用于功率晶体管的改进的布局技术和优化的制作方法

用于功率晶体管的改进的布局技术和优化
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年5月14日提交的美国专利申请no.16/874,098的权益和优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.多指平面场效应晶体管(fet)布局由用于栅极金属、漏极金属和源极金属的叉指触点组成。寄生输出电容形成在漏极触点与衬底之间以及漏极触点与裸片的背侧接地平面之间。这些寄生输出电容可能对器件的射频(rf)性能具有不利影响，例如，降低器件效率。


技术实现要素：

4.公开了用于改进的和结构优化的晶体管的各种实施例，诸如硅上gan功率晶体管以及将描述的其他晶体管。
5.在第一方面，一种场效应晶体管包括从衬底的表面升高的漏极金属部。场效应晶体管包括衬底、第一源极金属、第二源极金属以及定位在第一源极金属与第二源极金属之间的漏极金属。漏极金属包括形成第一漏极金属柱和第二漏极金属柱的第一漏极金属，并且场效应晶体管包括第二漏极金属。第一漏极金属柱定位在第二漏极金属下方在第二漏极金属的第一远端上，第二漏极金属柱定位在第二漏极金属下方在第二漏极金属的第二远端上，使得第二漏极金属从衬底升高。在第一漏极金属柱与第二漏极金属柱之间并且在第二漏极金属下方限定孔。
6.场效应晶体管还可以包括第一源极金属和源极连接场板(source-connected field plate，sfp)、第二源极金属和源极连接场板(sfp)、第一栅极指状物和第二栅极指状物。分别确定第一源极金属和sfp以及第二源极金属和sfp的尺寸和位置以分别包括限定悬垂孔的悬垂体，栅极指状物定位在该悬垂孔中。
7.在第二方面，一种场效应晶体管包括具有缺口区域的漏极金属。场效应晶体管包括第一源极金属、第二源极金属和定位在第一源极金属与第二源极金属之间的漏极金属。漏极金属包括漏极金属体，该漏极金属体具有限定漏极金属体的第一突出部和第二突出部的缺口区域。漏极金属体的第一突出部和第二突出部定位在缺口区域的相应侧。在各种示例中，缺口区域是三角形或u形缺口区域。
8.在第三方面，一种场效应晶体管包括栅极歧管体，该栅极歧管体具有从栅极歧管延伸的成角度的栅极接线片。场效应晶体管包括源极金属、栅极歧管以及漏极金属，栅极歧管包括栅极歧管体、第一成角度的栅极接线片和第二成角度的栅极接线片；漏极金属包括第一漏极金属触点和第二漏极金属触点。第一成角度的栅极接线片以第一角度从栅极歧管体延伸，第二成角度的栅极接线片以第二角度从栅极歧管体延伸。
9.第一成角度的栅极接线片包括第一区域以及第二区域，第一区域与栅极歧管体的第一拐角接触并从栅极歧管体的第一拐角延伸；第二区域从第一成角度的栅极接线片的第一区域延伸，第二成角度的栅极接线片包括第一区域以及第二区域，第一区域与栅极歧管
体的第二拐角接触并从栅极歧管体的第二拐角延伸，第二区域从第二成角度的栅极接线片的第一区域延伸。确定第一成角度的栅极接线片和第二成角度的栅极接线片的尺寸和位置使得相应的接触区域被定位成比漏极金属宽。
10.在一些实施例中，第一成角度的栅极接线片的第二区域定位成平行于栅极歧管体的第一侧并从栅极歧管体的第一侧偏移，并且第二成角度的栅极接线片的第二区域定位成平行于栅极歧管体的第二侧并从栅极歧管体的第二侧偏移。
11.在第四方面，描述了一种具有源极连接屏蔽件的场效应晶体管。场效应晶体管包括栅极歧管、第一源极金属、第二源极金属、漏极金属以及屏蔽件，漏极金属定位在第一源极金属与第二源极金属之间；屏蔽件具有连接到第一源极金属的第一端和连接到第二源极金属的第二端，屏蔽件定位在栅极歧管与漏极触点之间。屏蔽件的宽度可以为大约10μm至大约15μm，但是本文描述的实施例不限于这些尺寸。
12.在一些实施例中，屏蔽件可以包括第一台阶区域、第二台阶区域和定位在第一台阶区域与第二台阶区域之间的凹陷区域。所述凹陷区域可以与衬底直接接触。第一台阶区域和第二台阶区域可以从衬底的表面升高。
13.栅极歧管可以包括栅极歧管体、第一成角度的栅极接线片和第二成角度的栅极接线片。第一成角度的栅极接线片可以定位在由屏蔽件的第一台阶区域限定的凹部中，使得屏蔽件不与第一成角度的栅极接线片接触。第二成角度的栅极接线片可以定位在由屏蔽件的第二台阶区域限定的凹部中，使得屏蔽件不与第二成角度的栅极接线片接触。
14.附加的晶体管可以包括如本文所述的第一方面、第二方面、第三方面、第四方面和/或附加方面的各种组合。此外，上述场效应晶体管可以包括高电子迁移率晶体管(hemt)。此外，上述场效应晶体管可以包括各种典型微波半导体材料上的晶体管，包括但不限于砷化镓(gaas)和氮化镓(gan)。
附图说明
15.参考以下附图可以更好地理解本公开的许多方面。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地示出本公开的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记在若干个视图中表示对应的部分。
16.图1是现有技术中的场效应晶体管的立体图。
17.图2和图3是根据本公开的各种实施例的场效应晶体管的立体图。
18.图4是示出根据本公开的各种实施例的场效应晶体管中出现的寄生电容的电路图。
19.图5是根据本公开的各种实施例的相对于场效应晶体管的俯瞰图示出的场效应晶体管的侧视图。
20.图6是根据本公开的各种实施例的相对于场效应晶体管的俯瞰图示出的场效应晶体管的另一侧视图。
21.图7是根据本公开的各种实施例的场效应晶体管的俯瞰图。
22.图8是现有技术中的场效应晶体管的俯瞰图。
23.图9至图12是根据本公开的各种实施例的场效应晶体管的俯瞰图。
24.图13是示出根据本公开的各种实施例的场效应晶体管的部件的各种组合的图。
25.图14和图15是示出根据本公开的各种实施例的场效应晶体管的电磁(em)模拟结果的图表。
26.图16是根据本公开的各种实施例的具有平行定位的场效应晶体管的多个指状物的晶体管的裸片布局的示例。
27.图17至图20是示出根据本公开的各种实施例的场效应晶体管的测量结果的图表。
28.图21示出了具有包括传统场效应晶体管的多个指状物的晶体管的裸片。
29.图22示出了具有包括根据本公开的各种实施例描述的场效应晶体管的多个指状物的晶体管的裸片。
30.图23是根据本公开的各种实施例的场效应晶体管的放大的俯瞰图。
具体实施方式
31.本公开涉及用于半导体器件的布局技术和优化。本文中所描述的概念适用于使用多种不同半导体工艺和技术形成的各种类型的场效应晶体管以及其他半导体器件。在一些非限制性示例中，该布局技术和优化应用于氮化镓(gan)高电子迁移率晶体管(hemt)、砷化镓(gaas)假晶高电子迁移率晶体管(phemt)、变质高电子迁移率晶体管(mhemt)和/或硅上gan功率放大器晶体管。虽然本文描述的各种实施例描述了关于硅上gan功率晶体管，但是应当理解，如将变得显而易见的，本文描述的原理和实施例可以应用于其他类型的晶体管。
32.如上所述，寄生输出电容可以形成在漏极触点与衬底之间以及漏极触点与裸片的背侧接地平面之间。这些寄生电容可能对器件的整体rf性能具有不利影响，例如，降低器件增益、功率和效率。因此，在不改变晶体管本质上如何操作的基本物理学的情况下，增加硅上氮化镓gan晶体管或其他类似晶体管的rf增益是有益的。例如，可以改变晶体管如何连接到其他器件，而不是改变晶体管的本征布局设计或半导体材料的性质。这些连接通常被称为嵌入网络或金属化。
33.存在到fet的三个主要连接，即，栅极触点、漏极触点和源极触点。提供金属化以跨多个fet沟道将一个指状物的连接电耦合到其他指状物。在不改变fet的实际结构的情况下，可以依赖于金属化改变来改善fet的许多不同性能特性。
34.公开了用于任何合适的衬底上的改进的和结构优化的晶体管(诸如gan功率晶体管)以及将描述的其他器件的各种实施例。在第一方面，一种场效应晶体管包括从衬底的表面升高的漏极金属部分。场效应晶体管包括衬底、第一源极金属、第二源极金属以及定位在第一源极金属与第二源极金属之间的漏极金属。漏极金属包括形成第一漏极金属柱和第二漏极金属柱的第一漏极金属，并且场效应晶体管包括第二漏极金属。第一漏极金属柱定位在第二漏极金属下方在第二漏极金属的第一远端上，第二漏极金属柱定位在第二漏极金属下方在第二漏极金属的第二远端上，使得第二漏极金属从衬底升高。在第一漏极金属柱与第二漏极金属柱之间并且在第二漏极金属下方限定孔。
35.场效应晶体管还可以包括第一源极金属和源极连接场板(sfp)、第二源极金属和sfp、第一栅极指状物和第二栅极指状物。分别确定第一源极金属和sfp以及第二源极金属和sfp的尺寸和位置以分别包括限定悬垂孔的悬垂体，在该悬垂孔中定位有栅极指状物。
36.在第二方面，一种场效应晶体管包括具有缺口区域的漏极金属。场效应晶体管包括第一源极金属、第二源极金属和定位在第一源极金属与第二源极金属之间的漏极金属。
漏极金属包括漏极金属体，该漏极金属体具有限定漏极金属体的第一突出部和第二突出部的缺口区域。漏极金属体的第一突出部和第二突出部定位在缺口区域的相应侧上。在各种示例中，缺口区域是三角形或u形缺口区域。
37.在第三方面，一种场效应晶体管包括栅极歧管体，该栅极歧管体具有从栅极歧管延伸的成角度的栅极接线片。场效应晶体管包括：源极金属、栅极歧管以及漏极金属；栅极歧管包括栅极歧管体、第一成角度的栅极接线片和第二成角度的栅极接线片；漏极金属包括第一漏极金属触点和第二漏极金属触点。
38.第一成角度的栅极接线片包括第一区域以及第二区域，第一区域与栅极歧管体的第一拐角接触并从栅极歧管体的第一拐角延伸，第二区域从第一成角度的栅极接线片的第一区域延伸。第二成角度的栅极接线片包括第一区域第二区域，第一区域与栅极歧管体的第二拐角接触并从栅极歧管体的第二拐角延伸，第二区域从第二成角度的栅极接线片的第一区域延伸。确定第一成角度的栅极接线片和第二成角度的栅极接线片的尺寸和位置使得相应的接触区域定位成比漏极金属宽。
39.在一些实施例中，第一成角度的栅极接线片的第二区域定位成平行于栅极歧管体的第一侧并从栅极歧管体的第一侧偏移，第二成角度的栅极接线片的第二区域定位成平行于栅极歧管体的第二侧并从栅极歧管体的第二侧偏移。
40.在第四方面，场效应晶体管包括源极连接屏蔽件。场效应晶体管包括栅极歧管、第一源极金属和第二源极金属。晶体管还包括漏极金属以及屏蔽件，漏极金属定位在第一源极金属与第二源极金属之间；屏蔽件具有连接到第一源极金属的第一端和连接到第二源极金属的第二端，屏蔽件定位在栅极歧管与漏极触点之间。屏蔽件的宽度可以为大约10μm至大约15μm。
41.在一些实施例中，屏蔽件可以包括第一台阶区域、第二台阶区域和定位在第一台阶区域与第二台阶区域之间的凹陷区域。凹陷区域可以与衬底直接接触。第一台阶区域和第二台阶区域可以从衬底的表面升高。
42.栅极歧管可以包括栅极歧管体、第一成角度的栅极接线片和第二成角度的栅极接线片。第一成角度的栅极接线片可以定位在由屏蔽件的第一台阶区域限定的凹部中，使得屏蔽件不与第一成角度的栅极接线片接触。第二成角度的栅极接线片可以定位在由屏蔽件的第二台阶区域限定的凹部中，使得屏蔽件不与第二成角度的栅极接线片接触。
43.附加的晶体管可以包括如本文所述的第一方面、第二方面、第三方面、第四方面和/或附加方面的各种组合。此外，本文描述的场效应晶体管可以体现为高电子迁移率晶体管(hemt)。此外，本文描述的场效应晶体管可以体现为硅上氮化镓(gan)晶体管、碳化硅上gan晶体管或在其他合适类型的衬底上形成的gan晶体管。
44.现在转到图1，示出场效应晶体管10的立体图。在图1中提供场效应晶体管10作为对更传统结构的参考，以突出与下面描述的结构特征相比的差异。在图1中，场效应晶体管10的特征不一定按比例绘制。与所示出的相比，场效应晶体管10可以在尺寸、形状、比例和其他方面变化，同时仍然遵守且并入本文描述的概念的益处。场效应晶体管10可以包括图1中未示出的其他结构特征，或者在一些情况下，可以省略所示的一个或多个结构特征。
45.在一个示例中，场效应晶体管10可以体现为例如硅上gan功率晶体管，尽管它可以形成在其他合适的衬底上。如图所示，场效应晶体管10包括源极金属15、漏极金属25和栅极
歧管30(也被称为栅极)。在一些示例中，源极金属15包括设置在衬底5上的不同位置处的第一源极金属15a和第二源极金属15b。
46.场效应晶体管10可以体现为多指平面场效应晶体管。多指平面场效应晶体管的布局由用于栅极歧管30、漏极金属25和源极金属15的叉指触点组成。传统的晶体管布局使用歧管结构来连接裸片的一侧上的所有栅极触点，并且使用类似的歧管结构来连接裸片的相对侧上的所有漏极触点。栅极歧管接近漏极触点金属导致寄生电容，其被称为栅-漏极电容(c
gd
)，这降低了半导体器件的可用和稳定增益。
47.接下来一起参考图2和图3，示出了根据本文描述的各种实施例的场效应晶体管100的非限制性示例的立体图。场效应晶体管100包括衬底105、源极金属115、漏极金属125和栅极歧管130或栅极。在一些示例中，源极金属115包括第一源极金属115a和第二源极金属115b，其中漏极金属125定位在第一源极金属115a与第二源极金属115b之间。第一源极金属115a和第二源极金属115b可以定位在漏极金属125的不同侧。在一些实施例中，栅极歧管130由第一金属形成，并且第一源极金属115a、第二源极金属115b和漏极金属125由第二金属形成。
48.如图2和图3所示，漏极金属125包括具有缺口区域135的漏极金属体，该缺口区域限定漏极金属体的第一突出部140和第二突出部145。如可以理解的，缺口区域135可以包括漏极金属125的缺失。第一突出部140和第二突出部145定位在缺口区域135的相应侧。在各种实施例中，缺口区域135是三角形缺口区域。然而，在替代实施例中，缺口区域135是u形缺口区域或其他合适形状的缺口区域。
49.已经观察到，漏极金属125中的大部分电流流向漏极歧管(例如，在与栅极歧管130相对的方向d1上)，因此漏极金属125在漏极歧管的相对侧的部分对电流的流动没有贡献。因此，当漏极金属125不包括缺口时，不显著的电流在漏极金属125的缺口区域135的区域中流动。因此，去除缺口区域135中的漏极金属125的部分对漏极金属125的整体性能具有可忽略的影响，但是显著减小了漏极金属125的面积，并且因此减小了电容c
ds
。
50.此外，图2和图3的栅极歧管130被示出为具有与图1的栅极歧管30的结构不同的结构。更具体地，在一个或多个实施例中，图2的栅极歧管130可以包括栅极歧管体150、第一成角度的栅极接线片155和第二成角度的栅极接线片160。由于漏极金属125至少包括第一漏极金属触点(未示出)和第二漏极金属触点(未示出)，因此第一成角度的栅极接线片155以第一角度从栅极歧管体150延伸。类似地，第二成角度的栅极接线片160以第二角度从栅极歧管体延伸。在一些实施例中，栅极歧管体150是方形或矩形的。
51.第一成角度的栅极接线片155可以包括与栅极歧管体150的第一拐角接触并从该第一拐角延伸的第一矩形区域和从第一矩形区域延伸的第二矩形区域。第二矩形区域定位成平行于栅极歧管体150的第一侧并从该栅极歧管体的第一侧偏移。类似地，第二成角度的栅极接线片160可以包括第一矩形区域，该第一矩形区域与栅极歧管体150的与第一拐角相对的第二拐角并从该第二拐角延伸。第二成角度的栅极接线片160还可以包括从第一矩形区域延伸的第二矩形区域，其中第二矩形区域定位成平行于栅极歧管体150的第二侧并从该栅极歧管体的第二侧偏移。
52.此外，在一个或多个实施例中，场效应晶体管100可以包括屏蔽件170。在一些实施例中，屏蔽件170可以定位在栅极歧管130与漏极触点之间，或者换言之，定位在栅极歧管
130与漏极金属125之间。例如，屏蔽件170可以具有(或者确定其尺寸和位置以)足以与第一源极金属115a和第二源极金属115b接触的长度，而不与漏极金属125接触。因此，在一些示例中，屏蔽件170可以被称为源极连接屏蔽件170。
53.另外，在一些实施例中，屏蔽件170在栅极歧管130与栅极指状物190a、190b(图3)的连接上方跨过，因此，屏蔽件170不触摸或不与栅极歧管130(或者更具体地，栅极歧管130的第一成角度的栅极接线片155和第二成角度的栅极接线片160)或栅极指状物190接触。因此，在一些实施例中，屏蔽件170包括第一台阶区域175、第二台阶区域180和定位在第一台阶区域175与第二台阶区域180之间的凹陷区域185。例如，第一成角度的栅极接线片155可以定位在由屏蔽件170的第一台阶区域175限定的凹部中，并且类似地，第二成角度的栅极接线片160可以定位在由屏蔽件170的第二台阶区域180限定的凹部中。凹陷区域185可以直接触摸衬底105或与该衬底105直接接触，而第一台阶区域175和第二台阶区域180从衬底105的表面升高。
54.在一些实施例中，凹陷区域185可以包括与漏极金属125的长度相同或相似的长度，其中屏蔽件170的凹陷区域185直接定位在漏极金属125与栅极歧管130之间。在一个示例中，屏蔽件170的宽度为大约10μm至大约15μm(
±
2μm)，但是可以使用任何合适的尺寸来减小寄生电容。
55.在各种实施例中，图2的场效应晶体管100可以包括hemt。因此，图2的场效应晶体管100可以包括gan hemt、gaas phemt、mhemt或其他类型的晶体管。在一些实施例中，场效应晶体管100可以并入到功率放大器(诸如gan功率放大器)中，但是场效应晶体管100可以用作其他电路设计中的器件部件并用于其他目的。
56.图2和图3所示的解决方案通过在栅极歧管130与漏极触点之间引入源极连接屏蔽件170来显著降低寄生电容。本文中所描述的实施例经由布局变化而在不强加材料成本的情况下导致电、热和可靠性改进。可以在提供具有低电容交叉能力的多个互连金属层的任何标准半导体工艺中实现屏蔽件170。该解决方案可以通过简单的与工艺无关的布局修改来实现，从而允许在各种技术和半导体工艺中实现该解决方案。
57.接下来参考图4，示出了电路图200，其示出场效应晶体管10中出现的各种寄生电容。更具体地，电容可以包括在许多应用中不期望的寄生电容。例如，本征晶体管205被示出为具有三个内部寄生电容cgs_int、cds_int和cgd_int，其中cgs_int是发生在栅极与源极之间的内部电容，cds_int是发生在漏极与源极之间的内部电容，cgd_int是发生在栅极与漏极之间的内部电容。在本征晶体管205的外部，产生附加的寄生电容，诸如cgs_ext、cgd_ext和cds_ext，其中cgs_ext是在栅极与源极之间发生的外部电容，cds_ext是在漏极与源极之间发生的外部电容，cgd_ext是在栅极与漏极之间发生的外部电容。通过减小图4中所示的寄生电容，可以提高gan功率放大器或其他类似器件的器件效率。
58.转到图5，示出了相对于根据本公开的各种实施例的场效应晶体管100的俯瞰图的场效应晶体管100的侧视图。值得注意的是，图5描绘了其中漏极金属125和源极金属115从欧姆触点和/或衬底105的表面升高从而减小寄生电容的实施例。场效应晶体管100包括第一金属材料的第一漏极金属125a和第二金属材料的第二漏极金属125b，第二金属材料可以与第一金属材料不同。
59.场效应晶体管100还包括可以由相同金属材料制成的第一源极金属115a和第二源
极金属115b。在第一源极金属115a下方，第一源极金属和源极连接场板(sfp)210a可以定位在第一欧姆触点215a上方。类似地，在第二源极金属115b下方，第二源极金属和sfp 210b可以定位在第二欧姆触点215b上方。如可以理解的，第一欧姆触点215a和第二欧姆触点215b可以包括源极欧姆触点。
60.另外，第三欧姆触点215c定位在第一漏极金属125a的第一远端下方，并且第四欧姆触点215d定位在第一漏极金属125a的第二远端(与第一远端相对)下方，从而在第三欧姆触点215c与第四欧姆触点215d之间限定孔。孔还定位在第一漏极金属125a和第二漏极金属125b下方。如可以理解的，第三欧姆触点215c和第四欧姆触点215d可以包括漏极欧姆触点。
61.在传统的场效应晶体管10中，如可以理解的，欧姆触点跨越漏极金属125的整个宽度。然而，如图5所示，第一欧姆触点215a和第二欧姆触点215b的宽度分别小于第一源极金属和sfp 210a以及第二源极金属和sfp210b的底部宽度。例如，通过使源极金属和sfp 210以及漏极金属125从衬底105和/或欧姆触点215升高，减小了场效应晶体管100中的寄生电容。
62.现在参考图6，示出了相对于根据本公开的各种实施例的场效应晶体管100的俯瞰图的场效应晶体管100的另一侧视图。具体地，图6描绘了其中漏极金属125和源极金属115从欧姆触点和/或衬底105的表面升高从而减小寄生电容的实施例。然而，当与图5的场效应晶体管100相比时，第一漏极金属125a被分成第一漏极金属柱220a和第二漏极金属柱220b，其中在第一漏极金属柱220a与第二漏极金属柱220b之间限定孔225。场效应晶体管100包括第一金属材料的第一漏极金属125a和第二金属材料的第二漏极金属125b，其中，在一些实施例中，第二金属材料可以与第一金属材料不同。
63.类似于图5，图6的场效应晶体管100还包括可以由相同金属材料制成的第一源极金属115a和第二源极金属115b。在第一源极金属115a下方，第一源极金属和sfp 210a可以定位在第一欧姆触点215a上方。类似地，在第二源极金属115b下方，第二源极金属和sfp 210b可以定位在第二欧姆触点215b上方。
64.另外，第三欧姆触点215c定位在第一漏极金属125a的第一远端下方，并且第四欧姆触点215d定位在第一漏极金属125a的第二远端(与第一远端相对)下方，从而在第三欧姆触点215c与第四欧姆触点215d之间限定孔。孔还定位在第一漏极金属125a和第二漏极金属125b下方。在传统的场效应晶体管10中，如可以理解的，欧姆触点跨越漏极金属125的整个宽度。
65.值得注意的是，第一欧姆触点215a和第二欧姆触点215b的宽度分别小于第一源极金属和sfp 210a以及第二源极金属和sfp 210b的底部宽度。在一些实施例中，第三欧姆触点215a具有与第一源极金属柱215c的宽度相同或基本相似的宽度。例如，通过使源极金属和sfp 210以及漏极金属125从衬底105和/或欧姆触点215升高，减小了场效应晶体管100中的寄生电容。
66.共同参考图5和图6，分别确定源极金属和sfp 210的尺寸和位置以分别包括悬垂体230a、230b。每个悬垂体230限定悬垂孔235a、235b，栅极指状物190a、190b分别定位在该悬垂孔中，使得源极金属和sfp 210不与栅极指状物190a、190b接触，同时不干扰栅极指状物190a、190b的正常操作。
67.提前参考图23，例如，示出了场效应晶体管100的放大俯视图。观察放大的标注区
域23，栅极歧管130被示出为不与源极金属115b接触。更具体地，可以在栅极指状物190b与源极金属115b之间观察到明显的间隙。另外，sfp 210b可以与栅极歧管130重叠；然而，sfp 210b不与栅极歧管130接触或不连接到栅极歧管130。
68.现在参考图7，示出了根据本公开的各种实施例的场效应晶体管100的俯瞰图。例如，图7示出了具有gan或类似类型的晶体管的半导体裸片的俯视图。例如，图7中所示的多个单元可以堆叠在另一个单元的顶部上以形成更大的场效应晶体管100。寄生电容发生在两个值得注意的区域。漏极触点传统上耦合到半导体的背侧接地平面，这产生寄生漏-源极电容c
ds
。另一个值得注意的电容发生在图的左侧的栅极歧管130与右侧的漏极金属125之间。这些金属的接近产生寄生电容，称为c
gd
。
69.在图7中，示出了具有栅极接触区域240的传统类型的栅极歧管130。另外，示出了场效应晶体管100的源极连接245a、245b。寄生输出电容(c
ds
)形成在漏极触点(例如，欧姆触点215c和第四欧姆触点215d)与衬底105和/或裸片的背侧接地平面之间。该输出电容对整个器件rf性能具有不利影响，即，降低器件的效率和带宽。通过使漏极金属125从衬底105升高，通过减小漏极金属化与衬底105和背侧接地平面的接近度而最小化寄生电容的大小。该实施例可以通过非常简单的工艺无关的布局修改来实现，从而允许在各种技术和半导体工艺中实现该解决方案。虽然示出了漏极金属125从衬底105升高的上述实施例，但是屏蔽件170和漏极金属125的缺口区域135不包括在图7的实施例中。
70.转到图8，示出了现有技术中传统的场效应晶体管10的俯瞰图。值得注意的是，欧姆触点215a、215b和215c分别跨越第一源极金属115a、第二源极金属115b和漏极金属125的整体，从而产生影响半导体器件效率的大寄生电容。
71.现在转到图9，示出了根据本公开的各种实施例的场效应晶体管100的俯瞰图。具体地，图9的场效应晶体管100的实施例包括从衬底105升高的漏极金属125，如图5或图6所示。另外，图9的场效应晶体管100的实施例示出了在漏极金属125中设置的缺口区域135。示出了传统类型的栅极歧管130，并且图9的实施例不包括参考图2和图3描述的屏蔽件170。
72.转到图10和图11，示出了根据本公开的各种实施例的场效应晶体管100的俯瞰图。图10和图11的场效应晶体管100的实施例包括从衬底105升高的漏极金属125，如图5或图6所示。另外，图10和图11的场效应晶体管100的实施例示出了设置在其中的屏蔽件170。屏蔽件170被示出为定位在栅极歧管130与漏极触点之间，或者换言之，定位在栅极歧管130与漏极金属125之间。屏蔽件170可以具有(或者确定其尺寸和位置以)足以与第一源极金属115a和第二源极金属115b接触的长度，而不与漏极金属125接触。因此，在一些示例中，屏蔽件170可以被称为源极连接屏蔽件170。在场效应晶体管100中示出了传统类型的栅极歧管130，并且图10和图11的实施例不包括参考图2和图3描述的缺口区域135。
73.屏蔽件170可以在栅极歧管130与栅极指状物190a、190b的连接的上方跨过，因此，屏蔽件170不触摸或不与栅极歧管130或栅极指状物190接触。然而，栅极歧管130可以形成与栅极指状物190的连接。具体地，在图10的实施例中，屏蔽件170的宽度w为大约10μm，而在图11的实施例中，屏蔽件170的宽度w为大约15μm，但是可以采用其他合适的宽度。然而，已经观察到10μm至15μm是屏蔽件170的宽度的期望范围。
74.现在参考图12，示出了根据本公开的各种实施例的场效应晶体管100的俯瞰图。具体地，图12的场效应晶体管100的实施例包括从衬底105升高的漏极金属125，如图5或图6所
示。另外，图12的场效应晶体管100的实施例示出了具有与图8至图11的栅极歧管130的结构不同的结构的栅极歧管130。
75.更具体地，在一个或多个实施例中，栅极歧管130包括栅极歧管体150、第一成角度的栅极接线片155和第二成角度的栅极接线片160。当漏极金属125定位在第三欧姆触点215c(例如，第一漏极金属触点)和第四欧姆触点(例如，第二漏极金属触点)上时，第一成角度的栅极接线片155以第一角度从栅极歧管体150延伸并且可以与第一漏极金属触点接触。类似地，第二成角度的栅极接线片160以第二角度从栅极歧管体150延伸并与第二漏极金属触点接触。在一些实施例中，栅极歧管体150是方形或矩形的。
76.第一成角度的栅极接线片155可以包括与栅极歧管体150的第一拐角接触并从该栅极歧管体150的第一拐角延伸的第一矩形区域250和从第一矩形区域250延伸的第二矩形区域255。第二矩形区域255定位成平行于栅极歧管体150并从栅极歧管体150偏移。类似地，第二成角度的栅极接线片160可以包括第一矩形区域260，该第一矩形区域与栅极歧管体150的与第一拐角相对的第二拐角接触并从该第二拐角延伸。第二成角度的栅极接线片160还可以包括从第一矩形区域延伸的第二矩形区域265，其中第二矩形区域定位成平行于栅极歧管体150并从该栅极歧管体偏移。
77.在一些实施例中，第一成角度的栅极接线片155包括可以是正方形或矩形形状的接触区域270。类似地，在一些实施例中，第二成角度的栅极接线片160包括可以是正方形或矩形形状的接触区域275。确定第一成角度的栅极接线片155和第二成角度的栅极接线片160的尺寸和位置使得接触区域270、275定位成比漏极金属125更宽。
78.图13是示出根据本公开的各种实施例描述的场效应晶体管100的部件的各种组合的图。例如，示出了以下各项的各种组合：(a)从衬底105升高的漏极金属125和/或源极金属115；(b)具有成角度的栅极接线片155、160的栅极歧管130；(c)具有缺口区域135的漏极金属125；和/或(d)定位在栅极歧管130与漏极金属和源极金属之间的屏蔽件170。应当理解，本公开旨在公开这些实施实施例的所有组合。
79.图14和图15是示出根据本公开的本文描述的场效应晶体管100的实施例的各种组合的电磁(em)模拟结果的图表。具体地，图14示出了s
12
散射参数(s
12
[db])，而图15示出了以pf/mm为单位测量的接地漏极电容c
gd
。标记m1和标记m3示出了5ghz处的值。
[0080]
从图14和图15可以观察到，所有修改降低了s
12
/c
gd
。值得注意的是，与漏极金属125的缺口区域135相比，成角度的栅极接线片155、160的有效性是大约两倍。与漏极金属125的缺口区域135相比，屏蔽件170的有效性是大约四倍。具有10μm的宽度的屏蔽件170与具有15μm的宽度的屏蔽件170之间的差异是微不足道的。然而，屏蔽件170、漏极金属125的缺口区域135和成角度的栅极接线片155、160的组合产生最佳结果。
[0081]
图16是根据本公开的各种实施例的包括场效应晶体管100a、100b的多个“指状物”的单个晶体管的裸片布局的示例。更具体地，示出了标准0.22mm驱动器裸片的28v转换的示例。
[0082]
图17-图20是示出根据本公开的各种实施例的场效应晶体管100的测量结果的图表。具体地，图17是示出幅度相对于频率s
12
改进大约1.5db的图表。图18包括示出以pf为单位的寄生电容c
gd
相对于频率减小大约百分之二十的图表。图19包括示出以pf为单位的寄生电容c
ds
相对于频率减小大约百分之八的图表。图20包括示出最大增益(g
max
)相对于频率增
大大约1db的图表。
[0083]
图21示出了包括具有传统场效应晶体管10的多个指状物的晶体管的裸片，而图22示出了具有晶体管的裸片，该晶体管具有根据本公开的各种实施例描述的场效应晶体管100的多个指状物。具体地，当与具有图21的传统场效应晶体管10的裸片相比时，可以观察到从衬底105升高的漏极金属125以及缺口区域135、成角度的栅极接线片155、160和屏蔽件170。
[0084]
虽然参考硅上gan晶体管描述了本文描述的一些实施例，但是应当理解，本文描述的实施例也可以应用于碳化硅上gan(sic上gan)晶体管以及其他类型的晶体管。在任何情况下，在本公开的各种实施例中描述的用于gan上的功率晶体管设计的技术和优化将改善基本器件性能。例如，升高且具有缺口的漏极金属化将减小c
ds
，从而提供效率和带宽。环绕源极场板的使用将减小c
gs
，从而改善增益和带宽。屏蔽件170和成角度的栅极接线片155、160的使用将提供屏蔽的栅极歧管以减小cgd，从而为半导体器件提供稳定的增益和稳定性。修改栅-漏极间距以优化rd，从而提供增益、功率和效率的改进。
[0085]
上述特征、结构或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例中组合，并且如果可能，在各种实施例中讨论的特征是可互换的。在以下描述中，提供了许多具体细节以便完全理解本公开的实施例。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有一个或多个具体细节的情况下实践本公开的技术方案，或者可以采用其他方法、部件、材料等。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊本公开的各方面。
[0086]
尽管在说明书中使用诸如“上”、“下”、“上部”和“下部”等相对术语来描述一个部件与另一个部件的相对关系，但这些术语在本说明书中仅为了方便，例如，作为附图中所示示例中的方向。应当理解，如果将器件倒置，则上述“上部”部件将变为“下部”部件。当一个结构“在”另一个结构上时，该结构可以一体地形成在另一个结构上，或者该结构“直接”设置在另一个结构上，或者该结构通过其他结构“间接”设置在另一个结构上。
[0087]
在本说明书中，诸如“一”、“一个(种)”、“该”和“所述”的术语用于指示一个或多个元件和部件的存在。除非在所附权利要求中另有说明，否则术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”及其变型用于是开放式的，并且意指除了所列出的元件、部件等之外还包括另外的元件、部件等。术语“第一”、“第二”等仅用作标签，而不是对对象的数量的限制。
[0088]
本公开的上述实施例仅仅是为了清楚理解本公开的原理而阐述的实现方式的可能示例。在基本上不脱离本公开的精神和原理的情况下，可以对上述实施例进行许多变化和修改。所有这些修改和变化旨在包括在本公开的范围内并由以下权利要求保护。