[其他]有架空旁路层的金属—半导体场效应管及制造方法

说明书

本发明涉及的是一种新型结构的肖特基势垒场效应晶体管（以下简称MESFET，即金属一半导体场效应晶体管），应用于微波领域。本发明还包括一种工艺制造过程。

众所周知，MESFET包括一个基片，一个通常接地的“源”极S，一个通以射频信号RF的“栅”极G，以及一个自其提取放大输出信号的“漏”极D。在微波领域使用的MESFET结构中，栅极的金属化电阻有着特殊重要的作用。尽力减小上述参数在以下两方面都是极为重要的，即在非常高的频率下，如微波频率，该结构要有低噪声和高功率的特性。因为在很高的频率下，栅极G的尺寸都须在1微米以下。另一方面，正是由于对上述尺寸的要求，存在着减小栅极金属化电阻的限制。迄今人们所知的和所用的方法基本上可以分成以下几种：

（a）增大电极中金属化层的厚度;

（b）减小栅极单个臂的长度，这将在下面给予详细说明。栅极的臂通常情况下有两个，其形状像个音叉。

按上述的（a）项，增大金属化层厚度的方法存在着工艺上的限制。容许增加厚度最多不能超过1至2微米，因此，不能完全依靠这种方法。

按上述的（b）项，也存在着限制，这是因为大大减小栅极每个臂的长度会造成集成电路块之间相互连接数目的增多，这样一来也使制造生产率降低，还会造成集成电路块尺寸的增大，对功率场效应晶体管来说，集成电路块尺寸的增大会使其性能有明显的恶化，尤其在高频领域中更甚。

这里结合附图详细分析一下上述情况。如图1所示，表示的是一个标准型的MOSFET，即金属氧化物半导体场效应晶体管通常具有的结构。在这种结构中原来的组成部分有：一个源极S，带有三个源极的扩充部分S₁、S₂、S₃;至少在一对栅极G、G′中的每个栅极各有两个臂G1、G′1（或G2、G′2）;一个漏极D，其形状像一个倒置的U形，也就是由一个基座Q和两个扩充部分U1和U2组成。

把图1中的结构沿着X-X线切成两部分，就得到通常单个的MESFET。图1a、1b、1c分别表示：一个为两个单元使用的源，为两个单元使用的一个单个的栅电极和一个漏电极。GaAs表示用砷化镓制作的基片。

如前所述，每个栅极臂（例如G2、G1）的长度约为150至200微米，而其横向“长度”，即宽度，应当小于1微米，为的是能在X波段的频率下工作，也就是大约在8千兆赫至12千兆赫的频率范围内工作。其主要的缺点是，加到一个栅极细长臂的块形连接Pg上的射频信号RF，会由于这种结构的高电阻而使其参数或性能恶化，而这种恶化随着频率的增加而愈益严重。

此外，为了实现功率场效应晶体管（FET）的功率例如为1瓦，就必须把若干个单元加以并连，其中每个单元的结构都有如图1所示的沿X-X线切开而成的部分。这样就使制造技术更为复杂，并且增加了集成电路块的尺寸，同时使制造生产率降低。另外，连接数目的增多，又增加了射频信号进入有着不同相移的各各单元中去的危险性。这种情况随着使用功率的增大，因而也随着使用单元数目的增大而变得更加严重。

本发明所涉及的领域是一种没有上述种种缺点的MESFET结构。该结构中最为重要的改进是大大减小了栅板尺寸。

本发明的另一种MESFET的结构是在这种结构中，除了有着低的栅极电阻的特点外，还有着较少的栅极臂数目的特点，这就使集成电路块的尺寸能够减小，还能提供优越的工作性能。

这些目的以及其他目的，在本发明中都得到实现，这是因为本发明中的栅极基本上由一个连续的薄片构成。利用这一连续薄片使相当大的一部分源电极电流通过架空的旁路分流。该薄片沿着一条线用低温焊接在基片上。该薄片的面积大到这种程度，能使薄片的电阻小到基本可以忽略不计的程度。

在一个最佳实施方案中，电极S是I形的，这就是说，电极的两端有比较大的横向延长部位的端头，连接这两个端头的是一个中间段，该中间段有着较小的横向宽度，但却有着较大的纵向长度。栅极是一个薄片，其纵向长度比中间段的长度略短，而其横向宽度却远比中间段的宽度大得多。漏极的纵向长度比栅极稍大一些，而其横向宽度却与源极纵向中间段宽度的数量极相同。

最好的作法是使漏极的主要工作面平行和面对栅极焊接线，并且稍稍离开一点栅极的低温焊接线。栅极和漏极的块形连接都围绕着它们本身进行布置的。栅极和漏极有着不多相同的面积，且位于纵向源极中间段的两侧。本发明还包括制造工艺过程，以实现本发明的上述结构，其特点如下：

1.在基片上制作有源区，源极和漏极都设计在上述有源区上。