具有背侧源极、栅极和/或漏极端子的基于III族氮化物的射频放大器制造技术

提供了RF放大器，该RF放大器包括互连结构(270)和安装在互连结构顶部的基于III族氮化物的RF放大器管芯(210)。基于III族氮化物的RF放大器管芯包括半导体层结构(230)。多个单位单元晶体管设置在半导体层结构的上部中，并且栅极端子(222)、漏极端子(224)和源极端子(226)设置在半导体层结构的与互连结构相邻的下表面上。下表面上。下表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有背侧源极、栅极和/或漏极端子的基于III族氮化物的射频放大器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119要求于2020年4月3日提交的美国临时专利申请序列No.63/004,962的优先权，该美国申请的整体内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及微电子装置，并且更具体地涉及基于III族氮化物的射频(“RF”)放大器。

技术介绍

[0004]RF放大器广泛用在蜂窝通信系统和其它应用中。RF放大器通常被形成为半导体集成电路芯片。大多数RF放大器在硅中实现或使用宽带隙半导体材料实现，宽带隙半导体材料诸如是碳化硅(“SiC”)和III族氮化物材料。如本文所使用的，术语“III族氮化物”是指在氮与元素周期表的III族元素之间形成的那些半导体化合物，III族元素通常是铝(Al)、镓(Ga)和/或铟(In)。该术语还指三元和四元化合物，诸如AlGaN和AlInGaN。这些化合物具有经验式，其中一摩尔氮与总共一摩尔III族元素结合。
[0005]基于硅的RF放大器通常使用横向扩散金属氧化物半导体(“LDMOS”)晶体管来实现。硅LDMOS RF放大器可以表现出高水平的线性度，并且制造起来可能相对便宜。基于III族氮化物的RF放大器通常使用高电子迁移率晶体管(“HEMT”)实现，并且主要用在其中LDMOS晶体管放大器可能具有固有的性能限制的要求高功率和/或高频操作的应用中。
[0006]RF放大器可以包括一个或多个放大级，每个放大级通常被实现为晶体管放大器。为了增加输出功率和电流处置能力，RF放大器通常以“单位单元”构造实现，其中大量个体“单位单元”晶体管电并联布置。RF放大器可以被实现为单个集成电路芯片或“管芯”，或者可以包括多个管芯。当使用多个RF放大器管芯时，它们可以串联和/或并联连接。
[0007]RF放大器常常包括匹配电路，该匹配电路诸如是被设计为改善RF放大器管芯与连接到其的传输线之间的阻抗匹配用于在基本操作频率处的RF信号的阻抗匹配电路以及被设计为至少部分地终止装置操作期间可能生成的诸如二阶和三阶谐波之类的谐波的谐波终止电路。(一个或多个)RF放大器管芯以及阻抗匹配和谐波终止电路可以包封在包装中。电气引线可以从用于将RF放大器电连接到外部电路元件的包装延伸，外部电路元件诸如是输入和输出RF传输线和偏置电压源。
[0008]如上所述，基于III族氮化物的RF放大器常常用在高功率和/或高频应用中。通常，在操作期间，(一个或多个)基于III族氮化物的RF放大器管芯内生成大量热量。如果(一个或多个)RF管芯变得太热，那么RF放大器的性能(例如，输出功率、效率、线性度、增益等)可能劣化和/或(一个或多个)RF放大器管芯可能损坏。照此，基于III族氮化物的RF放大器通常安装在可以针对热移除进行优化的包装中。图1A和图1B图示了常规包装的基于III族氮化物的RF放大器。特别地，图1A是常规包装的基于III族氮化物的RF放大器100的示意性侧
视图，并且图1B是包括在包装的基于III族氮化物的RF晶体管放大器100中的RF晶体管放大器管芯的示意性截面图，其中截面是沿着图1A的线1B
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1B截取的。应该认识到的是，图1A
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图1B(以及各种其它图)是高度简化的图并且实际的RF放大器可以包括更多的单位单元以及未在本文的简化图中示出的各种电路系统和元件。
[0009]如图1A中所示，基于III族氮化物的RF放大器100包括安装在开腔包装170内的RF放大器管芯110。包装170包括栅极引线172、漏极引线174、金属凸缘176以及陶瓷侧壁和盖178。RF晶体管放大器管芯110安装在由金属凸缘176以及陶瓷侧壁和盖178形成的腔体中的金属凸缘176的上表面上。RF放大器管芯110具有顶侧112和底侧114。RF放大器管芯110包括顺序堆叠的底侧(也称为“背”侧)金属化结构120、半导体层结构130和顶侧金属化结构140。背侧金属化结构120包括源极端子126。RF放大器100可以是基于HEMT的RF放大器，在这种情况下，半导体层结构130可以至少包括沟道层和势垒层，它们通常形成在半导体或绝缘生长基板(诸如SiC或蓝宝石基板)上。顶侧金属化结构140尤其包括栅极端子142和漏极端子144。
[0010]输入匹配电路190和/或输出匹配电路192也可以安装在壳体170内。匹配电路190、192可以是阻抗匹配电路和/或是谐波终止电路，阻抗匹配电路将输入到RF晶体管放大器100或从RF晶体管放大器100输出的RF信号的基本分量的阻抗分别与RF晶体管放大器管芯110的输入或输出处的阻抗匹配，谐波终止电路被构造为将可能存在于RF晶体管放大器管芯110的输入或输出处的基频RF信号的谐波短路到地，谐波诸如是二阶或三阶谐波。如图1A中示意性所示的，输入和输出匹配电路190、192可以安装在金属凸缘176上。栅极引线172可以通过一根或多根第一接合线182连接到输入匹配电路190，并且输入匹配电路190可以通过一根或多根第二接合线183连接到RF放大器管芯110的栅极端子142。类似地，漏极引线174可以通过一根或多根第四接合线185连接到输出匹配电路192，并且输出匹配电路192可以通过一根或多根第三接合线184连接到RF放大器管芯110的漏极端子144。RF晶体管放大器管芯110的源极端子126可以直接安装在金属凸缘176上。金属凸缘176可以提供到源极端子126的电气连接并且还可以充当散热结构。第一至第四接合线182
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185可以形成输入和/或输出匹配电路的部分。栅极引线172和漏极引线174可以延伸穿过陶瓷侧壁178。壳体可以包括多个部件，诸如形成侧壁的下部并支撑栅极和漏极引线172、174的框架以及放置在框架顶部的盖。装置的内部可以包括充气的腔体。
[0011]图1B是通过顶侧金属化结构140的一部分截取的RF放大器管芯110的示意性截面图。在图1B中未示出将顶侧金属化结构140的各种导电元件彼此隔离的电介质层以简化绘图。
[0012]如图1B中所示，RF放大器管芯110包括基于III族氮化物的HEMT RF放大器，该放大器具有多个单位单元晶体管116，每个单位单元晶体管116包括栅极指152、漏极指154和源极指156。栅极指152电连接到共用栅极总线146，并且漏极指154电连接到共用漏极总线148。栅极总线146电连接到被实现为栅极接合焊盘(参见图1A)的栅极端子142(例如，通过从栅极总线146向上延伸的导电通孔)，并且漏极总线148电连接到被实现为漏极接合焊盘(参见图1A)的漏极端子144(例如，通过从漏极总线148向上延伸的导电通孔)。源极指156经由延伸穿过半导体层结构130的多个导电源极通孔166电连接到源极端子126。导电源极通孔166可以包括完全延伸穿过半导体层结构130的镀金属通孔。
[0013]再次参考图1A，金属凸缘176可以充当散热器，用于散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种射频RF放大器，包括：基于III族氮化物的RF放大器管芯，包括半导体层结构和位于所述半导体层结构上的栅极端子、源极端子和漏极端子，其中，多个单位单元晶体管设置在所述半导体层结构的上部中，并且所述栅极端子、所述漏极端子和所述源极端子中的至少两个设置在所述半导体层结构的下表面上。2.如权利要求1所述的RF放大器，其中，所述漏极端子通过一个或多个导电漏极通孔电连接到所述单位单元晶体管。3.如权利要求1所述的RF放大器，其中，所述栅极端子通过一个或多个导电栅极通孔电连接到所述单位单元晶体管。4.如权利要求1所述的RF放大器，其中，所述栅极端子通过一个或多个导电栅极通孔电连接到所述单位单元晶体管，并且所述漏极端子通过一个或多个导电漏极通孔电连接到所述单位单元晶体管。5.如权利要求1
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4中的任一项所述的RF放大器，其中，所述半导体层结构包括生长基板、沟道层和势垒层，其中所述沟道层位于所述生长基板与所述势垒层之间。6.如权利要求5所述的RF放大器，其中，所述基于III族氮化物的RF放大器管芯还包括金属化结构，所述金属化结构包括与所述沟道层相反地位于所述势垒层上的多个栅极指、多个漏极指和多个源极指，以及其中，所述栅极指经由所述一个或多个导电栅极通孔电连接到所述栅极端子，并且所述漏极指经由所述一个或多个导电漏极通孔电连接到所述漏极端子。7.如权利要求6所述的RF放大器，其中，所述一个或多个导电栅极通孔和所述一个或多个导电漏极通孔是延伸穿过所述半导体层结构的镀金属通孔。8.如权利要求5
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7中的任一项所述的RF放大器，其中，所述一个或多个导电栅极通孔和所述一个或多个导电漏极通孔延伸穿过所述生长基板。9.如权利要求1
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8中的任一项所述的RF放大器，还包括互连结构，所述互连结构包括电连接到所述栅极端子的栅极焊盘、电连接到所述漏极端子的漏极焊盘和电连接到所述源极端子的源极焊盘。10.如权利要求9所述的RF放大器，其中，所述栅极焊盘、所述漏极焊盘和所述源极焊盘经由导电环氧树脂图案分别电连接到所述栅极端子、所述漏极端子和所述源极端子。11.如权利要求9
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10中的任一项所述的RF放大器，其中，所述栅极端子沿着垂直于所述互连结构的上表面的第一轴与所述栅极焊盘重叠，所述漏极端子沿着垂直于所述互连结构的上表面的第二轴与所述漏极焊盘重叠，并且所述源极端子沿着垂直于所述互连结构的上表面的第三轴与所述源极焊盘重叠。12.如权利要求4
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11中的任一项所述的RF放大器，其中，所述一个或多个导电栅极通孔、所述一个或多个导电漏极通孔和所述一个或多个导电源极通孔都具有基本上相同的形状和基本上相同的截面面积。13.如权利要求9
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11中的任一项所述的RF放大器，其中，所述互连结构包括匹配电路的至少第一部分。14.如权利要求13所述的RF放大器，其中，所述一个或多个导电栅极通孔包括所述匹配电路的第二部分。
15.一种射频RF放大器，包括：互连结构，包括连接到输入匹配电路的栅极焊盘、连接到输出匹配电路的漏极焊盘和耦接到散热结构的源极焊盘；以及基于III族氮化物的RF放大器管芯，安装在所述互连结构上，所述基于III族氮化物的RF放大器管芯包括：半导体层结构，具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧；在所述半导体层结构的第一侧的栅极端子，所述栅极端子沿着垂直于所述互连结构的上表面的第一轴与所述栅极焊盘重叠；在所述半导体层结构的第一侧的漏极端子，所述漏极端子沿着垂直于所述互连结构的上表面的第二轴与所述漏极焊盘重叠；在所述半导体层结构的第一侧的源极端子，所述源极端子沿着垂直于所述互连结构的上表面的第三轴与所述源极焊盘重叠；导电栅极通孔，电连接到所述栅极端子，所述导电栅极通孔从所述半导体层结构的第二侧延伸到所述半导体层结构的第一侧；以及导电漏极通孔，电连接到所述漏极端子，所述导电漏极通孔从所述半导体层结构的第二侧延伸到所述半导体层结构的第一侧。16.如权利要求15所述的RF放大器，其中，所述基于III族氮化物的RF放大器管芯还包括位...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：沃孚半导体公司，
类型：发明
国别省市：