种加热可能导致性能劣化或甚至晶体管损坏。在尝试减轻阵列中不同晶体管的相互加热时，将已知阵列设计中的晶体管分隔开给定的距离或间距。在实际器件中使用的间距已知是50-150 μ m，而晶体管自己的尺寸可以小得多(例如3-15 μ m)。晶体管之间的空间代表了提供RF功率器件的衬底中的大量无用空间。功率晶体管典型地具有低输入和输出阻抗。因此对于某些应用，这些功率晶体管与阻抗匹配电路耦合。这些阻抗匹配电路典型地包括诸如电感器或电容器之类的部件。
发明内容
在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述了本发明的各个方面。可以将来自从属权利要求中的特征组合与来自独立权利要求中的特征适当地进行组合，并且不只是仅仅如同权利要求中明确阐述的。根据本发明的一个方面，提出了一种RF功率器件，包括半导体衬底，具有布置成阵列的多个有源区(active region),其中每一个有源区包括一个或多个RF功率晶体管，并且所述有源区通过非有源区分隔开，所述非有源区用于减少分离的有源区中的RF功率晶体管的相互加热；以及至少一个阻抗匹配部件，位于所述一个或多个非有源区中。通过在衬底的非有源区中提供阻抗匹配部件(非有源区本身用于减少分离的有源区中的RF功率晶体管的相互加热)，可以比已知设计更加有效地使用半导体衬底上的空间，在已知设计中阻抗匹配部件与晶体管阵列相分离地设置。因为由诸如电容器或电感器之类的阻抗匹配部件占据的空间可以与阻抗匹配部件所位于的非有源区近似一样大，并且因为非有源区可以典型地比有源区大得多(以便提供有源区的足够分隔)，所以可以理解的是，根据本发明实施例实现的空间节省在尺寸上可以与晶体管阵列本身占据的总空间相当。因此该空间节省是显著的。为了本申请的目的，术语“射频”和“RF”指的是范围100MHz ^ f ^ IOOGHz中的频率。可以按照多种不同配置来提供阻抗匹配部件。在一些示例中，可以针对每个非有源区提供多于一个部件。这些部件可以配置成提供所述器件的输入和/或输出阻抗匹配。如这里所使用的，术语“非有源区(inactive region) ”指的是RF功率器件的未被RF功率晶体管占据的区域。因此“非有源”指的是对于RF功率操作的目的而言不活跃的区域。因此可以想到的是可以在非有源区中提供不形成RF功率器件的任何部分的部件。 然而在其他示例中，衬底上由非有源区占据的区域不包括除了阻抗匹配部件之外的其他部件。在一个示例中，非有源区与有源区毗邻。应该理解的是，这允许将阻抗匹配部件设置成在与其关联的晶体管紧密靠近。在一个示例中，所述器件具有公共栅极连接和/或公共漏极连接。这些公共连接将分离的有源区中的多个RF功率器件的栅极和/或漏极连接在一起。一个或多个阻抗匹配部件可以连接在公共栅极连接和/或公共漏极连接与器件的接地触点之间。在另一个示例中，一个或多个阻抗匹配部件可以连接在公共栅极连接和至少一个RF功率晶体管的栅极之间、和/或一个或多个阻抗匹配部件可以连接在公共漏极连接和至少一个RF功率晶体管的漏极之间。所述非有源区可以与公共栅极连接和/或公共漏极连接毗邻。如上所述，非有源区可以在半导体衬底上占据比有源区更大的面积。具体地，非有源区可以占据半导体衬底上的面积是有源区占据面积的实质上3至50倍。
下面将参考附图、作为非限制性示例描述本发明的实施例，其中相似的参考符号涉及相似的元件，其中图I示出了 RF功率晶体管的示例；图2示出了 RF功率晶体管的另一个示例；图3至5分别示出了在半导体衬底上提供的多个RF功率晶体管的不同阵列；图4至9分别示出了根据本发明实施例的RF功率器件。
具体实施例方式下面参考附图描述本发明的实施例。图I示出了 RF功率晶体管2的第一示例。RF功率晶体管2提供在半导体衬底4 中，并且所述RF功率晶体管包括源极区22和漏极区18。将源极区22和漏极区18提供在相应的阱14和20中，在衬底4上的外延层6中形成这些阱。阱20形成器件的漏极漂移区。 阱14形成器件的沟道区。如图I所示，触点16可以提供为连接至源极区22，并经由掺杂阱区8连接至阱14的沟道区和衬底区4。在阱14中的沟道区上面，提供了栅极(gate)。该栅极包括将栅电极(gate electrode) 10与沟道区隔离的电介质12。这种形式的RF功率晶体管在现有技术中是已知的。在图2中示出了这种形式的 RF功率晶体管的另一个版本。图2所示的RF功率晶体管2包括与参考图I上述的晶体管类似的两个晶体管，具有共享的漏极区18。图2中的RF功率晶体管2因此包括两个源极区22和两个栅极，两个栅极分别具有相应的栅极电介质12和栅电极10。图I和图2中的RF功率晶体管2是以截面图示出。图3_5示出了合并到衬底中晶体管阵列中的这些种类的RF功率晶体管的示例。在图3中示出了 RF功率晶体管阵列的第一示例。所述阵列包括多个有源区30，在该示例中，在每一个有源区中提供了结合图I所述种类的RF功率晶体管2。如这里所述，为了该申请的目的，术语“有源区“指的是半导体衬底中提供了一个或多个RF功率晶体管的区域。在这一点上，诸如图I和2中所示的阱8之类的触点阱不被看作是功率晶体管的一部分，并且实际上如下所述这些阱可以延伸到非有源区32中。在图3中，在每一个有源区30中每一个RF功率晶体管2的顶部栅极触点110如图3所示。图3中还示出了每一个RF功率晶体管2的顶部漏极触点118。顶部栅极触点和顶部漏极触点118通常位于上方，并且提供与图I的栅极触点10和漏极18的连接。为了清楚起见，在图3中没有示出RF功率晶体管2的部件。如图3所示，阵列中的每一个有源区30通过非有源区32 (与阵列中的相邻有源区 30)分隔开。如上所述，为了该申请的目的，第一示例中的“非有源区”指的是半导体衬底的其中不存在对于RF功率操作活跃的部件(例如RF功率晶体管)的区域。在一些示例中， 除了如下所述的阻抗匹配部件之外，非有源区不包括其他任何种类的任意部件。名义上，如上所述，非有源区32的目的是为了将有源区30分隔开，以减轻相邻有源区30中的RF功率晶体管的相互加热。然而如这里所述，根据本发明的实施例，非有源区 32可以有用地用于容纳诸如电容器和/或电感器之类的阻抗匹配部件，从而节省了衬底上的空间。在图3中还示出了通过公共栅极11将不同有源区30中的RF功率晶体管2的顶部栅极触点110连接在一起。类似地，也可以通过公共漏极19将不同有源区30中的RF功率晶体管2的顶部漏极触点118连接在一起。图4示出了 RF功率晶体管阵列的另一个示例。图4中的阵列与参考图3的上述阵列类似，不同之处在于在不同有源区30中设置的RF功率晶体管2是参考图2所述类型的晶体管。因此如图4所示，每一个有源区30中的RF功率晶体管2包括两个顶部栅极触点110、和共享的顶部漏极触点118。如参考图3所述，在图4中使用公共栅极11将顶部栅极触点110连接在一起，并且通过公共漏极19将共享的顶部漏极触点118连接在一起。同样与图3的示例相同的是，图4的示例包括非有源区32，非有源区32将合并有RF功率晶体管2的有源区30分隔开，以减轻RF功率晶体管2的相互加热。图5中示出了 RF功率晶体管阵列的另一个示例。图5中的结构与图4所示结构类似，不同之处在于实现了与有源区30中的晶体管的栅电极和漏极的连接。具体地，图5 的示例中的顶部栅极触点110不是直接位于晶体管的栅电极10上方的。而是，顶部栅极触点110延伸过器件，并且具有侧向延伸36。侧向延伸36在非有源区32上延伸并与另外的触点134相连，另外的触点134本身位于晶体管的顶部栅电极10上方。因为侧向延伸36 只是为了实现与晶体管的电连接而提供的，所以不将它们看作是晶体管本身的一部分，并且不将其看作是器件的有源部分。图6示出了根据本发明实施例的RF功率器件。在该示例中的RF功率器件包括布置成阵列的多个有源区30。每一个有源区30包括一个或多个RF功率晶体管2。在本示例中，RF功率晶体管2是参考图2所述种类的RF功率晶体管。应该理解的是可以在有源区 30中使用其他种类的RF功率晶体管，并且图6中所示的结构只是示例。如以上参考图3和图4所述，该实施例中的RF功率晶体管2的顶部栅极触点110通过公共栅极11连接在一起。类似地，器件的每一个有源区30中的RF功率晶体管2的共享顶部漏极触点18通过公共漏极19连接在一起。应该理解的是公共栅极和/或漏极的使用对于本发明不是必要的， 并且在其他示例中，可以分离地控制相邻有源区30的RF功率晶体管2的一个或多个栅极和/或漏极。图6的RF功率器件也包括非有源区32，非有源区32如上所述地将有源区分隔开， 用于减少分离的有源区30中RF功率晶体管的相互加热。典型地，相邻有源区30之间的非有源区32的侧向尺寸可以在50-150微米的范围内。相比而言，相同维度上有源区30的宽度可以是在3-15微米的量级。因此应该理解的是在根据本发明实施例的RF功率器件中， 非有源区32在半导体衬底上占据的面积可以是有源区30占据面积的实质上3至50倍。 可以根据应用需求来选择相邻有源区30之间的实际间距。例如，可以根据每一个有源区中 RF功率晶体管2产生的热的预期程度、以及这些RF功率晶体管2对于相互加热效应的敏感度，来选择所述间距。这些考虑也应用于除图6所示的实施例之外的以下所述的每一个示例实施例。图6所示的RF功率器件还包括位于非有源区32之一中的阻抗匹配部件40。所述匹配阻抗部件40可以用于将RF功率晶体管2的(输入或输出)阻抗与外部电路匹配。如图6所示，阻抗匹配部件40占据非有源区32之一中一定量的空间。这种空间量代表了空间节省，因为在以前的设计中，阻抗匹配部件40与晶体管阵列分离地提供，从而将不得不在其中合并了晶体管阵列的衬底上提供用于晶体管阵列以及阻抗匹配部件40的空间。在图6的示例中，阻抗匹配部件40经由连接42与公共漏极19相连，为器件提供输出阻抗匹配。尽管在该示例中阻抗匹配部件40与19处的公共漏极相连，在其他示例中， 阻抗匹配部件可以与不同有源区30中的RF功率晶体管2的顶部漏极触点或共享的漏极触点118直接相连，而仍然位于非有源区32中。此外，尽管在本示例中阻抗匹配部件40与公共漏极19相连，用于提供输出阻抗匹配，应该理解的是在其他示例中，可以将阻抗匹配部件设置为与RF功率器件的顶部栅极触点110或公共栅极11相连，用于为器件提供输入阻抗匹配。如这里所述，阻抗匹配部件40例如可以包括电容器或电感器。此外，阻抗匹配部件可以包括一个或多个电容器或电感器的组合，从而在器件的给定频率范围上提供所需的匹配阻抗。在图7中示出了根据本发明实施例的RF功率器件的另一个示例。图7中的示例包括有源区30，有源区30具有参考图I如上所述种类的RF功率晶体管2。如前所述，在有源区中提供这些种类的RF功率晶体管只是示例，可以使用其他种类的RF功率晶体管。在图7的示例中，阻抗匹配部件40和46可以位于非有源区32中。与图6的示例相反，图7器件中的多于一个的非有源区32中容纳有阻抗匹配部件。同样与图6相反，图 7中的阻抗匹配部件40和46与器件的公共栅极11相连，用于提供输入阻抗匹配。阻抗匹配部件40和46经由连接44连接在一起，并且经由连接42与公共栅极相连。在本示例中， 阻抗匹配部件46包括电感器，而阻抗匹配部件40包括电容器，电容器本身可以(使用图7 中未示出的连接)接地。因此，图7示出了可以将多于一个阻抗匹配部件设置在每一个非有源区32中，并且RF功率器件的多于一个非有源区32可以容纳诸如电容器和/或电感器之类的阻抗匹配部件。
根据本发明实施例的RF功率器件的另一个示例如图8所示。与参考图6如上所述的示例相同，图8的示例采用结合图2所述种类的RF功率晶体管。仍然可以使用其他类型的RF功率晶体管。在图8中，每一个非有源区32容纳有多个阻抗匹配部件40、46和48。 阻抗匹配部件40和46具有与结合图7如上所述的阻抗匹配部件类似的配置。图8所示的阻抗匹配部件48是与结合图6如上所述的阻抗匹配部件类似地配置的。因此，图8示出了根据本发明实施例的RF功率器件的非有源区32可以容纳阻抗匹配部件，一些阻抗匹配部件提供输入阻抗匹配，而一些阻抗匹配部件提供输出阻抗匹配。根据本发明实施例的RF功率器件的另一个示例如图9所示。图9中的示例采用结合图I如上所述种类的RF功率晶体管，但是再次可以代替地使用任意种类的RF功率晶体管。结合图6、7和8如上所述的阻抗匹配部件典型地端接至地。例如，结合图8如上所述的电容器40和48可以典型地与地相连。然而在图9的示例中，示出了可以将多个阻抗匹配部件连接在器件的公共栅极11和有源区30中的RF功率晶体管的多个相应顶部栅极触点110之间。在其他示例中，可以想到将一个或多个阻抗匹配部件设置为连接在RF功率器件的公共漏极19与有源区30中RF功率晶体管的多个顶部漏极触点或共享顶部漏极触点118之间。在本示例中，阻抗匹配部件包括两个电容器52和54以及电感器56。当然也可以采用阻抗匹配部件的其他组合。虽然阻抗匹配部件一般连接在公共栅极11和RF功率晶体管2的相应顶部栅极触点110之间，然而这些阻抗匹配部件中的一个或多个也可以与地相连。例如，图9的示例中的每一个非有源区32中的电感器56实际上与地相连。因此，图9的示例示出了可以提供阻抗匹配部件的多种组合，阻抗匹配部件直接与地相连、和/或连接在公共栅极(或漏极)与器件的多个顶部栅极触点(或顶部漏极触点或共享的顶部漏极触点)之间。在每一个上述示例中，因为阻抗匹配部件本身占据半导体衬底上之前未使用的面积，即非有源区32，所以节省了器件的半导体衬底上的空间。在非有源区32中提供阻抗匹配部件的另一个优点是将阻抗匹配部件提供为与其所连接的RF功率晶体管的那些部分紧密靠近。因此，可以使例如如图9所示的那些连接(58、62和60)较短，并且具有紧凑的结构。这种优势的原因在于器件的非有源区32与器件的有源区30毗邻，从而可以通过限定将有源区中的RF功率晶体管提供为与位于非有源区32中的任意阻抗匹配部件紧密靠近。 类似的考虑也应用于提供公共栅极和/或公共漏极的方面，可以将公共栅极和/或公共漏极提供在与器件的非有源区32毗邻的位置处。因此，描述了 RF功率器件包括半导体衬底，半导体衬底具有布置成阵列的多个有源区。每一个有源区包括一个或多个RF功率晶体管。所述有源区散布于非有源区之间，以减少分离的有源区中RF功率晶体管的相互加热。所述器件也包括位于衬底的非有源区之一中的至少一个阻抗匹配部件。尽管已经描述了本发明的具体实施例，应该理解的是可以在要求保护的本发明范围内实现进行许多修改/添加和/或替代。
权利要求
1.一种RF功率器件，包括半导体衬底，具有布置成阵列的多个有源区，其中每一个有源区包括一个或多个RF功率晶体管，并且所述有源区通过非有源区分隔开，所述非有源区用于减少分离的有源区中的RF功率晶体管的相互加热；以及至少一个阻抗匹配部件，位于一个或多个所述非有源区中。
2.根据权利要求I所述的器件，包括位于衬底的非有源区之一中的多个阻抗匹配部件。
3.根据权利要求I所述的器件，包括位于衬底的多个非有源区的每一个中的多个阻抗匹配部件。
4.根据任一前述权利要求所述的器件，其中所述非有源区不包括除了阻抗匹配部件之外的其他部件。
5.根据任一前述权利要求所述的器件，其中所述非有源区与所述有源区毗邻。
6.根据任一前述权利要求所述的器件，包括用于分离的有源区中的至少两个RF功率晶体管的栅极和/或漏极的公共栅极连接和/或公共漏极连接。
7.根据权利要求6所述的器件，包括连接在公共栅极连接和/或公共漏极连接与所述器件的接地触点之间的一个或多个阻抗匹配部件。
8.根据权利要求6所述的器件，包括连接在公共栅极连接和至少一个RF功率晶体管的栅极之间的一个或多个阻抗匹配部件、和/或连接在公共漏极连接和至少一个RF功率晶体管的漏极之间的一个或多个阻抗匹配部件。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的器件，其中所述非有源区与公共栅极连接和/ 或公共漏极连接毗邻。
10.根据任一前述权利要求所述的器件，包括一个或多个阻抗匹配部件，所述阻抗匹配部件包括电容器或电感器。
11.根据任一前述权利要求所述的器件，其中所述非有源区在半导体衬底上占据的面积比有源区占据的面积大。
12.根据权利要求11所述的器件，其中所述非有源区在半导体衬底上占据的面积实质上是有源区占据的面积的3至50倍。
13.根据任一前述权利要求所述的器件，其中所述阻抗匹配部件为所述器件提供输入阻抗匹配。
14.根据任一前述权利要求所述的器件，其中所述阻抗匹配部件为所述器件提供输出阻抗匹配。
全文摘要
一种RF功率器件包括半导体衬底，所述半导体衬底具有布置成阵列的多个有源区。每一个有源区包括一个或多个RF功率晶体管。所述有源区散布于非有源区中，以减少分离的有源区中RF功率晶体管的相互加热。该器件也包括位于一个或多个非有源区中的至少一个阻抗匹配部件。
文档编号H01L27/02GK102593120SQ20111044704
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年1月5日
发明者马尼克斯·伯纳德·威廉森 申请人:Nxp股份有限公司