KR100874795B1 - 고주파용 전력 트랜지스터 장치 및 이를 위한 커패시터구조물 - Google Patents

고주파용 전력 트랜지스터 장치 및 이를 위한 커패시터구조물 Download PDF

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크리 마이크로웨이브, 엘엘씨
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Abstract

제 1 반도체 칩 내에 제작되는 전력 트랜지스터와 제 2 반도체 칩 내에 제작되는 MOSCAP 형 구조물을 포함하는 RF 전력 장치가 소개된다. 입력 전압 스파이크로부터 전력 트랜지스터를 보호하기 위해 전압 제한 소자가 제공되며, 전압 제한 소자가 MOSCAP과 함께 상기 반도체 칩 내에 제작되는 것이 바람직하다. 대안으로, 전압 제한 소자가 커패시터 반도체 칩 상에 제작되거나 이에 인접하게 위치하는 별도의 소자일 수도 있다. 전압 제한 소자를 전력 트랜지스터 칩으로부터 제거함으로서, 전압 제한 소자의 제작 및 테스트가 개선되고, 전력 장치를 위한 반도체 면적이 증가하여 소자 제작의 유연성을 높인다.

Description

고주파용 전력 트랜지스터 장치 및 이를 위한 커패시터 구조물{VOLTAGE LIMITING PROTECTION FOR HIGH FREQUENCY POWER DEVICE}
본 발명은 고전력 전기 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 전력 소자에서 전압 제한 및 정전적 방전 보호에 관한 것이다.
고주파수에서 동작하는 MESFET나 쌍극성 트랜지스터같은 전력 반도체 소자들은 통상적으로 입력 주파수 및 임피던스 정합을 위해 MOSCAP같은 용량성 소자에 연결된다. 이 MOSCAP 소자들은 반도체 트랜지스터 칩과 함께 반도체 패키지 내에 장착되고, 배선 접합(wire bonding)같은 적절한 수단에 의해 서로 상호연결된다.
상기 전력 소자는 소자에 손상을 입히거나 소자를 파괴시키는 입력 전압 과부하에 대해 보호되어야 한다. 지금까지, 제너 다이오드, 아발란체 다이오드, 또는 트랜지스터같은 전압 제한/정전적 방전 소자(ESD)가 전력 트랜지스터 칩이나 전력 집적 회로 칩에 통합장착되었다. 전력 칩에 소자들을 통합시키는 것이 제작 공정에서 쉽게 달성될 수 있으나, ESD 소자를 위한 전력 칩 이용은 전력 칩 공간의 손실 측면의 댓가를 치러야 한다. 더욱이, 정전적 방전 소자나 트랜지스터를 테스트하는 기능과 함께 정전적 방전 소자의 크기 및 유연성은 절충된다.
본 발명은 공지 기술의 전력 소자 구조에서 이러한 제약들을 극복하는 것을 지향한다.
발명에 따르면, 고주파 애플리케이션용 전력 트랜지스터 장치는 제 1 반도체 칩 내에 전력 트랜지스터를, 그리고 제 2 반도체 칩 내에 커패시터와 전압 제한 소자를, 그리고 제 1, 2 반도체 칩을 수용하고 밀폐시키기 위한 패키지를 포함한다. 제 2 칩의 커패시터 및 전압 제한 소자를 제 1 칩의 전력 트랜지스터에 전기 커넥터가 연결한다.
발명의 선호되는 실시예에서, 전압 제한 소자는 다이오드나 트랜지스터를 포함하고, 커패시터는 병렬로 연결되는 MOSCAP이다. MOSCAP 칩이 전압 제한/ESD 소자를 제작하기 위해 충분한 공간을 가지기 때문에, 전력트랜지스터를 위한 반도체 칩 내 공간 증가가 가용하며, 따라서 전력 장치 제작에 유연성을 높인다.
도 1A와 1B는 공지 기술에 따른 패키지형 전력 트랜지스터의 물리적 구조의 평면도.
도 2A와 2B는 본 발명의 한 실시예에 따른 전력 트랜지스터 소자의 물리적 배열 평면도.
도 3은 발명의 한 실시예에 따른 MOSCAP와 다이오드의 측면단면도.
도 1A와 1B는 공지 기술에 따른 RF 전력 트랜지스터의 물리적 배열에 대한 전기적 평면도이다. 도 1A에 도시되는 바와 같이, 전력 소자에 대한 RF 입력이, 배 선접합될 수 있는 유도 소자(10)에 공급되며, 다시 배선 접합과 션트 커패시터(12)에 공급될 수 있다. 이 소자들(10, 12, 14)은 모두 제 1 칩(21) 내에 위치한다. 입력 신호는 배선 접합(14)을 통해 제 2 칩(22) 내에 위치한 래터럴 DMOS 트랜지스터(18)같은 전력 트랜지스터의 게이트(16)에 공급된다. 전력 출력은 트랜지스터(18)의 드레인(20)에서 나타나며, 제너 다이오드(24)같은 전압 제한 소자가 전력 트랜지스터(18)의 게이트(16)와 소스(26) 사이에 연결되어, 입력에 따른 전압 스파이크에 대해 트랜지스터를 보호하게 한다. 도 1B에 도시되는 바와 같이, 칩(21)과 칩(22)은 칩(21)의 커패시터를 ESD 소자(24)와 전력 트랜지스터(18)에 상호연결시키는 배선접합(14)과 함께 반도체 패키지(30)에 장착된다.
상술한 바와 같이, 전력 트랜지스터(18)를 지닌 칩에서 정전적 방전 소자(24)를 제공함으로서 구조물 제작이 촉진되지만, ESD 소자는 가치있는 반도체 칩 영역을 점유하고, 전력 트랜지스터의 유연성(flexibility) 및 크기를 제한한다. 더욱이, 전압 제한 소자가 제작 중 전력 트랜지스터에 상호연결되기 때문에 전압 제한 소자의 테스트가 더 어렵다.
본 발명에 따르면, 전압 제한 소자를 커패시터 칩 상에 위치시킴으로서, 전압 제한 소자의 유연성과 테스트가 촉진되고, 동시에, 칩 면적, 공정 흐름, 그리고 구조에 대한 제한이 거의 없어진다. 따라서, 비용이 절감되고, 전압 제한 구조물은 트랜지스터와 커패시터 구조물로부터 별도로 테스트될 수 있다.
도 2A와 2B에서, ESD 소자(24)는 MOSCAP(12)를 ESD 소자(24)에 연결시키는 배선 접합(10)과 함께 칩(21)에 위치하며, 배선접합(14)은 칩(22)의 전력 FET에 MOSCAP(12)을 연결시킨다.
도 3은 칩(21)에 제작되는 다이오드(24)같은 전압 제한 소자와 함께 칩(21) 표면 상에 형성되는 MOSCAP(12)을 설명하는 측면단면도이다. 다이오드(24)의 전기적 특성은 배선 접합(14)을 통해 다이오드를 MOSCAP(12)과 연결시키기 전에 쉽게 테스트될 수 있다. 또한, 다이오드(24)가 제너/아발란체 다이오드, 또는 전압 제한 트랜지스터 구조물일 수 있다.
발명에 따른 전력 트랜지스터는 전력 트랜지스터 칩에 부여되는 제한들을 제거하며, 전압 제한 소자의 이용 및 테스트에 있어 유연성(flexibility)을 제공한다. 전력 트랜지스터 다이의 비용이 절감되고 트랜지스터 배치에 대한 유연성이 커진다. 발명이 특정 실시예에 대하여 설명되었으나, 이는 설명을 위한 것으로서 발명을 제한하는 것으로 이해하여서는 안될 것이다. 가령, 선호되는 실시예가 MOSCAP 반도체 다이에 ESD 소자를 포함하지만, 별도의 ESD나 전압 제한 소자가 MOSCAP과 전력 FET 다이와 함께 트랜지스터 패키지에 장착될 수 있다.

Claims (13)

  1. 고주파수 장치용 전력 트랜지스터 장치로서, 이 장치는,
    a) 제 1 반도체 칩의 전력 트랜지스터,
    b) 제 2 반도체 칩의 커패시터,
    c) 상기 제 2 반도체 칩 내에 상기 커패시터와 함께 실장된 전압 제한 소자,
    d) 상기 전력 트랜지스터, 커패시터, 그리고 전압 제한 소자를 수용하여 밀폐시키기 위한 패키지, 그리고
    e) 상기 커패시터와 전압 제한 소자를 전력 트랜지스터에 연결하는 전기 커넥터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 트랜지스터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 제한 소자가 커패시터와 함께 제 2 반도체 칩내에 제작되는 것을 특징으로 하는 전력 트랜지스터 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 제한 소자가 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 트랜지스터 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 제한 소자가 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 트랜지스터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 커넥터가 배선 접합(wire bonding)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 트랜지스터 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 커패시터가 MOSCAP이거나 그 외 다른 커패시터 구조물인 것을 특징으로 하는 전력 트랜지스터 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전압 제한 소자가 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 트랜지스터 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전기 커넥터가 배선 접합(wire bonding)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 트랜지스터 장치.
  9. 제 1 반도체 칩 내에 제작되는 전력 트랜지스터와 함께 이용하기 위한 커패시터 구조물로서, 이 커패시터 구조물은,
    - 제 2 반도체 칩,
    - 상기 제 2 반도체 칩 내에 제작되는 용량성 소자, 그리고
    - 상기 제 2 반도체 칩 내에 제작되어 커패시터 구조물과 병렬로 연결가능한 전압 제한 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전압 제한 소자가 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 전압 제한 소자가 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물.
  12. 제 9 항에 있어서, 커패시터와 전압 제한 소자를 전기적으로 연결하기 위한 배선 접합을 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 커패시터 구조물이 MOSCAP, 또는 그 외 다른 커패시터 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물.
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