JP7538275B2 - HIGH POWER MMIC DEVICE WITH BYPASS-GATED TRANSISTORS - Patent application - Google Patents

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Description

本明細書で説明する本発明の概念は、マイクロ電子デバイスに関し、より詳細には、単位セル・ベースの構造を有する高電力高周波トランジスタに関する。 The inventive concepts described herein relate to microelectronic devices, and more particularly to high power, high frequency transistors having unit cell based structures.

近年、無線周波数(500MHz)、Sバンド(3GHz)、及びXバンド(10GHz)などの高周波数で動作しながら、高電力の処理能力を必要とする電気回路が、より普及している。高電力、高周波回路の増加により、それに対応して、無線周波数及びマイクロ波周波数で確実に動作可能で、それでもなお、より高い電力負荷を処理できるトランジスタの需要が増加してきた。 In recent years, electrical circuits that require high power handling capabilities while operating at high frequencies, such as radio frequencies (500 MHz), S-band (3 GHz), and X-band (10 GHz), have become more prevalent. The increase in high power, high frequency circuits has led to a corresponding increase in the demand for transistors that can operate reliably at radio and microwave frequencies and still handle higher power loads.

増大した出力電力を提供するために、より大きいゲート周辺部を備えるトランジスタが開発されてきた。トランジスタの実効ゲート周辺部を増加させる1つの技法は、並列に接続された複数のトランジスタ・セルを設けることである。たとえば、高電力トランジスタは、図1に示すように、それぞれの細長いソース接点とドレイン接点との間で並列に延在する複数のゲート・フィンガを備えることができる。 To provide increased output power, transistors with larger gate perimeters have been developed. One technique for increasing the effective gate perimeter of a transistor is to provide multiple transistor cells connected in parallel. For example, a high-power transistor may have multiple gate fingers extending in parallel between respective elongated source and drain contacts, as shown in FIG. 1.

特に、図1は、半導体構造体20上にゲート・パッド12と、ソース・パッド22と、ドレイン・パッド32とを備える、従来のトランジスタ構造10の金属レイアウトを示す。図1は、デバイスの平面図である(すなわち、デバイスを上から見下ろしている)。図1に示すように、従来のトランジスタ10では、ゲート・パッド12は、ゲート・バス14を通って第1の方向(たとえば、図1に示すy方向)に並列に延在する、複数のゲート・フィンガ16に接続される。ソース・パッド22は、ソース・バス24を介して複数の並列のソース接点26に接続され、ドレイン・パッド32は、ドレイン・バス34を介して複数のドレイン接点36に接続される。各ゲート・フィンガ16は、一対の隣接するソース接点26とドレイン接点36との間を、y方向に沿って走る。トランジスタ10の単位セルを枠40で示しており、隣接するソース接点26とドレイン接点36との間に延在するゲート・フィンガ16を備える。「ゲート長」は、x方向のゲート金属化部の距離を指し、一方「ゲート幅」は、ソース接点26及びドレイン接点26がy方向に並行する距離である。すなわち、ゲート・フィンガ16の「幅」は、隣接するソース接点26/ドレイン接点36に並列に延在するゲート・フィンガ16の寸法(y方向に沿った距離)を指す。デバイスのゲート周辺部は、デバイス10の各ゲート・フィンガ16のゲート幅の合計を指す。 In particular, FIG. 1 illustrates a metal layout of a conventional transistor structure 10, comprising a gate pad 12, a source pad 22, and a drain pad 32 on a semiconductor structure 20. FIG. 1 illustrates a plan view of the device (i.e., looking down on the device). As illustrated in FIG. 1, in a conventional transistor 10, a gate pad 12 is connected to a plurality of gate fingers 16 that extend in parallel in a first direction (e.g., the y-direction shown in FIG. 1) through a gate bus 14. A source pad 22 is connected to a plurality of parallel source contacts 26 through a source bus 24, and a drain pad 32 is connected to a plurality of drain contacts 36 through a drain bus 34. Each gate finger 16 runs along the y-direction between a pair of adjacent source contacts 26 and drain contacts 36. A unit cell of the transistor 10 is illustrated by a box 40, comprising a gate finger 16 that extends between adjacent source contacts 26 and drain contacts 36. "Gate length" refers to the distance of the gate metallization in the x-direction, while "gate width" is the distance that the source and drain contacts 26 run parallel in the y-direction. That is, the "width" of a gate finger 16 refers to the dimension (distance along the y-direction) of the gate finger 16 that runs parallel to an adjacent source/drain contact 26/36. The gate perimeter of a device refers to the sum of the gate widths of each gate finger 16 of the device 10.

単位セルを追加することに加えて、多セル・トランジスタ・デバイスのゲート周辺部を、ゲート・フィンガをより広くする(つまり、y方向に長くする)ことにより増加させることができる。ただし、デバイスのゲート・フィンガがより広くなると、デバイスの高周波性能が悪影響を受ける可能性がある。さらに、ゲート・フィンガをより広くすることは、通常、ゲート・フィンガが増加した電流密度を処理する必要があることを意味し、ゲート・フィンガ金属化部のエレクトロマイグレーションを引き起こす可能性がある。 In addition to adding unit cells, the gate perimeter of a multi-cell transistor device can be increased by making the gate fingers wider (i.e., longer in the y-direction). However, making the gate fingers of a device wider can adversely affect the high frequency performance of the device. Furthermore, making the gate fingers wider usually means that the gate fingers must handle increased current densities, which can lead to electromigration of the gate finger metallization.

米国特許出願公開第2002/0066908(A1)号US Patent Application Publication No. 2002/0066908(A1) 米国特許出願公開第2002/0167023(A1)号U.S. Patent Application Publication No. 2002/0167023(A1) 米国特許出願公開第2004/0061129号US Patent Application Publication No. 2004/0061129 米国特許第7,906,799号U.S. Patent No. 7,906,799 米国特許第6,316,793号U.S. Patent No. 6,316,793 米国特許出願公開第2003/0102482(A1)号U.S. Patent Application Publication No. 2003/0102482(A1)

ある実施例によるトランジスタ・デバイスは、第1の方向に延在するソース接点と、第1の方向に延在しソース接点に隣接するゲート・フィンガと、ゲート・フィンガに隣接するドレイン接点とを備える。ゲート・フィンガは、ドレイン接点とソース接点との間にある。ゲート・パッドは、ゲート・フィンガに沿った複数の箇所で、ゲート・フィンガに電気的に接続される。 In one embodiment, a transistor device includes a source contact extending in a first direction, a gate finger extending in the first direction adjacent the source contact, and a drain contact adjacent the gate finger. The gate finger is between the drain contact and the source contact. A gate pad is electrically connected to the gate finger at multiple locations along the gate finger.

このデバイスは、第1の方向に延在し、ゲート・パッドに導電的に接続されたゲート・ジャンパをさらに備える。ゲート・パッドは、ゲート・ジャンパを介して、ゲート・フィンガに沿った複数の箇所のうちの少なくとも1箇所に導電的に接続される。 The device further includes a gate jumper extending in the first direction and conductively connected to the gate pad. The gate pad is conductively connected to at least one of a plurality of locations along the gate finger via the gate jumper.

このデバイスは、ゲート・ジャンパ及びゲート・フィンガに接続されたゲート・バスと、ゲート・バスから第1の方向に間隔を空けて配置され、ゲート・ジャンパをゲート・フィンガに接続するゲート信号分配バーとをさらに備えることができる。 The device may further include a gate bus connected to the gate jumpers and the gate fingers, and a gate signal distribution bar spaced in the first direction from the gate bus and connecting the gate jumpers to the gate fingers.

さらなる実施例によるトランジスタ・デバイスは、ゲート・パッドと、ゲート・フィンガ上の第1の位置でゲート・パッドと導電的に接触し、第1の方向に延在するゲート・フィンガと、ゲート・パッドと導電的に接触し、第1の方向に延在するゲート・ジャンパとを備える。ゲート・ジャンパは、ゲート・パッドで受信したゲート信号がゲート・フィンガに第1の位置及び第2の位置で印加されるように、第1の位置から間隔を空けて配置されたゲート・フィンガ上の第2の位置でゲート・フィンガと導電的に接続される。 A transistor device according to a further embodiment includes a gate pad, a gate finger in conductive contact with the gate pad at a first location on the gate finger and extending in a first direction, and a gate jumper in conductive contact with the gate pad and extending in the first direction. The gate jumper is conductively connected to the gate finger at a second location on the gate finger spaced apart from the first location such that a gate signal received at the gate pad is applied to the gate finger at the first location and the second location.

さらなる実施例によるトランジスタ・デバイスは、ゲート・バスと、ゲート・バスと接触し、第1の方向に延在するゲート・フィンガと、ゲート・バスと接触し、第1の方向に延在するゲート・ジャンパとを備え、ここでゲート・ジャンパは、第1の方向にゲート・バスから間隔を空けて配置されたゲート・フィンガに沿った位置で、ゲート・フィンガと導電的に接触する。 A transistor device according to a further embodiment includes a gate bus, a gate finger in contact with the gate bus and extending in a first direction, and a gate jumper in contact with the gate bus and extending in the first direction, where the gate jumper is in conductive contact with the gate finger at a location along the gate finger that is spaced from the gate bus in the first direction.

さらなる実施例によるトランジスタ・デバイスは、基板と、基板上のゲート・バスと、基板上で第1の方向に延在する第1及び第2のソース接点セグメントとを備える。第1及び第2のソース接点セグメントは、間隙によって第1の方向に互いに分離される。デバイスは、基板上でゲート・バスに接続されたゲート・フィンガをさらに備える。ゲート・フィンガは、第1の方向に延在し、ソース接点セグメントに隣接する。デバイスは、基板上でゲート・フィンガに隣接するドレイン接点をさらに備え、ここでゲート・フィンガは、ドレイン接点とソース接点セグメントとの間にあり、ゲート・ジャンパはゲート・バスに接続され、ここでゲート・ジャンパは、ソース接点セグメントを覆って設けられ、第1の方向に延在し、
ゲート信号分配バーは基板上で第1のソース接点セグメントと第2のソース接点セグメントとの間隙からゲート・フィンガへ延出する。ゲート信号分配バーは、第1の方向にゲート・バスから間隔を空けて配置されたゲート信号分配箇所でゲート・フィンガに接触し、ゲート信号分配バーは、ゲート・ジャンパに導電的に接続される。
A transistor device according to a further embodiment comprises a substrate, a gate bus on the substrate, and first and second source contact segments extending in a first direction on the substrate, the first and second source contact segments being separated from one another in the first direction by a gap. The device further comprises a gate finger connected to the gate bus on the substrate, the gate finger extending in the first direction and adjacent to the source contact segment. The device further comprises a drain contact on the substrate adjacent to the gate finger, where the gate finger is between the drain contact and the source contact segment, and a gate jumper connected to the gate bus, where the gate jumper is provided over the source contact segment and extends in the first direction,
A gate signal distribution bar extends over the substrate from a gap between the first source contact segment and the second source contact segment to the gate finger, the gate signal distribution bar contacts the gate finger at a gate signal distribution location spaced from the gate bus in the first direction, and the gate signal distribution bar is conductively connected to the gate jumper.

さらなる実施例によるトランジスタは、第1の軸に沿って延在するドレイン接点と、第1の軸に平行な第2の軸に沿って延在するソース接点と、ソース接点とドレイン接点との間に延在するゲート・フィンガと、ゲート・フィンガに電気的に接続され、空間を空けて配置される複数のゲート抵抗器とを備える。少なくとも第1のゲート抵抗器は、トランジスタを上から見たときに、ゲート・フィンガの第1の端部と第2の端部との間にある、第1の軸と第2の軸との間の領域の一部に配置される。 A further embodiment of a transistor includes a drain contact extending along a first axis, a source contact extending along a second axis parallel to the first axis, gate fingers extending between the source and drain contacts, and a plurality of spaced apart gate resistors electrically connected to the gate fingers. At least a first gate resistor is disposed in a portion of the region between the first and second axes, between the first and second ends of the gate fingers, when the transistor is viewed from above.

ある実施例では、ゲート・フィンガは、互いに電気的に接続された複数の不連続な同一直線上のゲート・フィンガ・セグメントを備えることができる。トランジスタは、ゲート・バスと第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間に電気的に接続されたゲート・ジャンパをさらに備えることができる。第1のゲート抵抗器は、ゲート・ジャンパと第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間の電気経路に沿って、挿置することができる。トランジスタは、ゲート・ジャンパと第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間の電気経路に沿って挿置される、第1のゲート信号分配バーも備えることができる。第1のゲート抵抗器は、第1のゲート信号分配バーと第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間の電気経路に沿って、挿置することができる。各ゲート・フィンガ・セグメントは、それぞれのゲート分割の一部であってもよく、トランジスタは、2つの隣接するゲート分割間に配置される奇モード抵抗器(odd mode resistor)をさらに備えることができる。 In one embodiment, the gate finger may comprise a plurality of discontinuous, collinear gate finger segments electrically connected to one another. The transistor may further comprise a gate jumper electrically connected between the gate bus and the first gate finger segment. The first gate resistor may be interposed along an electrical path between the gate jumper and the first gate finger segment. The transistor may also comprise a first gate signal distribution bar interposed along an electrical path between the gate jumper and the first gate finger segment. The first gate resistor may be interposed along an electrical path between the first gate signal distribution bar and the first gate finger segment. Each gate finger segment may be part of a respective gate split, and the transistor may further comprise an odd mode resistor disposed between two adjacent gate splits.

ある実施例では、ソース接点は、複数の同一直線上の不連続なソース接点セグメントを備え、ゲート・ジャンパはソース接点を覆って延在する。第1のゲート信号分配バーは、2つの隣接するソース接点セグメントの間隙内に延在することができる。奇モード抵抗器は、第1のゲート信号分配バーと、第1のゲート信号分配バーと同一直線上にある第2のゲート信号分配バーとの間に挿置され得る。さらに、トランジスタは、ゲート・ジャンパがそれを覆って延在しない、同一直線上の不連続な複数のソース接点セグメントを具備する第2のソース接点を備えることができ、奇モード抵抗器は、この第2のソース接点のソース接点セグメントのうちの2つの隣接するものの間にあり得る。 In one embodiment, the source contact comprises a plurality of collinear, discontinuous source contact segments over which the gate jumper extends. The first gate signal distribution bar can extend into a gap between two adjacent source contact segments. The odd-mode resistor can be interposed between the first gate signal distribution bar and a second gate signal distribution bar that is collinear with the first gate signal distribution bar. Additionally, the transistor can comprise a second source contact comprising a plurality of collinear, discontinuous source contact segments over which the gate jumper does not extend, and the odd-mode resistor can be between two adjacent ones of the source contact segments of the second source contact.

さらに別の実施例によるトランジスタは、第1の方向に延在するソース接点と、第1の方向に延在するゲート・ジャンパと、互いに同一直線上にあり得る複数の不連続なゲート・フィンガ・セグメントとを具備するゲート・フィンガを備える。トランジスタは、ゲート・ジャンパに電気的に接続され、間隔を空けて配置された複数のゲート抵抗器をさらに備える。第1のゲート・フィンガ・セグメントは、第1のゲート抵抗器を介してゲート・ジャンパに接続される。 In yet another embodiment, a transistor includes a gate finger having a source contact extending in a first direction, a gate jumper extending in the first direction, and a plurality of discontinuous gate finger segments that may be collinear with one another. The transistor further includes a plurality of spaced apart gate resistors electrically connected to the gate jumper. A first gate finger segment is connected to the gate jumper through the first gate resistor.

ある実施例では、ソース接点は、複数の不連続なソース接点セグメントを備え、第1のゲート抵抗器は、2つの隣接するソース接点セグメントの間隙内にある。ゲート・ジャンパは、ソース接点セグメントの少なくとも一部を覆って延在し得る。トランジスタは、ゲート・フィンガがソース接点及びドレイン接点の間に延在するように、ゲート・フィンガに隣接して第1の方向に延在するドレイン接点と、ドレイン接点がゲート・フィンガ及び第2のゲート・フィンガの間に延在するように、第1の方向に延在し、不連続で同一直線上にある複数のゲート・フィンガ・セグメントを具備する第2のゲート・フィンガと、第2のゲート・フィンガに隣接して第1方向に延在する不連続な複数のソース接点セグメントを具備する第2のソース接点とをさらに備える。奇モード抵抗器は、第2のソース接点の2つの隣接するソース接点セグメントの間隙内に設けられ得る。 In one embodiment, the source contact comprises a plurality of discontinuous source contact segments, and the first gate resistor is in a gap between two adjacent source contact segments. The gate jumper may extend over at least a portion of the source contact segments. The transistor further comprises a drain contact extending in a first direction adjacent to the gate finger such that the gate finger extends between the source contact and the drain contact, a second gate finger comprising a plurality of discontinuous, collinear gate finger segments extending in the first direction such that the drain contact extends between the gate finger and the second gate finger, and a second source contact comprising a plurality of discontinuous source contact segments extending in the first direction adjacent to the second gate finger. The odd-mode resistor may be provided in a gap between two adjacent source contact segments of the second source contact.

ゲート信号分配バーは、ゲート・ジャンパと第1のゲート・フィンガの第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間、並びにゲート・ジャンパと第2のゲート・フィンガの第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間に延在することができる。ゲート信号分配バーは、ソース接点の2つの隣接するソース接点セグメントの間隙内に配置され得る。奇モード抵抗器は、ゲート信号分配バーと、さらなる複数のゲート・フィンガのゲート・フィンガ・セグメントを第2のゲート・ジャンパに接続する、第2のゲート信号分配バーとの間に接続され得る。 The gate signal distribution bar may extend between the gate jumper and the first gate finger segment of the first gate finger, and between the gate jumper and the first gate finger segment of the second gate finger. The gate signal distribution bar may be disposed in a gap between two adjacent source contact segments of the source contact. The odd-mode resistor may be connected between the gate signal distribution bar and a second gate signal distribution bar that connects the gate finger segments of a further plurality of gate fingers to the second gate jumper.

さらなる実施例によるトランジスタは、第1の方向に延在し、第1の方向と直角をなす第2の方向に互いに間隔を空けて配置される複数のゲート・フィンガを備える。ゲート・フィンガはそれぞれ、少なくとも間隔を空けてほぼ同一直線上に配置された第1及び第2のゲート・フィンガ・セグメントを備え、ここで第1のゲート・フィンガ・セグメントは、第2の方向に延在する間隙領域によって、第2のゲート・フィンガ・セグメントから第1の方向へ分離される。抵抗器が間隙領域内に配置される。 A transistor according to a further embodiment comprises a plurality of gate fingers extending in a first direction and spaced apart from one another in a second direction perpendicular to the first direction. Each of the gate fingers comprises first and second substantially collinear gate finger segments spaced apart from one another, where the first gate finger segment is separated in the first direction from the second gate finger segment by a gap region extending in the second direction. A resistor is disposed in the gap region.

ある実施例では、トランジスタは、第1の方向に延在する複数のソース接点であって、各ソース接点は、複数の不連続なソース接点セグメントを具備し、各ソース接点は、ゲート・フィンガのそれぞれのペアのゲート・フィンガ間に延在するソース接点と、第1の方向に延在する複数のドレイン接点であって、各ドレイン接点は、ゲート・フィンガのそれぞれのペア間に延在するドレイン接点とをさらに備える。ゲート・バスを、ゲート・フィンガに電気的に接続することができ、ゲート・ジャンパを、ゲート・バスに電気的に接続することができ、ここでゲート・ジャンパは、ゲート・フィンガ・セグメントの少なくとも一部とゲート・バスとの間の電気経路に沿って挿置される。 In one embodiment, the transistor further comprises a plurality of source contacts extending in a first direction, each source contact comprising a plurality of discontinuous source contact segments, each source contact comprising a source contact extending between a respective pair of gate fingers, and a plurality of drain contacts extending in the first direction, each drain contact comprising a drain contact extending between a respective pair of gate fingers. A gate bus may be electrically connected to the gate fingers, and a gate jumper may be electrically connected to the gate bus, where the gate jumper is interposed along an electrical path between at least a portion of the gate finger segments and the gate bus.

ある実施例では、抵抗器は、ソース接点の1つの、ソース接点セグメントのうちの2つの隣接するものの間に配置される奇モード抵抗器であり得る。他の実施例では、抵抗器は、ゲート・ジャンパと、第1のゲート・フィンガの第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間の電気経路に沿って挿置されるゲート抵抗器であり得る。これらの実施例では、ゲート抵抗器は、ゲート・ジャンパと、第1のゲート・フィンガの第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間に延在する第1のゲート信号分配バーに沿って挿置され得る。 In some embodiments, the resistor may be an odd-mode resistor disposed between two adjacent ones of the source contact segments of one of the source contacts. In other embodiments, the resistor may be a gate resistor interposed along the electrical path between the gate jumper and the first gate finger segment of the first gate finger. In these embodiments, the gate resistor may be interposed along a first gate signal distribution bar that extends between the gate jumper and the first gate finger segment of the first gate finger.

本発明のさらなる実施例によれば、その上に形成されたトランジスタ及び少なくとも1つの追加回路を具備する基板を備える、モノリシック・マイクロ波集積回路が提供される。トランジスタは、第1の方向に延在するドレイン接点と、ドレイン接点と並列に第1の方向に延在するソース接点と、ソース接点とドレイン接点との間で第1の方向に延在するゲート・フィンガと、第1の方向に延在するゲート・ジャンパとを備える。ソース接点は、第1の方向と直角をなす第2の方向に、ドレイン接点から間隔を空けて配置される。ゲート・ジャンパは、第1の方向に沿って互いに間隔を空けて配置される2箇所以上の位置で、ゲート・フィンガに導電的に接続する。第2の方向に広がり、第1の方向と直角をなす平面内のゲート・ジャンパの断面積は、この平面内のゲート・フィンガの断面積より少なくとも5倍大きい。ある実施例では、ゲート・ジャンパのこの断面積は、ゲート・フィンガの対応する断面積よりも10倍、20倍、又は30倍大きい場合さえある。 According to a further embodiment of the present invention, a monolithic microwave integrated circuit is provided comprising a substrate having a transistor and at least one additional circuit formed thereon. The transistor comprises a drain contact extending in a first direction, a source contact extending in the first direction parallel to the drain contact, a gate finger extending in the first direction between the source contact and the drain contact, and a gate jumper extending in the first direction. The source contact is spaced apart from the drain contact in a second direction perpendicular to the first direction. The gate jumper conductively connects to the gate finger at two or more locations spaced apart from one another along the first direction. A cross-sectional area of the gate jumper in a plane extending in the second direction and perpendicular to the first direction is at least five times larger than a cross-sectional area of the gate finger in the plane. In some embodiments, this cross-sectional area of the gate jumper is ten, twenty, or even thirty times larger than a corresponding cross-sectional area of the gate finger.

ある実施例では、少なくとも1つの追加の回路はインピーダンス整合回路であり得る。またトランジスタは、高電子移動度トランジスタであり得る。 In one embodiment, the at least one additional circuit may be an impedance matching circuit, and the transistor may be a high electron mobility transistor.

ある実施例では、ゲート・フィンガは、ゲート・ジャンパを介して互いに電気的に接続される、物理的に不連続な複数のゲート・フィンガ・セグメントを備える。不連続なゲート・フィンガ・セグメントは、同一直線上にあり得る。 In one embodiment, the gate finger comprises a plurality of physically discontinuous gate finger segments that are electrically connected to one another via gate jumpers. The discontinuous gate finger segments may be collinear.

ある実施例では、ゲート・ジャンパは、基板より上でゲート・フィンガとは相異なるレベルにあり得る。 In one embodiment, the gate jumpers may be at a different level above the substrate than the gate fingers.

ある実施例では、ソース接点は、互いに電気的に接続される、不連続な複数のソース接点セグメントを備えることができる。かかる実施例では、ゲート・ジャンパは、ソース接点セグメントの少なくとも1つを覆って延在することができ、ソース接点から電気的に絶縁され得る。ゲート・ジャンパは、すべてのソース接点セグメントを覆って延在する必要はない。 In some embodiments, the source contact may comprise a plurality of discontinuous source contact segments that are electrically connected to one another. In such embodiments, the gate jumper may extend over at least one of the source contact segments and may be electrically isolated from the source contact. The gate jumper need not extend over all of the source contact segments.

ある実施例では、モノリシック・マイクロ波集積回路は増幅器であり得る。この増幅器は、少なくとも1つの駆動段及び出力段を備えることができ、出力段は、少なくとも1つのトランジスタを備えることができる。 In one embodiment, the monolithic microwave integrated circuit can be an amplifier. The amplifier can include at least one driver stage and an output stage, and the output stage can include at least one transistor.

ある実施例では、ゲート・ジャンパは、ドレイン接点、ソース接点、及び/又はゲート・フィンガのうちの少なくとも1つと、垂直に並行することができる。 In one embodiment, the gate jumper can be vertically parallel to at least one of the drain contact, the source contact, and/or the gate finger.

本発明のさらなる実施例によれば、その上に形成されたトランジスタ及び少なくとも1つの追加回路を具備する基板を備える、モノリシック・マイクロ波集積回路が提供される。少なくとも1つのトランジスタは、第1の方向に延在し、第1の方向と直角をなす第2の方向に互いに間隔を空けて配置された複数のゲート・フィンガを備え、ゲート・フィンガはそれぞれ、間隔を空けてほぼ同一直線上に配置され、互いに電気的に接続されている第1及び第2のゲート・フィンガ・セグメントを備え、ここで第1のゲート・フィンガ・セグメントは、第2のゲート・フィンガ・セグメントから、第2の方向に延在する間隙領域によって第1の方向に分離されている。ゲート・ジャンパは、ドレイン接点、ソース接点、及び/又はゲート・フィンガのうちの少なくとも1つと、垂直に並行することができる。 According to a further embodiment of the present invention, a monolithic microwave integrated circuit is provided comprising a substrate having transistors and at least one additional circuit formed thereon. At least one transistor comprises a plurality of gate fingers extending in a first direction and spaced apart from one another in a second direction perpendicular to the first direction, each of the gate fingers comprising first and second gate finger segments spaced apart and substantially collinearly arranged and electrically connected to one another, wherein the first gate finger segment is separated in the first direction from the second gate finger segment by a gap region extending in the second direction. The gate jumper may be vertically parallel to at least one of the drain contact, the source contact, and/or the gate fingers.

ある実施例では、トランジスタは、第1の方向に延在する複数のソース接点であって、各ソース接点はゲート・フィンガのそれぞれのペア間に延在するソース接点と、第1の方向に延在する複数のドレイン接点であって、各ドレイン接点はゲート・フィンガのそれぞれのペアのゲート・フィンガ間に延在するドレイン接点とをさらに備える。モノリシック・マイクロ波集積回路は、ゲート・フィンガに電気的に接続されたゲート・バスと、ゲート・バスに電気的に接続されたゲート・ジャンパとをさらに備えることができ、ここでゲート・ジャンパは、第2のゲート・フィンガ・セグメントの少なくとも1つとゲート・バスとの間の電気経路に沿って挿置される。第2の方向に広がり、第1の方向と直角をなす平面内のゲート・ジャンパの断面積は、この平面内のゲート・フィンガの断面積より少なくとも5倍大きい。他の実施例では、ゲート・ジャンパのこの断面積は、ゲート・フィンガの対応する断面積よりも10倍、20倍、又は30倍大きい場合さえある。ゲート・ジャンパは、基板より上でゲート・フィンガとは相異なるレベルにあり得る。ゲート・ジャンパは、第1のソース接点の少なくとも一部を覆って延在することができる。ある実施例では、第1のソース接点は、複数の不連続なソース接点セグメントを備えることができる。かかる実施例では、ゲート・ジャンパは、ゲート・バスから最も遠いソース接点セグメントの1つを覆って延在しない場合がある。 In one embodiment, the transistor further comprises a plurality of source contacts extending in the first direction, each source contact extending between a respective pair of gate fingers, and a plurality of drain contacts extending in the first direction, each drain contact extending between a respective pair of gate fingers. The monolithic microwave integrated circuit may further comprise a gate bus electrically connected to the gate fingers, and a gate jumper electrically connected to the gate bus, where the gate jumper is interposed along the electrical path between at least one of the second gate finger segments and the gate bus. A cross-sectional area of the gate jumper in a plane extending in the second direction and perpendicular to the first direction is at least five times larger than a cross-sectional area of the gate finger in the plane. In other embodiments, the cross-sectional area of the gate jumper may be ten times, twenty times, or even thirty times larger than a corresponding cross-sectional area of the gate finger. The gate jumper may be at a different level above the substrate than the gate fingers. The gate jumper may extend over at least a portion of the first source contact. In some embodiments, the first source contact may comprise a plurality of discontinuous source contact segments. In such embodiments, the gate jumper may not extend over one of the source contact segments that is furthest from the gate bus.

ある実施例では、少なくとも1つの追加回路は、インピーダンス整合回路であり得る。このモノリシック・マイクロ波集積回路は、増幅器を備える。この増幅器は、少なくとも1つの駆動段及び出力段を備えることができ、ここで出力段は、トランジスタを備える。 In one embodiment, the at least one additional circuit may be an impedance matching circuit. The monolithic microwave integrated circuit includes an amplifier. The amplifier may include at least one driver stage and an output stage, where the output stage includes a transistor.

ある実施例では、このトランジスタは、高電子移動度トランジスタであり得る。 In one embodiment, the transistor may be a high electron mobility transistor.

添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、この出願に組み込まれ、この出願の一部を構成し、本発明の特定の実施例を示す。 The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate certain embodiments of the invention.

従来の多セル・トランジスタの金属レイアウトの平面図である。FIG. 1 is a plan view of a metal layout of a conventional multi-cell transistor. ある実施例による、トランジスタの金属レイアウトの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a metal layout of a transistor according to an embodiment. 図2のトランジスタの部分等角図である。FIG. 3 is a partial isometric view of the transistor of FIG. 2 . 図2の線A-A’に沿って切り取った、図2のトランジスタの部分断面図である。3 is a partial cross-sectional view of the transistor of FIG. 2 taken along line A-A' of FIG. 2; 図2のトランジスタのより大きいバージョンの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a larger version of the transistor of FIG. 図5のトランジスタの小さい部分の詳細平面図である。FIG. 6 is a detailed plan view of a small portion of the transistor of FIG. 5. 図2の線B-B’に沿って切り取った、トランジスタ・デバイスの単位セルの断面図である。3 is a cross-sectional view of a unit cell of the transistor device taken along line B-B' in FIG. 2. 図2の線C-C’に沿って切り取った、トランジスタ・デバイスの単位セルの断面図である。3 is a cross-sectional view of a unit cell of the transistor device taken along line C-C' of FIG. 2. さらなる実施例による、トランジスタの金属レイアウトの平面図である。FIG. 13 is a plan view of a metal layout of a transistor according to a further embodiment. 図8の線A-A’に沿って切り取った部分断面図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 8. 図8の線B-B’に沿って切り取った部分断面図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view taken along line B-B' in FIG. 8. 図8のトランジスタのより大きいバージョンの平面図である。FIG. 9 is a plan view of a larger version of the transistor of FIG. 図10のトランジスタの小さい部分の詳細平面図である。FIG. 11 is a detailed plan view of a small portion of the transistor of FIG. 10. さらなる実施例による、トランジスタの金属レイアウトの平面図である。FIG. 13 is a plan view of a metal layout of a transistor according to a further embodiment. まだその上にさらなる実施例による、トランジスタの金属レイアウトの平面図である。FIG. 13 is a plan view of a metal layout of a transistor according to yet a further embodiment. やはり別の実施例による、トランジスタの金属レイアウトの平面図である。FIG. 13 is a plan view of a metal layout of a transistor, also according to another embodiment. さらなる実施例による、トランジスタの金属レイアウトの平面図である。FIG. 13 is a plan view of a metal layout of a transistor according to a further embodiment. その上に形成された複数のMMICデバイスを備える、従来のウェハの概略図である。1 is a schematic diagram of a conventional wafer having a number of MMIC devices formed thereon. 従来の2段MMIC増幅器の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a conventional two-stage MMIC amplifier. 従来の2段MMIC増幅器の概略平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional two-stage MMIC amplifier. それぞれがセグメント化されたゲート・フィンガを具備する単位セルFETトランジスタを具備する、FET駆動段及びFET出力段を備えるMMIC増幅器の概略平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of an MMIC amplifier with a FET driver stage and a FET output stage, each of which comprises a unit cell FET transistor with segmented gate fingers. 図18Aの従来の2段MMIC増幅器の概略図である。FIG. 18B is a schematic diagram of the conventional two-stage MMIC amplifier of FIG. 18A. 図18Aの従来の2段MMIC増幅器と、本発明の実施例による2段MMIC増幅器との、相対的なサイズを比較する概略図である。18B is a schematic diagram comparing the relative sizes of the conventional two-stage MMIC amplifier of FIG. 18A and a two-stage MMIC amplifier according to an embodiment of the present invention. 本発明のさらなる実施例による、いくつかの例示的なMMIC増幅器の概略図である。5A-5C are schematic diagrams of several exemplary MMIC amplifiers in accordance with further embodiments of the present invention; 本発明のさらなる実施例による、いくつかの例示的なMMIC増幅器の概略図である。5A-5C are schematic diagrams of several exemplary MMIC amplifiers in accordance with further embodiments of the present invention; 本発明のさらなる実施例による、いくつかの例示的なMMIC増幅器の概略図である。5A-5C are schematic diagrams of several exemplary MMIC amplifiers in accordance with further embodiments of the present invention; 本発明のさらなる実施例による、MMICスイッチの概略図である。4 is a schematic diagram of an MMIC switch according to a further embodiment of the present invention;

本発明の概念の実施例を、本発明の実施例を示す添付図面を参照しながら、以下でより十分に説明する。しかし、本発明の概念は、多くの相異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に示す実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、こうした実施例は、この開示が充分且つ完全で、本発明の概念の範囲を当業者に完全に伝えることになるよう提供される。同じ番号は、全体を通して同じ要素を指す。 Examples of the inventive concepts are described more fully below with reference to the accompanying drawings illustrating examples of the invention. However, the inventive concepts may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the examples set forth herein. Rather, these examples are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the inventive concepts to those skilled in the art. Like numbers refer to like elements throughout.

本発明の概念の実施例は、大きい実効ゲート幅を有する多セル・トランジスタ・デバイスを提供する。ゲート・フィンガの幅に沿った複数の位置でゲート・フィンガにゲート信号を供給することにより、トランジスタの高周波利得性能が向上し、通常広いゲート・フィンガに伴うエレクトロマイグレーションの懸念を、軽減することができる。ある実施例によれば、多セル・トランジスタ・デバイスのより大きいゲート幅は、単位セルのソース領域を覆って第2の金属層を追加し、ゲート・ジャンパとして機能させることにより適応することができる。ゲート・ジャンパは、ゲート・フィンガに沿った様々な位置でゲート・フィンガに接続され、ゲート・フィンガを複数のセグメントに効果的に分割する。ゲート・ジャンパを、ソース接点を覆って、その上に延在する金属の第2層を使って提供することができる。ゲート・ジャンパは、ゲート・パッドとゲート・フィンガ・セグメントの少なくとも一部との間に挿置されてもよく、ゲート・パッドをゲート・フィンガ・セグメントに電気的に接続することができる。ある実施例では、ゲート・ジャンパは、ソース接点を覆って、その上に延在するのではなく、ドレイン接点又はゲート・フィンガを覆って、その上に延在することができる。 An embodiment of the inventive concept provides a multi-cell transistor device having a large effective gate width. By providing gate signals to the gate fingers at multiple locations along the width of the gate fingers, the high frequency gain performance of the transistor can be improved and electromigration concerns typically associated with wide gate fingers can be mitigated. According to an embodiment, the larger gate width of the multi-cell transistor device can be accommodated by adding a second metal layer over the source regions of the unit cells to act as gate jumpers. The gate jumpers are connected to the gate fingers at various locations along the gate fingers, effectively dividing the gate fingers into multiple segments. The gate jumpers can be provided using a second layer of metal over and extending over the source contacts. The gate jumpers can be interposed between the gate pads and at least a portion of the gate finger segments, electrically connecting the gate pads to the gate finger segments. In one embodiment, the gate jumper can extend over and over the drain contact or gate finger, rather than over and over the source contact.

ゲート・フィンガをセグメントに効果的に分割し、ゲート・ジャンパを用いて各ゲート・フィンガ・セグメントにゲート信号を分配することによって、トランジスタの利得性能を向上させることができ、またエレクトロマイグレーションの懸念を軽減することができる。 By effectively dividing the gate fingers into segments and distributing the gate signal to each gate finger segment using gate jumpers, the gain performance of the transistor can be improved and electromigration concerns can be mitigated.

従って、本発明の概念の実施例は、ゲート・フィンガごとに複数の単位セルを直列に画定するトランジスタのレイアウトを提供する。個々に、各単位セルの実効ゲート幅は、より短い。ただし、単位セルは、直列に接続すると、単一のゲート・フィンガの有効幅を増やすことができる。直列に接続された単位セルのゲート・フィンガは、単位セルのソース接点の上を走る第2の金属ブリッジを用いて、ゲート・バスに接続される。金属ブリッジは、ソース接点間で、ソース接点間を基板の表面に沿って走り、ゲート・フィンガに接続する接続バーに接続される。 Thus, an embodiment of the inventive concept provides a transistor layout that defines multiple unit cells in series per gate finger. Individually, each unit cell has a shorter effective gate width. However, when the unit cells are connected in series, the effective width of a single gate finger can be increased. The gate fingers of the unit cells connected in series are connected to a gate bus using a second metal bridge that runs over the source contacts of the unit cells. The metal bridge is connected between the source contacts to a connection bar that runs along the surface of the substrate between the source contacts and connects to the gate fingers.

本明細書で説明するレイアウトを有するトランジスタは、より高い周波数性能及びより大きい出力電力を有しながらも、同時に電流密度が低減され、デバイスの信頼性を向上することができる。 Transistors having the layout described herein can have higher frequency performance and greater output power while simultaneously reducing current density and improving device reliability.

本発明のさらなる実施例によれば、複数の直列ゲート抵抗器(本明細書では「ゲート抵抗器」とも呼ばれる)がデバイス全体に分散される、大きい実効ゲート幅を有する多セル・トランジスタが提供される。たとえば、トランジスタはセグメント化されたゲート・フィンガを備えることができ、各ゲート・フィンガ・セグメント又はゲート・フィンガ・セグメントのペアに対して直列ゲート抵抗器が提供され得る。この手法は、帰還ループを、高レベルの不安定性を回避させるのに十分な損失の大きさにすることにより、トランジスタ構造のゲート・フィンガ及びドレイン内の長い帰還ループを分断する。分散される直列ゲート抵抗器は、たとえば、ゲート・フィンガのゲート・フィンガ・セグメント間に設けられる間隙領域内に配置され得る。 According to further embodiments of the present invention, a multi-cell transistor having a large effective gate width is provided in which multiple series gate resistors (also referred to herein as "gate resistors") are distributed throughout the device. For example, the transistor may have segmented gate fingers, and a series gate resistor may be provided for each gate finger segment or pair of gate finger segments. This approach breaks up long feedback loops within the gate fingers and drains of the transistor structure by making the feedback loops lossy enough to avoid high levels of instability. The distributed series gate resistors may be located, for example, in gap regions provided between the gate finger segments of the gate fingers.

従って、ある実施例では、第1の軸に沿って延在するドレイン接点、第1の軸に平行な第2の軸に沿って延在するソース接点、及びソース接点とドレイン接点との間に延在するゲート・フィンガを備えるトランジスタが提供される。ゲート・フィンガは、1つ又は複数の他の構造体(たとえば、ゲート・ジャンパ)を使って互いに電気的に接続される、物理的に不連続で同一直線上にある複数のゲート・フィンガ・セグメントを備えることができる。トランジスタは、ゲート・フィンガに電気的に接続され、間隔を空けて配置された複数のゲート抵抗器をさらに備える。少なくとも1つのゲート抵抗器は、トランジスタを上から見たときに、ゲート・フィンガの第1の端部と第2の端部との間にある、第1の軸と第2の軸との間の領域の一部に配置される。ある実施例では、ゲート・ジャンパを、ゲート・フィンガに電気的に接続することができ、ゲート・ジャンパを、ゲート・バスに電気的に接続することができる。ゲート・ジャンパを、第1のゲート・フィンガ・セグメントとゲート・バスとの間の電気経路に沿って挿置することができ、第1のゲート抵抗器を、ゲート・ジャンパと第1のゲート・フィンガ・セグメントとの間の電気経路に沿って挿置することができる。 Thus, in one embodiment, a transistor is provided that includes a drain contact extending along a first axis, a source contact extending along a second axis parallel to the first axis, and a gate finger extending between the source and drain contacts. The gate finger may include a plurality of physically discontinuous, collinear gate finger segments that are electrically connected to one another using one or more other structures (e.g., gate jumpers). The transistor further includes a plurality of spaced apart gate resistors electrically connected to the gate fingers. At least one gate resistor is disposed in a portion of the region between the first and second axes, between the first and second ends of the gate finger, when the transistor is viewed from above. In one embodiment, the gate jumper may be electrically connected to the gate finger, and the gate jumper may be electrically connected to a gate bus. A gate jumper can be interposed along the electrical path between the first gate finger segment and the gate bus, and a first gate resistor can be interposed along the electrical path between the gate jumper and the first gate finger segment.

他の実施例では、第1の方向に延在するソース接点と、第1の方向に延在するゲート・ジャンパと、第1の方向に延在する複数の不連続なゲート・フィンガ・セグメントを具備するゲート・フィンガとを備えるトランジスタが提供される。トランジスタは、そのそれぞれがゲート・ジャンパに電気的に接続され、間隔を空けて配置された複数のゲート抵抗器をさらに備える。第1のゲート・フィンガ・セグメントは、第1のゲート抵抗器を介してゲート・ジャンパに接続される。 In another embodiment, a transistor is provided that includes a source contact extending in a first direction, a gate jumper extending in the first direction, and a gate finger having a plurality of discontinuous gate finger segments extending in the first direction. The transistor further includes a plurality of spaced apart gate resistors, each of which is electrically connected to the gate jumper. A first gate finger segment is connected to the gate jumper through the first gate resistor.

本発明のさらに別の実施例によれば、複数の奇モード抵抗器がデバイス全体に分散される、大きい実効ゲート幅を有する多セル・トランジスタが提供される。例示的な実施例では、奇モード抵抗器は、「ゲート分割」間に形成される間隙領域内に設けられてもよく、ここでゲート分割は、複数のゲート・フィンガ・セグメントが互いに並列に延在する領域を指す。トランジスタの安定性をさらに向上させるために、こうした間隔領域全体に奇モード抵抗器を分散することができる。上記のゲート抵抗器は、こうした間隙領域内に配置されてもよい。 According to yet another embodiment of the present invention, a multi-cell transistor having a large effective gate width is provided in which multiple odd-mode resistors are distributed throughout the device. In an exemplary embodiment, the odd-mode resistors may be provided in gap regions formed between "gate splits," where a gate split refers to a region in which multiple gate finger segments extend in parallel to one another. To further improve the stability of the transistor, odd-mode resistors may be distributed throughout these gap regions. The gate resistors described above may be located within these gap regions.

従って、さらなる実施例では、第1の方向に延在し、第1の方向と直角をなす第2の方向に互いに間隔を空けて配置された複数のゲート・フィンガを備え、ゲート・フィンガはそれぞれ、少なくとも間隔を空けてほぼ同一直線上に配置され、互いに電気的に接続されている第1及び第2のゲート・フィンガ・セグメントを備え、ここで第1のゲート・フィンガ・セグメントは、第2のゲート・フィンガ・セグメントから、第2の方向に延在する間隙領域によって第1の方向に分離されているトランジスタが提供される。少なくとも1つの抵抗器が、間隙領域内に配置される。少なくとも1つの抵抗器は、奇モード抵抗器及び/又は直列ゲート抵抗器であり得る。 Accordingly, in a further embodiment, a transistor is provided that includes a plurality of gate fingers extending in a first direction and spaced apart from one another in a second direction perpendicular to the first direction, each of the gate fingers including first and second gate finger segments that are at least spaced apart and substantially collinearly arranged and electrically connected to one another, where the first gate finger segment is separated in the first direction from the second gate finger segment by a gap region extending in the second direction. At least one resistor is disposed in the gap region. The at least one resistor may be an odd mode resistor and/or a series gate resistor.

本発明の概念の実施例によるトランジスタは、従来のトランジスタと比較して、大きい実効ゲート幅を有し、増大した電力密度レベルに対応し、改善された周波数応答を示すことができる。さらに、ゲート直列抵抗器及び奇モード抵抗器が設けられている場合、これらの抵抗器は、トランジスタの動作周波数範囲に近い、又は動作周波数範囲内にある十分低い周波数で、好ましからざる信号を生成する可能性がある帰還ループの防止に役立つことができる。従って、このトランジスタは、安定性が増すことも示すことができ、従って、生産歩留まりを改善し、且つ/又は信頼性を向上させることができる。 Transistors according to embodiments of the inventive concepts may have larger effective gate widths, support increased power density levels, and exhibit improved frequency response, as compared to conventional transistors. Furthermore, gate series resistors and odd-mode resistors, if provided, may help prevent feedback loops that may generate undesirable signals at sufficiently low frequencies close to or within the operating frequency range of the transistor. Thus, the transistors may also exhibit increased stability, thus improving production yields and/or enhancing reliability.

上記の実施例は、何らかのやり方で組み合わせられ得ることが理解されよう。たとえば、分散されたゲート抵抗器と分散された奇モード抵抗器との両方を備えるトランジスタを提供することができる。同様に、セグメント化されていないゲート・フィンガを備えるトランジスタは、分散されたゲート抵抗器及び分散された奇モード抵抗器のいずれか又は両方を備えることができる。 It will be appreciated that the above embodiments may be combined in any manner. For example, a transistor may be provided that includes both a distributed gate resistor and a distributed odd-mode resistor. Similarly, a transistor that includes non-segmented gate fingers may include either or both a distributed gate resistor and a distributed odd-mode resistor.

本発明のさらに別の実施例によれば、1つ又は複数のバイパス・ゲート式トランジスタを使用するFETベースのMMICデバイスが実現される。たとえば、増幅器の1つ又は複数の段にバイパス・ゲート式トランジスタを使用するMMIC増幅器が実現される。例示的な実施例では、MMIC増幅器は入力インピーダンス整合ネットワークと、FET駆動段と、段間インピーダンス整合ネットワークと、FET出力段と、出力インピーダンス整合ネットワークとを備えることができる。少なくともFET出力段は、バイパス・ゲート式トランジスタを備えることができる。ゲート・バイパス・トランジスタは従来のFETトランジスタと比較してゲート幅を増加させ得るので、MMIC増幅器は、物理的により大きい、従って電力処理能力が向上したFET出力段を備えることができる。 According to yet another embodiment of the present invention, a FET-based MMIC device is provided that uses one or more bypass-gated transistors. For example, an MMIC amplifier is provided that uses bypass-gated transistors in one or more stages of the amplifier. In an exemplary embodiment, the MMIC amplifier can include an input impedance matching network, a FET driver stage, an interstage impedance matching network, a FET output stage, and an output impedance matching network. At least the FET output stage can include bypass-gated transistors. Because the gate bypass transistors can increase the gate width compared to conventional FET transistors, the MMIC amplifier can include a physically larger FET output stage, and therefore improved power handling capabilities.

ここで、本発明の実施例による、バイパス・ゲート式トランジスタの例示的な実施例を、図2~図15を参照してより詳細に説明することにする。 An exemplary embodiment of a bypass gated transistor according to an embodiment of the present invention will now be described in more detail with reference to Figures 2-15.

図2は、ある実施例による、トランジスタ100の金属レイアウトの平面図である。トランジスタは、以下でより詳細に説明する1つ又は複数のデバイス・エピタキシャル層を備える半導体構造120上に形成される。図2のレイアウトは、理解を容易にするために簡略化されており、ゲート・バス114に接続されたゲート・パッド112、及びドレイン・バス134に接続されたドレイン・パッド132を備える。図を見やすくするために、ソース・パッド及びソース・バスは図2から省略しているが、ソース・パッド及びソース・バスを図5及び6に示す。 Figure 2 is a plan view of a metal layout of a transistor 100, according to one embodiment. The transistor is formed on a semiconductor structure 120 that includes one or more device epitaxial layers, which are described in more detail below. The layout of Figure 2 is simplified for ease of understanding and includes a gate pad 112 connected to a gate bus 114, and a drain pad 132 connected to a drain bus 134. For clarity, the source pad and source bus have been omitted from Figure 2, but are shown in Figures 5 and 6.

複数のゲート・フィンガ116がゲート・バス114に接続され、y方向に延在する。同様に、複数のドレイン接点136がドレイン・バス134に接続され、ゲート・フィンガ116のそれぞれと並列に、隣接して延出する。図2には4つのゲート・フィンガ116と3つのドレイン接点136だけを示しているが、トランジスタ100がもっとより多くのゲート・フィンガ116及びドレイン接点136を備え、従ってトランジスタが、多数の単位セルを備え得ることが理解されよう。 A number of gate fingers 116 are connected to the gate bus 114 and extend in the y-direction. Similarly, a number of drain contacts 136 are connected to the drain bus 134 and extend in parallel and adjacent to each of the gate fingers 116. Although only four gate fingers 116 and three drain contacts 136 are shown in FIG. 2, it will be understood that the transistor 100 may include many more gate fingers 116 and drain contacts 136, and thus the transistor may include multiple unit cells.

ソース接点162も設けられ、ゲート・フィンガ116の隣接するものと並列に、y方向に延出する。ソース接点162は、y方向に、それぞれのソース接点セグメント162a、162b、及び162cに分割される。ソース接点セグメントは、デバイス構造全体に横方向に(x方向に)延在するソース接点バーによって接続され得る。ソース接点セグメント162a、162b、162cは、他の手段によって接続されてもよい。たとえば、各ソース接点セグメント162a、162b、162cを、たとえばデバイスのより低いレベルに配置される共通の導電層に電気的に接続する、ソース接点プラグを設けることができる。 A source contact 162 is also provided and extends in the y-direction in parallel with adjacent ones of the gate fingers 116. The source contact 162 is divided in the y-direction into respective source contact segments 162a, 162b, and 162c. The source contact segments may be connected by a source contact bar that extends laterally (in the x-direction) across the device structure. The source contact segments 162a, 162b, 162c may also be connected by other means. For example, a source contact plug may be provided that electrically connects each source contact segment 162a, 162b, 162c to a common conductive layer, for example located at a lower level of the device.

ソース接点セグメント162a~162cの隣接するものは、間隙162gによって分離されている。図2は、ソース接点162ごとに3つのソース接点セグメント162a~162cを示しているが、本発明の概念はかかる構成に限定されず、ソース接点162は2つ以上のソース接点セグメント162a~162cを備え得ることが理解されよう。 Adjacent ones of the source contact segments 162a-162c are separated by a gap 162g. Although FIG. 2 shows three source contact segments 162a-162c per source contact 162, it will be understood that the inventive concept is not limited to such a configuration and that the source contact 162 may include two or more source contact segments 162a-162c.

ゲート・フィンガ116は、ソース接点162の全長にわたってソース接点162と並列に延出することができる。ただしソース接点162は、ソース接点セグメント162a~162cに分割されるので、ソース接点セグメント162a、162b、及び162cは、ゲート・フィンガ116のそれぞれに対する複数の直列の単位セル40a、40b、40cを画定する。すなわち、各ゲート・フィンガ116は、ゲート・フィンガ116がそれに沿って延在する方向(y方向)にレイアウトされ、ゲート・フィンガ116の幅を画定する複数の単位セル40a、40b、40cのゲート接点として機能する。従って、各ゲート・フィンガ116がデバイス全体のゲート周辺部に寄与する全幅は、ゲート・フィンガ116がy方向に隣接するソース接点セグメント162a、162b、及び162cと並行する距離に等しい。 The gate fingers 116 may extend parallel to the source contacts 162 for the entire length of the source contacts 162. However, the source contacts 162 are divided into source contact segments 162a-162c such that the source contact segments 162a, 162b, and 162c define a number of unit cells 40a, 40b, and 40c in series for each of the gate fingers 116. That is, each gate finger 116 serves as a gate contact for a number of unit cells 40a, 40b, and 40c that are laid out in the direction along which the gate finger 116 extends (the y-direction) and that define the width of the gate finger 116. Thus, the total width that each gate finger 116 contributes to the gate perimeter of the overall device is equal to the distance that the gate finger 116 is parallel to the adjacent source contact segments 162a, 162b, and 162c in the y-direction.

トランジスタ100は、ゲート・フィンガ116と並列にy方向に沿って延在する複数のゲート・ジャンパ172をさらに備える。ゲート・ジャンパ172を、ソース接点162を覆って形成することができ、たとえば、誘電体層及び/又は空隙によってソース接点162から絶縁することができる。従って、各ゲート・ジャンパ172は、ソース接点162のそれぞれに「垂直に並行する」ことができ、これは、基板の主面と直角をなす軸が、各ゲート・ジャンパ172、及びソース接点162の少なくとも1つを通って延出することを意味する。他の実施例では、各ゲート・ジャンパ172は、以下でさらに詳細に説明するように、追加的且つ/又は代替的に、それぞれのドレイン接点126及び/又はそれぞれのゲート・フィンガ116に垂直に並行することができる。ゲート・ジャンパ172は、ゲート・バス114に電気的に接続され、ゲート・フィンガ116に沿った複数の位置で、各ゲート・フィンガ116をゲート・バス114に接続する。 The transistor 100 further comprises a plurality of gate jumpers 172 extending along the y-direction in parallel with the gate fingers 116. The gate jumpers 172 may be formed over the source contacts 162 and may be insulated from the source contacts 162, for example, by a dielectric layer and/or an air gap. Thus, each gate jumper 172 may be "vertically parallel" to each of the source contacts 162, meaning that an axis perpendicular to the major surface of the substrate extends through each gate jumper 172 and at least one of the source contacts 162. In other embodiments, each gate jumper 172 may additionally and/or alternatively be vertically parallel to a respective drain contact 126 and/or a respective gate finger 116, as described in more detail below. The gate jumpers 172 are electrically connected to the gate bus 114 and connect each gate finger 116 to the gate bus 114 at multiple locations along the gate fingers 116.

具体的には、ゲート・ジャンパ172は、デバイスの幅に沿った複数の位置に設けられ、ソース接点セグメント162a、162b、及び162cの隣接するものの間隙162g内で横方向(x方向)に延出する、ゲート信号分配バー174を介してゲート・フィンガ116に接続する。ゲート信号分配バー174は、それぞれのゲート信号分配点176でゲート・フィンガ116に接触する。従って、ゲート・パッド112に印加される電気信号(「ゲート信号」)は、ゲート・バス114に、次いでゲート・ジャンパ172に伝搬され、ゲート・ジャンパは、ゲート信号を、ゲート・フィンガ116の幅に沿った複数の位置(ゲート信号分配点176)でゲート・フィンガ116に分配する。各ゲート・フィンガ116の一端は、図2に示すように、ゲート・バス114に直接接続することもできる。従って図2の実施例では、ゲート・フィンガ116に、デバイスの全幅に対してゲート信号を伝搬させるのではなく、ゲート信号は、ゲート・バス114から各ゲート・フィンガ116上に進んでもよく、またゲート・ジャンパ172を通って、デバイスの幅の大部分にわたって伝搬され、次いで、デバイスの幅に沿った様々な位置でゲート・フィンガ116に分配されてもよい。 Specifically, the gate jumpers 172 are provided at multiple locations along the width of the device and connect to the gate fingers 116 via gate signal distribution bars 174 that extend laterally (x-direction) within the gaps 162g between adjacent ones of the source contact segments 162a, 162b, and 162c. The gate signal distribution bars 174 contact the gate fingers 116 at respective gate signal distribution points 176. Thus, an electrical signal applied to the gate pad 112 (the "gate signal") is propagated to the gate bus 114 and then to the gate jumpers 172, which distribute the gate signal to the gate fingers 116 at multiple locations (the gate signal distribution points 176) along the width of the gate fingers 116. One end of each gate finger 116 may also be directly connected to the gate bus 114, as shown in FIG. 2. Thus, in the embodiment of FIG. 2, rather than having the gate fingers 116 propagate the gate signal across the entire width of the device, the gate signal may travel from the gate bus 114 onto each gate finger 116, or through the gate jumpers 172, propagate across most of the width of the device, and then be distributed to the gate fingers 116 at various locations along the width of the device.

ゲート・ジャンパ172は、ゲート・フィンガ116よりも大きい断面積を有することができ、従って、エレクトロマイグレーション及び高周波利得性能の低下などの、通常ゲート幅の増加に伴う問題なしに、ゲート・フィンガ116より大きい電流密度をよりよく処理することができる可能性がある。たとえば、ある実施例では、x軸方向及びz軸方向に広がる第1の平面(すなわち、x軸方向に広がり、y軸方向と直角をなす平面)におけるゲート・ジャンパ172の断面積は、第1の平面におけるゲート・フィンガ116の断面積より少なくとも5倍大きい。他の実施例では、第1の平面におけるゲート・ジャンパ172のこの断面積は、第1の平面におけるゲート・フィンガ116の対応する断面積よりも10倍、20倍、又は30倍大きい場合さえある。ゲート・ジャンパ172を、x軸方向及び/又はz軸方向のいずれかにゲート・フィンガ116よりもさらに広げることにより、ゲート・ジャンパ172が、ゲート・フィンガ116の断面積と比較して、このように増加した断面積を有するように設計できることが理解されよう。ある実施例では、ゲート・ジャンパ172を、x軸方向及び/又はz軸方向の両方に、ゲート・フィンガ116よりもさらに広がるように設計することは、最も好都合であり得る。たとえば、ある実施例では、x軸方向のゲート・ジャンパ172の長さは、x軸方向の対応するゲート・フィンガ116の長さの少なくとも2倍であり得る。他の実施例では、x軸方向のゲート・ジャンパ172の長さは、x軸方向の対応するゲート・フィンガ116の長さの少なくとも3倍であり得る。さらに他の実施例では、x軸方向のゲート・ジャンパ172の長さは、x軸方向の対応するゲート・フィンガ116の長さの少なくとも5倍であり得る。以下で論じる図7Aは、第1の平面におけるゲート・ジャンパ172の断面積が、第1の平面におけるゲート・フィンガ116の断面積よりも、どのように大きくなり得るかを示している。図7Aでは、ゲート・ジャンパ172の断面積は、おそらくゲート・フィンガ116の断面積よりも5倍大きい。上記のように、他の実施例では、断面積のこの差は、はるかにより大きくなり得る(たとえば、10倍、20倍、30倍、又は50倍の差となることさえある)。本明細書で開示するすべての実施例においてゲート・ジャンパは、対応するゲート・フィンガに対して、こうした拡大された断面積を有することができる。 The gate jumper 172 may have a larger cross-sectional area than the gate finger 116 and therefore may be better able to handle a larger current density than the gate finger 116 without the problems typically associated with increased gate width, such as electromigration and reduced high frequency gain performance. For example, in one embodiment, the cross-sectional area of the gate jumper 172 in a first plane extending in the x-axis and z-axis directions (i.e., a plane extending in the x-axis direction and perpendicular to the y-axis direction) is at least 5 times larger than the cross-sectional area of the gate finger 116 in the first plane. In other embodiments, this cross-sectional area of the gate jumper 172 in the first plane may be 10, 20, or even 30 times larger than the corresponding cross-sectional area of the gate finger 116 in the first plane. It will be appreciated that the gate jumper 172 may be designed to have such an increased cross-sectional area as compared to the cross-sectional area of the gate finger 116 by extending the gate jumper 172 further in either the x-axis direction and/or the z-axis direction than the gate finger 116. In some embodiments, it may be most advantageous to design the gate jumper 172 to extend further in both the x-axis direction and/or the z-axis direction than the gate finger 116. For example, in some embodiments, the length of the gate jumper 172 in the x-axis direction may be at least twice the length of the corresponding gate finger 116 in the x-axis direction. In other embodiments, the length of the gate jumper 172 in the x-axis direction may be at least three times the length of the corresponding gate finger 116 in the x-axis direction. In yet other embodiments, the length of the gate jumper 172 in the x-axis direction may be at least five times the length of the corresponding gate finger 116 in the x-axis direction. FIG. 7A, discussed below, illustrates how the cross-sectional area of the gate jumper 172 in the first plane can be larger than the cross-sectional area of the gate finger 116 in the first plane. In FIG. 7A, the cross-sectional area of the gate jumper 172 is perhaps 5 times larger than the cross-sectional area of the gate finger 116. As noted above, in other embodiments, this difference in cross-sectional area can be much larger (e.g., a difference of 10, 20, 30, or even 50 times). In all embodiments disclosed herein, the gate jumper can have such an enlarged cross-sectional area relative to the corresponding gate finger.

図3は、トランジスタ100の金属レイアウトの部分等角図であり、図4は、図2の線A-A’に沿って切り取った部分断面図である。図3及び図4を見て分かるように、ゲート・ジャンパ172は、ソース接点セグメント162a、162b、162c、ゲート・フィンガ116、ゲート・バス114、及びゲート信号分配バー174の金属レベルよりも高い金属レベルに形成される。ゲート・ジャンパ172は、垂直接点プラグ178によってゲート・バス114及びゲート信号分配バー174に接続される。 Figure 3 is a partial isometric view of the metal layout of transistor 100, and Figure 4 is a partial cross-sectional view taken along line A-A' in Figure 2. As can be seen in Figures 3 and 4, gate jumper 172 is formed at a higher metal level than the metal levels of source contact segments 162a, 162b, 162c, gate finger 116, gate bus 114, and gate signal distribution bar 174. Gate jumper 172 is connected to gate bus 114 and gate signal distribution bar 174 by vertical contact plug 178.

ゲート・ジャンパ172、ゲート・バス114、垂直接点プラグ178、及びゲート信号分配バー174は、非常に低い抵抗値を有する銅又はアルミニウムなどの導電性材料で形成され得る。 The gate jumpers 172, gate buses 114, vertical contact plugs 178, and gate signal distribution bars 174 may be formed of conductive materials such as copper or aluminum that have very low resistivity.

図5は、トランジスタ100のより大きいバージョンの平面図であり、図6は、図5の金属レイアウトの小さい部分150(すなわち、図5の点線枠内の部分)の詳細平面図である。トランジスタ100は、縦(y方向)に延在する複数の単位セル40を備える。各単位セル40は、デバイスの全幅にわたって延在する1つのゲート・フィンガ116を備え、上記のように縦方向(y方向)に配置された直列の単位セル40a、40b、40cに細分される。図5及び図6に示す実施例では、各単位セル40は1120ミクロンの全幅を有し、直列の単位セル40a、40b、及び40cはそれぞれ370ミクロン、380ミクロン、及び370ミクロンの幅を有するが、本発明の概念はこうした特定の寸法に限定されない。このようにして、デバイスの実効ゲート幅を増加させることができる。 5 is a plan view of a larger version of transistor 100, and FIG. 6 is a detailed plan view of a small portion 150 of the metal layout of FIG. 5 (i.e., the portion within the dotted box in FIG. 5). Transistor 100 comprises a number of unit cells 40 extending vertically (y-direction). Each unit cell 40 has one gate finger 116 extending across the entire width of the device and is subdivided into series unit cells 40a, 40b, 40c arranged vertically (y-direction) as described above. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, each unit cell 40 has an overall width of 1120 microns, and series unit cells 40a, 40b, and 40c have widths of 370 microns, 380 microns, and 370 microns, respectively, although the concept of the present invention is not limited to these particular dimensions. In this manner, the effective gate width of the device can be increased.

図6を参照すると、ゲート・パッド112及びゲート・バス114が構造体の一端に設けられ、一方ドレイン・パッド132とドレイン・バス134が構造体の他端に設けられている。ソース・パッド122は、構造体の側部に設けられ、ソース・バス124に接続されている。ソース・バス124は、ソース接点セグメント162a、162b、162cに接触するように、横方向(x方向)に延在する複数のソース接点バーに接続されている。上記のように、ソース接点セグメント162a、162b、162cを、各ソース接点セグメント162a、162b、162cを共通の導電層に電気的に接続するソース接点プラグの使用によるなど、他のやり方で電気的に接続することができる。 6, a gate pad 112 and gate bus 114 are provided at one end of the structure, while a drain pad 132 and drain bus 134 are provided at the other end of the structure. A source pad 122 is provided on the side of the structure and is connected to a source bus 124. The source bus 124 is connected to a number of source contact bars that extend laterally (x-direction) to contact the source contact segments 162a, 162b, 162c. As noted above, the source contact segments 162a, 162b, 162c can be electrically connected in other ways, such as by use of source contact plugs that electrically connect each source contact segment 162a, 162b, 162c to a common conductive layer.

図6における、トランジスタ100のデバイス・レイアウトの一部150の詳細図も、ゲート・フィンガ116、ゲート・ジャンパ172、ゲート信号分配バー174、及びゲート信号分配バー174がゲート・フィンガ116に接触するゲート信号分配点176を示している。 The detailed view of portion 150 of the device layout of transistor 100 in FIG. 6 also shows gate fingers 116, gate jumpers 172, gate signal distribution bars 174, and gate signal distribution points 176 where gate signal distribution bars 174 contact gate fingers 116.

図7Aは、図2の線B-B’に沿って切り取ったトランジスタ・デバイス100の単位セル40の断面図である。図7Bは、図2の線C-C’に沿って切り取った単位セル40の断面図である。図7A~図7Bに示すように、トランジスタ構造体100は、たとえば、4H-SiC又は6H-SiCを含むことができる基板200を具備する半導体構造体120を備える。基板200上にチャネル層210が形成され、チャネル層210上にバリア層220が形成される。チャネル層210及びバリア層220は、III族窒化物ベースの材料を含むことができ、バリア層220の材料は、チャネル層210の材料よりも高いバンドギャップを有する。たとえば、チャネル層210はGaNを含むことができ、一方バリア層220はAlGaNを含むことができる。 7A is a cross-sectional view of a unit cell 40 of the transistor device 100 taken along line B-B' in FIG. 2. FIG. 7B is a cross-sectional view of the unit cell 40 taken along line C-C' in FIG. 2. As shown in FIGS. 7A-7B, the transistor structure 100 comprises a semiconductor structure 120 comprising a substrate 200, which may include, for example, 4H-SiC or 6H-SiC. A channel layer 210 is formed on the substrate 200, and a barrier layer 220 is formed on the channel layer 210. The channel layer 210 and the barrier layer 220 may include Group III-nitride based materials, with the material of the barrier layer 220 having a higher bandgap than the material of the channel layer 210. For example, the channel layer 210 may include GaN, while the barrier layer 220 may include AlGaN.

バリア層220とチャネル層210との間のバンドギャップの違い、及びバリア層220とチャネル層210との間の界面での圧電効果により、チャネル層210とバリア層220との間の接合部で、2次元電子ガス(2DEG:two dimensional electron gas)がチャネル層210内に誘導される。2DEGは、それぞれソース接点セグメント162b及びドレイン接点136の下にある、デバイスのソース領域とドレイン領域との間の伝導を可能にする高導電層として機能する。ソース接点セグメント162b及びドレイン接点136は、バリア層220上に形成される。ゲート・フィンガ116は、バリア層220上で、ドレイン接点136とソース接点セグメント162bとの間に形成される。ゲート・ジャンパ172は、ソース接点セグメント162bを覆って設けられ、垂直接点プラグ178及びゲート信号分配バー174を介してゲート・フィンガ116に接続される。垂直接点プラグ178及びゲート信号分配バー174は、ソース接点セグメント162a~162cの隣接するものの間隙162g内に設けられ、ソース接点セグメント162a~162cと物理的に接触しない。 Due to the band gap difference between the barrier layer 220 and the channel layer 210 and the piezoelectric effect at the interface between the barrier layer 220 and the channel layer 210, a two dimensional electron gas (2DEG) is induced in the channel layer 210 at the junction between the channel layer 210 and the barrier layer 220. The 2DEG acts as a highly conductive layer that allows conduction between the source and drain regions of the device, which are located under the source contact segment 162b and the drain contact 136, respectively. The source contact segment 162b and the drain contact 136 are formed on the barrier layer 220. The gate finger 116 is formed on the barrier layer 220 between the drain contact 136 and the source contact segment 162b. The gate jumper 172 is provided over the source contact segment 162b and is connected to the gate finger 116 via a vertical contact plug 178 and a gate signal distribution bar 174. The vertical contact plugs 178 and the gate signal distribution bars 174 are disposed within the gaps 162g between adjacent ones of the source contact segments 162a-162c and are not in physical contact with the source contact segments 162a-162c.

第1の層間絶縁層232は、ドレイン接点136、ゲート・フィンガ116、ソース接点セグメント162b、及びゲート信号分配バー174を覆って形成される。層間絶縁層232は、SiN、SiOなどの誘電材料を含むことができる。垂直接点プラグ178は、第1の層間絶縁層232を貫通する。ゲート・ジャンパ172は、ゲート・ジャンパ172をソース接点セグメント162bから絶縁する第1の層間絶縁層232上に形成される。第1の層間絶縁層232及びゲート・ジャンパ172の上に、第2の層間絶縁層234が形成され得る。第2の層間絶縁層234は、SiN、SiOなどの誘電材料を含むことができる。 A first interlayer insulating layer 232 is formed over the drain contact 136, the gate finger 116, the source contact segment 162b, and the gate signal distribution bar 174. The interlayer insulating layer 232 may include a dielectric material such as SiN, SiO2 , etc. A vertical contact plug 178 passes through the first interlayer insulating layer 232. The gate jumper 172 is formed on the first interlayer insulating layer 232 insulating the gate jumper 172 from the source contact segment 162b. A second interlayer insulating layer 234 may be formed over the first interlayer insulating layer 232 and the gate jumper 172. The second interlayer insulating layer 234 may include a dielectric material such as SiN, SiO2 , etc.

ゲート・フィンガ116の材料は、バリア層220の組成に基づいて選択され得る。しかし特定の実施例では、窒化物ベースの半導体材料にショットキー接触することができる、Ni、Pt、NiSi、Cu、Pd、Cr、W、及び/又はWSiNなど、従来の材料を使用することができる。ドレイン接点136及びソース接点セグメント162は、GaNへのオーミック接触を形成することが可能なTiAlNなどの金属を含むことができる。 The material of the gate fingers 116 may be selected based on the composition of the barrier layer 220. However, in certain embodiments, conventional materials capable of making Schottky contact to nitride-based semiconductor materials may be used, such as Ni, Pt, NiSi x , Cu, Pd, Cr, W, and/or WSiN. The drain contact 136 and source contact segments 162 may include a metal, such as TiAlN, capable of forming an ohmic contact to GaN.

直列ゲート抵抗器及び奇モード抵抗器を、デバイスのゲート・フィンガ及びドレイン内の帰還ループを安定させるために、本発明の実施例による高電力トランジスタ内に備えることができる。高電力デバイスでは、デバイスのゲート周辺部を大きくするために、ゲートの、ゲート幅が長くなる場合があり、それによって、長い帰還ループが生じる。こうした高電力トランジスタは、大きい相互コンダクタンス値を有するため、帰還ループは不安定になりがちであり得る。具体的には、帰還ループは、トランジスタの動作の周波数帯域内又は帯域外にあり得る、望ましからざる信号を生成する可能性がある。いずれの場合でも、かかる信号の生成は問題となる可能性があり、トランジスタが使用できなくなる場合がある。帰還ループの不安定性は、帰還ループの長さに従って増加する傾向がある。 Series gate resistors and odd-mode resistors can be included in high power transistors according to embodiments of the present invention to stabilize the feedback loop in the gate finger and drain of the device. In high power devices, the gate may have a long gate width to increase the gate perimeter of the device, resulting in a long feedback loop. Because such high power transistors have large transconductance values, the feedback loop may be prone to instability. In particular, the feedback loop may generate undesirable signals that may be within or outside the frequency band of operation of the transistor. In either case, the generation of such signals may be problematic and may render the transistor unusable. Feedback loop instability tends to increase with the length of the feedback loop.

本発明のさらなる実施例によれば、デバイス全体にわたって、特に長いゲート・フィンガに沿って分散される複数の直列ゲート抵抗器及び/又は奇モード抵抗器を備える高電力トランジスタが提供される。分散される直列ゲート抵抗器及び/又は奇モード抵抗器は、かかるデバイスが、ゲート・フィンガの幅に沿って直列ゲート抵抗器及び/又は奇モード抵抗器を配置するのに自然な位置である、「ゲート分割」の間隙領域を有することができるので、セグメント化されたゲート・フィンガを備えるトランジスタでは特に有利であり得る。本明細書では、「ゲート分割」という用語は、図2~図7を参照して上記で論じたように、長いゲート・フィンガが複数のゲート・フィンガ・セグメントにセグメント化されるときに生成される、ゲート・フィンガ・セグメントのより短いアレイを指す。以下により詳細に論じるように、隣接するゲート分割間に存在する間隙領域は、分散される直列ゲート抵抗器及び奇モード抵抗器を実装するのに好都合な位置であり得る。 According to further embodiments of the present invention, a high power transistor is provided with multiple series gate resistors and/or odd mode resistors distributed throughout the device, particularly along long gate fingers. Distributed series gate resistors and/or odd mode resistors may be particularly advantageous in transistors with segmented gate fingers, since such devices may have "gate split" gap regions that are natural locations for placing series gate resistors and/or odd mode resistors along the width of the gate fingers. As used herein, the term "gate split" refers to a shorter array of gate finger segments that is created when a long gate finger is segmented into multiple gate finger segments, as discussed above with reference to Figures 2-7. As discussed in more detail below, the gap regions that exist between adjacent gate splits may be convenient locations for implementing distributed series gate resistors and odd mode resistors.

ゲート・フィンガの延出された幅に沿って直列ゲート抵抗器及び/又は奇モード抵抗器を分散することにより、帰還ループの損失が十分に大きくなる可能性があり、その結果潜在的な不安定性が克服されることが判明した。従って、ゲート・フィンガの延出された幅に沿って直列ゲート抵抗器及び/又は奇モード抵抗器を分散することにより、デバイスの歩留まりを向上させ、且つ/又は現場でのデバイスの故障率を低減することが可能であり得る。さらに、直列ゲート抵抗器及び/又は奇モード抵抗器が、セグメント化されたゲート・フィンガのゲート・フィンガ・セグメントに沿って、且つゲート・フィンガ・セグメント間に分散される場合、比較的小さな抵抗レベル(resistance level)が使用され得る。たとえば、トランジスタが3つのゲート分割を備える場合、抵抗レベルは、ゲート・フィンガがセグメント化されていない場合に使用される抵抗レベルの約3分の1のサイズになり得る。さらに、実際には、抵抗値の低減はさらに大きいことが判明した。たとえば、3つのゲート分割が使用されるとき、各ゲート・セグメントに沿って備えられる直列抵抗器の抵抗値は、ゲート・パッドに実装される直列ゲート抵抗器の抵抗値の4分の1から5分の1であり得る。より低い抵抗値を有する抵抗器を使用すると、損失が減少し、それによってトランジスタの利得がより大きくなり、一方で向上した安定性も示すという結果になる。 It has been found that by distributing the series gate resistors and/or odd-mode resistors along the extended width of the gate fingers, the losses in the feedback loop can be large enough to overcome potential instabilities. Thus, by distributing the series gate resistors and/or odd-mode resistors along the extended width of the gate fingers, it may be possible to improve device yield and/or reduce device failure rates in the field. Furthermore, when the series gate resistors and/or odd-mode resistors are distributed along and between the gate finger segments of a segmented gate finger, a relatively small resistance level can be used. For example, when a transistor has three gate divisions, the resistance level can be about one-third the size of the resistance level used when the gate fingers are not segmented. Furthermore, in practice, it has been found that the reduction in resistance value is even greater. For example, when three gate divisions are used, the resistance value of the series resistors provided along each gate segment can be one-quarter to one-fifth the resistance value of the series gate resistor implemented on the gate pad. Using resistors with lower resistance values reduces losses, which results in a transistor with higher gain while also exhibiting improved stability.

図8は、直列ゲート抵抗器と奇モード抵抗との両方を、上記で論じたように分散するやり方で実装する、さらなる実施例によるトランジスタ300の金属レイアウトの平面(上面)図である。トランジスタ300は、1つ又は複数のデバイス・エピタキシャル層を備える半導体構造体320上に形成される。半導体構造体320は、図7A及び図7Bを参照して上記で論じた、半導体構造体120と同じであり得る。前の図と同様に、図8のレイアウトは、理解を容易にするために簡略化されており、ゲート・バス314のそれぞれのペアに接続された一対のゲート・パッド312ばかりでなく、ドレイン・バス334に接続されたドレイン・パッド332も備える。トランジスタ300はソース・パッド322及びソース・バスも備えるが、図を見やすくするために図8から省略している。ソース・パッド322は、図10に示す。 8 is a plan (top) view of a metal layout of a transistor 300 according to a further embodiment, which implements both a series gate resistor and odd-mode resistance in a distributed manner as discussed above. The transistor 300 is formed on a semiconductor structure 320 comprising one or more device epitaxial layers. The semiconductor structure 320 may be the same as the semiconductor structure 120 discussed above with reference to FIGS. 7A and 7B. As with the previous figures, the layout of FIG. 8 is simplified for ease of understanding and includes a pair of gate pads 312 connected to a respective pair of gate buses 314, as well as a drain pad 332 connected to a drain bus 334. The transistor 300 also includes a source pad 322 and a source bus, which are omitted from FIG. 8 for clarity. The source pad 322 is shown in FIG. 10.

複数のゲート・フィンガ316が各ゲート・バス314に接続され、y方向に延在する。各ゲート・フィンガ316は、y方向に、3つのゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、及び316cに分割される。第1のゲート・フィンガ・セグメントは、ゲート・ジャンパ372が間に挿置されることなく、ゲート・バス314に直接接続することができる(しかし、直接接続する必要はない)。ゲート・ジャンパは、ゲート・フィンガ・セグメント316b、316cとゲート・バス314との間に挿置され得る。後述するように、各ゲート・フィンガ316のゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cは、ゲート・ジャンパ372、ゲート信号分配バー374、及び垂直接点プラグ378(図9A)を介して互いに電気的に接続され得る。複数のドレイン接点336がドレイン・バス334に接続され、ゲート・フィンガ316のそれぞれと並列に、隣接して延出する。ゲート信号分配バー374は、以下で説明するように、トランジスタ100のゲート分配バー174とは異なるデバイス内の垂直レベルに形成され、ゲート信号分配バー374がドレイン接点336の上を通過することを可能にし得る。ソース接点362も設けられ、ゲート・フィンガ316の隣接するものと並列に、y方向に延出する。ソース接点362も、y方向に、それぞれのソース接点セグメント362a、362b、及び362cに分割される。ソース接点セグメント362a、362b、362cは、ソース接点プラグ364を介して互いに電気的に接続され得る。各ソース接点プラグ364は、それぞれのソース接点セグメント362a、362b、362cを、ソース・バスとして機能する共通の導電層に電気的に接続することができる。このソース・バスは、たとえばデバイスのより低いレベル内に配置され得る。ある実施例では、ソース接点セグメント362a、362b、362cごとに、複数のソース接点プラグ364を設けることができる。図8において、1つのソース接点セグメント362c上に、2つの典型的なソース接点プラグ364を示す。他のソース接点セグメント362a、362b、362cのソース接点プラグ364は、図面を簡略化するために図8から(並びに図9A~図9B、及び図12~図13から)省略している。図10及び図11は、たとえば、各ソース接点セグメント362a、362b、362cに対して1対のソース接点プラグ364をどのように設けることができるかを示している。ソース接点セグメント362a、362b、362cは、たとえばソース接点バーなどの他の手段によって電気的に接続することもできる。図8において、合計16個のセグメント化されたゲート・フィンガ316、8個のセグメント化されたソース接点362、及び8個のドレイン接点336を示す。しかし、トランジスタ300は、さらに多くのゲート・フィンガ316、ソース接点362、及びドレイン接点336を具備することができ、それによりトランジスタ300が多数の単位セルを備えることが理解されよう。他の実施例では、より少ないゲート・フィンガ316、ソース接点362、及びドレイン接点336が設けられる場合がある。 A number of gate fingers 316 are connected to each gate bus 314 and extend in the y-direction. Each gate finger 316 is divided in the y-direction into three gate finger segments 316a, 316b, and 316c. The first gate finger segment can be (but need not be) connected directly to the gate bus 314 without a gate jumper 372 interposed therebetween. A gate jumper can be interposed between the gate finger segments 316b, 316c and the gate bus 314. As described below, the gate finger segments 316a, 316b, 316c of each gate finger 316 can be electrically connected to each other via a gate jumper 372, a gate signal distribution bar 374, and a vertical contact plug 378 (FIG. 9A). A plurality of drain contacts 336 are connected to the drain bus 334 and extend in parallel with and adjacent to each of the gate fingers 316. A gate signal distribution bar 374 may be formed at a different vertical level in the device than the gate distribution bar 174 of the transistor 100, as described below, to allow the gate signal distribution bar 374 to pass over the drain contacts 336. A source contact 362 is also provided and extends in the y-direction in parallel with adjacent ones of the gate fingers 316. The source contact 362 is also divided in the y-direction into respective source contact segments 362a, 362b, and 362c. The source contact segments 362a, 362b, 362c may be electrically connected to one another via a source contact plug 364. Each source contact plug 364 may electrically connect the respective source contact segments 362a, 362b, 362c to a common conductive layer that functions as a source bus. This source bus may be located, for example, in a lower level of the device. In some embodiments, multiple source contact plugs 364 may be provided for each source contact segment 362a, 362b, 362c. In FIG. 8, two exemplary source contact plugs 364 are shown on one source contact segment 362c. The source contact plugs 364 of the other source contact segments 362a, 362b, 362c have been omitted from FIG. 8 (as well as from FIGS. 9A-9B and 12-13) to simplify the drawing. FIGS. 10 and 11, for example, show how one pair of source contact plugs 364 may be provided for each source contact segment 362a, 362b, 362c. The source contact segments 362a, 362b, 362c may also be electrically connected by other means, such as, for example, a source contact bar. In FIG. 8, a total of 16 segmented gate fingers 316, eight segmented source contacts 362, and eight drain contacts 336 are shown. However, it will be appreciated that the transistor 300 may include many more gate fingers 316, source contacts 362, and drain contacts 336, such that the transistor 300 includes multiple unit cells. In other embodiments, fewer gate fingers 316, source contacts 362, and drain contacts 336 may be provided.

ゲート・フィンガ・セグメント316a~316cのうちの隣接するものは、間隙316gにより分離され、ソース接点セグメント362a~362cのうちの隣接するものは、間隙362gにより分離されている。図8は、各ゲート・フィンガ316及びソース接点362ごとに、3つのゲート・フィンガ・セグメント316a~316c及び3つのソース接点セグメント362a~362cを示すが、本発明の概念はかかる構成に限定されない。このように、ゲート・フィンガ316は2つ以上のゲート・フィンガ・セグメントを備えることができ、ソース接点362は2つ以上のソース接点セグメントを備えることができることが理解されよう。 Adjacent ones of the gate finger segments 316a-316c are separated by gaps 316g, and adjacent ones of the source contact segments 362a-362c are separated by gaps 362g. Although FIG. 8 shows three gate finger segments 316a-316c and three source contact segments 362a-362c for each gate finger 316 and source contact 362, the inventive concept is not limited to such an arrangement. Thus, it will be understood that the gate fingers 316 can include two or more gate finger segments, and the source contacts 362 can include two or more source contact segments.

ゲート・フィンガ316は、ソース接点362の全長にわたってソース接点362と並列に延出することができる。ゲート・フィンガ316及びソース接点362はセグメント化されているため、複数の単位セル340a、340b、340cが各ゲート・フィンガ316に沿って画定される。すなわち、各ゲート・フィンガ・セグメント316a~316cは、それに沿ってゲート・フィンガ316が延在する方向(y方向)にレイアウトされたそれぞれの単位セル340a、340b、340cのゲート接点として機能する。ゲート・フィンガ・セグメント316a~316cの幅の合計は、各ゲート・フィンガ316の全幅を画定する。すなわち、各ゲート・フィンガ316がデバイス全体のゲート周辺部に寄与する全幅は、ゲート・フィンガ・セグメント316a~316cのy方向の幅の合計に等しい。 The gate fingers 316 may extend parallel to the source contacts 362 for the entire length of the source contacts 362. The gate fingers 316 and the source contacts 362 are segmented such that a number of unit cells 340a, 340b, 340c are defined along each gate finger 316. That is, each gate finger segment 316a-316c serves as a gate contact for a respective unit cell 340a, 340b, 340c laid out along the direction along which the gate finger 316 extends (the y-direction). The sum of the widths of the gate finger segments 316a-316c defines the overall width of each gate finger 316. That is, the total width that each gate finger 316 contributes to the overall gate perimeter of the device is equal to the sum of the widths of the gate finger segments 316a-316c in the y-direction.

トランジスタ300は、ゲート・フィンガ316と並列にy方向に沿って延在する複数のゲート・ジャンパ372をさらに備える。ゲート・ジャンパ372は、ソース接点セグメント362、ゲート・フィンガ316、及びゲート・バス314の金属レベルよりも高い金属レベルに形成され得る。ゲート・ジャンパ372を、ソース接点362の上に形成することができ、たとえば、誘電体層及び/又は空隙によってソース接点362から絶縁することができる。ゲート・ジャンパ372は、ゲート・バス314から最も遠いソース接点セグメント362cの上に延出する必要はない。ゲート・ジャンパ372は、ゲート・バス314に電気的に接続されている。ゲート・ジャンパ372は、各ゲート・フィンガ316のゲート・フィンガ・セグメント316a~316cの一部又はすべてを、ゲート・バス314の1つに電気的に接続することができる。図8に示す実施例では、各ゲート・ジャンパ372は、ゲート・フィンガ・セグメント316b及び316cをゲート・バス314に電気的に接続し、一方ゲート・フィンガ・セグメント316aは、より直接的な接続部を介してゲート・バス314に接続される。他の実施例では、ゲート・フィンガ・セグメント316aは、ゲート・ジャンパ372を介してゲート・バス314に接続されてもよい。ある実施例では、ゲート・ジャンパ372は、ソース接点362を覆うのではなく、ドレイン接点336又はゲート・フィンガ316を覆って配置されてもよい。 The transistor 300 further comprises a number of gate jumpers 372 extending along the y-direction in parallel with the gate fingers 316. The gate jumpers 372 may be formed at a metal level higher than the metal levels of the source contact segments 362, the gate fingers 316, and the gate bus 314. The gate jumpers 372 may be formed above the source contacts 362 and may be insulated from the source contacts 362, for example, by a dielectric layer and/or an air gap. The gate jumpers 372 need not extend above the source contact segment 362c that is furthest from the gate bus 314. The gate jumpers 372 are electrically connected to the gate bus 314. The gate jumpers 372 may electrically connect some or all of the gate finger segments 316a-316c of each gate finger 316 to one of the gate buses 314. In the embodiment shown in FIG. 8, each gate jumper 372 electrically connects gate finger segments 316b and 316c to gate bus 314, while gate finger segment 316a is connected to gate bus 314 via a more direct connection. In other embodiments, gate finger segment 316a may be connected to gate bus 314 via gate jumper 372. In some embodiments, gate jumper 372 may be positioned over drain contact 336 or gate finger 316 rather than over source contact 362.

図9Aは、図8の線A-A’に沿って切り取った部分断面図である。図9Bは、図8の線B-B’に沿って切り取った部分断面図である。図8及び図9Aを見て分かるように、複数のゲート・ジャンパ372、ゲート信号分配バー374、及び垂直接点プラグ378が設けられている。ゲート・ジャンパ372は、垂直接点プラグ378によってゲート・バス314及びゲート信号分配バー374に接続される。ゲート・ジャンパ372、ゲート信号分配バー374、及び垂直接点プラグ378を使用して、各ゲート・フィンガ・セグメント316b~316cをゲート・バス314の1つに接続する。ゲート信号分配バー374は、デバイス内のゲート・フィンガ316よりも高い金属層に形成され得る。たとえば、ゲート信号分配バー374は、図9Aに示すように、ゲート・ジャンパ372と同じ、デバイスの金属層に形成され得る。垂直接点プラグ378は、ゲート・ジャンパ372をゲート・バス314に接続することができる。さらなる垂直接点プラグ378(図9Aの断面では見えないが、図8の平面図では、各ゲート信号分配バーがゲート抵抗器380の上を通過する箇所に配置される)は、ゲート信号分配バー374を、ゲート抵抗器及びゲート抵抗器に接続されるゲート・フィンガ・セグメント316a~316cに、物理的且つ電気的に接続することができる。上記のように、ゲート・ジャンパ372は、ソース接点362を覆って、その上に延在することができる。図8を見て分かるように、ゲート・ジャンパ372は、あらゆるソース接点162を覆って延在するゲート・ジャンパ172を備えた図2~図7のトランジスタ100とは対照的に、他のあらゆるソース接点362を覆って設けられる。従って、図8~図9Bのトランジスタ300内の各ゲート・ジャンパ372は、トランジスタ100の場合の2つのゲート・フィンガ116の代わりに、4つのゲート・フィンガ316に給電する。ゲート信号分配バー374は、トランジスタ100のゲート分配バー174より高い、デバイス内の金属層に形成され、各ゲート信号分配バー374が、4つのゲート・フィンガ・セグメント316a~316cの外側のものに接続するために2つのドレイン接点336の上を通過できるようにする。 9A is a partial cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 8. FIG. 9B is a partial cross-sectional view taken along line B-B' in FIG. 8. As can be seen in FIGS. 8 and 9A, a plurality of gate jumpers 372, gate signal distribution bars 374, and vertical contact plugs 378 are provided. The gate jumpers 372 are connected to the gate bus 314 and the gate signal distribution bars 374 by vertical contact plugs 378. The gate jumpers 372, gate signal distribution bars 374, and vertical contact plugs 378 are used to connect each gate finger segment 316b-316c to one of the gate buses 314. The gate signal distribution bars 374 may be formed in a higher metal layer in the device than the gate fingers 316. For example, the gate signal distribution bars 374 may be formed in the same metal layer of the device as the gate jumpers 372, as shown in FIG. 9A. A vertical contact plug 378 can connect the gate jumper 372 to the gate bus 314. Further vertical contact plugs 378 (not visible in the cross section of FIG. 9A, but located in the plan view of FIG. 8 where each gate signal distribution bar passes over a gate resistor 380) can physically and electrically connect the gate signal distribution bar 374 to the gate resistors and the gate finger segments 316a-c that connect to the gate resistors. As noted above, the gate jumper 372 can extend over and over the source contacts 362. As can be seen in FIG. 8, the gate jumper 372 is provided over every other source contact 362, in contrast to the transistor 100 of FIGS. 2-7, which has a gate jumper 172 that extends over every source contact 162. Thus, each gate jumper 372 in transistor 300 of FIGS. 8-9B feeds four gate fingers 316 instead of the two gate fingers 116 of transistor 100. Gate signal distribution bars 374 are formed in a metal layer within the device that is higher than gate distribution bar 174 of transistor 100, allowing each gate signal distribution bar 374 to pass over two drain contacts 336 to connect to the outer ones of the four gate finger segments 316a-316c.

ゲート・ジャンパ372、ゲート・バス314、垂直接点プラグ378、及びゲート信号分配バー374は、非常に低い抵抗値を有する銅又はアルミニウムなどの導電性材料で形成され得る。 The gate jumpers 372, gate buses 314, vertical contact plugs 378, and gate signal distribution bars 374 may be formed of conductive materials such as copper or aluminum that have very low resistivity.

さらに図8及び図9Aを参照すると、ゲート信号分配バー374は、ソース接点セグメント362a、362b、及び362cのうちの隣接するものの間隙362g内を、横方向(x方向)に延在する。第1のゲート・フィンガ・セグメント316aに結合されたゲート信号分配バー374は、ゲート・フィンガ・セグメント316aのうちの2つに結合され得る。第2又は第3のゲート・フィンガ・セグメント316b、316cに結合されたゲート信号分配バー374のそれぞれは、ゲート・フィンガ・セグメント316b又は316cのうちの4つに結合され得る。図8を見て分かるように、第1のゲート・フィンガ・セグメント316aに結合された各ゲート信号分配バー374は、ゲート抵抗器380を介してゲート・バス314の1つに接続することができる。ゲート・フィンガ・セグメント316aに接続するゲート信号分配バー374は、ゲート・フィンガ316と同じ金属層の一部、又はゲート・ジャンパ372と同じ金属層の一部であってもよい。というのは、これらのゲート信号分配バー374は、ドレイン接点336と交差する必要がないからである。第2のゲート・フィンガ・セグメント316b又は第3のゲート・フィンガ・セグメント316cのいずれかに結合される各ゲート信号分配バー374は、図8及び図9Aを見て分かるように、ゲート・ジャンパ372の1つを介してゲート・バス314の1つに接続することができ、それぞれの垂直接点プラグ378を介して、ゲート・フィンガ・セグメント316b、316cに接続することができる。直列ゲート抵抗器380は、各ゲート・フィンガ・セグメント316b、316cとそれに結合されるゲート信号分配バー374との間の電気経路上に設けられる。 8 and 9A, the gate signal distribution bar 374 extends laterally (x-direction) within the gap 362g between adjacent ones of the source contact segments 362a, 362b, and 362c. The gate signal distribution bar 374 coupled to the first gate finger segment 316a may be coupled to two of the gate finger segments 316a. Each of the gate signal distribution bars 374 coupled to the second or third gate finger segments 316b, 316c may be coupled to four of the gate finger segments 316b or 316c. As can be seen in FIG. 8, each gate signal distribution bar 374 coupled to the first gate finger segment 316a may be connected to one of the gate buses 314 via a gate resistor 380. The gate signal distribution bars 374 that connect to the gate finger segments 316a may be part of the same metal layer as the gate fingers 316 or part of the same metal layer as the gate jumpers 372, since they do not need to cross the drain contacts 336. Each gate signal distribution bar 374 that is coupled to either the second gate finger segment 316b or the third gate finger segment 316c may be connected to one of the gate buses 314 through one of the gate jumpers 372, as seen in Figures 8 and 9A, and may be connected to the gate finger segments 316b, 316c through respective vertical contact plugs 378. A series gate resistor 380 is provided in the electrical path between each gate finger segment 316b, 316c and its associated gate signal distribution bar 374.

さらに図8及び図9Aを参照して、ここで、図8の左側のゲート・パッド312に印加される電気信号の、図8の最も左側のゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cへの配電について論じることにする。ゲート信号がゲート・パッド312に印加されると、ゲート信号は左側のゲート・バス314に伝搬される。ゲート信号は、左側ゲート・バス314から第1のゲート信号分配バー374及び第1の直列ゲート抵抗器380を通って第1のゲート・フィンガ・セグメント316aに進む。ゲート信号はまた、左側ゲート・バス314から、ゲート・バス314に接続する第1の垂直接点プラグ378を通ってゲート・ジャンパ372へ、ゲート・ジャンパ372を通って第2のゲート信号分配バー374へ、そして第2のゲート信号分配バー374を通って、第2の直列ゲート抵抗器380を介して最も左側の第2のゲート・フィンガ・セグメント316bに接続する第2の垂直接点プラグ378へ進む。ゲート信号は同様に、左側ゲート・バス314から、第1の垂直接点プラグ378を通ってゲート・ジャンパ372へ、ゲート・ジャンパ372を通って第3のゲート信号分配バー374へ、そして第3のゲート信号分配バー374を通って、第3の直列ゲート抵抗器380を介して最も左側の第3のゲート・フィンガ・セグメント316cに接続する第3の垂直接点プラグ378へ進む。 8 and 9A, we will now discuss the distribution of an electrical signal applied to the left gate pad 312 of FIG. 8 to the leftmost gate finger segments 316a, 316b, 316c of FIG. 8. When a gate signal is applied to the gate pad 312, it is propagated to the left gate bus 314. From the left gate bus 314, the gate signal travels through the first gate signal distribution bar 374 and the first series gate resistor 380 to the first gate finger segment 316a. The gate signal also travels from the left gate bus 314 through a first vertical contact plug 378 that connects to the gate bus 314 to the gate jumper 372, through the gate jumper 372 to the second gate signal distribution bar 374, and through the second gate signal distribution bar 374 to the second vertical contact plug 378 that connects to the leftmost second gate finger segment 316b through the second series gate resistor 380. The gate signal similarly travels from the left gate bus 314 through the first vertical contact plug 378 to the gate jumper 372, through the gate jumper 372 to the third gate signal distribution bar 374, and through the third gate signal distribution bar 374 to the third vertical contact plug 378 that connects to the leftmost third gate finger segment 316c through the third series gate resistor 380.

従って、図8及び図9Aに示すように、ゲート信号は、あらゆるゲート・フィンガ316の全幅を進むのではなく、代わりに、ゲート・フィンガ・セグメントの幅に沿って(たとえば、ゲート・フィンガ・セグメント316a)、又はゲート・フィンガ・セグメントの幅及びゲート・ジャンパ372の一部に沿って(たとえば、ゲート・フィンガ・セグメント316b)、又はゲート・フィンガ・セグメントの幅及びゲート・ジャンパ372の全幅に沿って(たとえば、ゲート・フィンガ・セグメント316c)進むだけである。上記のように、ゲート・ジャンパ372は、ゲート・フィンガ316よりも大きい断面積を有することができ、従って、エレクトロマイグレーション及び高周波利得性能の低下などの、通常ゲート幅の増加に伴う問題なしに、ゲート・フィンガ316より大きい電流密度をよりよく処理することができる可能性がある。ゲート信号はまた、ゲート信号分配バー374の一部及び垂直接点プラグ378に沿って進む。しかし、図8は原寸に比例して描かれておらず、ゲート信号が任意のゲート信号分配バー374に沿って進む距離は、図10~図11を見て分かるように、y方向のゲート・フィンガ・セグメントの幅と比較して非常に短くなり得る(たとえば5%未満)ことに留意されたい。垂直接点プラグ378に沿って進む距離も非常に短い。従って、ゲート信号が狭い導電性のトレースに沿って進む距離を短くすることができる。 8 and 9A, the gate signal does not travel the entire width of every gate finger 316, but instead only travels along the width of the gate finger segment (e.g., gate finger segment 316a), or along the width of the gate finger segment and a portion of the gate jumper 372 (e.g., gate finger segment 316b), or along the width of the gate finger segment and the entire width of the gate jumper 372 (e.g., gate finger segment 316c). As noted above, the gate jumper 372 may have a larger cross-sectional area than the gate fingers 316 and may therefore be better able to handle a larger current density than the gate fingers 316 without the problems typically associated with increased gate width, such as electromigration and reduced high frequency gain performance. The gate signal also travels along a portion of the gate signal distribution bar 374 and the vertical contact plug 378. However, it should be noted that FIG. 8 is not drawn to scale, and that the distance that a gate signal travels along any gate signal distribution bar 374 can be very short (e.g., less than 5%) compared to the width of the gate finger segment in the y-direction, as can be seen in FIGS. 10-11. The distance traveled along the vertical contact plug 378 is also very short. Thus, the distance that the gate signal travels along the narrow conductive trace can be short.

上記で論じたように、トランジスタ300は、デバイス全体に分散される複数の直列ゲート抵抗器380を備える。具体的には、直列ゲート抵抗器380は、各ゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cの一端に、又はその近くに設けられる。図8に示すように、ゲート・フィンガ316は、3つの「ゲート分割」、すなわち、ゲート・フィンガ・セグメント316aを備える第1のゲート分割382a、ゲート・フィンガ・セグメント316bを備える第2ゲート分割382b、及びゲート・フィンガ・セグメント316cを備える第3のゲート分割382cに分けられる。ゲート・バス314と第1のゲート分割382aとの間に第1の間隙領域384aが設けられ、ゲート分割382aと382bとの間に第2の間隙領域384bが設けられ、且つゲート分割382bと382cとの間に第3の間隙領域384cが設けられる。 As discussed above, the transistor 300 includes a plurality of series gate resistors 380 distributed throughout the device. Specifically, a series gate resistor 380 is provided at or near one end of each gate finger segment 316a, 316b, 316c. As shown in FIG. 8, the gate finger 316 is divided into three "gate splits", a first gate split 382a comprising gate finger segment 316a, a second gate split 382b comprising gate finger segment 316b, and a third gate split 382c comprising gate finger segment 316c. A first gap region 384a is provided between the gate bus 314 and the first gate split 382a, a second gap region 384b is provided between the gate splits 382a and 382b, and a third gap region 384c is provided between the gate splits 382b and 382c.

図8に示すように、直列ゲート抵抗器380は、上記の間隙領域384a~384c内に形成され得る。直列ゲート抵抗器380は、たとえば、ゲート・フィンガ316、ドレイン接点336、ソース接点362などを形成するために使用される導電性材料と比較して、より高い抵抗率の導電性材料を堆積することにより形成され得る。直列ゲート抵抗器380は、トランジスタ300の任意の適切な垂直レベルに設けられ得る。例示的な実施例では、直列ゲート抵抗器380は、図8及び図9Aから見て分かる、又は推測できるように、ソース接点362、ドレイン接点336、及びゲート・フィンガ316と同じ金属化レベルに形成され得る。ゲート抵抗器380(又は以下で論じる奇モード抵抗器390)は、たとえばインダクタとコンデンサとの直列回路など、抵抗器と機能的に同等なものとして機能することができる他の損失性要素で置き換えられ得ることも理解されよう。 8, a series gate resistor 380 may be formed within the gap regions 384a-384c. The series gate resistor 380 may be formed, for example, by depositing a conductive material with a higher resistivity compared to the conductive material used to form the gate fingers 316, the drain contact 336, the source contact 362, etc. The series gate resistor 380 may be provided at any suitable vertical level of the transistor 300. In an exemplary embodiment, the series gate resistor 380 may be formed at the same metallization level as the source contact 362, the drain contact 336, and the gate fingers 316, as can be seen or inferred from FIGS. 8 and 9A. It will also be appreciated that the gate resistor 380 (or odd-mode resistor 390 discussed below) may be replaced with other lossy elements that can function as the functional equivalent of a resistor, such as, for example, a series circuit of an inductor and a capacitor.

図12を参照して以下で論じるように、本発明の特定の実施例に従ってトランジスタ内に備えられる分散された直列ゲート抵抗器380の代わりに、各ゲート・パッド312と、それに結合されるゲート・バス314との間に、単一の直列ゲート抵抗器80を備えることができる。直列ゲート抵抗器が、各ゲート・パッド312とその対応するゲート・バス314との間に単一の直列ゲート抵抗器80として実装される場合、各直列ゲート抵抗器80は、デバイスの不安定性を低減又は防止するために、比較的高い抵抗値を必要とする可能性がある。トランジスタ300では、複数の直列ゲート抵抗器380がデバイスのゲート分割382間に配置されている。各ゲート抵抗器380は、ゲート抵抗器80がゲート・パッド312とゲート・バス314との間にのみ配置される場合に必要とされるゲート抵抗器80と比較して、はるかに小さな抵抗値であり得る。 As discussed below with reference to FIG. 12, instead of the distributed series gate resistors 380 provided in the transistor according to certain embodiments of the present invention, a single series gate resistor 80 can be provided between each gate pad 312 and its associated gate bus 314. If the series gate resistors are implemented as a single series gate resistor 80 between each gate pad 312 and its corresponding gate bus 314, each series gate resistor 80 may require a relatively high resistance value to reduce or prevent device instability. In the transistor 300, multiple series gate resistors 380 are disposed between the gate splits 382 of the device. Each gate resistor 380 can be of a much smaller resistance value compared to the gate resistor 80 that would be required if the gate resistors 80 were disposed only between the gate pad 312 and the gate bus 314.

ある実施例では、各ゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cごとに直列ゲート抵抗器380を設けることができ、一方他の実施例では、いくつかのゲート・フィンガ・セグメントが直列ゲート抵抗器380を共有することができる。図8に示す特定の実施例では、ゲート・フィンガ・セグメント316b、316cのすべては、それら自体が結合される直列ゲート抵抗器380を備え、一方、ゲート・フィンガ・セグメント316aのペアは、単一の直列ゲート抵抗器380を共有する。他の実施例では、ゲート・フィンガ・セグメント316a~316のいくつかは、結合されるゲート抵抗器380を備えていない場合があることも理解されよう。 In some embodiments, a series gate resistor 380 may be provided for each gate finger segment 316a, 316b, 316c, while in other embodiments, several gate finger segments may share a series gate resistor 380. In the particular embodiment shown in FIG. 8, all of the gate finger segments 316b, 316c have their own associated series gate resistor 380, while the pair of gate finger segments 316a share a single series gate resistor 380. It will also be appreciated that in other embodiments, some of the gate finger segments 316a-316 may not have associated gate resistors 380.

ゲート・フィンガ316に沿った2箇所以上の位置に直列ゲート抵抗を分散することにより、トランジスタのゲート・フィンガ及びドレイン内の帰還ループを、不安定性を低減又は排除し得るのに十分な損失の大きさにすることができる。これにより、デバイスの歩留まりを改善し、且つ/又は現場でのデバイス故障の発生率を低減することができる。さらに、上記のように、且つ図8を見て分かるように、どの特定のゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cに沿った電流経路も、単一の直列ゲート抵抗器380を横切るだけでよい。直列ゲート抵抗器380は比較的小さな抵抗値を有することができるので、電力損失が低減され、従ってトランジスタ300は、所与のサイズのデバイスについてより高い利得レベルに対応することができる。 By distributing the series gate resistors at two or more locations along the gate finger 316, the feedback loops in the gate finger and drain of the transistor can be made lossy enough to reduce or eliminate instability, thereby improving device yield and/or reducing the incidence of field device failure. Furthermore, as discussed above and as can be seen in FIG. 8, the current path along any particular gate finger segment 316a, 316b, 316c only needs to traverse a single series gate resistor 380. Because the series gate resistor 380 can have a relatively small resistance, power losses are reduced and thus the transistor 300 can support higher gain levels for a given size device.

図8を見て分かるように、トランジスタ300は、第1の軸に沿ってy方向に延在するドレイン接点336、第1の軸に平行な第2の軸に沿ってy方向に延在するソース接点362、並びにソース接点362とドレイン接点336との間に延在するゲート・フィンガ316を備える。ゲート・フィンガ316は、互いに電気的に接続された複数の不連続で同一直線上にあるゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cを備える。トランジスタ300は、ゲート・フィンガ316に電気的に接続され、間隔を空けて配置された複数のゲート抵抗器380をさらに備える。各ゲート抵抗器380は、ゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cのそれぞれとゲート信号分配バー374のそれぞれとの間に結合され得る。ゲート抵抗器380の少なくとも1つは、第1の軸と第2の軸との間に配置される。ゲート・ジャンパ372が、ゲート・バス314とゲート・フィンガ316との間の電気経路に沿って挿置される。ゲート・ジャンパ372は、ゲート・フィンガ・セグメント316b及び316cとゲート・バス314との間のそれぞれの電気経路に沿って挿置され、それぞれのゲート抵抗器380は、ゲート・ジャンパ372とゲート・フィンガ・セグメント316b、316cとの間のそれぞれの電気経路に沿って挿置される。 As can be seen in FIG. 8, the transistor 300 includes a drain contact 336 extending in the y-direction along a first axis, a source contact 362 extending in the y-direction along a second axis parallel to the first axis, and a gate finger 316 extending between the source contact 362 and the drain contact 336. The gate finger 316 includes a plurality of discontinuous, collinear gate finger segments 316a, 316b, 316c electrically connected to one another. The transistor 300 further includes a plurality of spaced apart gate resistors 380 electrically connected to the gate finger 316. Each gate resistor 380 may be coupled between a respective one of the gate finger segments 316a, 316b, 316c and a respective one of the gate signal distribution bars 374. At least one of the gate resistors 380 is disposed between the first axis and the second axis. A gate jumper 372 is interposed along the electrical path between the gate bus 314 and the gate finger 316. The gate jumper 372 is interposed along each electrical path between the gate finger segments 316b and 316c and the gate bus 314, and each gate resistor 380 is interposed along each electrical path between the gate jumper 372 and the gate finger segments 316b, 316c.

やはり図8を見て分かるように、トランジスタ300は、y方向に延在するソース接点362と、y方向に延在するゲート・ジャンパ372と、複数の不連続で電気的に接続されたゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cとを含むゲート・フィンガ316を備える。トランジスタ300は、間隔を空けて配置された複数のゲート抵抗器380をさらに備える。ゲート・フィンガ・セグメント316b及び316cは、それぞれ第1及び第2のゲート抵抗器380を介してゲート・ジャンパ372に接続される。ゲート・フィンガ・セグメント316aのペアは、それぞれのゲート抵抗器380を介してゲート・バス314に接続される。 8, the transistor 300 includes a gate finger 316 including a source contact 362 extending in the y-direction, a gate jumper 372 extending in the y-direction, and a plurality of discontinuous, electrically connected gate finger segments 316a, 316b, 316c. The transistor 300 further includes a plurality of spaced apart gate resistors 380. The gate finger segments 316b and 316c are connected to the gate jumper 372 via first and second gate resistors 380, respectively. The pair of gate finger segments 316a are connected to the gate bus 314 via respective gate resistors 380.

図8にさらに示すように、奇モード抵抗器390もトランジスタ300内に備えられる。奇モード抵抗器390は、デバイス内の長い奇モードの不安定な帰還ループを分断するために設けられる。具体的には、ゲート・ジャンパ372を使って給電するゲート・フィンガ316の数が増加するにつれて、不安定性が生じる可能性がある。たとえば、ゲート・ジャンパ372が4つのゲート・フィンガ316に給電するとき、トランジスタは安定し得るが、ゲート・ジャンパ372を使って8つのゲート・フィンガ316に給電する場合、不安定性を示し始める可能性がある。不安定性が生じるとき、不安定性は、ゲート・フィンガの幅とデバイスの動作周波数との関数であり得る。奇モード抵抗器390は、隣接するゲート信号分配バー374間に挿置され得る。トランジスタ300が正常に動作するとき、各奇モード抵抗器390の両側の電圧は同じでなければならず、従って、隣接するゲート信号分配バー374間に電流が流れてはならない。 As further shown in FIG. 8, odd-mode resistors 390 are also provided in the transistor 300. The odd-mode resistors 390 are provided to break long odd-mode unstable feedback loops in the device. Specifically, as the number of gate fingers 316 powered using the gate jumpers 372 increases, instability may occur. For example, when the gate jumpers 372 power four gate fingers 316, the transistor may be stable, but when the gate jumpers 372 power eight gate fingers 316, it may begin to exhibit instability. When instability occurs, it may be a function of the width of the gate fingers and the operating frequency of the device. The odd-mode resistors 390 may be interposed between adjacent gate signal distribution bars 374. When the transistor 300 operates normally, the voltage on both sides of each odd-mode resistor 390 should be the same, and therefore no current should flow between adjacent gate signal distribution bars 374.

奇モード抵抗器390は、隣接するゲート分割382間にある間隙領域384内に設けられ得る。図8及び図9Bに示すように、奇モード抵抗器390を、たとえば、ゲート信号分配バー374及びソース接点362と同じ金属化レベルに実装することができ、2つの隣接するゲート分配バー374間に直接接続することができる。奇モード抵抗器390は、隣接するゲート・バス314間に挿置されてもよい。 The odd-mode resistor 390 may be provided in the gap region 384 between adjacent gate splits 382. As shown in FIGS. 8 and 9B, the odd-mode resistor 390 may be implemented, for example, on the same metallization level as the gate signal distribution bar 374 and the source contact 362, and may be directly connected between two adjacent gate distribution bars 374. The odd-mode resistor 390 may also be interposed between adjacent gate buses 314.

このように、トランジスタ300は、y方向に延在し、x方向に互いに間隔を空けて配置された複数のゲート・フィンガ316を備えることができる。それぞれのゲート・フィンガ316は、互いに電気的に接続され、間隔を空けて配置された、ほぼ同一線上にある複数のゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cを備えることができ、ここでゲート・フィンガ・セグメント316a、316b、316cは、間隙領域384b、384cによって分離されたそれぞれのゲート分割382a、382b、382c内に配置される。奇モード抵抗器390は、間隙領域384b、384c内に配置される。例示的な実施例では、奇モード抵抗器390は、隣接するゲート信号分配バー374間に挿置され得る。 Thus, the transistor 300 may include a plurality of gate fingers 316 extending in the y-direction and spaced apart from one another in the x-direction. Each gate finger 316 may include a plurality of spaced apart, substantially collinear gate finger segments 316a, 316b, 316c electrically connected to one another, where the gate finger segments 316a, 316b, 316c are disposed within respective gate splits 382a, 382b, 382c separated by gap regions 384b, 384c. An odd-mode resistor 390 is disposed within the gap regions 384b, 384c. In an exemplary embodiment, the odd-mode resistor 390 may be interposed between adjacent gate signal distribution bars 374.

ある実施例では、ソース接点362をセグメント化する必要がないことも理解されよう。特に、ゲート抵抗器380及び奇モード抵抗器は両方とも、ゲート信号分配バー374及びゲート・ジャンパ372と同じ金属層内に実装され得る。かかる実装では、ソース接点362はセグメント化される必要はない。すなわち、他の実施例では、抵抗器380、390を、他の実施例でのソース接点362の真上、又は上及び側部に実装することができ、各ソース接点362は、単一の連続した(すなわち、セグメント化されていない)ソース接点362であり得ることが理解されよう。 It will also be appreciated that in some embodiments, the source contacts 362 need not be segmented. In particular, both the gate resistor 380 and the odd-mode resistor may be implemented in the same metal layer as the gate signal distribution bar 374 and the gate jumper 372. In such implementations, the source contacts 362 need not be segmented. That is, it will be appreciated that in other embodiments, the resistors 380, 390 may be implemented directly above, or above and to the side of, the source contacts 362 in other embodiments, and each source contact 362 may be a single continuous (i.e., non-segmented) source contact 362.

図8は、セグメント化されたゲート・フィンガ316及びセグメント化されたソース接点362を備えるトランジスタ300を示しているが、本発明の実施例はそれに限定されないことが理解されよう。たとえば他の実施例では、各ドレイン接点が、たとえば3つの分離したセグメントを備えるように、ドレイン接点336を同様のやり方でセグメント化することができる。ドレイン接点336がセグメント化される場合、セグメント化されたドレイン接点は、たとえば、ドレイン接点プラグ及びデバイス内の別の金属化層を介して互いに電気的に接続され得る。ドレイン接点がセグメント化される実施例では、ソース接点362はセグメント化されてもされなくてもよい。さらに、ゲート・フィンガ316は、図8に示すように、セグメント化されてもよく、図2(並びに図14~図15)に示すようにセグメント化されなくてもよい。ドレイン接点をセグメント化することにより、ゲート分割間の領域内に、ゲート抵抗器380及び/又は奇モード抵抗器390用のさらなる空間を設けることができる。セグメント化されたドレイン接点336を備えるかかる実施例の1つの単純な実例として、図8のトランジスタ300を、参照番号332、334及び336がそれぞれソース・パッド、ソース・バス、及びソース接点となるように、且つ参照番号362、362a/362b/362c、及び364がそれぞれ、ドレイン接点、ドレイン接点セグメント、及びドレイン接点プラグとなるように、修正することができる。言い換えれば、図8を、単にソース及びドレインの特徴を逆にすることにより、セグメント化されたゲート・フィンガ316及びセグメント化されたドレイン接点362を備える実施例として見ることもできる。 8 illustrates a transistor 300 with segmented gate fingers 316 and segmented source contacts 362, it will be understood that embodiments of the present invention are not so limited. For example, in other embodiments, the drain contacts 336 can be segmented in a similar manner, such that each drain contact comprises, for example, three separate segments. If the drain contacts 336 are segmented, the segmented drain contacts can be electrically connected to each other, for example, via a drain contact plug and another metallization layer in the device. In embodiments in which the drain contacts are segmented, the source contacts 362 may or may not be segmented. Additionally, the gate fingers 316 may be segmented, as shown in FIG. 8, or may not be segmented, as shown in FIG. 2 (as well as FIGS. 14-15). Segmenting the drain contacts can provide additional space for gate resistors 380 and/or odd-mode resistors 390 in the areas between the gate splits. As one simple example of such an embodiment with segmented drain contact 336, transistor 300 of FIG. 8 can be modified such that reference numbers 332, 334, and 336 are source pad, source bus, and source contact, respectively, and reference numbers 362, 362a/362b/362c, and 364 are drain contact, drain contact segment, and drain contact plug, respectively. In other words, FIG. 8 can also be viewed as an embodiment with segmented gate fingers 316 and segmented drain contact 362 by simply reversing the source and drain characteristics.

図10は、図8のトランジスタ300のより大きいバージョンの平面図である。図11は、図10のトランジスタ300の小さい部分302の詳細平面図である。 Figure 10 is a plan view of a larger version of the transistor 300 of Figure 8. Figure 11 is a detailed plan view of a small portion 302 of the transistor 300 of Figure 10.

図10及び図11を参照すると、トランジスタ300は、縦(y方向)に延在する複数の単位セルを備える。各単位セルは、デバイスの全幅にわたって延在するゲート・フィンガ316を備え、上記のように縦方向(y方向)に配置された直列の単位セル340a、340b、340cに細分される。図10~図11に示す実施例では、単位セル340のそれぞれは1120ミクロンの全幅を有し、直列の単位セル340a、340b、及び340cはそれぞれ370ミクロン、380ミクロン、及び370ミクロンの幅を有するが、本発明の概念はこうした特定の寸法に限定されない。 10 and 11, the transistor 300 comprises a number of unit cells extending vertically (y-direction). Each unit cell comprises a gate finger 316 that extends across the entire width of the device and is subdivided into series unit cells 340a, 340b, 340c arranged vertically (y-direction) as described above. In the embodiment shown in FIGS. 10-11, each of the unit cells 340 has an overall width of 1120 microns, and the series unit cells 340a, 340b, and 340c have widths of 370 microns, 380 microns, and 370 microns, respectively, although the inventive concept is not limited to these particular dimensions.

複数のゲート・バス314が構造体の一端に設けられ、一方ドレイン・バス334が構造体の他端に設けられている。ソース・パッド322は構造体の側部に設けられ、たとえばデバイスのより低い金属化層上に配置されたソース・バス(図示せず)に接続される。ソース接点セグメント362a、362b、362cは、接点プラグ364を介してソース・バスに接続される。 A number of gate buses 314 are provided at one end of the structure, while a drain bus 334 is provided at the other end of the structure. A source pad 322 is provided on the side of the structure and is connected to a source bus (not shown), for example located on a lower metallization layer of the device. Source contact segments 362a, 362b, 362c are connected to the source bus via contact plug 364.

図11における、トランジスタ300のデバイス・レイアウトの一部302の詳細図は、ゲート・フィンガ316、ゲート・ジャンパ372、ゲート信号分配バー374、直列ゲート抵抗器380、及び奇モード抵抗器390も示している。 In FIG. 11, a detailed view of a portion 302 of the device layout of transistor 300 also shows gate fingers 316, gate jumpers 372, gate signal distribution bars 374, series gate resistors 380, and odd-mode resistors 390.

本発明の概念の実施例によるトランジスタは、多層構造である半導体構造体を備えることができる。たとえば、図7A及び図7Bを参照して上記で論じたように、トランジスタ100の半導体構造体120は、少なくともチャネル層210及びバリア層220がその上に形成された基板200(たとえば、4H-SiC又は6H-SiC)を備えることができる。本明細書に示す本発明の概念の実施例に従って、他のトランジスタに関しても同じことが当てはまる。このように、図7A及び図7Bでの半導体構造体120の議論は、本明細書で説明する他のそれぞれの実施例の半導体構造体にも等しく適用されることが理解されるであろうが、デバイスの金属化部及び他の態様は、図に描かれた様々な実施例間の違いに基づいて変わることになる。従って、たとえば、本明細書に記載のすべてのトランジスタは、炭化ケイ素基板並びにIII族窒化物ベースのチャネル層及びバリア層を備えることができ、こうしたトランジスタの半導体構造体は、図7A及び図7Bを参照して説明したやり方で動作し得ることが理解されよう。 Transistors according to embodiments of the inventive concept may comprise a semiconductor structure that is a multi-layer structure. For example, as discussed above with reference to Figures 7A and 7B, the semiconductor structure 120 of the transistor 100 may comprise a substrate 200 (e.g., 4H-SiC or 6H-SiC) on which at least a channel layer 210 and a barrier layer 220 are formed. The same is true with respect to other transistors according to embodiments of the inventive concept shown herein. Thus, it will be understood that the discussion of the semiconductor structure 120 in Figures 7A and 7B applies equally to the semiconductor structures of each of the other embodiments described herein, although the metallization and other aspects of the device will vary based on the differences between the various embodiments depicted in the figures. Thus, for example, all of the transistors described herein may comprise a silicon carbide substrate and Group III nitride-based channel and barrier layers, and it will be understood that the semiconductor structures of such transistors may operate in the manner described with reference to Figures 7A and 7B.

図12は、本発明の概念のさらなる実施例による、トランジスタ400の金属レイアウトの平面図である。トランジスタ400が、トランジスタ300に備えられる分散された直列ゲート抵抗器380の代わりに、各ゲート・パッド312とそれぞれのゲート・バス314との間に接続された直列ゲート抵抗器80を使用することを除いて、トランジスタ400は、図8~図11を参照して上記で論じたトランジスタ300と同様である。この変更は別にして、2つのトランジスタ300、400は、その他の点では基本的に同一であり得るので、トランジスタ400のさらなる議論は省略することにする。 12 is a plan view of a metal layout of a transistor 400 in accordance with a further embodiment of the inventive concept. Transistor 400 is similar to transistor 300 discussed above with reference to FIGS. 8-11, except that transistor 400 uses a series gate resistor 80 connected between each gate pad 312 and a respective gate bus 314 instead of the distributed series gate resistor 380 provided in transistor 300. Apart from this modification, the two transistors 300, 400 may otherwise be essentially identical, and therefore further discussion of transistor 400 will be omitted.

図13は、本発明の概念のさらに別の実施例による、トランジスタ500の金属レイアウトの平面図である。トランジスタ500はやはり、トランジスタ500が、隣接するゲート・バス314のそれぞれのペア間に単一の奇モード抵抗器90を使用し、図8のトランジスタ300の間隙領域384b、384c内に設けられている、分散された奇モード抵抗器390を備えないことを除いて、図8~図11を参照して上記で論じたトランジスタ300と同様である。この変更は別にして、2つのトランジスタ300、500は、その他の点では基本的に同一であり得るので、トランジスタ500のさらなる議論は省略することにする。 13 is a plan view of a metal layout of a transistor 500 according to yet another embodiment of the inventive concept. The transistor 500 is again similar to the transistor 300 discussed above with reference to FIGS. 8-11, except that the transistor 500 uses a single odd-mode resistor 90 between each pair of adjacent gate buses 314 and does not include the distributed odd-mode resistors 390 provided in the gap regions 384b, 384c of the transistor 300 of FIG. 8. Apart from this modification, the two transistors 300, 500 may otherwise be essentially identical, and therefore further discussion of the transistor 500 will be omitted.

上述の実施例の特徴を何らかのやり方で組み合わせて、さらなる複数の実施例を作り出すことができることが理解されよう。たとえば、図14は、図8の直列ゲート抵抗器380と同一であり得る直列ゲート抵抗器180を備えるよう修正されたことを除いて、上記のトランジスタ100と同一であるトランジスタ100’の金属レイアウトの平面図である。別の実例として、図15は、ゲート・フィンガ316がもはやセグメント化されておらず、それに応じて直列ゲート抵抗器380の位置が修正されたことを除いて、上記のトランジスタ300と同様であるトランジスタ300’の金属レイアウトの平面図である。図14及び図15は、さらなる実施例をもたらす様々な実施例の可能な組合せのいくつかを示すために提供されていることが理解されよう。 It will be appreciated that features of the above-described embodiments can be combined in any manner to create further embodiments. For example, FIG. 14 is a plan view of a metal layout of a transistor 100' that is the same as transistor 100 described above, except that it has been modified to include a series gate resistor 180, which may be the same as series gate resistor 380 of FIG. 8. As another example, FIG. 15 is a plan view of a metal layout of a transistor 300' that is similar to transistor 300 described above, except that gate fingers 316 are no longer segmented, and the location of series gate resistor 380 has been modified accordingly. It will be appreciated that FIGS. 14 and 15 are provided to illustrate some of the possible combinations of the various embodiments that result in further embodiments.

本発明の概念の実施例は、特に、III族窒化物ベースの高電子移動度トランジスタ(HEMT:high electron mobility transistor)デバイスに関連した使用に好適であり得る。本明細書で使用する「III族窒化物」という用語は、窒素と周期表のIII族の元素、通常はアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、及び/又はインジウム(In)との間で形成される、それらの半導体化合物を指す。III族窒化物という用語は、AlGaN及びAlInGaNなどの3元系化合物及び4元系化合物も指す。こうした化合物はすべて、1モルの窒素が合計1モルのIII族元素と結合する実験式を有する。 Embodiments of the inventive concept may be particularly suitable for use in connection with Group III nitride-based high electron mobility transistor (HEMT) devices. As used herein, the term "Group III nitrides" refers to those semiconductor compounds formed between nitrogen and elements in Group III of the periodic table, usually aluminum (Al), gallium (Ga), and/or indium (In). The term Group III nitrides also refers to ternary and quaternary compounds such as AlGaN and AlInGaN. All such compounds have an empirical formula in which one mole of nitrogen is combined with one mole of the total Group III elements.

本発明の実施例を利用することができるGaNベースのHEMTに好適な構造は、たとえば、同一出願人による、2002年6月6日に公開された米国特許出願公開第2002/0066908(A1)号、「Aluminum Gallium Nitride/Gallium Nitride High Electron Mobility Transistors Having A Gate Contact On A Gallium Nitride Based Cap Segment And Methods Of Fabricating Same」、2002年11月14日に公開された米国特許出願公開第2002/0167023(A1)号、「Group-III Nitride Based High Electron Mobility Transistor (HEMT) With Barrier/Spacer Layer」、2004年4月1日に公開された米国特許出願公開第2004/0061129号、「Nitride-Based Transistors And Methods Of Fabrication Thereof Using Non-Etched Contact Recesses」、2011年3月15日に発行された米国特許第7,906,799号、「Nitride-Based Transistors With A Protective Layer And A Low-Damage Recess」、及び2001年11月13日に発行された米国特許第6,316,793号、名称「Nitride Based Transistors On Semi-Insulating Silicon Carbide Substrates」に説明され、これらの開示は、ここにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。 A suitable structure for a GaN-based HEMT in which embodiments of the present invention can be utilized is described, for example, in commonly assigned U.S. Patent Application Publication No. 2002/0066908(A1), published June 6, 2002, entitled "Aluminum Gallium Nitride/Gallium Nitride High Electron Mobility Transistors Having a Gate Contact On a Gallium Nitride Based Cap Segment and Methods of Fabricating a GaN-based HEMT." "Group-III Nitride Based High Electron Mobility Transistor (HEMT) With Barrier/Spacer Layer"; U.S. Patent Application Publication No. 2002/0167023(A1) published on November 14, 2002; "Nitride-Based Transistors and Methods Of Fabrication Thereof Using Non-Etched Contact"; No. 7,906,799, issued on March 15, 2011, entitled "Nitride-Based Transistors With A Protective Layer And A Low-Damage Recess," and U.S. Pat. No. 6,316,793, issued on November 13, 2001, entitled "Nitride-Based Transistors On Semi-Insulating Silicon Carbide Substrates," the disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entireties.

本発明の特定の実施例では、基板200は、たとえば炭化ケイ素の4H結晶多形であり得る、半絶縁炭化ケイ素(SiC:silicon carbide)基板であり得る。他の炭化ケイ素の候補となる結晶多形には、3C、6H、及び15R結晶多形が含まれる。 In certain embodiments of the present invention, the substrate 200 may be a semi-insulating silicon carbide (SiC) substrate, which may be, for example, the 4H polytype of silicon carbide. Other candidate polytypes of silicon carbide include the 3C, 6H, and 15R polytypes.

任意選択で、緩衝層、核形成層、及び/又は遷移層(図示せず)が、チャネル層210の下で基板200上に設けられ得る。たとえば、炭化ケイ素基板とデバイスの残りの部分との間に適切な結晶構造遷移(crystal structure transition)をもたらすように、AlN緩衝層が備えられ得る。さらにたとえば、同一出願人による、2003年6月5日に公開された米国特許出願公開第2003/0102482(A1)号、名称「Strain Balanced Nitride Hetrojunction Transistors And Methods Of Fabricating Strain Balanced Nitride Heterojunction Transistors」に説明される、歪平衡遷移層(strain balancing transition layer)も設けられてもよく、その開示は、あたかも本明細書に完全に示されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。さらに、SiNキャッピング層など、1層又は複数のキャッピング層をバリア層220上に設けることができる。 Optionally, a buffer layer, nucleation layer, and/or transition layer (not shown) may be provided on the substrate 200 below the channel layer 210. For example, an AlN buffer layer may be provided to provide a suitable crystal structure transition between the silicon carbide substrate and the remainder of the device. Additionally, a strain balancing transition layer may also be provided, as described, for example, in commonly assigned U.S. Patent Application Publication No. 2003/0102482(A1), entitled "Strain Balanced Nitride Heterojunction Transistors and Methods Of Fabricating Strain Balanced Nitride Heterojunction Transistors," published June 5, 2003, the disclosure of which is incorporated herein by reference as if fully set forth herein. Additionally, one or more capping layers, such as a SiN capping layer, may be provided on the barrier layer 220.

炭化ケイ素は、III族窒化物デバイス用の非常に一般的な基板材料であるサファイア(Al)よりも、III族窒化物に極めて近い結晶の格子整合を有する。SiCのより近い格子整合により、サファイア上で一般的に得られるものよりも高品質のIII族窒化物膜を得ることができる。また、炭化ケイ素は非常に高い熱伝導率を持っており、それにより炭化ケイ素上のIII族窒化物デバイスの総出力電力は、通常は、サファイア上に形成された同じデバイスの場合のように基板の放熱によって制限されることはない。また、半絶縁性の炭化ケイ素基板が利用できることにより、素子分離及び寄生容量の低減を実現することができる。適切なSiC基板は、たとえば、本発明の譲受人である、ノースカロライナ州ダーラムのCree, Inc.が製造している。 Silicon carbide has a much closer crystal lattice match to III-nitrides than sapphire (Al 2 O 3 ), a very common substrate material for III-nitride devices. The closer lattice match of SiC allows for higher quality III-nitride films than are typically obtained on sapphire. Silicon carbide also has a very high thermal conductivity, so that the total power output of a III-nitride device on silicon carbide is not typically limited by the heat dissipation of the substrate as is the case for the same device formed on sapphire. The availability of semi-insulating silicon carbide substrates also allows for device isolation and reduced parasitic capacitance. Suitable SiC substrates are manufactured, for example, by Cree, Inc. of Durham, North Carolina, the assignee of the present invention.

炭化ケイ素を基板材料として使用してもよいが、本発明の実施例は、サファイア、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、シリコン、GaAs、LGO、ZnO、LAO、InPなど、任意の好適な基板を利用してもよい。ある実施例では、適切な緩衝層も形成され得る。 Although silicon carbide may be used as the substrate material, embodiments of the present invention may utilize any suitable substrate, such as sapphire, aluminum nitride, aluminum gallium nitride, gallium nitride, silicon, GaAs, LGO, ZnO, LAO, InP, etc. In certain embodiments, a suitable buffer layer may also be formed.

本発明のある実施例では、チャネル層210は、AlGa1-xN(ここで0≦x<1)などのIII族窒化物である。ただし、チャネル層210の伝導帯域のエッジのエネルギーが、チャネル層とバリア層との間の界面におけるバリア層220の伝導帯域のエッジのエネルギーよりも小さいことを条件とする。本発明の特定の実施例では、x=0であり、チャネル層210がGaNであることを示す。チャネル層210は、InGaN、AlInGaNなどの他のIII族窒化物であってもよい。チャネル層210は、ドープされなくても、意図せずにドープされてもよく、約20Åを超える厚さに成長させてもよい。チャネル層210はまた、超格子又はGaN、AlGaNなどの組合せなどの多層構造であってもよい。 In one embodiment of the present invention, the channel layer 210 is a group III nitride such as AlxGa1 - xN, where 0 < x < 1, provided that the energy of the conduction band edge of the channel layer 210 is less than the energy of the conduction band edge of the barrier layer 220 at the interface between the channel layer and the barrier layer. In a particular embodiment of the present invention, x = 0, indicating that the channel layer 210 is GaN. The channel layer 210 may be other group III nitrides such as InGaN, AlInGaN, etc. The channel layer 210 may be undoped or unintentionally doped, and may be grown to a thickness greater than about 20 Å. The channel layer 210 may also be a multi-layer structure such as a superlattice or a combination of GaN, AlGaN, etc.

チャネル層210は、バリア層220のバンドギャップより小さいバンドギャップを有することができ、チャネル層210はまた、バリア層220より大きい電子親和力を有することができる。本発明の概念の特定の実施例では、バリア層220は、約0.1nmから約10nmの間の厚さを有するAlN、AlInN、AlGaN、又はAlInGaNである。本発明の概念の特定の実施例では、バリア層22は、チャネル層210とバリア層220との間の界面にかなりのキャリア濃度を誘導するのに十分厚く、十分高いAl組成を有するようドーピングを行う。 The channel layer 210 can have a bandgap smaller than that of the barrier layer 220, and the channel layer 210 can also have a larger electron affinity than the barrier layer 220. In a particular embodiment of the inventive concept, the barrier layer 220 is AlN, AlInN, AlGaN, or AlInGaN having a thickness between about 0.1 nm and about 10 nm. In a particular embodiment of the inventive concept, the barrier layer 22 is doped to be thick enough and have a high enough Al composition to induce a significant carrier concentration at the interface between the channel layer 210 and the barrier layer 220.

バリア層220は、III族窒化物であってもよく、チャネル層210のバンドギャップよりも大きいバンドギャップ、及びチャネル層210よりも小さな電子親和力を有する。従って、本発明の特定の実施例では、バリア層220は、AlGaN、AlInGaN、及び/又はAlN、或いはそれらの層の組合せを含むことができる。バリア層220は、たとえば、約0.1nmから約30nmの厚さであり得る。本発明の特定の実施例では、バリア層220は、ドープされないか、又はn型ドーパントで約1019cm-3未満の濃度にドープされる。本発明のある実施例では、バリア層220はAlGa1-xNであり、ここで0<x<1である。特定の実施例では、アルミニウム濃度は約25%である。しかし、本発明の他の実施例では、バリア層220は、約5%から約100%の間のアルミニウム濃度を有するAlGaNを含む。本発明の特定の実施例では、アルミニウム濃度は約10%より大きい。 The barrier layer 220 may be a Group III nitride and has a bandgap larger than that of the channel layer 210 and an electron affinity smaller than that of the channel layer 210. Thus, in certain embodiments of the present invention, the barrier layer 220 may comprise AlGaN, AlInGaN, and/or AlN, or a combination of layers thereof. The barrier layer 220 may be, for example, from about 0.1 nm to about 30 nm thick. In certain embodiments of the present invention, the barrier layer 220 is undoped or doped with an n-type dopant to a concentration less than about 10 19 cm −3 . In some embodiments of the present invention, the barrier layer 220 is Al x Ga 1-x N, where 0<x<1. In certain embodiments, the aluminum concentration is about 25%. However, in other embodiments of the present invention, the barrier layer 220 comprises AlGaN having an aluminum concentration between about 5% and about 100%. In certain embodiments of the present invention, the aluminum concentration is greater than about 10%.

本発明の実施例によるバイパス・ゲート式トランジスタの例示的な実施例を、GaN高電子移動度トランジスタ(HEMT)構造を参照しながら示しているが、本発明の概念はかかるデバイスに限定されない。従って、本発明の実施例は、複数の単位セルを備え、電極を制御する他のトランジスタ・デバイスを含むことができる。本発明の実施例は、電極をより広く制御することが望まれ、デバイスの複数の単位セルが存在する、どんな半導体デバイスでの使用にも好適であり得る。従って、たとえば、本発明の実施例は、SiC、GaN、GaAs、シリコンなどを使用して製造されたMESFET、MMIC、SIT、LDMOS、BJT、pHEMTなど、様々な種類のデバイスでの使用に好適であり得る。 Although exemplary embodiments of bypass-gated transistors according to embodiments of the present invention are shown with reference to GaN high electron mobility transistor (HEMT) structures, the inventive concepts are not limited to such devices. Thus, embodiments of the present invention may include other transistor devices with multiple unit cells and control electrodes. Embodiments of the present invention may be suitable for use in any semiconductor device where broader control of the electrodes is desired and where there are multiple unit cells of the device. Thus, for example, embodiments of the present invention may be suitable for use in various types of devices, such as MESFETs, MMICs, SITs, LDMOS, BJTs, pHEMTs, etc., fabricated using SiC, GaN, GaAs, silicon, etc.

本発明の概念のさらなる実施例に従って、大幅に高い出力電力レベルに対応できるモノリシック・マイクロ波集積回路(MMIC:monolithic microwave integrated circuit)デバイスが提供される。こうしたMMICデバイスは、所与の動作周波数に対して高い出力電力密度も示し得る。ある実施例では、このMMICデバイスは、従来のMMICデバイスに匹敵する同じ出力電力レベルに、大幅に小さいパッケージ内で対応することができる。本発明の実施例によるMMICデバイスは、強化された性能を示し、大幅なコスト節約をもたらし、且つ/又は向上した信頼性を有することができる。 In accordance with further embodiments of the inventive concepts, monolithic microwave integrated circuit (MMIC) devices are provided that can support significantly higher output power levels. Such MMIC devices may also exhibit high output power density for a given operating frequency. In certain embodiments, the MMIC devices can support the same output power levels comparable to conventional MMIC devices, but in a significantly smaller package. MMIC devices according to embodiments of the present invention may exhibit enhanced performance, provide significant cost savings, and/or have improved reliability.

MMICデバイスは、レーダ、セルラ通信、衛星通信、電子戦争用途などを含む多種多様な用途で使用されている。MMICデバイスは高周波デバイス(つまり、約300MHzから約300GHzに及ぶマイクロ波周波数範囲で動作するデバイス)であり、MMICデバイスが使用される多くの用途で、高出力電力レベルに対応できなければならない。現在、ほとんどのMMICデバイスは、炭化ケイ素、砒化ガリウム、及び/又は窒化ガリウム・ベースの半導体材料システムなど、バンドギャップの広い半導体材料系で形成されている。こうした半導体材料系で形成されたMMICデバイスは、概して、より高い周波数で動作し、より高い電力密度レベルに対応し得る。 MMIC devices are used in a wide variety of applications including radar, cellular communications, satellite communications, electronic warfare applications, and the like. MMIC devices are high frequency devices (i.e., devices operating in the microwave frequency range extending from about 300 MHz to about 300 GHz) and many applications in which they are used must be capable of handling high output power levels. Currently, most MMIC devices are formed in wide bandgap semiconductor material systems, such as silicon carbide, gallium arsenide, and/or gallium nitride based semiconductor material systems. MMIC devices formed in such semiconductor material systems generally operate at higher frequencies and can handle higher power density levels.

多種多様なMMICデバイスには、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:metal oxide semiconductor field effect transistor)及び高電子移動度トランジスタ(HEMT)などの電界効果トランジスタ(FET:field effect transistor)が含まれる。たとえば、高電力RF増幅器、低ノイズRF増幅器、RFスイッチ、RFリミッタ、RFミキサ、及び他の様々な回路は、1つ又は複数のFETを備え得る。典型的には、上記のMMICデバイスはそれぞれ、複数の個々のFETトランジスタ・セルが並列に接続された単位セル構造を有するであろう。単位セル構造により、MMICデバイスは、より高い出力電力レベルに対応することができる。MMICデバイスが対応できる実際の出力電力レベルは、デバイスの出力段の製造に利用可能な「良好なゲート区域」の長さ、デバイスの動作周波数、及びMMICデバイスが動作する熱的環境を含む、いくつかの要因によって制限され得る。 A wide variety of MMIC devices include field effect transistors (FETs), such as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) and high electron mobility transistors (HEMTs). For example, high power RF amplifiers, low noise RF amplifiers, RF switches, RF limiters, RF mixers, and various other circuits may comprise one or more FETs. Typically, each of the above MMIC devices will have a unit cell structure in which multiple individual FET transistor cells are connected in parallel. The unit cell structure allows the MMIC device to support higher output power levels. The actual output power levels that an MMIC device can support may be limited by several factors, including the length of "good gate area" available for fabrication of the output stage of the device, the operating frequency of the device, and the thermal environment in which the MMIC device operates.

FETベースのMMICデバイスが対応する出力電力レベルは、MMICデバイスの出力段の通電性能に基づく。出力段の通電性能は、平面図で見たときの出力段の物理サイズ(面積)に正比例し得る。FETベースのMMICデバイスの「良好なゲート区域」とは、デバイスのFET出力段が形成される部分を指す。 The output power level supported by a FET-based MMIC device is based on the current carrying capability of the output stage of the MMIC device. The current carrying capability of the output stage may be directly proportional to the physical size (area) of the output stage when viewed in plan view. The "good gate area" of a FET-based MMIC device refers to the portion of the device in which the FET output stage is formed.

MMICデバイスの良好なゲート区域は、ウェハ・レベルの製造工程で使用される装置が、デバイス内の限られた区域にわたって微細パターンを形成することしかできないので、制約される場合がある。通常、良好なゲート区域のサイズに対する主な制約は、各単位セル内でFETトランジスタのゲート・フィンガが延在する方向と直角をなす方向にある。以下の図16~図20Dのx軸方向に対応するこの方向は、いくつの単位セル・トランジスタをFET出力段に備えることができるかを決定する(本明細書では、この方向は良好なゲート区域の「長さ」と呼ばれ、y軸方向は、良好なゲート区域の「幅」と呼ばれる。というのは、図1を参照して上述したように、ゲート・フィンガの幅が、ゲート・フィンガがy軸方向に延在する距離を指すからである。)通常、良好なゲート区域の長さは、MMICデバイスが形成されるウェハの直径よりもはるかに短いため、多数の個々のMMICデバイスがウェハ上に形成され得る。多くの場合、従来の高電力MMICデバイスは、良好なゲート区域の全長を使用してFET出力段を形成し、従って良好なゲート区域を拡大するには、より大きい区域にわたって微細パターンを形成できる処理装置を、かかる装置が入手可能でさえあれば、取得する必要がある。 The good gate area of an MMIC device may be constrained because the equipment used in wafer level fabrication processes can only form fine patterns over a limited area in the device. Typically, the main constraint on the size of the good gate area is in the direction perpendicular to the direction in which the gate fingers of the FET transistors extend in each unit cell. This direction, which corresponds to the x-axis direction in Figures 16-20D below, determines how many unit cell transistors can be included in a FET output stage. (This direction is referred to herein as the "length" of the good gate area, and the y-axis direction is referred to as the "width" of the good gate area, since the width of the gate fingers refers to the distance they extend in the y-axis direction, as discussed above with reference to Figure 1.) Typically, the length of the good gate area is much shorter than the diameter of the wafer on which the MMIC devices are formed, so that a large number of individual MMIC devices can be formed on the wafer. Conventional high power MMIC devices often use the entire length of the good gate area to form the FET output stage, so to expand the good gate area requires obtaining processing equipment capable of forming fine patterns over larger areas, if such equipment is even available.

出力段の物理サイズ、ひいては出力段が対応する出力電力レベルも、出力段のゲート・フィンガの幅を増大させることにより、上昇させることができるが、これは、出力段のy軸方向のサイズを大きくするよう作用する。ただし、各単位セルFETトランジスタの抵抗はFETトランジスタのゲート・フィンガの幅に正比例し、抵抗が増加すると電力損失も増加するので、ゲート・フィンガの幅は制限され得る。従って、出力段のゲート・フィンガの幅は、電力損失の懸念により事実上制限され得る。抵抗はマイクロ波信号の周波数の関数でもあり(周波数の増加は抵抗の増加に相当する)、従ってマイクロ波信号の周波数は(他の望ましい又は必要な性能パラメータと共に)ゲート・フィンガの最大の幅を事実上決め得る。 The physical size of the output stage, and therefore the output power level it can support, can also be increased by increasing the width of the gate fingers of the output stage, which acts to increase the size of the output stage in the y-axis direction. However, the width of the gate fingers may be limited because the resistance of each unit cell FET transistor is directly proportional to the width of the gate fingers of the FET transistor, and increasing resistance also increases power loss. Thus, the width of the gate fingers of the output stage may be effectively limited by power loss concerns. Resistance is also a function of the frequency of the microwave signal (increasing frequency corresponds to increasing resistance), and therefore the frequency of the microwave signal (along with other desired or required performance parameters) may effectively dictate the maximum width of the gate fingers.

MMICデバイスの熱的動作環境も、デバイスが対応できる最大出力電力レベルに影響する。というのは、通常、熱的動作環境が、MMICデバイスの性能を劣化させる可能性がある過度の相互加熱を回避するのに十分な、必要となる最小のゲート・フィンガの間隔を決めるからである。熱的動作環境は、MMICデバイスの種類、デバイスの効率、動作モード(たとえば、MMIC増幅器のパルス動作又は連続波動作)など、1つ又は複数のパラメータによって変わり得る。やはり、こうしたパラメータは通常、MMICデバイスの所期の用途、及び特定の性能パラメータによって決まる。従って、様々なMMICデバイスの対応可能な最大出力レベルは、良好なゲート区域の長さ、デバイスの動作周波数、及びデバイスの熱的動作環境など、様々な制約によって基本的に決まり得る。多くの場合に、より高い出力電力レベルに対応するMMICデバイスを、かかるデバイスを製造できる場合は、要求される。以下で詳細に論じるように、本発明の特定の実施例によるMMICデバイスは、従来の相当するMMICデバイスよりも著しく高い出力電力レベルに対応することができ得る。かかるMMICデバイスの例示的な実施例を、ここで図16~図20Dを参照してより詳細に論じることにする。 The thermal operating environment of the MMIC device also influences the maximum output power level that the device can support, since it typically determines the minimum gate finger spacing required to avoid excessive mutual heating that can degrade the performance of the MMIC device. The thermal operating environment may vary depending on one or more parameters, such as the type of MMIC device, the efficiency of the device, and the mode of operation (e.g., pulsed or continuous wave operation of an MMIC amplifier). Again, these parameters are typically determined by the intended application of the MMIC device and the specific performance parameters. Thus, the maximum output power level that various MMIC devices can support may be fundamentally determined by various constraints, such as the length of the favorable gate area, the operating frequency of the device, and the thermal operating environment of the device. In many cases, MMIC devices that support higher output power levels are required, if such devices can be manufactured. As discussed in detail below, MMIC devices according to certain embodiments of the present invention may be capable of supporting significantly higher output power levels than comparable conventional MMIC devices. Exemplary embodiments of such MMIC devices will now be discussed in more detail with reference to Figures 16-20D.

図16は、その上に形成された複数のMMICデバイスを備える、従来のウェハ600の概略図である。ウェハは、たとえば、複数の窒化ガリウム・ベースの層(たとえば、GaN、AlGaNなど)及びその上に形成された金属化層を備える、炭化ケイ素又はサファイア・ウェハを含み得る。図16に示すように、ウェハ600は通常、格子パターン610に分割され、MMICデバイス630は、格子パターン610の各「セル」620内に形成される(図16では、図面を簡略化するために、3つのMMICデバイス630のみ描いている)。各セル620のサイズは、利用可能な処理装置に基づき得る。たとえば、各セル620の寸法は、例示的な実施例では10mm×10mmの正方形であり得る。別の例示的な実施例では、各セル620の寸法は、6mm×6mmであり得る。セル620は他の寸法を有してもよく、長さと幅とは同じである必要はない。MMICデバイスの特定の部分のみが、セル620内に収容される必要があることも理解されよう。たとえば、MMIC増幅器では、FET増幅段はセル620内に収容されてもよいが、入力及び/又は出力インピーダンス整合回路は、微細なパターン形成なしにこうした回路は形成され得るので、セル620の外部に形成されてもよい。 FIG. 16 is a schematic diagram of a conventional wafer 600 with a number of MMIC devices formed thereon. The wafer may include, for example, a silicon carbide or sapphire wafer with a number of gallium nitride-based layers (e.g., GaN, AlGaN, etc.) and metallization layers formed thereon. As shown in FIG. 16, the wafer 600 is typically divided into a grid pattern 610, and an MMIC device 630 is formed in each "cell" 620 of the grid pattern 610 (only three MMIC devices 630 are depicted in FIG. 16 to simplify the drawing). The size of each cell 620 may be based on available processing equipment. For example, the dimensions of each cell 620 may be a square of 10 mm by 10 mm in an exemplary embodiment. In another exemplary embodiment, the dimensions of each cell 620 may be 6 mm by 6 mm. The cells 620 may have other dimensions, and the length and width need not be the same. It will also be understood that only a certain portion of the MMIC device needs to be accommodated within the cells 620. For example, in an MMIC amplifier, the FET amplification stage may be contained within cell 620, but the input and/or output impedance matching circuitry may be formed external to cell 620, since such circuitry may be formed without fine patterning.

上記のように、各セル620のサイズの制限、特にx軸方向の各セルの長さの制限は、各MMICデバイス630が対応できる最大出力電力を制限するように作用し得る。これは、従来の2段MMIC増幅器700の平面図である図17を参照することで分かる。図17に示すMMIC増幅器700は、図16のウェハ600の1つ又は複数のセル620内のMMICデバイス630であり得る。 As noted above, limitations on the size of each cell 620, particularly the length of each cell in the x-axis direction, can act to limit the maximum output power that each MMIC device 630 can support. This can be seen with reference to FIG. 17, which is a plan view of a conventional two-stage MMIC amplifier 700. The MMIC amplifier 700 shown in FIG. 17 can be an MMIC device 630 in one or more cells 620 of the wafer 600 of FIG. 16.

図17に示すように、MMIC増幅器700は、2段MMIC増幅器700の2つの増幅段を表す、FET駆動段710及びFET出力段720を備える。MMIC増幅器700は、入力インピーダンス整合回路730と、段間インピーダンス整合回路740と、出力インピーダンス整合回路750とをさらに備える。入力パッド760及び出力パッド762も、MMICデバイス700に電源及び接地接続を与える他のパッド764と共に設けることができる。上記で論じたように、MMIC増幅器700の対応可能な最大出力電力は、FET出力段720が対応する最大電流レベルに基づくものとなる。 As shown in FIG. 17, the MMIC amplifier 700 includes a FET driver stage 710 and a FET output stage 720, which represent the two amplification stages of the two-stage MMIC amplifier 700. The MMIC amplifier 700 further includes an input impedance matching circuit 730, an inter-stage impedance matching circuit 740, and an output impedance matching circuit 750. An input pad 760 and an output pad 762 may also be provided, along with other pads 764 that provide power and ground connections to the MMIC device 700. As discussed above, the maximum output power that the MMIC amplifier 700 can support is based on the maximum current level that the FET output stage 720 can support.

マイクロ波信号の形態の入力信号(たとえば、700MHzのRF信号)が、入力パッド760でMMIC増幅器700に入力され得る。入力RF信号は、FET駆動段710の入力でのインピーダンスを、入力パッド760で見られるインピーダンスに整合させる、入力段インピーダンス整合回路730を通過する。FET駆動段710は、それに入力されるRF信号を増幅して、より高電力のRF信号を供給する。FET駆動段710によって出力されるより高電力のRF信号が、FET出力段720への入力信号として、(段間インピーダンス整合回路740による適切なインピーダンス整合の後に)供給され得る。FET出力段720は、それに入力されるRF信号を増幅して、その電力をさらに増大させる。FET出力段720によって出力される高電力RF信号は、出力段インピーダンス整合回路750を通過し、出力パッド762でMMICデバイス700から出力される。FET駆動段710は、たとえば、互いに電気的に並列に接続された複数の単位セルFETトランジスタ712(たとえば、HEMTトランジスタ)として実装され得る。FET出力段720は同様に、たとえば、互いに電気的に並列に接続された複数の単位セルFETトランジスタ712(たとえば、HEMTトランジスタ)として実装され得る。図17に示すように、FET出力段720は、通常、MMIC増幅器700の効率を改善するために、FET駆動段710よりも多くの単位セルFETトランジスタ712を備える。 An input signal in the form of a microwave signal (e.g., a 700 MHz RF signal) may be input to the MMIC amplifier 700 at input pad 760. The input RF signal passes through an input stage impedance matching circuit 730, which matches the impedance at the input of the FET driver stage 710 to the impedance seen at the input pad 760. The FET driver stage 710 amplifies the RF signal input to it to provide a higher power RF signal. The higher power RF signal output by the FET driver stage 710 may be provided (after appropriate impedance matching by the interstage impedance matching circuit 740) as an input signal to the FET output stage 720. The FET output stage 720 amplifies the RF signal input to it to further increase its power. The high power RF signal output by the FET output stage 720 passes through an output stage impedance matching circuit 750 and is output from the MMIC device 700 at output pad 762. The FET driver stage 710 may be implemented, for example, as a plurality of unit cell FET transistors 712 (e.g., HEMT transistors) electrically connected in parallel with each other. The FET output stage 720 may similarly be implemented, for example, as a plurality of unit cell FET transistors 712 (e.g., HEMT transistors) electrically connected in parallel with each other. As shown in FIG. 17, the FET output stage 720 typically includes more unit cell FET transistors 712 than the FET driver stage 710 to improve the efficiency of the MMIC amplifier 700.

入力インピーダンス整合回路730は、MMIC増幅器700に入力されるRF信号の入力パッド760でのインピーダンスを、FET駆動段710の入力で見られるインピーダンスに整合させるよう配置された、たとえば1つ又は複数のコンデンサ、インダクタ、抵抗器、及び/又は他の回路要素を備えることができる。同様に、段間インピーダンス整合回路740は、FET駆動段710から出力された信号のインピーダンスを、FET出力段720の入力で見られるインピーダンスに整合させるように配置された、たとえば1つ又は複数のコンデンサ、インダクタ、抵抗器、及び/又は他の回路要素を備えることができる。出力インピーダンス整合回路750は、FET出力段720から出力される信号のインピーダンスを、MMIC増幅器700の出力パッド762で見られるインピーダンスに整合させるよう配置された、たとえば1つ又は複数のコンデンサ、インダクタ、抵抗器、及び/又は他の回路要素を備えることができる。 The input impedance matching circuit 730 may comprise, for example, one or more capacitors, inductors, resistors, and/or other circuit elements arranged to match the impedance at the input pad 760 of the RF signal input to the MMIC amplifier 700 to the impedance seen at the input of the FET driver stage 710. Similarly, the inter-stage impedance matching circuit 740 may comprise, for example, one or more capacitors, inductors, resistors, and/or other circuit elements arranged to match the impedance of the signal output from the FET driver stage 710 to the impedance seen at the input of the FET output stage 720. The output impedance matching circuit 750 may comprise, for example, one or more capacitors, inductors, resistors, and/or other circuit elements arranged to match the impedance of the signal output from the FET output stage 720 to the impedance seen at the output pad 762 of the MMIC amplifier 700.

上記で論じたように、図17の2段MMIC増幅器700などのMMIC増幅器で対応される最大出力電力レベルは、(1)FET出力段720の単位セルFETトランジスタ712の数と、(2)FET出力段720の各単位セルFETトランジスタ712で対応される電力との関数である。FET出力段720の単位セルFETトランジスタ712の数は、(1)良好なゲート区域の「長さ」(これは、図17のx軸方向の、MMICデバイス700の長さである)と、(2)隣接する単位セルFETトランジスタ712のゲート・フィンガ間の間隔とで決定され得る。上記で論じたように、良好なゲート区域の長さは、処理装置の機能であり得るセル620のサイズによって設定され(図16を参照)、ゲート・フィンガの最小間隔は、増幅器設計基準の関数であり得る、熱的に考慮すべき点に基づいて設定され得る。その結果として、FET出力段720内の単位セルFETトランジスタ712の数を、セル620のサイズ及び増幅器設計基準に基づいて設定される限度を超えて容易に増やすことはできない。 As discussed above, the maximum output power level supported by an MMIC amplifier, such as the two-stage MMIC amplifier 700 of FIG. 17, is a function of (1) the number of unit cell FET transistors 712 in the FET output stage 720 and (2) the power supported by each unit cell FET transistor 712 in the FET output stage 720. The number of unit cell FET transistors 712 in the FET output stage 720 may be determined by (1) the "length" of the good gate area (which is the length of the MMIC device 700 in the x-axis direction of FIG. 17) and (2) the spacing between the gate fingers of adjacent unit cell FET transistors 712. As discussed above, the length of the good gate area is set by the size of the cell 620 (see FIG. 16), which may be a function of the processing equipment, and the minimum spacing of the gate fingers may be set based on thermal considerations, which may be a function of the amplifier design criteria. As a result, the number of unit cell FET transistors 712 in the FET output stage 720 cannot be easily increased beyond the limits set by the size of the cells 620 and the amplifier design criteria.

FET出力段720の各単位セルFETトランジスタ712で対応される電力は、ゲート・フィンガ幅(すなわち、ゲート・フィンガがy軸方向に延在する距離)の関数であり、ゲート・フィンガの幅がより大きいほど、増大した出力電力レベルに対応する。各ゲート・フィンガの長さ(すなわち、ゲート・フィンガがx軸方向に延在する距離)は、通常、各単位セルFETトランジスタ712が高周波でスイッチングできるようにするため、非常に短くする。その結果、ゲート・フィンガの幅が増加するほどに、各ゲート・フィンガの抵抗も増加し、その結果電力損失が増加する。様々なマイクロ波周波数(たとえば3GHz)で、電力損失の懸念により、ゲート・フィンガの幅が、たとえば約500ミクロンに制限され得る。従って、特定のMMIC増幅器の設計では、上記の物理的な制約及び考慮すべき点により、デバイスの対応される最大出力電力に実際的な制限が課され得る。 The power supported by each unit cell FET transistor 712 of the FET output stage 720 is a function of the gate finger width (i.e., the distance the gate finger extends in the y-axis direction), with larger gate finger widths supporting increased output power levels. The length of each gate finger (i.e., the distance the gate finger extends in the x-axis direction) is typically made very short to allow each unit cell FET transistor 712 to switch at high frequencies. As a result, as the gate finger width increases, the resistance of each gate finger also increases, resulting in increased power loss. At various microwave frequencies (e.g., 3 GHz), power loss concerns may limit the gate finger width to, for example, about 500 microns. Thus, in a particular MMIC amplifier design, the above physical constraints and considerations may impose practical limits on the maximum output power supported by the device.

図2~図15を参照して上述したように、本発明の実施例による、ゲート幅が増大した多セルFETトランジスタを提供することができる。上記のように、セグメント化されたゲート・フィンガ及び/又はゲート・ジャンパを使用して、より大きいゲート幅を実現することができる。こうした多セル・トランジスタを、その対応可能な最大出力電力を増大させるために、たとえば上記の2段MMIC増幅器などのMMICデバイスにおける従来の多セル・トランジスタの代わりに使用することができる。 As described above with reference to Figures 2-15, multi-cell FET transistors having increased gate widths can be provided in accordance with embodiments of the present invention. As described above, segmented gate fingers and/or gate jumpers can be used to achieve the larger gate widths. Such multi-cell transistors can be used in place of conventional multi-cell transistors in MMIC devices, such as the two-stage MMIC amplifier described above, to increase their maximum possible output power.

たとえば、図18A及び図18Bは、それぞれ、図17の従来の2段MMIC増幅器700、並びにそれぞれがセグメント化されたゲート・フィンガ及び/又はゲート・ジャンパを具備する単位セルFETトランジスタを使用して実装されたFET駆動段及びFET出力段を備える、MMIC増幅器800の概略平面図である。図18A及び図18Bは、各MMIC増幅器の様々な領域のサイズ、及び各MMIC増幅器の全体サイズを視覚的に比較できるように、同じ相対スケールで描かれている。 For example, Figures 18A and 18B are schematic plan views of the conventional two-stage MMIC amplifier 700 of Figure 17 and an MMIC amplifier 800 with a FET driver stage and a FET output stage, each implemented using unit cell FET transistors with segmented gate fingers and/or gate jumpers. Figures 18A and 18B are drawn to the same relative scale to allow visual comparison of the sizes of the various regions of each MMIC amplifier, and the overall size of each MMIC amplifier.

上記の通り、図18Aで概略的に示すように、従来のMMIC増幅器700は、FET増幅段710及びFET出力段720を備え、その各々は、500ミクロンのゲート・フィンガ幅を有する単位セルFETトランジスタ712を具備する。FET駆動段710及びFET出力段720は、おそらく20%から30%など、比較的小さいデバイスの面積を占有する。図18Bに示すように、本発明の実施例によるMMIC増幅器800は、FET駆動段810と、FET出力段820と、入力インピーダンス整合回路830と、段間インピーダンス整合回路840と、出力インピーダンス整合回路850とを備えることができる。FET駆動段810及びFET出力段820はそれぞれ、本発明の実施例によるセグメント化されたゲート・フィンガ及び/又はゲート・ジャンパを具備する単位セルFETトランジスタ812を備える。図示のMMIC増幅器800では、各単位セルFETトランジスタ812は、3つの250ミクロンのゲート・フィンガ・セグメントを具備するゲート・フィンガを備える。他の実施例では、より大きい幅(たとえば、それぞれが400ミクロン)を有するゲート・フィンガ・セグメントを使用することができる。単位セルFETトランジスタ812は、従来のMMIC増幅器700が備える単位セルFETトランジスタ712よりも50%大きいゲート幅を有するゲート・フィンガを備えるので、MMIC増幅器800の対応可能な最大出力電力は、従来のMMIC増幅器700の対応可能な最大出力電力より約50%大きくなり得る。従って、本発明の実施例によるMMIC増幅器(及び他のMMICデバイス)は、従来の技法を使用して達成し得なかった出力レベルに対応することができる。 As described above, as shown generally in FIG. 18A, a conventional MMIC amplifier 700 includes a FET amplifier stage 710 and a FET output stage 720, each of which includes a unit cell FET transistor 712 having a gate finger width of 500 microns. The FET driver stage 710 and the FET output stage 720 occupy a relatively small device area, such as perhaps 20% to 30%. As shown in FIG. 18B, an MMIC amplifier 800 according to an embodiment of the present invention may include a FET driver stage 810, a FET output stage 820, an input impedance matching circuit 830, an interstage impedance matching circuit 840, and an output impedance matching circuit 850. The FET driver stage 810 and the FET output stage 820 each include a unit cell FET transistor 812 with segmented gate fingers and/or gate jumpers according to an embodiment of the present invention. In the illustrated MMIC amplifier 800, each unit cell FET transistor 812 has a gate finger with three 250 micron gate finger segments. In other embodiments, gate finger segments with larger widths (e.g., 400 microns each) can be used. Because the unit cell FET transistors 812 have gate fingers with 50% larger gate widths than the unit cell FET transistors 712 of the conventional MMIC amplifier 700, the maximum output power that can be supported by the MMIC amplifier 800 can be approximately 50% greater than the maximum output power that can be supported by the conventional MMIC amplifier 700. Thus, MMIC amplifiers (and other MMIC devices) according to embodiments of the present invention can support power levels that could not be achieved using conventional techniques.

さらに、図18A及び図18Bからも分かるように、本発明の実施例によるMMIC増幅器及び他のデバイスは、デバイスのサイズを比例的に増大させることなく、こうした強化された出力電力レベルを実現することができる。具体的には、インピーダンス整合回路のサイズは通常、出力電力レベルの増大と共に増加するが、この増加は、対応する最大出力電力レベルの増加に比例する必要がない。従って、図18A及び図18Bの概略図を見て分かるように、50%高い出力電力レベルに対応する本発明の実施例によるMMIC増幅器800は、たとえば、おそらく20%だけ面積が大きくなり得る。 Furthermore, as can be seen from FIGS. 18A and 18B, MMIC amplifiers and other devices according to embodiments of the present invention can achieve these enhanced output power levels without a proportional increase in device size. In particular, while the size of the impedance matching circuitry typically increases with increasing output power levels, this increase need not be proportional to the corresponding increase in maximum output power level. Thus, as can be seen from the schematic diagrams of FIGS. 18A and 18B, an MMIC amplifier 800 according to embodiments of the present invention that supports a 50% higher output power level may, for example, be only perhaps 20% larger in area.

図19A及び図19Bは、本発明の実施例によるMMICデバイスが、どのようにして、より小さい物理的占有面積を有しながら、従来のMMICデバイスと比較して向上した性能をもたらすことができるかを示す、別の比較を提供する。具体的には、図19Aは、図18Aの従来の2段MMIC増幅器700の概略図である。図19Bは、本発明の実施例による、より小さい面積を占有しながらMMICデバイス700よりも高い出力電力レベルに対応する、2段MMIC増幅器900の概略図である。図19A及び図19Bは、各MMIC増幅器の様々な領域のサイズ、及び各MMIC増幅器の全体サイズを視覚的に比較できるように、同じ相対スケールで描かれている。 19A and 19B provide another comparison showing how MMIC devices according to embodiments of the present invention can provide improved performance compared to conventional MMIC devices while having a smaller physical footprint. Specifically, FIG. 19A is a schematic diagram of the conventional two-stage MMIC amplifier 700 of FIG. 18A. FIG. 19B is a schematic diagram of a two-stage MMIC amplifier 900 according to embodiments of the present invention, which occupies a smaller area while supporting higher output power levels than MMIC device 700. FIGS. 19A and 19B are drawn to the same relative scale to allow visual comparison of the sizes of various regions of each MMIC amplifier, as well as the overall size of each MMIC amplifier.

図19Bに示すように、MMIC増幅器900は、本発明の実施例によるセグメント化されたゲート・フィンガ及び/又はゲート・ジャンパを具備する単位セルFETトランジスタ912をそれぞれが備える、FET駆動段910及びFET出力段920を備える。MMIC増幅器900は、入力インピーダンス整合回路930と、段間インピーダンス整合回路940と、出力インピーダンス整合回路950とをさらに備える。MMIC増幅器900では、各単位セルFETトランジスタ912は、従来のMMIC増幅器700が備える単位セルFETトランジスタ712のゲート・フィンガの幅よりも50%大きい、3つの250ミクロンのゲート・フィンガ・セグメントを具備するゲート・フィンガを備える。しかしMMIC増幅器900は、MMIC増幅器700よりも約25%少なくx方向に延在する。従って、MMIC増幅器900の対応可能な最大出力電力を、従来のMMIC増幅器700の対応可能な最大出力電力よりも約25%大きくすることができ、且つこの出力電力は、MMIC増幅器700よりも約25%小さいMMIC増幅器で実現される。 19B, the MMIC amplifier 900 includes a FET driver stage 910 and a FET output stage 920, each of which includes a unit cell FET transistor 912 with segmented gate fingers and/or gate jumpers according to an embodiment of the present invention. The MMIC amplifier 900 further includes an input impedance matching circuit 930, an interstage impedance matching circuit 940, and an output impedance matching circuit 950. In the MMIC amplifier 900, each unit cell FET transistor 912 includes a gate finger with three 250 micron gate finger segments, which is 50% larger than the width of the gate fingers of the unit cell FET transistor 712 of the conventional MMIC amplifier 700. However, the MMIC amplifier 900 extends in the x-direction about 25% less than the MMIC amplifier 700. Therefore, the maximum output power that the MMIC amplifier 900 can support can be approximately 25% greater than the maximum output power that the conventional MMIC amplifier 700 can support, and this output power is achieved with an MMIC amplifier that is approximately 25% smaller than the MMIC amplifier 700.

図19BのMMIC増幅器900が示す性能の向上は、セグメント化された(又は「バイパスされた」)ゲート・フィンガ及び/又はゲート・ジャンパを備える単位セルFETトランジスタ912を使用して、FET駆動段910及びFET出力段920を形成することによって実現され得る。かかるバイパス・ゲート式FETトランジスタの使用により、たとえば、単位セル当たりの出力電力を50%増大させることができる各単位セル912のサイズが増大する。従って、図19A及び図19Bに示すように、MMIC増幅器900は、MMIC増幅器700よりも小さく、それでもなおより高い出力電流及び出力電力レベルに対応することができる。MMIC増幅器900は、MMIC増幅器900のFET出力段920が備えるFETトランジスタ912のより長いゲート幅のために、FET出力段920の物理的面積が、MMIC増幅器700のFET出力段720の物理的面積よりも大きくなり得るので、MMIC増幅器900のサイズがより小さいにもかかわらず、より高い出力電力レベルに対応することができる。 The improved performance shown by the MMIC amplifier 900 of FIG. 19B can be achieved by forming the FET driver stage 910 and the FET output stage 920 using unit cell FET transistors 912 with segmented (or "bypassed") gate fingers and/or gate jumpers. The use of such bypass-gated FET transistors increases the size of each unit cell 912, which can increase the output power per unit cell by, for example, 50%. Thus, as shown in FIGS. 19A and 19B, the MMIC amplifier 900 can be smaller than the MMIC amplifier 700 and still support higher output current and output power levels. The MMIC amplifier 900 can support higher output power levels despite the smaller size of the MMIC amplifier 900, because the physical area of the FET output stage 920 can be larger than the physical area of the FET output stage 720 of the MMIC amplifier 700 due to the longer gate width of the FET transistors 912 included in the FET output stage 920 of the MMIC amplifier 900.

MMICデバイスの処理の多くはウェハ・レベルで行われ、ウェハ上に含まれるMMICデバイスが多いほど、各MMICデバイスのコストは一層下がるので、MMICデバイスのコストはデバイスのサイズに正比例し得る。その結果として、本発明の実施例によるMMICデバイスは、従来のMMICデバイスと比較して、同等の又はさらに改善された性能を提供しながらも、著しいコスト上の利点を有することができる。デバイスサイズがより小さいこと(所与の対応される出力電力レベルに対して)は、システムの占有面積が比較的小さいデバイス内で多数のMMICデバイスが使用される、フェーズド・アレイ・レーダ・システム及び大規模なMIMOビーム形成アンテナ・アレイなど、様々な用途でのシステム統合の点からも有利であり得る。これは、それぞれ個々の放射要素が非常に小さくなる28GHz及び80GHz帯域など、より多くの応用分野がより高いマイクロ波周波数に移行するにつれて、ますます真実のこととなろう。 The cost of an MMIC device may be directly proportional to the size of the device, since much of the processing of the MMIC device is done at the wafer level, and the more MMIC devices contained on a wafer, the lower the cost of each MMIC device. As a result, MMIC devices according to embodiments of the present invention may have significant cost advantages compared to conventional MMIC devices while providing comparable or even improved performance. Smaller device size (for a given supported output power level) may also be advantageous in terms of system integration in various applications, such as phased array radar systems and large MIMO beamforming antenna arrays, where a large number of MMIC devices are used in a device with a relatively small system footprint. This will become increasingly true as more applications move to higher microwave frequencies, such as the 28 GHz and 80 GHz bands, where each individual radiating element becomes very small.

ゲート・フィンガの幅が増大した本発明の実施例によるFETトランジスタは、2段MMIC増幅器だけでなく、多種多様なMMICデバイスで使用できることが理解されよう。たとえば、図20A~図20Dは、本発明のさらなる実施例による、いくつかの例示的なMMICデバイスを示す。図20Aに示すように、セグメント化されたゲート・フィンガ及び/又はゲート・ジャンパを備える本発明の実施例による、多セルFETトランジスタを使用する単一段MMIC増幅器1000を提供することができる。図20Aに示す例示的な単一段MMIC増幅器1000は、入力インピーダンス整合段1030と、本発明の実施例によるバイパス・ゲート式トランジスタを具備するFET増幅/出力段1020と、出力インピーダンス整合段1050とを備える。 It will be appreciated that FET transistors according to embodiments of the present invention with increased gate finger widths can be used in a wide variety of MMIC devices, not just two-stage MMIC amplifiers. For example, FIGS. 20A-20D show several exemplary MMIC devices according to further embodiments of the present invention. As shown in FIG. 20A, a single-stage MMIC amplifier 1000 can be provided using multi-cell FET transistors according to embodiments of the present invention with segmented gate fingers and/or gate jumpers. The exemplary single-stage MMIC amplifier 1000 shown in FIG. 20A includes an input impedance matching stage 1030, a FET amplification/output stage 1020 with bypass-gated transistors according to embodiments of the present invention, and an output impedance matching stage 1050.

図20Bに示すように、3段以上を備えるMMIC増幅器も提供することができる。具体的には、図20BのMMIC増幅器1100は、合計4つの増幅段、すなわち、第1から第3のFET駆動段1110、1114、1116と、FET出力段1120とを備える。MMIC増幅器1100は、入力インピーダンス整合回路1130と、出力インピーダンス整合回路1150と、第1~第3の段間インピーダンス整合回路1140、1142、1144とをさらに備える。他の実施例(図示せず)では、3段MMIC増幅器又は5段以上の増幅段を備えるMMIC増幅器を提供できることが理解されよう。第1から第3のFET駆動段1110、1114、1116、及びFET出力段1120のうちの1つ又は複数は、本発明の実施例によるバイパス・ゲート式トランジスタを備えることができる。 As shown in FIG. 20B, an MMIC amplifier with three or more stages can also be provided. Specifically, the MMIC amplifier 1100 of FIG. 20B includes a total of four amplifier stages, namely, first to third FET driver stages 1110, 1114, 1116, and a FET output stage 1120. The MMIC amplifier 1100 further includes an input impedance matching circuit 1130, an output impedance matching circuit 1150, and first to third interstage impedance matching circuits 1140, 1142, 1144. It will be appreciated that in other embodiments (not shown), a three-stage MMIC amplifier or an MMIC amplifier with five or more amplifier stages can be provided. One or more of the first to third FET driver stages 1110, 1114, 1116, and the FET output stage 1120 can include bypass-gated transistors according to embodiments of the present invention.

本発明の実施例によるMMICデバイスが備えるFETトランジスタのすべてが、本明細書で開示するバイパス・ゲート式トランジスタの設計を使用する必要はないことも理解されよう。たとえば、図20Cは、本発明の実施例によるバイパス・ゲート式単位セルFETトランジスタ1222を使用して形成されたFET出力段1220、及び従来のFETトランジスタ1212を使用して形成されたFET駆動段1210を備える、本発明の実施例によるMMIC増幅器1200の概略平面図である。従来のFETトランジスタ1212は、良好なゲート長が適切な数の従来の単位セルFETトランジスタ1212を可能にするのに十分であるので、FET駆動段1210内で使用することができる。MMIC増幅器1200は、入力インピーダンス整合回路1230と、段間インピーダンス整合回路1240と、出力インピーダンス整合回路1250とをさらに備える。 It will also be appreciated that not all of the FET transistors included in an MMIC device according to an embodiment of the present invention need to use the bypass-gated transistor design disclosed herein. For example, FIG. 20C is a schematic plan view of an MMIC amplifier 1200 according to an embodiment of the present invention, including a FET output stage 1220 formed using a bypass-gated unit cell FET transistor 1222 according to an embodiment of the present invention, and a FET driver stage 1210 formed using a conventional FET transistor 1212. The conventional FET transistor 1212 can be used in the FET driver stage 1210 because a good gate length is sufficient to allow for an adequate number of conventional unit cell FET transistors 1212. The MMIC amplifier 1200 further includes an input impedance matching circuit 1230, an interstage impedance matching circuit 1240, and an output impedance matching circuit 1250.

さらに他の実施例では、図20Dに示すように、所与の動作周波数に対して向上した電力処理能力を示す、又は従来のRFスイッチと比較して物理的サイズが減少したMMICスイッチ1300を提供することができる。MMICスイッチ1300は、たとえば、RF入力1302と、複数のRF出力1304と、制御入力1306とを備えることができる。MMICスイッチ1300は、複数の個々のRFスイッチ1310を備えることができる。RFスイッチ1310の一部又はすべてを、本発明の実施例によるバイパス・ゲート式トランジスタを使用して実装することができる。MMICスイッチ1300を、たとえば、フェーズド・アレイ・アンテナのRFスイッチング・ネットワーク内で使用することができる。 In yet another embodiment, as shown in FIG. 20D, an MMIC switch 1300 may be provided that exhibits improved power handling capability for a given operating frequency or has a reduced physical size compared to conventional RF switches. The MMIC switch 1300 may, for example, include an RF input 1302, multiple RF outputs 1304, and a control input 1306. The MMIC switch 1300 may include multiple individual RF switches 1310. Some or all of the RF switches 1310 may be implemented using bypass gated transistors according to embodiments of the present invention. The MMIC switch 1300 may be used, for example, in an RF switching network of a phased array antenna.

上記で論じたように、現況技術のMMIC増幅器が対応する最大出力電力は、利用可能な良好なゲート区域の制限、並びにループ安定性及び電力損失への配慮に基づくゲート幅の制限のため制約される。本発明の実施例によるMMIC増幅器は、たとえば、最大6GHzの周波数で動作する増幅器について、3倍の最大電力密度の増加、及び6~15GHzの間の周波数で動作する増幅器について、2倍の最大電力密度の増加を実現することができる。本発明の実施例によるFETベースのMMICデバイスは、本明細書で開示するバイパス・ゲート式トランジスタの設計のいずれかを使用して、こうしたMMICデバイスが備えるFETトランジスタを実装することができる。たとえば、本明細書に開示する本発明の実施例によるFETベースのMMICデバイスはそれぞれ、図2~図7、図8~図9B、図10~図11、図12、図13、図14及び/又は図15を、上記で論じた実施例に対する各修正形態と共に参照して、上記で論じたバイパス・ゲート式トランジスタのいずれかを使用することができる。 As discussed above, the maximum output power supported by state of the art MMIC amplifiers is constrained due to the limited available good gate area and gate width limitations based on loop stability and power loss considerations. MMIC amplifiers according to embodiments of the present invention can achieve, for example, a three-fold increase in maximum power density for amplifiers operating at frequencies up to 6 GHz, and a two-fold increase in maximum power density for amplifiers operating at frequencies between 6 and 15 GHz. FET-based MMIC devices according to embodiments of the present invention can implement the FET transistors they comprise using any of the bypass-gated transistor designs disclosed herein. For example, each of the FET-based MMIC devices according to embodiments of the present invention disclosed herein can use any of the bypass-gated transistors discussed above, with reference to Figures 2-7, 8-9B, 10-11, 12, 13, 14, and/or 15, along with the respective modifications to the embodiments discussed above.

第1、第2などの用語は、本明細書では様々な要素を説明するために使用され得るが、こうした要素は、こうした用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。こうした用語は、ある要素を、別の要素から区別するためにのみ使用される。たとえば、本発明の範囲から逸脱することなく、第1の要素を第2の要素と呼ぶことができ、同様に、第2の要素を第1の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用されるとき、用語「及び/又は」は、関連する列挙された項目のうちの1つ又は複数の、ありとあらゆる組合せを含む。 Although terms such as first, second, etc. may be used herein to describe various elements, it will be understood that such elements should not be limited by such terms. Such terms are used only to distinguish one element from another. For example, a first element can be referred to as a second element, and similarly, a second element can be referred to as a first element, without departing from the scope of the present invention. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.

本明細書で使用される用語法は、特定の実施例を説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される単数形「a」、「an」、及び「the(前記)」は、文脈上明らかにそうでないと示していない限り、複数の形態も同様に含むことを意図する。本明細書で使用されるときの用語「comprises(備える)」、「comprising(備え)」、「includes(含む)」、及び/又は「including(含み)」は、述べられた特徴、完全体、ステップ、動作、要素、及び/又は構成要素の存在を特定するが、他の1つ又は複数の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、及び/又はそれらの群の、存在又は追加を排除しないことがさらに理解されよう。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It will be further understood that the terms "comprises," "comprising," "includes," and/or "including" as used herein specify the presence of stated features, wholes, steps, operations, elements, and/or components, but do not exclude the presence or addition of one or more other features, wholes, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof.

他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語(技術的用語及び科学的用語を含む)は、この発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、本明細書で使用する用語は、この明細書及び関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り、理想化された、又は過度に形式的な意味で解釈されないことが理解されよう。 Unless otherwise defined, all terms used herein (including technical and scientific terms) have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art to which this invention belongs. Furthermore, it will be understood that terms used herein should be interpreted to have a meaning consistent with their meaning in the context of this specification and related art, and should not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined as such in this specification.

層、領域、又は基板などの要素が別の要素の「上に」ある、又は「上へ」延出すると言われる場合、その要素は他の要素の上に直接あり得るか、又は他の要素の上へ直接延出できる、或いは介在要素も存在し得ることが理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素の「直接上に」ある、又は「直接上へ」延出すると言われる場合、介在する要素は存在しない。ある要素が別の要素に「接続」又は「結合」されていると言われる場合、その要素は他の要素に直接接続又は結合され得るか、又は介在要素が存在し得ることも理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続」されている、又は「直接結合」されていると言われる場合、介在する要素は存在しない。 When an element, such as a layer, region, or substrate, is said to be "on" or extend "upon" another element, it will be understood that the element can be directly on or extend directly onto the other element, or intervening elements may also be present. In contrast, when an element is said to be "directly on" or extend "directly onto" another element, there are no intervening elements. When an element is said to be "connected" or "coupled" to another element, it will also be understood that the element can be directly connected or coupled to the other element, or intervening elements may be present. In contrast, when an element is said to be "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements.

「below(「下」等)」、「above(「上」等)」、「upper(「高」等)」、「lower(「低」等)」、「horizontal(「水平」、「横」等)」、「lateral(「横」等)」、又は「vertical(「垂直」、「縦」等)」などの相対的な用語は、図に示す、ある要素、層、又は領域と別の要素、層、又は領域との関係を表すために、本明細書で使用され得る。これらの用語は、図に描かれている向きに加えて、デバイスの様々な向きを包含することを意図していることが理解されよう。 Relative terms such as "below," "above," "upper," "lower," "horizontal," "lateral," or "vertical" may be used herein to describe the relationship of one element, layer, or region to another element, layer, or region shown in the figures. It will be understood that these terms are intended to encompass various orientations of the device in addition to the orientation depicted in the figures.

本明細書では、本発明の理想化された実施例(及び中間構造体)の概略図である断面図を参照しながら、本発明の実施例を説明する。図面内の層及び領域の厚さは、明確にするために誇張されている場合がある。さらに、たとえば製造技法及び/又は許容誤差の結果、図の形状からの変形が予想されるべきである。従って、本発明の実施例は、本明細書に示す領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、たとえば、製造に起因する形状の差を含むべきである。 Embodiments of the present invention are described herein with reference to cross-sectional illustrations that are schematic illustrations of idealized embodiments (and intermediate structures) of the present invention. The thicknesses of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity. Additionally, variations from the shapes of the illustrations as a result, for example, of manufacturing techniques and/or tolerances, are to be expected. Thus, embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of regions illustrated herein but should include, for example, variations in shapes that result from manufacturing.

図面及び明細書において、本発明の典型的な実施例を開示してきており、特定の用語が使用されているが、それらは一般的且つ説明的な意味でのみ使用され、限定する目的ではなく、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に示す。 In the drawings and specification, exemplary embodiments of the invention have been disclosed and, although specific terms have been employed, they are used in a generic and descriptive sense only and not for purposes of limitation, the scope of the invention being indicated in the following claims.

Claims (10)

第1の方向に延在し、当該第1の方向と直交する第2の方向に互いに間隔を空けて配置された複数のゲート・フィンガと、
ゲートバスと、
前記ゲートバスと前記複数のゲート・フィンガのうちの第1のゲート・フィンガの第1のセグメントとの間に介在される第1の抵抗器と、
前記ゲートバスと前記第1のゲート・フィンガの第2のセグメントとの間に介在される第2の抵抗器と、
を備える、トランジスタ。
a plurality of gate fingers extending in a first direction and spaced apart from one another in a second direction perpendicular to the first direction;
Gate Bus and
a first resistor interposed between the gate bus and a first segment of a first gate finger of the plurality of gate fingers;
a second resistor interposed between the gate bus and a second segment of the first gate finger;
A transistor comprising:
前記ゲート・バスを前記第1のゲート・フィンガの前記第2のセグメントに電気的に接続するゲート・ジャンパをさらに備える、請求項1に記載のトランジスタ。 The transistor of claim 1, further comprising a gate jumper electrically connecting the gate bus to the second segment of the first gate finger. 前記第2の抵抗器は、前記ゲート・バスと前記ゲート・ジャンパの間に介在されることを特徴とする請求項2記載のトランジスタ。 The transistor of claim 2, wherein the second resistor is interposed between the gate bus and the gate jumper. ソース接点をさらに有し、前記ゲート・ジャンパが前記ソース接点上に延在していることを特徴とする請求項2または3に記載のトランジスタ。 4. A transistor as claimed in claim 2 or 3, further comprising a source contact, said gate jumper extending over said source contact. 請求項1~3のいずれかに記載のトランジスタにおいて、前記第1のゲート・フィンガの前記第1のセグメントと前記第2のセグメントは、間隙領域によって前記第1の方向に互いに分離されていることを特徴とするトランジスタ。 4. The transistor of claim 1, wherein the first and second segments of the first gate finger are separated from each other in the first direction by a gap region. 前記ゲートジャンパ前記第1ゲート・フィンガの前記第2セグメントとの間に延在するゲート信号分配バーをさらに備える、請求項2に記載のトランジスタ。 3. The transistor of claim 2 further comprising a gate signal distribution bar extending between said gate jumper and said second segment of said first gate finger. 前記ゲート信号分配バーは、前記第2の方向に延在することを特徴とする請求項6に記載のトランジスタ。 The transistor of claim 6, wherein the gate signal distribution bar extends in the second direction. 前記第2の抵抗器は、前記ゲート信号分配バーに沿って介在されることを特徴とする請求項6に記載のトランジスタ。 The transistor of claim 6, wherein the second resistor is interposed along the gate signal distribution bar. 前記第2の抵抗器は、前記第1のゲート・フィンガの前記第2のセグメントの第1の端部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ。 The transistor of claim 1, wherein the second resistor is disposed adjacent to a first end of the second segment of the first gate finger. 前記第1抵抗器は、前記ゲート・バスと前記複数のゲート・フィンガにおける第2のゲート・フィンガの第1のセグメントとの間にも介在されることを特徴とする請求項2に記載のトランジスタ。 The transistor of claim 2, wherein the first resistor is also interposed between the gate bus and a first segment of a second gate finger in the plurality of gate fingers.
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