DE102016212347A1 - Transistor - Google Patents

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Abstract

Ein Transistor weist auf: ein Halbleitersubstrat; eine Mehrzahl von Gate-Elektroden, eine Mehrzahl von Source-Elektroden und eine Mehrzahl von Drain-Elektroden auf dem Halbleitersubstrat; eine Drain-Kontaktstelle auf dem Halbleitersubstrat und mit der Mehrzahl von Drain-Elektroden verbunden; eine Metallverdrahtung auf dem Halbleitersubstrat und mit einem Abstand, benachbart und parallel zu der Drain-Kontaktstelle angeordnet; und eine Masse-Kontaktstelle auf dem Halbleitersubstrat und mit beiden Enden der Metallverdrahtung verbunden.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Transistor, der ein Hochfrequenzsignal verstärkt.
  • Stand der Technik
  • Ein Feldeffekttransistor (FET) weist eine Mehrzahl von Transistorzellen auf, welche parallel zueinander verbunden sind (siehe z.B. offengelegte, japanische Patentanmeldung Nr. 6-5636 ). Dies bewirkt, dass eine von den jeweiligen Transistorzellen abgegebene Leistung kombiniert wird, was ermöglicht, dass der Transistor insgesamt eine höhere Ausgangsleistung erreicht. Drähte oder Prüfanschlüsse, um die Ausgangsleistung nach außen abzugeben oder um eine Drain-Vorspannung an den Transistor anzulegen, sind mit dieser Drain-Kontaktstelle verbunden.
  • 3 ist eine Draufsicht, die einen konventionellen Transistor darstellt. Eine Mehrzahl von Gate-Elektroden 2, eine Mehrzahl von Source-Elektroden 3, eine Mehrzahl von Drain-Elektroden 4, eine Gate-Kontaktstelle 5, eine Source-Kontaktstelle 6 und eine Drain-Kontaktstelle 7 sind auf einem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Die Gate-Kontaktstelle 5 ist mit der Mehrzahl von Gate-Elektroden 2 verbunden, die Source-Kontaktstelle 6 ist mit der Mehrzahl von Source-Elektroden 3 verbunden und die Drain-Kontaktstelle 7 ist mit der Mehrzahl von Drain-Elektroden 4 verbunden. Ein Masse-Metall (nicht gezeigt) ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet. Ein Masse-Potential ist über die Source-Kontaktstelle 6 und eine Durchkontaktierung 9 in dem Halbleitersubstrat 1 an die Source-Elektrode 3 angelegt.
  • Es ist allgemein bekannt, dass eine Resonanz und eine Oszillation innerhalb eines Transistors, der eine Mehrzahl von Transistorzellen kombiniert, auftreten können. Zum Beispiel wird vorausgesagt, dass, wenn eine Analyse eines elektromagnetischen Feldes für den Transistor in 3 ausgeführt wird, eine Resonanz bei 17GHz auftritt. Wenn diese Resonanz auftritt, wird eine stehende Welle eines elektrischen Feldes genau unter der Drain-Kontaktstelle 7 erzeugt. Das heißt, es tritt eine solche Situation auf, dass die Intensität des elektrischen Feldes, das von der Drain-Kontaktstelle 7 zu dem Masse-Metall der Rückseite gerichtet ist, von einem Ort zu einem anderen der Drain-Kontaktstelle 7 variiert. Wenn der Transistor bei 17 GHz eine ausreichende Verstärkung aufweist, kann eine Schwingung bei dieser Frequenz auftreten.
  • 4 ist eine Draufsicht, die einen verbesserten konventionellen Transistor darstellt. Ein Widerstand 13 ist innerhalb der Drain-Kontaktstelle 7 ausgebildet, um die vorstehend beschriebene Resonanz und Oszillation zu unterdrücken. Wenn eine Resonanz innerhalb des Transistors auftritt und eine stehende Welle eines elektrischen Feldes genau unter der Drain-Kontaktstelle 7 erzeugt wird, wird ein Wechselstrom, der in der vertikalen Richtung fließt, auf der Oberfläche der Drain-Kontaktstelle 7 generiert. Ein Wechselstrom fließt auch durch den Widerstand 13 innerhalb der Drain-Kontaktstelle 7 und eine elektrische Energie von 17 GHz wird in thermische Energie konvertiert. Aus diesem Grund wird ein Verlust bei 17 GHz erzeugt und die Oszillation wird unterdrückt. Andererseits weist das elektrische Feld genau unter der Drain-Kontaktstelle 7, wenn die Frequenz eines zu verstärkenden Signals ausreichend niedrig ist und jede Transistorzelle 8 gleichmäßig arbeitet, unabhängig von der Position die gleiche Intensität auf. Zu dieser Zeit fließt kein Strom durch den Widerstand 13. Deshalb verschlechtert sich eine Leistungsfähigkeit bei einer gewünschten Frequenz nie.
  • Wenn die Frequenz eines zu verstärkenden Signals größer wird, kann jede Transistorzelle 8 ungleichmäßig arbeiten. In diesem Fall fließt, wenn der Widerstand 13 innerhalb der Drain-Kontaktstelle 7 ausgebildet ist, ein Wechselstrom durch den Widerstand 13. Als eine Folge wird ein Verlust auch in dem zu verstärkenden Signal erzeugt und eine Ausgangsleistung oder eine Leistungsergänzungseffizienz verschlechtert sich. Aus diesem Grund gibt es ein Problem, dass sich die Leistungsfähigkeit des Transistors verschlechtert. Weiter kann in dem Fall eines Transistors mit starkem Ausgang der Widerstand 13 beschädigt werden, weil ein Wechselstrom, der durch den Widerstand 13 fließen kann, wenn ein ungleichmäßiger Betrieb auftritt, extrem groß ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist ausgeführt worden, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transistor zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, eine Oszillation ohne eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit oder eine Beschädigung des Widerstands zu unterdrücken.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Transistor auf: ein Halbleitersubstrat; eine Mehrzahl von Gate-Elektroden, eine Mehrzahl von Source-Elektroden und eine Mehrzahl von Drain-Elektroden auf dem Halbleitersubstrat; eine Drain-Kontaktstelle auf dem Halbleitersubstrat und mit der Mehrzahl von Drain-Elektroden verbunden; eine Metallverdrahtung auf dem Halbleitersubstrat und mit einem Abstand, benachbart und parallel zu der Drain-Kontaktstelle angeordnet; und eine Masse-Kontaktstelle auf dem Halbleitersubstrat und mit beiden Enden der Metallverdrahtung verbunden.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine Oszillation zu unterdrücken, ohne eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit oder eine Beschädigung des Widerstands zu verursachen.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlicher.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Draufsicht, die einen Transistor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 ist eine Draufsicht, die einen Transistor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 3 ist eine Draufsicht, die einen konventionellen Transistor darstellt.
  • 4 ist eine Draufsicht, die einen verbesserten, konventionellen Transistor darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ein Transistor gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Komponenten werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die wiederholte Beschreibung derselben kann weggelassen sein.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Draufsicht, die einen Transistor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Dieser Transistor ist ein Feldeffekttransistor (FET).
  • Eine Mehrzahl von Gate-Elektroden 2, eine Mehrzahl von Source-Elektroden 3, eine Mehrzahl von Drain-Elektroden 4, eine Gate-Kontaktstelle 5, eine Source-Kontaktstelle 6 und eine Drain-Kontaktstelle 7 sind auf einem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Die Gate-Kontaktstelle 5 ist mit der Mehrzahl von Gate-Elektroden 2 verbunden, die Source-Kontaktstelle 6 ist mit der Mehrzahl von Source-Elektroden 3 verbunden und die Drain-Kontaktstelle 7 ist mit der Mehrzahl von Drain-Elektroden 4 verbunden. Der Feldeffekttransistor ist durch paralleles Verbinden einer Mehrzahl von Transistorzellen 8 gebildet. Jede Transistorzelle 8 weist die Gate-Elektrode 2, die Drain-Elektrode 4 und die Source-Elektrode 3 auf.
  • Ein Masse-Metall (nicht gezeigt) ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet. Die Source-Elektrode 3 ist über eine Durchkontaktierung 9 innerhalb des Halbleitersubstrats 1 und die Source-Kontaktstelle 6 mit dem Masse-Metall auf der Rückseite des Substrats verbunden, und ein Masse-Potential ist daran angelegt.
  • Eine Metallverdrahtung 10 ist auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet und ist mit einem Abstand benachbart und parallel zu der Drain-Kontaktstelle 7 angeordnet. Die gesamte Drain-Kontaktstelle 7 liegt der Metallverdrahtung 10 gegenüber, sodass sie einen Kondensator bilden. Es ist zu beachten, dass das Material eines Leiters, der die Metallverdrahtung 10 bildet, beliebig ist und die gleiche Art von Material sein kann wie die Drain-Kontaktstelle 7. Ein Abstand zwischen der Drain-Kontaktstelle 7 und der Metallverdrahtung 10 ist vorzugsweise 100 Mikrometer oder weniger.
  • Masse-Kontaktstellen 11 sind auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet und mit beiden Enden der Metallverdrahtung 10 verbunden. Die Masse-Kontaktstellen 11 sind über Durchkontaktierungen 12 innerhalb des Halbleitersubstrats 1 mit dem Masse-Metall auf der Rückseite des Substrats verbunden und ein Masse-Potential ist daran angelegt. Ein Widerstand 13 ist zwischen der Metallverdrahtung 10 und der Masse-Kontaktstelle 11 angeschlossen. Drähte und Prüfanschlüsse sind mit der Drain-Kontaktstelle 7 verbunden, wie in dem Fall des Stands der Technik.
  • Als Nächstes wird ein Betrieb des Transistors gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Ein Leiter, in welchem eine Resonanz auftritt kann unter geeigneten Bedingungen elektrisch mit einem anderen nahegelegenen Leiter verbunden werden und kann elektrische Energie an den nahegelegenen Leiter übertragen. Die Drain-Kontaktstelle 7, welche insbesondere an beiden Enden offen ist, wird stark mit der Metallverdrahtung 10 verbunden, deren beide Enden kurzgeschlossen sind. Deshalb kann, wenn eine stehende Welle eines elektrischen Feldes genau unter der Drain-Kontaktstelle 7 erzeugt wird, die zu der Drain-Kontaktstelle 7 benachbarte Metallverdrahtung 10, deren beide Enden kurzgeschlossen sind, die elektrische Energie empfangen. Der Widerstand 13, der mit der Metallverdrahtung 10 verbunden ist, wandelt die empfangene elektrische Energie in thermische Energie um. Somit erzeugen die Metallverdrahtung 10, die Masse-Kontaktstelle 11 und der Widerstand 13 einen Verlust nur bei einer Resonanzfrequenz und unterdrücken eine Oszillation innerhalb des Transistors.
  • Andererseits tritt bei anderen Frequenzen als der Resonanzfrequenz, zum Beispiel einer Frequenz eines durch den Transistor zu verstärkenden Signals keine Kopplung zwischen der Drain-Kontaktstelle 7 und der Verdrahtung 10 auf. Deshalb wird kein Verlust in der Metallverdrahtung 10 oder dem Widerstand 13 erzeugt, sodass weder der Betrieb des Transistors beeinträchtigt wird noch eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Transistors verursacht wird. In diesem Fall fließt kein Strom durch den Widerstand 13, der nicht direkt mit der Drain-Kontaktstelle 7 verbunden ist, und so wird der Widerstand 13 auch nicht beschädigt. Somit kann die vorliegende Ausführungsform eine Oszillation unterdrücken, ohne eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit oder eine Beschädigung des Widerstands zu verursachen.
  • Hierbei arbeitet, selbst wenn die Resonanzfrequenz oder die Oszillationsfrequenz unbekannt ist, oder wenn eine angenommene Oszillationsfrequenz sich von der tatsächlichen unterscheidet, der Transistor gemäß der vorliegenden Ausführungsform geeignet. Dies gilt, weil die Oszillationsfrequenz eine Frequenz ist, bei welcher eine stehende Welle eines elektrischen Feldes in der Drain-Kontaktstelle 7 erzeugt wird, wie vorstehend beschrieben, und die Frequenz, bei welcher eine stehende Welle eines elektrischen Feldes erzeugt wird, ist eine Frequenz, bei welcher die Drain-Kontaktstelle 7 elektrisch mit der Metallverdrahtung 10 verbunden ist. Deshalb wird, dadurch dass die Metallverdrahtung 10, die Masse-Kontaktstelle 11 und der Widerstand 13 ausgebildet werden, ein Verlust automatisch nur für die Resonanzfrequenz oder die Oszillationsfrequenz erzeugt.
  • Es ist zu beachten, dass die vorliegende Ausführungsform die Durchkontaktierung 12 als ein Verfahren zum Anlegen eines Massepotentials an die Masse-Kontaktstelle 11 verwendet, aber andere Verfahren können ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Massepotential durch Verwenden eines Drahts oder eines Prüfanschlusses angelegt werden. Die Art des Widerstands 13 ist beliebig, und ein Ionen-Implantierungs-Widerstand, ein Dünnfilmwiderstand oder ein Feindrahtwiderstand oder dergleichen kann verwendet werden. Weiter braucht, wenn die Widerstandskomponente der Metallverdrahtung 10 hoch ist und der notwendige Verlustumfang nur durch die Metallverdrahtung 10 erzeugt werden kann, der Widerstand 13 nicht notwendigerweise ausgebildet zu werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • 2 ist eine Draufsicht, die einen Transistor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Um Einflüsse von Störsignalen von außen zu reduzieren, ist ein Schutzring 14 auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet, der eine Mehrzahl von Gate-Elektroden 2, eine Mehrzahl von Source-Elektroden 3 und eine Mehrzahl von Drain-Elektroden 4 umgibt. Ein Massepotential ist an den Schutzring 14 angelegt.
  • Die Metallverdrahtung 10 bildet einen Teil des Schutzrings 14. Somit ist es möglich, selbst wenn eine andere Metallverdrahtung als die Metallverdrahtung 10 auf der Masse-Kontaktstelle 11 angeordnet ist, ähnliche Wirkungen wie die der ersten Ausführungsform zu erhalten. Weiter können die Metallverdrahtung 10 und der Schutzring 14 mit einem anderen Leiter verbunden sein, an den ein Massepotential angelegt ist, zum Beispiel die Source-Kontaktstelle 6.
  • Um die Wirkungen zu erhalten, muss jedoch die Drain-Kontaktstelle 7 bei einer Resonanzfrequenz elektrisch mit dem Schutzring 14 verbunden sein. Um Energie der stehenden Welle des elektrischen Feldes, die in der Drain-Kontaktstelle 7 erzeugt wird, zu dem Schutzring 14 zu übertragen, muss die Masse-Kontaktstelle 11 benachbart zu einem Endbereich der Drain-Kontaktstelle 7 ausgebildet sein. Der Abstand zwischen dem Endbereich der Drain-Kontaktstelle 7 und der Masse-Kontaktstelle 11 ist vorzugsweise 100 Mikrometer oder weniger.
  • Offenbar sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Es soll daher verstanden werden, dass die Erfindung innerhalb des Gültigkeitsumfangs der angehängten Ansprüche anders als ausführlich beschrieben ausgeführt werden kann.
  • Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-140308 , eingereicht am 14. Juli 2015, einschließlich der Beschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung, auf der die Priorität der vorliegenden Anmeldung basiert, ist hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen.
  • Zusammengefasst weist ein Transistor auf: ein Halbleitersubstrat; eine Mehrzahl von Gate-Elektroden, eine Mehrzahl von Source-Elektroden und eine Mehrzahl von Drain-Elektroden auf dem Halbleitersubstrat; eine Drain-Kontaktstelle auf dem Halbleitersubstrat und mit der Mehrzahl von Drain-Elektroden verbunden; eine Metallverdrahtung auf dem Halbleitersubstrat und mit einem Abstand, benachbart und parallel zu der Drain-Kontaktstelle angeordnet; und eine Masse-Kontaktstelle auf dem Halbleitersubstrat und mit beiden Enden der Metallverdrahtung verbunden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleitersubstrat
    2
    Gate-Elektrode
    3
    Source-Elektrode
    4
    Drain-Elektrode
    5
    Gate-Kontaktstelle
    6
    Source-Kontaktstelle
    7
    Drain-Kontaktstelle
    8
    Transistorstelle
    9
    Durchkontaktierung
    10
    Metallverdrahtung
    11
    Masse-Kontaktstelle
    12
    Durchkontaktierung
    13
    Widerstand
    14
    Schutzring
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 6-5636 [0002]
    • JP 2015-140308 [0029]

Claims (9)

  1. Transistor, aufweisend: ein Halbleitersubstrat (1); eine Mehrzahl von Gate-Elektroden (2), eine Mehrzahl von Source-Elektroden (3) und eine Mehrzahl von Drain-Elektroden (4) auf dem Halbleitersubstrat (1); eine Drain-Kontaktstelle (7) auf dem Halbleitersubstrat (1) und mit der Mehrzahl von Drain-Elektroden (4) verbunden; eine Metallverdrahtung (10) auf dem Halbleitersubstrat (1) und mit einem Abstand, benachbart und parallel zu der Drain-Kontaktstelle (7) angeordnet; und eine Masse-Kontaktstelle (11) auf dem Halbleitersubstrat (1) und mit beiden Enden der Metallverdrahtung (10) verbunden.
  2. Transistor gemäß Anspruch 1, wobei die gesamte Drain-Kontaktstelle (7) der Metallverdrahtung (10) gegenüberliegt, sodass sie einen Kondensator bilden.
  3. Transistor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Massepotential an die Masse-Kontaktstelle (11) angelegt wird.
  4. Transistor gemäß Anspruch 3, weiter aufweisend einen Draht oder eine Durchkontaktierung innerhalb des Halbleitersubstrats (1), wobei das Massepotential unter Verwendung des Drahts oder der Durchkontaktierung an die Masse-Kontaktstelle (11) angelegt wird.
  5. Transistor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Abstand zwischen der Drain-Kontaktstelle (7) und der Metallverdrahtung (10) 100 Mikrometer oder weniger ist.
  6. Transistor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter aufweisend einen Widerstand (13), der zwischen der Metallverdrahtung (10) und der Masse-Kontaktstelle (11) angeschlossen ist.
  7. Transistor gemäß Anspruch 6, wobei der Widerstand (13) ein Ionen-Implantierungs-Widerstand, ein Schichtwiderstand oder ein Drahtwiderstand ist.
  8. Transistor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter aufweisend einen Schutzring (14) auf dem Halbleitersubstrat (1) und die Mehrzahl von Gate-Elektroden (2), die Mehrzahl von Source-Elektroden (3) und die Mehrzahl von Drain-Elektroden (4) umgebend, wobei die Metallverdrahtung (10) einen Teil des Schutzrings (14) bildet.
  9. Transistor gemäß Anspruch 8, wobei ein Abstand zwischen einem Endbereich der Drain-Kontaktstelle (7) und der Masse-Kontaktstelle (11) 100 Mikrometer oder weniger ist.
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