具有中心馈电栅极的晶体管的制作方法
1.本公开大体上涉及晶体管，并且更具体地，涉及iii-n晶体管(例如，氮化镓(gan)装置)。
背景技术：
2.大功率应用受益于使用较长单位栅极宽度的晶体管。虽然较长单位栅极宽度提供较高功率密度，但增加晶体管的单位栅极宽度会不合需要地降低由于栅极电阻增加而产生的大信号增益。宽栅极宽度可进一步增加具有多个并联晶体管结构(例如，晶体管指形件)的半导体管芯的纵横比。与具有类似长度和宽度尺寸的低纵横比管芯相比，高纵横比管芯的面积效率通常较低。高纵横比管芯还可能具有较差的热性能和降低的组装良率，尤其是在管芯拾取和封装附接工艺中。
技术实现要素：
3.根据本发明的第一方面，提供一种晶体管，包括：
4.半导体衬底，其具有第一顶表面、与所述第一顶表面相对的底表面、所述第一顶表面的第一侧和第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对；
5.堆叠结构，其覆盖在所述半导体衬底的所述第一顶表面上面，并且包括第二顶表面；
6.第一焊盘，其暴露于所述第二顶表面处；
7.源极接触件，其在所述第一侧与所述第二侧之间延伸，其中所述源极接触件耦合到延伸穿过所述半导体衬底的衬底通孔(tsv)，所述源极接触件位于使用区中并且具有接近所述第一侧的第一端和接近所述第二侧的第二端；
8.漏极接触件，其与所述源极接触件平行地在所述第一侧与所述第二侧之间延伸，其中所述漏极接触件电耦合到所述第一焊盘，所述漏极接触件位于所述使用区中并且具有接近所述第一侧的第三端和接近所述第二侧的第四端；
9.第一栅极结构，其位于所述使用区中并且耦合到所述第一顶表面，在所述源极接触件与所述漏极接触件之间；以及
10.第二焊盘，其暴露于所述第二顶表面处并且电耦合到所述第一栅极结构，所述第二焊盘位于所述源极接触件的所述第一端与所述第二端之间。
11.在一个或多个实施例中，所述第二焊盘不在所述使用区上方。
12.在一个或多个实施例中，接近第五侧的第一部分的所述源极接触件与多个金属互连层中的每一个并联。
13.在一个或多个实施例中，所述漏极接触件另外包括通过金属导体连接到第二漏极接触件的第一漏极接触件，其中所述第一栅极结构延伸所述第一漏极接触件的第一长度并且延伸所述第二漏极接触件的第二长度。
14.在一个或多个实施例中，所述第一长度等于所述第二长度。
15.在一个或多个实施例中，所述第二焊盘被配置成接收线接合。
16.在一个或多个实施例中，所述第二焊盘连接到所述第一栅极结构和第二栅极结构。
17.在一个或多个实施例中，所述晶体管另外包括从所述第二焊盘到第二栅极结构的连接，其中所述漏极接触件插入在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构之间。
18.在一个或多个实施例中，所述源极接触件中在所述源极接触件的所述第一端与所述第二端之间存在间隙，并且所述第二焊盘通过延伸到所述间隙上方的导电延伸部电耦合到所述第一栅极结构。
19.根据本发明的第二方面，提供一种用于制造晶体管的方法，包括：
20.形成包括使用区和非使用区的半导体衬底；
21.形成源极接触件，并且将所述源极接触件耦合到延伸穿过所述半导体衬底的衬底通孔(tsv)，所述源极接触件位于所述使用区中并且包括第一细长形状；
22.在所述使用区中形成第一漏极接触件，其中所述第一漏极接触件电耦合到第一焊盘，所述第一漏极接触件包括平行于所述源极接触件的所述第一细长形状延伸的第二细长形状；
23.形成插入在所述源极接触件与所述第一漏极接触件之间的第一栅极结构；以及
24.形成电耦合到所述第一栅极结构的第二焊盘，所述第二焊盘包括与第二侧正好相对的第一侧，以及插入在所述第一侧与所述第二侧之间的第三侧，所述源极接触件接近所述第三侧、所述第一侧的第一部分和所述第二侧的第二部分。
25.在一个或多个实施例中，所述方法另外包括在所述非使用区上方形成所述第二焊盘。
26.在一个或多个实施例中，所述方法另外包括使接近所述第一侧的所述第一部分的所述源极接触件与多个金属互连层中的每一个并联。
27.在一个或多个实施例中，形成所述漏极接触件另外包括形成通过金属导体连接到第二漏极接触件的第一漏极接触件，其中所述第一栅极结构延伸所述第一漏极接触件的第一长度和所述第二漏极接触件的第二长度。
28.在一个或多个实施例中，所述第一长度等于所述第二长度。
29.在一个或多个实施例中，所述方法另外包括将线接合附接到所述第二焊盘。
30.在一个或多个实施例中，所述方法另外包括将所述第二焊盘连接到所述第二焊盘的第一侧上的所述第一栅极结构，并且连接到所述第二焊盘的第二侧上的第二栅极结构。
31.在一个或多个实施例中，所述方法另外包括将所述第二焊盘连接到第二栅极结构，其中所述第一漏极接触件插入在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构之间。
32.根据本发明的第三方面，提供一种晶体管，包括：
33.半导体衬底，其包括使用区和非使用区；
34.第一接触件，其对应于晶体管源极接触件和晶体管漏极接触件中的一个，所述第一接触件连接到延伸穿过所述半导体衬底的穿硅通孔(tsv)，所述第一接触件位于所述使用区中并且包括第一细长形状；
35.所述使用区中的第二接触件，其对应于所述晶体管源极接触件和所述晶体管漏极接触件中的另一个，所述第二接触件不同于所述第一接触件，所述第二接触件电耦合到第
一焊盘并且包括通过金属导体连接到第二部分的第一部分，所述第二接触件包括平行于所述第一接触件的所述第一细长形状延伸的第二细长形状；
36.栅极结构，其插入在所述第一接触件与所述第二接触件之间，其中所述栅极结构延伸所述第二接触件的所述第一部分的第一长度并且延伸所述第二接触件的所述第二部分的第二长度；以及
37.电耦合到所述栅极结构的第二焊盘，所述第二焊盘包括与第二侧正好相对的第一侧，以及插入在所述第一侧与所述第二侧之间的第三侧，所述第一接触件接近所述第三侧、所述第一侧的第一部分和所述第二侧的第二部分。
38.在一个或多个实施例中，所述第一接触件是所述晶体管源极接触件，并且所述第二接触件是所述晶体管漏极接触件。
39.在一个或多个实施例中，所述第二焊盘在所述非使用区上方。
40.在一个或多个实施例中，接近所述第一侧的所述第一部分的所述第一接触件与多个金属互连层中的每一个并联。
41.本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
42.本发明通过例子示出且不受附图的限制，在附图中，相同标记指示类似元件。为了简单和清晰起见示出图中的元件，并且不一定按比例绘制元件。
43.图1是根据本公开的示例实施例的两个晶体管指形件的功能区的平面视图。
44.图2是沿a-a'截取的图1的横截面图，示出了晶体管的内部。
45.图3是沿b-b'截取的图1的横截面图，示出了晶体管的栅极连接。
46.图4是根据本公开的示例实施例的六个晶体管指形件的功能区的平面视图。
47.图5是根据本公开的示例实施例的对应于图4的一对晶体管指形件的第一金属层和栅极金属层的平面视图。
48.图6是根据本公开的示例实施例的对应于图4的一对晶体管指形件的第二金属层的平面视图。
49.图7是根据本公开的示例实施例的对应于图4的一对晶体管指形件的金属层的平面视图。
50.图8是图4的功能区的另一示例实施例。
51.图9是对应于图8的一对晶体管指形件的第一金属层和栅极的示例实施例的平面视图。
52.图10是对应于图8的一对晶体管指形件的第一金属层和栅极的另一示例实施例。
53.图11是根据本公开的示例实施例的用于制造晶体管的中心馈电栅极的方法的流程图表示。
具体实施方式
54.本文所描述的实施例提供了对射频(rf)晶体管的大信号增益的改进，包括但不限于高功率密度晶体管，例如iii-n高电子迁移率晶体管(hemt)。具体地，通过使用新型栅极
附接焊盘(或栅极焊盘)降低晶体管的寄生栅极电阻来实现对增益的改进。在一个实施例中，栅极焊盘是线接合焊盘。在另一实施例中，栅极附接焊盘适合附接用于倒装芯片附接的焊料凸块或导电柱。栅极焊盘被设计成耦合到晶体管栅极宽度的“中心馈电点”(例如，晶体管栅极第一端与第二端之间的位置，例如在晶体管栅极宽度的中心处或附近)，同时保持空间高效的布局。在中心点处或附近驱动栅极基本上产生两个并联栅极，每个并联栅极的宽度约为缺少中心馈电布置的常规栅极的一些实施例的一半。在一些实施例中，中心馈电点位于常规栅极宽度的中间。在其它实施例中，中心馈电点基本上位于常规栅极宽度的中点，但可以沿栅极宽度从50％(例如，40％或60％)变化，同时仍实现增益的改进。在又其它实施例中，中心馈电点可位于整个栅极宽度的远侧端之间的任何位置。
55.在中心馈电点处耦合栅极焊盘需要在本公开中进一步描述的新颖布局布置。具体地，源极金属化物(例如，到晶体管的源极接触件的上覆金属连接件)可包括空隙或凹口，以便在与源极金属化物层中的一个相同的表面平面上为栅极焊盘留出空间(例如，栅极焊盘可由相同的金属层形成)。此外，可以形成源极金属化物的狭窄区，从而减轻其对电迁移的潜在影响。在一个实施例中，栅极焊盘被专门布置在晶体管的“非使用区”上方，以减少原本与导电衬底相关联的涡流损耗。在另一实施例中，漏极接触件被划分为两个漏极接触件，其中在接近栅极焊盘与栅极之间的连接处具有空隙以减少漏极到栅极的寄生电容。通过提高分割衬底(例如，小块)的布局纵横比，中心馈电栅极结构实现了另外的益处。通过缩短栅极接触件的每个部分的物理长度，所产生的小块能够以较为方形的纵横比形成，从而潜在地改进热性能和封装组装工艺。
56.在各种实施例中，本文所描述的晶体管是形成在多层衬底上的iii-n(例如，iii-v)晶体管，所述多层衬底包括gan缓冲区上方的氮化铝镓(algan)阻挡层和碳化硅(sic)衬底上方的沟道。衬底可在晶体管的一部分中包括二维电子气(2deg)，并且响应于栅极电压，衬底中的沟道在源极接触件与漏极接触件之间变为可变导电且双向的。如本文所使用，晶体管的“使用”区域包括源极接触件、栅极接触件和漏极接触件以及衬底的底层区域。“使用”区域外的衬底区域(例如，不存在可变导电沟道的区域)被称为“非使用”区域。这些区域可包括高电阻率区域，其可通过例如注入氧物种之类的各种方式呈现高电阻。
57.图1示出形成包括第一侧26和第二侧28的晶体管10的一部分的一对并联晶体管指形件的功能区域的示例实施例的俯视图。贯穿本公开使用的术语“指形件”被定义为相邻源极结构、栅极结构和漏极结构的组合，其可以用作单个晶体管或与其它指形件并联组合以形成晶体管。导电漏极焊盘12电耦合到细长漏极接触件14(例如，漏极接触件64，图2)。漏极接触件14是“细长的”，因为其具有第一细长形状。在一个示例实施例中，漏极接触件14位于iii-n半导体衬底的使用区域(例如，使用区域65，图2)内。多个细长源极接触件16a、16b、16c和16d(通常为16)(例如，源极接触件62，图2)也位于使用区域内。源极接触件16是“细长的”，因为它们具有第二细长形状。在所示实施例中，源极接触件16a和16b共线并安置在漏极接触件14的第一侧上。因此，源极接触件16a、16b可被视为单个第一源极接触件，其具有接近第一侧26的第一端，接近第二侧28的第二端，以及在第一源极接触件的第一端与第二端之间的中心间隙。中心间隙接近下文所描述的栅极焊盘22a(或者更具体地，第一源极接触件中的中心间隙位于耦合在栅极焊盘22a与栅极24a之间的导电延伸部90(图3)的下面)。类似地，源极接触件16c和16d共线并安置在漏极接触件14的第二侧上。因此，源极接触件
16c、16d也可被视为单个第二源极接触件，其具有接近第一侧26的第一端，接近第二侧28的第二端，以及在第二源极接触件的第一端与第二端之间的中心间隙。第二源极接触件中的中心间隙接近下文所描述的栅极焊盘22b。在替代实施例中，可以排除源极接触件间隙，并且每个源极接触件可以延伸漏极接触件的整个长度。源极接触件16中的每一个通过上覆源极金属化物17a、17b、17c、17d(通常为17)的一部分(例如，金属层74的一部分，图2)耦合到相应衬底通孔(tsv)，每个衬底通孔都延伸穿过半导体衬底到达衬底的背侧。每个tsv可包括围绕相应导体20a、20b、20c和20d(通常为20)的相应绝缘体18a、18b、18c和18d(通常为18)。源极金属化物17和每个tsv将相应源极接触件16电连接到衬底背侧上的导体或电附接点(例如，导电层)。漏极接触件14和源极接触件16彼此平行延伸。
58.栅极焊盘22a(例如，图3的焊盘22a)电耦合到插入在细长漏极接触件14与细长源极接触件16a和16b之间的细长栅极结构24a(例如，栅极结构66，图2)。类似地，栅极焊盘22b电耦合到插入在漏极接触件14与细长源极接触件16c和16d之间的细长栅极结构24b。漏极接触件14和源极接触件16是彼此平行延伸并安置在晶体管10的第一侧26与第二侧28之间的细长结构。栅极焊盘22a和22b(通常为22)中的每一个及其与其相应栅极结构24a和24b(通常为24)的连接形成在非使用区域上方，而栅极结构24形成在使用区域中。有益的是，将栅极焊盘22定位在非使用区域上方，通过减少衬底中的原本可能磁耦合到栅极结构22中的底层涡流来减少施加到栅极结构24的栅极信号中的损失。类似地，如果栅极结构22没有被非使用区域屏蔽，则施加到栅极结构22的栅极信号可以磁耦合到底层2deg区域。在一个实施例中，漏极接触件14和源极接触件16形成在半导体衬底顶表面的第一侧26与第二侧28(或输出侧与输入侧)之间并在其之间延伸。在一个实施例中，使用布线接合技术将来自封装或另一衬底的其它部件的电附件制成漏极焊盘12和栅极焊盘22。在其它实施例中，将焊料凸块或导电柱施加到漏极焊盘12和栅极焊盘22以附接到封装或另一衬底(例如，使用倒装芯片配置)。
59.在示例实施例10中，栅极焊盘22b具有矩形形状，其包括：与第四侧34相对的第三侧32，第三侧32和第四侧34均垂直于第一侧26和第二侧28；以及与插入在第三侧32与第四侧34之间的第六侧31相对的第五侧30，第五侧30和第六侧31均平行于第一侧26和第二侧28。源极金属化物17c接近第五侧30和第三侧32的第一部分36。源极金属化物17d接近第六侧31和第三侧32的第二部分38。
60.图2继续参考图1，示出了沿a-a'截取的示例实施例10的横截面视图，所述横截面视图示出了晶体管的内部。当晶体管是gan晶体管时，晶体管的形成可以从碳化硅(sic)衬底40开始。在sic衬底40上方形成gan缓冲层42。在一个实施例中，在sic衬底40与gan缓冲/沟道层42之间形成种晶层或成核层(未示出)，以将sic层40的晶格转换为gan层42。在另一示例实施例中，衬底为硅(si)，种晶层为氮化铝(aln)，但在本公开范围内还设想了其它iii-n组合。在gan缓冲层42上方形成algan阻挡层44，从而产生压电极化，在高导电性的algan层44的正下方产生丰富的电子。这种丰富的电子形成了2deg层。在algan层44上方形成顶盖层46以形成保护层，以保护底层外延层免受后续晶片加工的影响。(在一个例子中通过氧注入)形成隔离区48，以在不需要底层晶体管操作的情况下处于非使用状态并由此形成非使用区。
61.在包括顶盖层46、algan层44、gan缓冲/沟道层42和sic衬底40的底层半导体衬底
层的第一顶表面52上方形成堆叠结构50。sic衬底具有底表面54，所述底表面54与第一顶表面52相对。通常在封装组装工艺中暴露焊盘区域以进行连接的情况下，堆叠结构50在第一顶表面52与第二顶表面56之间延伸，其中第二顶表面56限定在上一个后段生产线(beol)步骤中形成的表面。
62.在一个示例实施例中，堆叠结构50包括顶盖层46上方的低压化学气相沉积(lpcvd)沉积层58。区60由在隔离区48的注入期间改变的lpcvd沉积层产生。导电欧姆接触件62和64(例如，源极接触件和漏极接触件，例如图1的接触件12和16)通过层58中的开口形成在顶盖层46上，以提供分别到底层衬底的源极区和漏极区的低阻抗连接。导电栅极接触件66通过层58中的开口沉积在顶盖层46上，以在源极区与漏极区之间形成低阻抗栅极连接。施加到栅极结构66的可变栅极电压控制2deg层中电子的形成和分布。
63.通过层58中的开口在顶盖层46上形成第一金属层70(m0)，并且金属层70的部分连接到tsv(参见图1的tsv导体20)。在第一金属层70上方形成第二金属层72(m1)。在一些实施例中，第一金属层70和第二金属层72还分别被称为场板(fp)和捕获焊盘(cp)。在第二金属层72上方形成顶部金属层74(在本文中也被称为“源极金属化物”)。再次参考图1，顶部金属层74的部分形成源极金属化物17，并且在一些实施例中，顶部金属层74的其它部分形成栅极焊盘22。在三金属层工艺中，顶部金属层74被视为第三金属层(m2)，但具有附加金属层的结构(例如，m1与顶部金属层之间的金属层)也可以实现本公开的益处。与底层第一金属层70和第二金属层72相比，顶部金属层74相对较厚。第一金属层76沉积在欧姆接触件62上方，并通过第二金属层72进一步连接到顶部金属层74，从而将源极接触件62连接到一个或多个tsv(例如，图1的tsv导体20)。类似地，第一金属层80连接到欧姆漏极接触件64，第二金属层82连接到第一金属层80，并且顶部金属层84连接到第二金属层82，从而形成漏极连接。形成层间电介质(ild)层86和88以进一步分离多个金属层。根据一个实施例，衬底的源极、漏极和栅极接触件62、64、66和底层区域包括晶体管的“使用区域”65，而“使用区域”之外的衬底部分被视为晶体管的“非使用区域”，如本文所使用的这些术语。
64.图3继续参考图1和图2，示出了沿b-b'截取的示例实施例10的横截面视图，所述横截面视图示出了晶体管的栅极连接。栅极连接包括栅极焊盘22a、导电桥接部分90、第一导电通孔92(例如，形成为顶部金属层74的一部分)、第二金属层94的一部分、第一金属层96的一部分和栅极接触件66。根据实施例，栅极焊盘22a和桥接部分90由与源极金属化物17(例如，金属化物层74)相同的金属层形成，但栅极焊盘22a和桥接部分90与源极金属化物17电隔离，其中金属化物层74中存在间隙，如图1最佳所示。如先前所论述的，栅极焊盘22a期望地覆盖在晶体管的非使用区域上面。同样如图1最佳所示的，桥接部分90可以是相对狭窄的导电桥，所述导电桥延伸到源极接触件上方(例如，在源极接触件16a、16b、62之间的中心断点上方，图1、2)以与第一通孔92接触。第一通孔92延伸穿过ild层88以与第二金属层94的部分接触，所述部分又与第一金属层96的部分接触。第一金属层96的部分延伸穿过ild层86以与栅极接触件66电接触。
65.图4示出了四对晶体管指形件的功能区的示例实施例100的平面图。在示例实施例100中，第一晶体管指形件102、第二晶体管指形件104、第三晶体管指形件106和第四晶体管指形件108各自包括上半部分110和下半部分112。漏极焊盘120电耦合到第一漏极接触件122a、第二漏极接触件122b和第三漏极接触件122c(通常为122)。每个漏极接触件位于晶体
管的使用区内。类似于图1，示例实施例10包括多个细长源极接触件123a至1231(通常为123)，每个细长源极接触件位于使用区内。源极区124中的每一个通过上覆源极金属化物124a、124b、124c、124d、124e、124f、124g和124h(通常为124)的部分(例如，金属层74的部分，图2)耦合到相应tsv，每个tsv延伸穿过半导体衬底到达衬底背侧。每个tsv可包括围绕相应导体128a、128b、128c、128d、128e、128f、128g和128h(通常为128)的相应绝缘体126a、126b、126c、126d、126e、126f、126g和126h(通常为126)。每个tsv将相应源极接触件123连接到衬底背侧上的导体或电附接点(例如，导电层)。
66.栅极焊盘130a电耦合到插入在漏极接触件122a与相应一对源极接触件123a和123b之间的栅极132a。与图1的示例实施例10相比，图4的实施例100还包括与用于第二晶体管指形件104和第三晶体管指形件106的两个栅极共享(例如，电耦合到)的栅极焊盘，其中布局密度也随之提高。具体地，栅极焊盘130b电耦合到插入在漏极接触件122a与源极接触件123c和123d之间的栅极132b。栅极焊盘130b还电耦合到插入在漏极接触件122b与源极接触件123e和123f之间的栅极132c。类似地，栅极焊盘130c电耦合到插入在漏极接触件122b与源极接触件123g和123h之间的栅极132d。栅极焊盘130c还电耦合到插入在漏极接触件122c与源极接触件123i和123j之间的栅极132e。类似于第一晶体管指形件102，第四晶体管指形件108包括与插入在漏极接触件122c与源极接触件123k和123l之间的栅极132f电耦合的栅极焊盘130d。类似于图1的实施例10，源极接触件123、漏极接触件122a、122b和122c(通常为122)以及栅极132a、132b、132c、132d、132e和132f(通常为132)中的每一个都形成在使用区域上方，而栅极焊盘130a、130b、130c和130d(通常为130)、源极金属化物124的部分以及它们之间的相应连接都形成在非使用区域上方。
67.在示例实施例100中，为了说明功能区和这些区之间的耦合，示出了四个晶体管指形件102、104、106和108。
68.应当理解，替代实施例可以具有不同数量的晶体管指形件，同时仍然实现本公开的益处。在示例实施例中，漏极焊盘120和每个栅极焊盘130可以通过相应线接合电连接到其它部件或电连接在封装内或电连接到另一衬底。在其它示例实施例中，漏极焊盘120和每个栅极焊盘130通过倒装芯片组件中的焊料凸块或导电柱连接到封装或另一衬底。图4的实施例100示出了漏极接触件122和源极接触件123，其中源极接触件123连接到相应tsv，以进一步连接到衬底的背侧(例如，在图2的底表面54上)。在另一实施例中，漏极接触件和源极接触件被转置，使得焊盘120和接触件122连接到衬底的源极区，并且接触件123连接到衬底的漏极区。相应源极接触件123和相应栅极焊盘130竖直对齐(例如，源极接触件123a、源极接触件123b和栅极焊盘130a竖直对齐)，以确保良好的布局密度。通过图5、图6和图7中的物理掩模层的图示进一步示出第三晶体管指形件106的虚线区域134。
69.图5参考图2、图3和图4示出了包括第三晶体管指形件106的第一金属层(例如，m0)和栅极接触件132d、132e的示例实施例140的平面图，如图4的虚线区域134所示。在示例实施例140中，第一金属层142和144的部分(例如，金属层80)连接到第一细长欧姆漏极接触件64(参见图2)的两个相应部分，并且更具体地连接到漏极接触件122b的第一部分和第二部分。类似地，第一金属层146和148的其它部分(例如，金属层80)连接到第二细长欧姆漏极接触件64(参见图2)的两个相应部分，并且更具体地连接到漏极接触件122c的第一部分和第二部分。因此，每个漏极接触件122b、122c的功能漏极区域被划分为第一漏极区域和第二漏
极区域，以减少漏极与相关栅极之间的电容耦合，从而改进晶体管的电性能。实施例140另外包括第一金属层150和152的部分，这些部分分别位于第一源极区123g和123i以及第二源极区123h和123j(图5中未示出)上方并电耦合到所述第一源极区123g和123i以及所述第二源极区123h和123j。栅极接触件132d限定在第一金属层142和150之间以及相应第一金属层144和152之间。类似地，栅极金属层132e限定在第一金属层146和150之间以及在第一金属层148和152之间。栅极金属层132d和132e类似于图2所示的栅极金属66。栅极金属层132d和132e分别连接到第一金属层160和162。第一金属层160和162类似于图3的第一金属层96。
70.在示例实施例140中，第一金属层150和152与第一金属层160和162分离(类似于第一和第二金属层164和166与第一和第二金属层146和148的分离)。这种分离通过减少源极到栅极的电容耦合，进一步改进了hemt装置的电气性能。第一金属层142、150和146各自具有第一长度164并限定第三晶体管106的上半部分110。第一金属层144、152和148各自具有第二长度166并限定第三晶体管106的下半部分112。在示例实施例中，当第一长度164等于第二长度166时，栅极金属132d和栅极金属132e的电阻各自被最小化(并因此被优化)。在其它实施例中，第一长度164与第二长度166基本上类似，但不相同。例如，第一长度164是第二长度166的90％，尽管未经优化，但仍将实现本公开的一些益处。
71.图6参考图2、图4和图5示出了包括第三晶体管指形件106的第二金属层(例如，m1)的示例实施例170的平面视图，如图4的区域134中所示。在示例实施例170中，第二金属层172和174电耦合到相应第一金属层142和144(对应于图2的第二金属层82)。类似地，第二金属层176和178电耦合到相应第一金属层146和148。第二金属层180和182电耦合到相应第一金属层150和152(对应于图2的第二金属层72)。第二金属层184和186(例如图3的层94)电耦合到相应第一金属层160和162(例如图3的层96)。非使用区域190和192示出在第一和第二漏极区与第一和第二源极区之间。非使用区域190和192也位于第一金属层160和162以及第二金属层184和186的下方，其中栅极焊盘130连接到相应栅极132(也参见图4)。
72.图7参考图2至图6示出了包括第三晶体管指形件106的顶部金属层的示例实施例200的平面视图，如图4的区域134中所示。在示例实施例200中，顶部金属层202电耦合到第二金属层172和174(对应于图2的顶部金属层84)。类似地，顶部金属层204电耦合到第二金属层176和178。顶部金属层206和208电耦合到相应第二金属层180和182(对应于图2的顶部金属层74)。区210和212对应于底层欧姆接触区(参见图2的62)，形成源极端，其中所述源极端与对应漏极端发生双边传导。双边传导使用2deg作为传导介质。类似地，区214和216对应于底层欧姆接触区(参见图2的62)，形成另一源极端，其中所述另一源极端与对应漏极端发生双边传导。
73.区220和222对应于底层欧姆接触区(参见图2的64)，形成漏极端，其中所述漏极端分别与区210和214中的对应源极端发生双边传导。顶部金属桥224与区220和222电耦合。类似地，区230和232对应于底层欧姆接触区(参见图2的64)，形成漏极端，其中所述漏极端分别与区212和216中的对应源极端发生双边传导。顶部金属桥234与区230和232电耦合。分离限定漏极端的区220和222，分离第一金属区142和144，并且分离第二金属区172和174，同时仅通过顶部金属层桥224连接上半部分110和下半部分112的漏极区有利于减少漏极到栅极的耦合，从而提高hemt装置的性能。类似地，分离区230和232(限定漏极端)，分离第一金属区146和148，并且分离第二金属区176和178，同时仅通过顶部金属层桥234连接上半部分
110和下半部分112的漏极区进一步减少漏极到栅极的耦合。此外，由于短柱(stub)240、242、244和246处的源极区变窄，因此在区220和222之间以及区230和232之间移除的漏极部分对沟道电阻的影响最小。
74.对应于图8的源极金属化物124e的顶部金属层部分206包括导电短柱240和242或延伸部。类似地，对应于图8的源极金属化物124f的顶部金属层部分208包括短柱244和246或延伸部。在实施例200中，短柱240、242、244和246与源极金属化物124e和124f的相应部分中形成的空隙或凹口相邻，以允许存有用于栅极焊盘250的空间，从而改进布局密度。栅极焊盘250包括插入在侧254与侧256之间的侧252，其中侧254与侧256相对。栅极焊盘250另外包括与侧252相对的侧258。栅极焊盘250包括部分260和262，每个部分都接近相应短柱240和242。类似地，栅极焊盘250包括部分264和266，每个部分都接近相应短柱244和246。通过使短柱区域240和242与金属层150、180和206中的每一个并联，可以缓解窄短柱240和242处电流集聚引起的电迁移问题。类似地，通过将短柱区域244和246与金属层152、182和208中的每一个并联，可以缓解窄短柱244和246处由于电流集聚引起的电迁移问题。在一个示例实施例中，顶部金属层206和208的平面视图形状基本上与相应第一金属层150和152或相应第二金属层180和182相同。在另一示例实施例中，第一金属层150和152和/或第二金属层180和182的平面视图形状基本上与相应顶部金属层206和208相同。
75.图8示出了四个晶体管指形件的功能区的示例实施例270的平面视图。与图4相比，图8的示例实施例270包括改进的第三晶体管指形件272和改进的第四晶体管指形件274。晶体管指形件272包括第一漏极接触件276和第二漏极接触件278。与图4的实施例100相比，图8的实施例270的栅极焊盘130c现在电耦合到栅极132e和栅极280，其中漏极接触件276和278插入在栅极132e与栅极280之间。栅极焊盘130c与栅极280之间的电阻可能会出现小幅增加。然而，通过这种布置，第四晶体管指形件274不再需要专用的栅极焊盘。与图4的实施例100中的第四晶体管指形件108相比，图8的第四晶体管指形件274不再需要专用的栅极焊盘。因此，源极金属化物282和284朝向彼此延伸(例如，更靠近在一起)，以潜在地降低第四晶体管指形件274的沟道电阻。在一个实施例中，源极金属化物282和284合并为单个金属化物部分。通过图9中的物理掩模层的图示进一步示出第三晶体管指形件272的虚线区域286。
76.图9参考图2、图3、图5和图8示出了包括第三晶体管指形件272的第一金属层和栅极金属的示例实施例290的平面视图，如图8的虚线区域286所示。在示例实施例290中，第一金属层292和294连接到相应欧姆接触件64(参见图2)，以在功能漏极区122b内限定相应第一漏极区和第二漏极区。类似地，第一金属层296和298连接到相应欧姆接触件64(参见图2)，以在相应功能漏极区276和278内限定相应第一漏极区和第二漏极区。实施例290另外包括在相应第一源极区124e和第二源极区124f上方的第一金属层300和302。栅极金属层304限定在第一金属层292和300之间以及相应第一金属层294和302之间。类似地，栅极金属层306限定在第一金属层296和300之间以及相应第一金属层298和302之间。栅极金属层308进一步限定并电耦合到栅极金属层306。栅极金属层304、306和308类似于图2所示的栅极金属66。栅极金属层304连接到第一金属层310。栅极金属层306和308连接到第一金属层312。第一金属层310和312类似于图3的第一金属层96。
77.图10参考图2、图3、图4和图8示出了包括对第三晶体管指形件272的修改的第一金属层和栅极金属的示例实施例320的平面视图，如图8的虚线区域286所示。在实施例320中，
第一漏极区322和第二漏极区324插入在栅极304与栅极326之间。在示例实施例320中，每个栅极焊盘(例如，图4的栅极焊盘130c)可以替换两个相邻的栅极焊盘(例如，图4的栅极焊盘130b和130d)，从而增加线接合的间距和/或简化组装工艺。
78.图11示出用于制造晶体管的中心馈电栅极的方法330的示例实施例。参考图11和图1至图3，在332处，形成具有使用区和非使用区的衬底。例如，衬底40和后续外延层42、44和46开始作为使用区，其中通过注入使区处于非使用状态，如隔离区48所示。在334处，在使用区中形成源极接触件16并将源极接触件16连接到tsv(每个tsv包括围绕导体20的绝缘体18)。在336处，平行于源极接触件16形成漏极接触件14并将漏极接触件14电耦合到第一漏极焊盘12。在338处，在源极接触件16与漏极接触件14之间形成栅极24。在340处，使第二焊盘22电耦合到栅极24，其中第二焊盘22可在至少两侧被源极金属化物17至少部分地包围。
79.如将了解，所公开的实施例至少包括以下内容。在一个实施例中，一种晶体管包括半导体衬底，所述半导体衬底具有第一顶表面、与第一顶表面相对的底表面、第一顶表面的第一侧和第二侧，其中第一侧与第二侧相对。堆叠结构覆盖在半导体衬底的第一顶表面上面，并且包括第二顶表面。第一焊盘暴露于第二顶表面处。源极接触件在第一侧与第二侧之间延伸，其中源极接触件耦合到延伸穿过半导体衬底的衬底通孔(tsv)，所述源极接触件位于使用区中并且具有接近第一侧的第一端和接近第二侧的第二端。漏极接触件与源极接触件平行地在第一侧与第二侧之间延伸，其中漏极接触件电耦合到第一焊盘，所述漏极接触件处于使用区中并且具有接近第一侧的第三端和接近于第二侧的第四端。第一栅极结构位于使用区中并且耦合到第一顶表面，在源极接触件与漏极接触件之间。第二焊盘暴露于第二顶表面处并且电耦合到第一栅极结构，所述第二焊盘位于源极接触件的第一端与第二端之间。
80.晶体管的替代实施例包括以下特征中的一个或其任何组合。第二焊盘不在使用区上方。接近第五侧的第一部分的源极接触件与多个金属互连层中的每一个并联。漏极接触件另外包括通过金属导体连接到第二漏极接触件的第一漏极接触件，其中第一栅极结构延伸第一漏极接触件的第一长度并且延伸第二漏极接触件的第二长度。第一长度等于第二长度。第二焊盘被配置成接收线接合。第二焊盘的第五侧连接到第一栅极结构，并且第二焊盘的第六侧连接到第二栅极结构。第二焊盘连接到第二栅极结构，其中漏极接触件插入在第一栅极结构与第二栅极结构之间。
81.在另一实施例中，一种用于制造具有中心馈电栅极的晶体管的方法包括形成包括使用区和非使用区的半导体衬底。源极接触件形成为耦合到延伸穿过半导体衬底的衬底通孔(tsv)，所述源极接触件位于使用区中并且包括第一细长形状。在使用区中形成第一漏极接触件，其中漏极接触件电耦合到第一焊盘，所述第一漏极接触件包括平行于源极接触件的第一细长形状延伸的第二细长形状。第一栅极结构形成为插入在源极接触件与第一漏极接触件之间。第二焊盘形成为电耦合到第一栅极结构，所述第二焊盘包括与第二侧正好相对的第一侧，以及插入在第一侧与第二侧之间的第三侧，接近第三侧的源极接触件、第一侧的第一部分和第二侧的第二部分。
82.用于制造具有中心馈电栅极的晶体管的方法的替代实施例包括以下特征中的一个特征或其任何组合。第二焊盘形成在非使用区上方。接近第一侧的第一部分的源极接触件与多个金属互连层中的每一个并联。漏极接触件另外包括形成通过金属导体连接到第二
漏极区的第一漏极接触件，其中第一栅极结构延伸第一漏极接触件的第一长度和第二漏极接触件的第二长度。第一长度等于第二长度。将线接合附接到第二焊盘。第二焊盘连接到第二焊盘的第一侧上的第一栅极结构，并连接到第二焊盘的第二侧上的第二栅极结构。第二焊盘连接到第二栅极结构，其中第一漏极接触件插入在第一栅极结构与第二栅极结构之间。
83.在另一实施例中，晶体管包括具有使用区和非使用区的半导体衬底。第一接触件对应于晶体管源极接触件和晶体管漏极接触件中的一个，所述第一接触件连接到延伸穿过半导体衬底的穿硅通孔(tsv)，所述第一接触件位于使用区中并包括第一细长形状。第二接触件位于使用区中，对应于晶体管源极接触件和晶体管漏极接触件中的另一个，第二接触件不同于第一接触件，所述第二接触件电耦合到第一焊盘并且包括通过金属导体连接到第二部分的第一部分，所述第二接触件包括平行于第一接触件的第一细长形状延伸的第二细长形状。栅极结构插入在第一接触件与第二接触件之间，其中栅极结构延伸第一接触件的第一部分的第一长度并且延伸第二接触件的第二部分的第二长度。第二焊盘电耦合到栅极结构，并且第二焊盘包括与第二侧正好相对的第一侧，以及插入第一侧与第二侧之间的第三侧，接近第三侧的第一接触件，第一侧的第一部分和第二侧的第二部分。
84.晶体管的替代实施例包括以下特征中的一个或其任何组合。第一接触件为晶体管源极接触件，并且第二接触件为晶体管漏极接触件。第二焊盘在非使用区上方。接近第一侧的第一部分的第一接触件与多个金属互连层中的每一个并联。
85.虽然本文中参考具体实施例描述了本发明，但是可以在不脱离如所附权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下进行各种修改和改变。因此，应在说明性而非限制性意义上看待本说明书和图式，并且预期所有此类修改都包括在本发明的范围内。并不意图将本文中关于具体实施例所描述的任何益处、优点或问题的解决方案理解为任何或所有权利要求的关键、必需或必不可少的特征或元件。
86.除非另外说明，否则例如“第一”和“第二”的术语用于任意地区分此类术语所描述的元件。因此，这些术语未必意图指示此些元件的时间上的优先级或其它优先级。
技术特征：
1.一种晶体管，其特征在于，包括：半导体衬底，其具有第一顶表面、与所述第一顶表面相对的底表面、所述第一顶表面的第一侧和第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对；堆叠结构，其覆盖在所述半导体衬底的所述第一顶表面上面，并且包括第二顶表面；第一焊盘，其暴露于所述第二顶表面处；源极接触件，其在所述第一侧与所述第二侧之间延伸，其中所述源极接触件耦合到延伸穿过所述半导体衬底的衬底通孔(tsv)，所述源极接触件位于使用区中并且具有接近所述第一侧的第一端和接近所述第二侧的第二端；漏极接触件，其与所述源极接触件平行地在所述第一侧与所述第二侧之间延伸，其中所述漏极接触件电耦合到所述第一焊盘，所述漏极接触件位于所述使用区中并且具有接近所述第一侧的第三端和接近所述第二侧的第四端；第一栅极结构，其位于所述使用区中并且耦合到所述第一顶表面，在所述源极接触件与所述漏极接触件之间；以及第二焊盘，其暴露于所述第二顶表面处并且电耦合到所述第一栅极结构，所述第二焊盘位于所述源极接触件的所述第一端与所述第二端之间。2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述第二焊盘不在所述使用区上方。3.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，接近第五侧的第一部分的所述源极接触件与多个金属互连层中的每一个并联。4.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述漏极接触件另外包括通过金属导体连接到第二漏极接触件的第一漏极接触件，其中所述第一栅极结构延伸所述第一漏极接触件的第一长度并且延伸所述第二漏极接触件的第二长度。5.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述第二焊盘被配置成接收线接合。6.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述第二焊盘连接到所述第一栅极结构和第二栅极结构。7.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，另外包括从所述第二焊盘到第二栅极结构的连接，其中所述漏极接触件插入在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构之间。8.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述源极接触件中在所述源极接触件的所述第一端与所述第二端之间存在间隙，并且所述第二焊盘通过延伸到所述间隙上方的导电延伸部电耦合到所述第一栅极结构。9.一种用于制造晶体管的方法，其特征在于，包括：形成包括使用区和非使用区的半导体衬底；形成源极接触件，并且将所述源极接触件耦合到延伸穿过所述半导体衬底的衬底通孔(tsv)，所述源极接触件位于所述使用区中并且包括第一细长形状；在所述使用区中形成第一漏极接触件，其中所述第一漏极接触件电耦合到第一焊盘，所述第一漏极接触件包括平行于所述源极接触件的所述第一细长形状延伸的第二细长形状；形成插入在所述源极接触件与所述第一漏极接触件之间的第一栅极结构；以及形成电耦合到所述第一栅极结构的第二焊盘，所述第二焊盘包括与第二侧正好相对的第一侧，以及插入在所述第一侧与所述第二侧之间的第三侧，所述源极接触件接近所述第
三侧、所述第一侧的第一部分和所述第二侧的第二部分。10.一种晶体管，其特征在于，包括：半导体衬底，其包括使用区和非使用区；第一接触件，其对应于晶体管源极接触件和晶体管漏极接触件中的一个，所述第一接触件连接到延伸穿过所述半导体衬底的穿硅通孔(tsv)，所述第一接触件位于所述使用区中并且包括第一细长形状；所述使用区中的第二接触件，其对应于所述晶体管源极接触件和所述晶体管漏极接触件中的另一个，所述第二接触件不同于所述第一接触件，所述第二接触件电耦合到第一焊盘并且包括通过金属导体连接到第二部分的第一部分，所述第二接触件包括平行于所述第一接触件的所述第一细长形状延伸的第二细长形状；栅极结构，其插入在所述第一接触件与所述第二接触件之间，其中所述栅极结构延伸所述第二接触件的所述第一部分的第一长度并且延伸所述第二接触件的所述第二部分的第二长度；以及电耦合到所述栅极结构的第二焊盘，所述第二焊盘包括与第二侧正好相对的第一侧，以及插入在所述第一侧与所述第二侧之间的第三侧，所述第一接触件接近所述第三侧、所述第一侧的第一部分和所述第二侧的第二部分。
技术总结
本公开涉及具有中心馈电栅极的晶体管。一种晶体管包括连接到穿硅通孔(TSV)的源极接触件。漏极接触件连接到第一焊盘。栅极结构插入在所述源极接触件与所述漏极接触件之间。第二焊盘连接到所述栅极结构，所述第二焊盘包括与第二侧正好相对的第一侧，以及插入在所述第一侧与所述第二侧之间的第三侧，所述源极接触件接近所述第三侧、所述第一侧的第一部分和所述第二侧的第二部分。第二侧的第二部分。第二侧的第二部分。
