一种III-N增强型晶体管包括具有导电沟道的III-N结构、源极接触和漏极接触，以及在源极接触和漏极接触之间的栅电极。绝缘体层在III-N结构的上方，在晶体管的栅极区中形成穿过绝缘体层的凹部，栅电极至少部分地在该凹部中。该晶体管进一步包括场板，该场板具有在栅电极和漏极接触之间的部分，该场板电连接到源极接触。该栅电极包括延伸部分，该延伸部分在凹部外侧并向漏极接触延伸。导电沟道和栅电极的延伸部分之间的间隔大于导电沟道和场板在栅电极和漏极接触之间的部分之间的间隔。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体电子器件，具体地，涉及具有连接到场板的电极的器件。
技术介绍
大多数功率半导体器件，诸如高压P-1-N 二极管，以及功率晶体管，诸如功率MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)，通常用硅(Si)半导体材料制造。近来，由于其优异的性能，已经使用了碳化硅(SiC)功率器件。II1-氮化物(II1-N)半导体器件现在正在成为一种有吸引力的候选物，以载送大电流和支持高电压，并提供非常低的导通电阻、高电压器件操作和快速的开关时间。如本文所使用的，术语II1-N或II1-氮化物材料、层、器件等，指的是根据化学计量公式BwAlxInyGazN，其中w+x+y+z约为1，由化合物半导体材料构成的材料或器件。在图1和图2中示出了现有技术的II1-N高电子迀移率晶体管(HEMT)的实例。图1的II1-N HEMT包括衬底10、在衬底顶部上的II1-N沟道层11诸如GaN层，和在沟道层顶部上的II1-N阻挡层12诸如AlxGa1 XN层。在沟道层11和阻挡层12之间的界面附近的沟道层11中引起二维电子气(2DEG)沟道19。源极接触14和漏极接触15分别与2DEG沟道形成欧姆接触。栅极接触16调节栅极区中的2DEG的部分，即，直接在栅极接触16下面的部分。场板通常用在II1-N器件中，以便以降低峰值电场和提高器件击穿电压的方式，形成器件的高电场区域中的电场，从而允许更高的电压操作。在图2中示出了现有技术的有场板的II1-N HEMT的实例。除了包括在图1的器件中的层以外，图2中的器件还包括连接到栅极16的场板18，和在场板18和II1-N阻挡层12之间的绝缘层13，诸如SiN层。场板18可包括或由与栅极16相同的材料形成。绝缘体层13可充当在邻近绝缘体层13的IH-N材料的表面防止或抑制电压波动的表面钝化层。在降低峰值电场和提高II1-N器件的击穿电压的方面，斜场板已被证明是特别有效的。图3中示出了与图2的II1-N器件类似的现有技术的II1-N器件，但有斜场板24。在该器件中，栅极16 ( S卩，在垂直虚线之间的电极29的部分)和斜场板24由单个电极29形成。电极限定层23是一种绝缘层，诸如SiN，其包含至少部分限定电极29的形状的凹部。电极限定层23还可以充当在邻近电极限定层23的II1-N材料的表面防止或抑制电压波动的表面钝化层。通过在II1-N阻挡层12的整个表面上首先沉积电极限定层23，然后在包含栅极16的区域中蚀刻穿过电极限定层23的凹部，该凹部包括倾斜的侧壁25，最后至少在凹部中和倾斜侧壁25的上方沉积电极29，可形成该器件中的栅极16和斜场板24。斜场板，诸如图3中的场板24，与常规场板诸如不包括倾斜部分的图2中的场板18相比，往往会在器件中以更大的体积传播电场。因此，斜场板往往会更有效地降低下层器件中的峰值电场，从而允许更大的操作和击穿电压。图1-3中示出的II1-N HEMT是耗尽型(S卩，D-型)或常导通状态的器件。也就是，当相对于源极向栅极施加OV电压并相对于源极向漏极施加正电压时，它们处于导通(导电)状态。为了使器件转换为截止，使得它们处于非导通状态，相对于源极向栅极必须施加足够的负电压。在许多应用中，需要利用增强型(或E-型)器件，S卩，具有正的阈值电压的器件，这样可简化通过器件的栅极驱动电路所施加的信号的形式，并且可以在器件或电路故障的情况下防止器件的意外导通。迄今为止已经证明，可靠地加工并制造高压II1-N E型器件是非常困难的。单一高压II1-N E型器件可替代的一种现有技术，是在图4的配置中组合高压II1-N D型器件与低压硅基E-型器件以形成混合器件，该混合器件在许多情况下实现与单一高压E型器件相同或相似的输出特性。图4的混合器件包括高压II1-N D-型晶体管5和低压硅基E型晶体管4。节点I充当混合器件的源极，节点2充当混合器件的栅极，节点3充当混合器件的漏极。低压E-型晶体管4的源极和高压D-型晶体管5的栅极都电连接到源极节点I。低压E-型晶体管4的栅电极电连接到栅极节点2。高压D-型晶体管5的漏电极电连接到漏极节点3。高压D-型晶体管5的源电极电连接到低压E型晶体管4的漏电极。当相对于源极节点I以高于E-型晶体管4的阈值电压的电压使栅极节点2偏置时，混合器件处于导通状态，且当相对于源极节点I向漏极节点3施加正电压时，分别在源极和漏极节点I和3之间传导电流。当相对于源极节点I以零伏电压或低于E-型晶体管4的阈值电压的另一电压使栅极节点2偏置时，该混合器件处于截止状态。在截止状态时，当相对于源极节点I向漏极节点3施加正电压时，混合器件基本上不在源极和漏极节点I和3之间传导电流。在这种状态下，混合器件能够支持小于或等于高压D-型晶体管5的击穿电压的任何漏极-源极电压。
技术实现思路
在第一方面，描述了一种II1-N器件。该II1-N器件包括II1-N增强型晶体管，其包括源极接触和第一栅极，第一栅极在栅极绝缘体上，和包括漏极接触的II1-N耗尽型晶体管。该II1-N器件还包括II1-N结构，其包括导电沟道，其中导电沟道的第一部分充当II1-N增强型晶体管的器件沟道，导电沟道的第二部分充当II1-N耗尽型晶体管的器件沟道。该II1-N器件进一步包括在II1-N结构上方的绝缘体层，其中在II1-N增强型晶体管的栅极区中形成穿过绝缘体层的第一凹部，且栅极绝缘体和第一栅极至少部分地在该凹部中。该II1-N器件还包括具有一厚度的电极限定层，该电极限定层在绝缘体层的上方，第二凹部在II1-N耗尽型晶体管的栅极区中形成在电极限定层中，第二凹部包括邻近漏极接触的侧壁。该II1-N器件进一步包括在第二凹部中的电极，该电极包括II1-N耗尽型晶体管的第二栅极和延伸部分，该第二栅极在II1-N耗尽型晶体管的栅极区中，延伸部分至少部分地在侧壁的上方。此外，该电极电连接到源极接触。在第二方面，描述了一种II1-N增强型晶体管。该晶体管包括其中包括导电沟道的II1-N结构、源极接触和漏极接触，源极接触和漏极接触电接触导电沟道，以及位于源极接触和漏极接触之间的栅电极。该晶体管还包括在II1-N结构上方的绝缘体层，其中在II1-N增强型晶体管的栅极区中形成穿过绝缘体层的凹部，且栅电极至少部分地在该凹部中。该晶体管进一步包括具有在栅电极和漏极接触之间的部分的场板，该场板电连接到源极接触。该栅电极包括在凹部外侧并向漏极接触延伸的延伸部分，且导电沟道和栅电极的延伸部分之间的间隔大于导电沟道和场板在栅电极和漏极接触之间的部分之间的间隔。在第三方面，描述了另一种增强型晶体管。该晶体管包括其中包括导电沟道的半导体材料结构，以及源极接触和漏极接触，源极接触和漏极接触电接触导电沟道。该晶体管还包括位于源极接触和漏极接触之间的栅电极，电连接到源极接触的场板，和二极管，该二极管的第一侧电连接到该场板。在第四方面，描述了一种半桥。该半桥包括其中包括导电沟道的II1-N结构，以及第一栅电极和第二栅电极，第一栅电极和第二栅电极在II1-N结构上。该半桥还包括第一源极接触和漏极接触，第一源极接触和漏极接触电接触导电沟道，第一栅电极和第二栅电极都在第一源极接触和漏极接触之间。该半桥进一步包括第二源极接触，该本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种III‑N器件，包括：III‑N增强型晶体管，所述III‑N增强型晶体管包括源极接触和第一栅极，所述第一栅极在栅极绝缘体上，III‑N耗尽型晶体管，所述III‑N耗尽型晶体管包括漏极接触；III‑N结构，所述III‑N结构包括导电沟道，其中，所述导电沟道的第一部分充当所述III‑N增强型晶体管的器件沟道，所述导电沟道的第二部分充当所述III‑N耗尽型晶体管的器件沟道；绝缘体层，所述绝缘体层在所述III‑N结构上，其中，第一凹部在所述III‑N增强型晶体管的栅极区中形成为穿过所述绝缘体层，并且所述栅极绝缘体和所述第一栅极至少部分地在所述凹部中；电极限定层，所述电极限定层具有厚度，所述电极限定层在所述绝缘体层的上方，其中，第二凹部在所述III‑N耗尽型晶体管的栅极区中形成在所述电极限定层中，所述第二凹部包括邻近所述漏极接触的侧壁；和电极，所述电极在所述第二凹部中，所述电极包括所述III‑N耗尽型晶体管的第二栅极和延伸部分，所述第二栅极在所述III‑N耗尽型晶体管的栅极区中，所述延伸部分至少部分地在所述侧壁上；其中所述电极电连接到所述源极接触。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉柯许·K·拉尔，
申请(专利权)人：创世舫电子有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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