專利名稱：高頻功率晶體管器件的制作方法
發(fā)明的背景1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及到射頻功率晶體管領(lǐng)域領(lǐng)域，更具體地說是涉及到LDMOS功率晶體管器件輸出阻抗匹配的方法和裝置。
2.背景射頻(RF)放大器例如在無線通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，是眾所周知的。隨著新近對(duì)諸如個(gè)人通信服務(wù)(PCS)之類的無線服務(wù)的需求的大幅度增長，無線網(wǎng)絡(luò)的工作頻率已驚人地提高，現(xiàn)已達(dá)到了千兆赫(GHz)頻率。在這樣高的頻率下，LDMOS晶體管已經(jīng)被優(yōu)選為例如天線基站中的RF功率放大器件。
在典型配置中，LDMOS RF功率晶體管器件一般包含制作在硅管芯上的多個(gè)電極，每個(gè)電極包含多個(gè)叉指晶體管。各個(gè)電極的分立晶體管被連接到各個(gè)電極各自的公共輸入(柵)端子和輸出(漏)端子。用熟知的低共熔固定工藝，將管芯固定到其本身安裝在作為熱沉和地參考面的金屬法蘭上的金屬性(源)襯底上。各個(gè)輸入(柵)和輸出(漏)引線框被固定到法蘭的各個(gè)側(cè)邊，電隔離于金屬(源)襯底，其中輸入和輸出引線框被多個(gè)金屬絲耦合到硅管芯上的各自的電極輸入和輸出端子(亦即被鍵合到各個(gè)端子和引線框)。
為了放大器的恰當(dāng)運(yùn)行，特別是在高運(yùn)行頻率下，使輸入和輸出電極端子與各自的輸入和輸出引線框阻抗匹配，是極為重要的。


圖1以說明的方式示出了不匹配的LDMOS器件的簡化電路圖，它具有輸入(柵)引線12、輸出(漏)引線14、和通過下方襯底的源16。電感18表示通過輸入路徑，例如將輸入引線12連接到各個(gè)晶體管叉指的公共輸入端子的多個(gè)鍵合金屬絲的傳輸電感。電感20表示通過輸出路徑，例如將各個(gè)晶體管的公共輸出端子連接到輸出引線14的多個(gè)鍵合金屬絲的輸出電感。
圖2示出了熟知的(匹配的)LDMOS功率晶體管器件40。此器件40包括輸入(柵)引線42、輸出(漏)引線44、和固定到安裝法蘭45的金屬(源)襯底47。多個(gè)第一金屬絲48將輸入引線42耦合到輸入匹配電容器46的第一端子。輸入匹配電容器46的第二端子被耦合到地(亦即法蘭45)。多個(gè)第二金屬絲52將匹配電容器46的第一端子耦合到制作在固定于金屬襯底47的半導(dǎo)體管芯50上的多個(gè)叉指電極51的各個(gè)輸入端子49。借助于恰當(dāng)?shù)剡x擇匹配電容器46以及金屬絲48和52的串聯(lián)電感，能夠有效地匹配輸入引線42和電極輸入端子49之間的輸入阻抗。
電極的各個(gè)輸出端子53被多個(gè)第三金屬絲54耦合到輸出引線44。為了使器件的輸出阻抗匹配，采用了旁路電感。為此，輸出引線44被多個(gè)第四金屬絲60耦合到隔直流(亦即交流短路)電容器58的第一端子，隔直流電容器58具有比輸入匹配電容器46明顯更高的電容值。圖3示出了圖2器件的示意電路，其中通過各個(gè)多個(gè)金屬絲的傳輸電感由圖2中的金屬絲的相應(yīng)參考號(hào)指出。
對(duì)于例如1500MHz的“較低頻率”應(yīng)用，圖2的LDMOS器件40可以被適當(dāng)?shù)乜刂?，但在較高的頻率下，例如2GHz下，由于通過金屬絲54到旁路電感60產(chǎn)生的串聯(lián)電感比較大，使器件的有效控制變得困難。而且由于電極輸出端子53上物理空間有限，大量金屬絲54將多個(gè)電極51連接到輸出引線44。
于是，希望提供一種LDMOS RF功率晶體管器件，其中能夠更容易地實(shí)現(xiàn)比較高頻率(例如GHz)下的輸出匹配。
發(fā)明的概述根據(jù)本發(fā)明的第一情況，RF功率晶體管器件包含其上制作有多個(gè)電極的半導(dǎo)體管芯，電極具有各自的輸出端子。導(dǎo)電小島被提供在半導(dǎo)體管芯附近，并被多個(gè)第一導(dǎo)體耦合到電極輸出端子。旁路電感匹配被多個(gè)第二導(dǎo)體從導(dǎo)電小島耦合到隔直流電容器，而輸出引線被多個(gè)第三導(dǎo)體獨(dú)立地耦合到導(dǎo)電小島。
以舉例的方式，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，LDMOS RF功率晶體管器件包括其上制作有多個(gè)叉指電極的半導(dǎo)體管芯，各個(gè)電極具有各自的輸入端子和輸出端子。輸入引線被多個(gè)第一導(dǎo)體(例如鍵合金屬絲)耦合到輸入匹配電容器的第一端子，以匹配電容器的第二端子耦合到地。匹配電容器的第一端子還被多個(gè)第二導(dǎo)體耦合到電極輸入端子。與地隔離的導(dǎo)電小島被多個(gè)第三導(dǎo)體耦合到電極輸出端子。器件的輸出匹配由將導(dǎo)電小島耦合到輸出隔直流電容器的多個(gè)第四導(dǎo)體形成的旁路電感提供，隔直流電容器具有耦合到地的第二端子。輸出引線被多個(gè)第五導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島。
導(dǎo)電小島最好被排列在半導(dǎo)體管芯附近，而輸出隔直流電容器排列在導(dǎo)電小島與輸出引線之間，使通過將電極輸出端子耦合到隔直流電容器的各個(gè)多個(gè)第三和第四導(dǎo)體的傳輸電感足夠小，以便能夠在比較高的工作頻率下得到晶體管器件的輸出阻抗匹配。
如對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員顯而易見的那樣，本發(fā)明的其它進(jìn)一步情況和優(yōu)點(diǎn)，在下面將顯現(xiàn)出來。
附圖的簡要說明在附圖中，用舉例的方法而不是限制的方法說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其中相似的參考號(hào)表示相似的元件，且其中圖1是不匹配的LDMOS功率晶體管的示意電路圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)LDMOS RF功率晶體管器件的局部俯視圖；圖3是圖2的LDMOS晶體管器件的示意電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選LDMOS RF功率晶體管器件的俯視圖；以及圖5是圖4的LDMOS晶體管器件的示意電路圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述參照?qǐng)D4和5，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選LDMOS RF功率晶體管器件100包括輸入(亦即柵)引線框102以及固定到但電隔離于導(dǎo)電法蘭145的輸出(亦即漏)引線框104。以舉例的方式，可以用陶瓷襯底143來將各個(gè)引線框102和104隔離于法蘭145。排列在法蘭頂部的是金屬(亦即源)襯底103。在優(yōu)選實(shí)施方案中，金屬(源)襯底包含金或金的合金。
例如用超聲擦洗和/或加熱方法，一對(duì)半導(dǎo)體(例如硅)管芯108被固定到金屬襯底103。各個(gè)管芯108上已經(jīng)制作有多個(gè)各自的叉指電極110，各個(gè)電極具有各自的輸入(柵)端子112和輸出(漏)端子114。二個(gè)管芯108上的電極110的各個(gè)輸入和輸出端子112和114，以同樣的方式被連接到各自的引線框102和104。但對(duì)于所示的情況，余下的描述只對(duì)一個(gè)管芯108的電極110進(jìn)行。
相似于圖2所示現(xiàn)有技術(shù)器件40那樣，執(zhí)行器件100的輸入匹配。亦即，通過鄰近輸入引線框102的(源)襯底103放置輸入匹配電容器106。輸入匹配電容器106具有被多個(gè)第一鍵合金屬絲105耦合到輸入引線框102的第一端子107。確切地說，金屬絲105的一端被鍵合到輸入引線框102，而另一端被鍵合到匹配電容器106的第一端子107。匹配電容器106具有耦合到(地)法蘭145的第二端子(未示出)。多個(gè)第二金屬絲116將匹配電容器106的第一端子107耦合到電極110的各個(gè)輸入端子112，亦即，金屬絲116的一端被鍵合到匹配電容器端子107，而另一端被鍵合到各個(gè)電極輸入端子112。從而借助于選擇所希望的匹配電容器106的電容值以及金屬絲105和106的電感，執(zhí)行器件100的輸入匹配。
根據(jù)本發(fā)明，器件100的輸出匹配如下完成由不導(dǎo)電材料(例如氧化鋁)隔離于法蘭145的導(dǎo)電小島120，被提供在半導(dǎo)體管芯108附近，其中導(dǎo)電小島120被電隔離于(地)法蘭145。多個(gè)第三鍵合金屬絲118將各個(gè)電極輸出端子114耦合到導(dǎo)電小島120。輸出隔直流電容器124通過金屬襯底103被排列在導(dǎo)電小島120與輸出引線框104之間。旁路電感由多個(gè)第四鍵合金屬絲122形成，它將導(dǎo)電小島耦合到隔直流電容器124的第一端子125。隔直流電容器124的第二端子(未示出)被耦合到(地)法蘭145。輸出引線框104被多個(gè)第五鍵合金屬絲126獨(dú)立地耦合到導(dǎo)電小島120。
值得注意的是，通過耦合電極輸出端子114到旁路電感122的金屬絲118和122的輸出串聯(lián)電感，相對(duì)于圖2所示現(xiàn)有技術(shù)器件40，被明顯減小了。而且，由于更長的金屬絲不受電極輸出端子114的數(shù)目的限制，故器件100中的導(dǎo)電小島120使得明顯比器件40中更多的金屬絲126能夠被用來將小島120耦合到輸出引線104。因此，可以比器件40更容易地實(shí)現(xiàn)器件100的輸出匹配，特別是在例如進(jìn)入千兆赫頻段的比較高的工作頻率下，更是如此。
雖然已經(jīng)描述了輸出匹配的LDMOS功率晶體管器件的優(yōu)選實(shí)施方案和應(yīng)用，但如對(duì)本技術(shù)熟練人員顯而易見那樣，有可能作出許多修正和應(yīng)用而不偏離此處發(fā)明的概念。
于是，除了根據(jù)所附權(quán)利要求之外，所公開的發(fā)明的范圍不受限制。
按照條約第19條的修改根據(jù)2000年3月6日郵寄的國際檢索報(bào)告，申請(qǐng)人在此提交一份替換權(quán)利要求的19條修改，它取代國際申請(qǐng)中提交的原權(quán)利要求。提交此修改是為了使本PCT申請(qǐng)的權(quán)利要求與目前美國專利與商標(biāo)局在案的原案中的權(quán)利要求一致。由于提供了2個(gè)月來回答這一國際檢索報(bào)告，故及時(shí)地提出此回答。
原權(quán)利要求1、4、5、8、9已被修改。原權(quán)利要求2和6已被刪除，原權(quán)利要求3-5和7-9已分別被重新編號(hào)為2-4和5-7。權(quán)利要求3和7(現(xiàn)重新編號(hào)為2和5)保留不改變。此修改沒有增加新的內(nèi)容。
此處提交替換頁6-8，它替換原來提交的權(quán)利要求頁6-8。
1.一種RF功率晶體管器件，它包含其上制作有多個(gè)電極的半導(dǎo)體，電極具有各自的輸出端子；各個(gè)電極包含多個(gè)叉指晶體管；被多個(gè)第一導(dǎo)體耦合到電極輸出端子的導(dǎo)電小島；具有被多個(gè)第二導(dǎo)體耦合到輸入引線框的帶有輸入電感的第一端子以及耦合到地的第二端子的輸入匹配電容器；所述第一端子被多個(gè)第三導(dǎo)體耦合到所述半導(dǎo)體；具有被多個(gè)第四導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的第一端子以及耦合到地的第二端子的輸出隔直流電容器；以及由多個(gè)第五導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的帶有輸出電感的輸出引線。
2.權(quán)利要求1的晶體管器件，其中的各個(gè)多個(gè)導(dǎo)體各包含金屬絲。
3.權(quán)利要求1的晶體管器件，其中的導(dǎo)電小島被排列在半導(dǎo)體附近，而隔直流電容器被排列在導(dǎo)電小島與輸出引線之間，使通過將電極輸出端子耦合到隔直流電容器的各個(gè)多個(gè)第一和第四導(dǎo)體的傳輸電感小，以便能夠在高的工作頻率下獲得器件的輸出阻抗匹配。
4.一種RF功率晶體管器件，它包含第一引線；其上制作有多個(gè)電極的半導(dǎo)體，電極各具有各自的輸入端子和輸出端子；各個(gè)電極包含多個(gè)叉指晶體管；具有被多個(gè)第一導(dǎo)體耦合到第一引線的帶有輸入電感的，并被多個(gè)第二導(dǎo)體耦合到電極輸入端子的第一端子的第一電容器；隔離于地，并被多個(gè)第三導(dǎo)體耦合到電極輸出端子的導(dǎo)電小島；具有被多個(gè)第四導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的第一端子以及耦合到地的第二端子的第二電容器；以及由多個(gè)第五導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的帶有輸出電感的第二引線。
5.權(quán)利要求4的晶體管器件，其中各個(gè)多個(gè)導(dǎo)體各包含金屬絲。
6.權(quán)利要求4的晶體管器件，其中的導(dǎo)電小島被排列在半導(dǎo)體附近，而第二電容器被排列在導(dǎo)電小島與第二引線之間，使通過將電極輸出端子耦合到第二電容器的各個(gè)多個(gè)第三和第四導(dǎo)體的傳輸電感小，以便能夠在高的工作頻率下獲得器件的輸出阻抗匹配。
7.一種LDMOS RF功率晶體管器件，它包含輸入引線框；其上制作有多個(gè)電極的半導(dǎo)體，電極各具有各自的輸入端子和輸出端子，各個(gè)電極包含多個(gè)叉指晶體管；具有被多個(gè)第一金屬絲耦合到輸入引線的帶有輸入電感的，并被多個(gè)第二金屬絲耦合到電極輸入端子的第一端子的輸入匹配電容器，輸入匹配電容器具有耦合到地的第二端子；隔離于地，并被多個(gè)第三金屬絲耦合到電極輸出端子的導(dǎo)電小島；具有被多個(gè)第四導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的第一端子以及耦合到地的第二端子的輸出隔直流電容器；以及由多個(gè)第五金屬絲耦合到導(dǎo)電小島的帶有輸出電感的輸出引線框，其中的導(dǎo)電小島被排列在半導(dǎo)體附近，而輸出隔直流電容器被排列在導(dǎo)電小島與輸出引線框之間，使通過將電極輸出端子耦合到輸出隔直流電容器的第一端子的各個(gè)多個(gè)第三和第四金屬絲的傳輸電感小，以便能夠在高的工作頻率下獲得器件的輸出阻抗匹配。
權(quán)利要求
1.一種RF功率晶體管器件，它包含其上制作有多個(gè)電極的半導(dǎo)體管芯，電極具有各自的輸出端子；被多個(gè)第一導(dǎo)體耦合到電極輸出端子的導(dǎo)電小島；具有被多個(gè)第二導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的第一端子以及耦合到地的第二端子的輸出隔直流電容器；以及由多個(gè)第三導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的輸出引線。
2.權(quán)利要求1的晶體管器件，其中的電極各包含多個(gè)叉指電極指條。
3.權(quán)利要求1的晶體管器件，其中各個(gè)多個(gè)導(dǎo)體各包含金屬絲。
4.權(quán)利要求1的晶體管器件，其中的導(dǎo)電小島被排列在半導(dǎo)體管芯附近，而隔直流電容器被排列在導(dǎo)電小島與輸出引線之間，使通過將電極輸出端子耦合到隔直流電容器的各個(gè)多個(gè)第一和第二導(dǎo)體的傳輸電感足夠小，以便能夠在比較高的工作頻率下獲得器件的輸出阻抗匹配。
5.一種RF功率晶體管器件，它包含第一引線；其上制作有多個(gè)電極的半導(dǎo)體管芯，電極各具有各自的輸入端子和輸出端子；被多個(gè)第一導(dǎo)體耦合到第一引線，并被多個(gè)第二導(dǎo)體耦合到電極輸入端子的第一端子的第一電容器；隔離于地，并被多個(gè)第三導(dǎo)體耦合到電極輸出端子的導(dǎo)電小島；具有被多個(gè)第四導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的第一端子以及耦合到地的第二端子的第二電容器；以及由多個(gè)第五導(dǎo)體耦合到導(dǎo)電小島的第二引線。
6.權(quán)利要求5的晶體管器件，其中的電極各包含多個(gè)叉指電極指條。
7.權(quán)利要求5的晶體管器件，其中各個(gè)多個(gè)導(dǎo)體各包含金屬絲。
8.權(quán)利要求5的晶體管器件，其中的導(dǎo)電小島被排列在半導(dǎo)體管芯附近，而第二電容器被排列在導(dǎo)電小島與第二引線之間，使通過將電極輸出端子耦合到第二電容器的各個(gè)多個(gè)第三和第四導(dǎo)體的傳輸電感足夠小，以便能夠在比較高的工作頻率下獲得器件的輸出阻抗匹配。
9.一種LDMOS RF功率晶體管器件，它包含輸入引線框；其上制作有多個(gè)叉指電極的硅管芯，電極各具有各自的輸入端子和輸出端子；具有被多個(gè)第一金屬絲耦合到輸入引線，并被多個(gè)第二金屬絲耦合到電極輸入端子的第一端子的輸入匹配電容器，輸入匹配電容器具有耦合到地的第二端子；隔離于地，并被多個(gè)第三金屬絲耦合到電極輸出端子的導(dǎo)電小島；具有被多個(gè)第四金屬絲耦合到導(dǎo)電小島的第一端子以及耦合到地的第二端子的輸出隔直流電容器；以及由多個(gè)第五金屬絲耦合到導(dǎo)電小島的輸出引線框，其中的導(dǎo)電小島被排列在半導(dǎo)體管芯附近，而輸出隔直流電容器被排列在導(dǎo)電小島與輸出引線框之間，使通過將電極輸出端子耦合到輸出隔直流電容器的各個(gè)多個(gè)第三和第四金屬絲的傳輸電感足夠小，以便能夠在比較高的工作頻率下獲得器件的輸出阻抗匹配。
全文摘要
一種輸出匹配的LDMOS RF功率晶體管器件(100)包括其上制作有多個(gè)叉指電極(110)的半導(dǎo)體管芯(108),電極各具有各自的輸入端子(112)和輸出端子(114)。輸入引線被多個(gè)第一導(dǎo)體(105)(例如鍵合金屬絲)耦合到輸入匹配電容器(106)的第一端子(107),以匹配電容器的第二端子耦合到地(145)。匹配電容器的第一端子還被多個(gè)第二導(dǎo)體(116)耦合到電極輸入端子。隔離于地的導(dǎo)電小島(120)被多個(gè)第三導(dǎo)體(118)耦合到電極輸出端子。器件的輸出匹配由多個(gè)第四導(dǎo)體(122)形成的旁路電感(122)提供,它將輸出隔直流電容器(124)的第一端子耦合到導(dǎo)電小島,以隔直流電容器的第二端子耦合到地。輸出引線被多個(gè)第五導(dǎo)體(126)耦合到導(dǎo)電小島。確切地說,導(dǎo)電小島被排列在半導(dǎo)體管芯附近,而輸出隔直流電容器被排列在導(dǎo)電小島與輸出引線之間,使通過將電極輸出端子耦合到隔直流電容器的各個(gè)多個(gè)第三和第四導(dǎo)體的傳輸電感足夠小,以便能夠在比較高的工作頻率下獲得晶體管器件的輸出阻抗匹配。
文檔編號(hào)H01L25/18GK1329754SQ99814089
公開日2002年1月2日 申請(qǐng)日期1999年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月2日
發(fā)明者C·布萊爾, T·巴拉德, J·庫爾蒂斯 申請(qǐng)人:艾利森公司