集成悬置晶体管结构

本发明涉及射频微波毫米波太赫兹电路领域，特别是涉及一种集成悬置晶体管结构。

背景技术：

1、集成电路(integrated circuit，ic)中的晶体管(transistor)在射频、微波、毫米波、太赫兹电路中具有重要的作用，主要用于放大、开关、混频和调制射频信号等功能。

2、晶体管的性能一方面与自身的材料参数、结构特性、制造工艺等因素有关，另一方面，与晶体管紧挨着的位于晶体管下方的材料对晶体管的性能也有重要的影响。通常，晶体管下方紧贴着半导体材料或者半绝缘材料，这些半导体材料或者半绝缘材料可能是锗、硅、硒、砷化镓、硫化镉、磷化镓、锑化铟等，这些半导体材料通常具有一定的损耗，从而影响或者降低晶体管的性能，并进一步直接或间接影响整体电路的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的晶体管受下方材料影响而导致损耗较大的问题，提供一种高性能的集成悬置晶体管(integrated suspended transistor)结构。

2、为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种集成悬置晶体管结构，包括晶体管以及连接于晶体管下侧的局部支撑结构，所述晶体管通过所述局部支撑结构悬置。

4、进一步地，所述晶体管是单个晶体管、多个晶体管、由单个晶体管通过互连设计的集成电路芯片或者由多个晶体管通过互连设计的集成电路芯片。

5、进一步地，所述集成电路芯片是cmos、bicmos、gaas或gan、sic、ldmos芯片。

6、进一步地，所述晶体管的类型是二极管、肖特基二级管、gens耿氏二极管或检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、锗二极管、硅二极管、变容管、三极管、场效应晶体管、双极型场效应晶体管、绝缘栅晶体管、双极型晶体管、异质结双极型晶体管、碳纳米管晶体管、复合晶体管。

7、进一步地，所述局部支撑结构包括一层或多层基板，所述基板是半导体材料或绝缘材料、金属材料。

8、进一步地，所述半导体材料是硅、锗、砷化镓、磷化铟、锑化铟、玻璃半导体或非晶态半导体、有机半导体、氮化镓、碳化硅、硒化锌、氧化锌、金刚石、氮化铝；所述绝缘材料是陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯或聚酰亚胺、环氧树脂；所述金属材料为铝、铜或金、银。

9、进一步地，晶体管置于或生长于基板的上方或内部，且晶体管位置下方的、与晶体管连接的一层基板局部去除。

10、进一步地，所述局部支撑结构包括从上到下依次连接的氧化物层及一层基板，且晶体管位置下方的氧化物层局部去除或不去除，晶体管位置下方的一层基板局部或全部去除。

11、进一步地，对于局部去除的基板的下侧进行植球，且球体之间具有空隙，通过植球操作后，晶体管下方的悬置空间得到提升。

12、进一步地，所述局部支撑结构包括从上到下依次连接的氧化物层及多层基板，且晶体管位置下方的氧化物层局部去除或不去除，晶体管位置下方、与氧化物层连接的一层基板局部去除或全部去除。

13、进一步地，所述局部支撑结构包括从上到下依次连接的氧化物层及多层基板，对多层基板之间进行植球，且球体之间具有空隙，通过植球操作后，晶体管下方的悬置空间得到提升。

14、进一步地，所述局部支撑结构包括从上到下依次连接的氧化物层及多层基板，对晶体管位置下方的、位于最上层基板和最下层基板之间的基板进行局部或全部去除，形成空气腔体结构。

15、进一步地，对于局部或全部去除的基板的上侧和/或下侧进行植球，且球体之间具有空隙，或者，对于局部或全部去除的基板的上侧和/或下侧设置粘结材料层，且粘结材料层进行局部或全部去除。

16、进一步地，所述晶体管为多个，每个晶体管的位置下方均设置一个空气腔体结构，使得晶体管悬置。

17、进一步地，与所述晶体管下侧相连接的基板或氧化物层上侧设置有一层部分去除的第一封装基板，去除的部分形成空气腔体结构，所述晶体管位于所述空气腔体结构内，在第一封装基板上端设置将空气腔体结构盖合的第二封装基板，构成封装结构的悬置晶体管结构。

18、进一步地，多个封装结构的悬置晶体管结构在水平方向上和/或竖直方向上能够立体堆叠设置。

19、进一步地，所述晶体管包括晶体管本体以及基板，所述晶体管本体从所述基板上端嵌入所述基板内。

20、进一步地，所述晶体管的极通过金属线与外部电路的连接。

21、进一步地，所述金属线为悬置线结构，其位置下方设置有腔体结构，使得金属线悬置。

22、进一步地，所述晶体管的极通过垂直形式的金属化通孔与外部电路连接。

23、进一步地，所述晶体管以及金属线的上方叠放多层基板，多层基板内部设置腔体结构，所述晶体管以及金属线置于或生长于腔体结构内，形成封装结构。

24、进一步地，所述腔体结构通过设置隔离墙分隔为多个腔体，晶体管和金属线分别位于不同的腔体内进行隔离。

25、需要说明的是，本申请中的基板也可称为介质。

26、与现有技术相比，本发明提供的技术方案通过将晶体管下方的半导体材料进行局部或全部去除，形成集成悬置晶体管结构，使晶体管下方区域为空腔结构，从而提升晶体管及相关电路的性能。

技术特征：

1.一种集成悬置晶体管结构，其特征在于，包括晶体管以及连接于晶体管下侧的局部支撑结构，所述晶体管通过所述局部支撑结构悬置。

2.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述晶体管是单个晶体管、多个晶体管、由单个晶体管通过互连设计的集成电路芯片或者由多个晶体管通过互连设计的集成电路芯片。

3.根据权利要求2所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述集成电路芯片是cmos、bicmos、gaas或gan、sic、ldmos芯片。

4.根据权利要求2所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述晶体管的类型是二极管、肖特基二级管、gens耿氏二极管或检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、锗二极管、硅二极管、变容管、三极管、场效应晶体管、双极型场效应晶体管、绝缘栅晶体管、双极型晶体管、异质结双极型晶体管、碳纳米管晶体管、复合晶体管。

5.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述局部支撑结构包括一层或多层基板，所述基板是半导体材料或绝缘材料、金属材料。

6.根据权利要求5所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述半导体材料是硅、锗、砷化镓、磷化铟、锑化铟、玻璃半导体或非晶态半导体、有机半导体、氮化镓、碳化硅、硒化锌、氧化锌、金刚石、氮化铝；所述绝缘材料是陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯或聚酰亚胺、环氧树脂；所述金属材料为铝、铜或金、银。

7.根据权利要求5所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，晶体管置于或生长于基板的上方或内部，且晶体管位置下方的、与晶体管连接的一层基板局部去除。

8.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述局部支撑结构包括从上到下依次连接的氧化物层及一层基板，且晶体管位置下方的氧化物层局部去除或不去除，晶体管位置下方的一层基板局部或全部去除。

9.根据权利要求7或8所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，对于局部去除的基板的下侧进行植球，且球体之间具有空隙，通过植球操作后，晶体管下方的悬置空间得到提升。

10.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述局部支撑结构包括从上到下依次连接的氧化物层及多层基板，且晶体管位置下方的氧化物层局部去除或不去除，晶体管位置下方、与氧化物层连接的一层基板局部去除或全部去除。

11.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述局部支撑结构包括从上到下依次连接的氧化物层及多层基板，对多层基板之间进行植球，且球体之间具有空隙，通过植球操作后，晶体管下方的悬置空间得到提升。

12.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述局部支撑结构包括从上到下依次连接的氧化物层及多层基板，对晶体管位置下方的、位于最上层基板和最下层基板之间的基板进行局部或全部去除，形成空气腔体结构。

13.根据权利要求12所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，对于局部或全部去除的基板的上侧和/或下侧进行植球，且球体之间具有空隙，或者，对于局部或全部去除的基板的上侧和/或下侧设置粘结材料层，且粘结材料层进行局部或全部去除。

14.根据权利要求13所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述晶体管为多个，每个晶体管的位置下方均设置一个空气腔体结构，使得晶体管悬置。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，与所述晶体管下侧相连接的基板或氧化物层上侧设置有一层部分去除的第一封装基板，去除的部分形成空气腔体结构，所述晶体管位于所述空气腔体结构内，在第一封装基板上端设置将空气腔体结构盖合的第二封装基板，构成封装结构的悬置晶体管结构。

16.根据权利要求15所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，多个封装结构的悬置晶体管结构在水平方向上和/或竖直方向上能够立体堆叠设置。

17.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述晶体管包括晶体管本体以及基板，所述晶体管本体从所述基板上端嵌入所述基板内。

18.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述晶体管的极通过金属线与外部电路的连接。

19.根据权利要求18所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述金属线为悬置线结构，其位置下方设置有腔体结构，使得金属线悬置。

20.根据权利要求1所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述晶体管的极通过垂直形式的金属化通孔与外部电路连接。

21.根据权利要求18-20中任一项所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述晶体管以及金属线的上方叠放多层基板，多层基板内部设置腔体结构，所述晶体管以及金属线置于或生长于腔体结构内，形成封装结构。

22.根据权利要求21所述的集成悬置晶体管结构，其特征在于，所述腔体结构通过设置隔离墙分隔为多个腔体，晶体管和金属线分别位于不同的腔体内进行隔离。

技术总结
本发明公开了一种集成悬置晶体管结构，包括晶体管以及连接于晶体管下侧的局部支撑结构，所述晶体管通过所述局部支撑结构悬置。本发明提供的技术方案通过将晶体管下方的半导体材料进行局部或全部去除，形成集成悬置晶体管结构，使晶体管下方区域为空腔结构，从而提升晶体管及相关电路的性能。

技术研发人员：马凯学,王勇强
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15