半导体器件制造技术

本申请涉及半导体器件。在一个实施例中，半导体器件包括被配置为双向开关的基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管。基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管包括第一输入/输出电极、第二输入/输出电极、布置在第一输入/输出电极与第二输入/输出电极之间的栅极结构以及场板结构。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及半导体
，更具体地涉及半导体器件。
技术介绍
迄今为止，用于功率电子应用的晶体管通常利用硅(Si)半导体材料来制造。用于功率应用的普通晶体管器件包括SiSi功率MOSFET和Si绝缘栅型双极晶体管(IGBT)。最近，考虑碳化硅(SiC)功率器件。III-N族半导体器件(诸如氮化镓(GaN)器件)现在越来越作为承载大电流、支持大电压以及提供非常低的导通电阻和快速开关时间的具有吸引力的候选。对于一些应用(诸如功率因子校正(PFC))，可在两个方向上阻挡电压的双向开关器件可以是有用的。
技术实现思路
在一个实施例中，一种半导体器件包括基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管，该晶体管被配置为双向开关。基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管包括第一输入/输出电极、第二输入/输出电极、布置在第一输入/输出电极与第二输入/输出电极之间的栅极结构以及场板结构。在一个实施例中，一种半导体器件包括基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管，该晶体管被配置为双向开关。基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管包括第一输入/输出电极、第二输入/输出电极、布置在第一输入/输出电极与第二输入/输出电极之间的栅极结构、场板结构、第一二极管和第二二极管。第一二极管和第二二极管反串联地耦合在第一输入/输出电极和第二输入/输出电极之间。附图说明附图中的元件相互之间不需要按比例绘制。类似的参考标号表示对应的类似部分。各个所示实施例的特征可以组合，除非它们相互排斥。实施例在附图中示出并且在如下说明书中进行详述。图1示出了包括双向开关和场板结构的半导体器件的示意图。图2示出了包括双向开关和场板结构的半导体器件的示意图。图3示出了包括双向开关和场板结构的半导体器件的示意图。图4示出了包括双向开关和场板结构的半导体器件的示意图。图5示出了包括双向开关和场板结构的半导体器件的示意图。图6示出了包括双向开关和场板结构的半导体器件的示意图。图7示出了包括双向开关、两个反串联耦合的二极管和场板结构的半导体器件的示意图。图8示出了根据图7的半导体器件的电路图。图9示出了包括双向开关、两个反串联耦合的二极管和场板结构的半导体器件的示意图。图10示出了包括双向开关、两个反串联耦合的二极管和场板结构的半导体器件的示意图。图11示出了包括双向开关的增强模式半导体器件的示意图。图12示出了包括双向开关的基于III族氮化物的器件的示意图。具体实施方式在以下详细描述中，参照形成说明书的一部分的附图，其中通过图示的方式来示出可实践本专利技术的具体实施例。关于这点，参照所描述附图的定向来使用方向性术语(诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“前部”、“尾部”等)。由于实施例的部件可以以多种不同的定向来定位，所以为了说明的目的使用方向性术语而不用于限制。应该理解，可以使用其他实施例，并且在不背离本专利技术的范围的情况下可以进行结构或逻辑变化。以下其详细说明不用于限制，并且本专利技术的范围通过所附权利要求来限定。以下将解释多个示例性实施例。在这种情况下，通过附图中相同或相似的参考符号来表示相同的结构特征。在说明书的上下文中，“横向”或“横向方向”应该理解为表示通常与半导体材料或半导体载体的横向延伸平行的方向。因此，横向方向通常与这些表面或侧面平行延伸。与此相反，术语“垂直”或“垂直方向”被理解为表示通常垂直于这些表面或侧面并因而垂直于横向方向而延伸的方向。因此，垂直方向在半导体材料或半导体载体的厚度方向上延伸。如说明书中使用的，术语“耦合”和/或“电耦合”不用于表示元件必须直接耦合到一起，可以在“耦合”或“电耦合”的元件之间设置中间元件。如说明书中采用的，当诸如层、区域或衬底的元件被称为在另一元件“上方”或者延伸到另一元件“上”时，其可以直接位于该另一元件上或直接延伸到该另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接位于另一元件上方”或“直接延伸到另一元件上”时，不存在中间元件。如说明书中所使用的，当元件被称为“连接”或“耦合”至另一元件时，其可以直接连接或耦合至另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，不存在中间元件。耗尽模式器件(诸如高压耗尽模式晶体管)具有负阈值电压，这表示其可以在零栅极电压下传导电流。这些器件是常开型。增强模式器件(诸如低压增强模式晶体管)具有正阈值电压，这表示其不能够在零栅极电压下传导电流，并且为常关型。如本文所使用的，“高压器件”(诸如高压耗尽模式晶体管)是被优化用于高压开关应用的电子器件。即，当晶体管截止时，其能够阻挡诸如大约300V以上、大约600V以上、或大约1200V以上的高压，而当晶体管导通时，其针对所使用的应用具有充分低的导通电阻(RON)，即，当大量的电流经过器件时其经历充分低的传导损耗。高压器件至少能够阻挡等于高压电源或使用其的电路中的最大电压的电压。高压器件能够阻挡300V、600V、1200V或应用所要求的其他适当的阻挡电压。如本文所使用的，“低压器件”(诸如低压增强模式晶体管)是能阻挡低压(诸如0V和Vlow之间)而不能够阻挡高于Vlow的电压的电子器件。Vlow可以为大约10V、大约20V、大约30V、大约40V或者约5V和50V之间，诸如大约10V和30V之间。如本文所使用的，用语“III族氮化物”表示包括氮(N)和至少一种III族元件(包括铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)和硼(B))的化合物半导体，并且包括但不限于任何它们的合金，诸如氮化铝镓(AlxGa(1-x)N)、氮化铟镓(InyGa(1-y)N)、氮化铝铟镓(AlxInyGa(1-x-y)N)、氮化镓砷磷(GaAsaPbN(1-a-b))和氮化铝铟镓砷磷(AlxInyGa(1-x-y)AsaPbN(1-a-b))。氮化铝镓和AlGaN表示通过分子式AlxGa(1-x)N所描述的合金，其中，0<x<1。图1示出了包括基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管(HEMT)21(其被配置为双向开关)的半导体器件20的示意图。基于III族氮化物的HEMT21包括第一输入/输出电极22、第二输入/输出电极23、布置在第一输入/输出电极22与第二输入/输出电极23之间的栅极结构24、以及场板结构25。当第一输入/输出电极22用作双向开关的输入(例如，源极)时，第二输入/输出电极23用作输出(例如，漏极)。相反，当第二输入/输出电极23用作双向开关的输入时，第一输入/输出电极22用作输出。在一些实施例中，场板结构25被布置为基本相对于第一输入/输出电极22和第二输入/输出电极23对称。场板结构25可以被布置为使其功能上对称地布置在第一输入/输出电极22与第二输入/输出电极23之间。在一些实施例中，场板结构25与第一输入/输出电极22和第二输入/输出电极23物理上隔开基本相等的距离。在一些实施例中，双向开关设置为在两个相反的方向上具有不同的电压阻挡能力，例如在第一方向上600V而在相反方向上100V，或者在第一方向上66V而在相反方向上12V。在实施例中，基于III族氮化物的HEMT21包括单个栅极，单个栅极可布置为与HEMT的第一输入/输出接触焊盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管，被配置为双向开关并且包括第一输入/输出电极、第二输入/输出电极、布置在所述第一输入/输出电极与所述第二输入/输出电极之间的栅极结构、以及场板结构。

【技术特征摘要】
2015.10.13 DE 102015117394.81.一种半导体器件，包括：基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管，被配置为双向开关并且包括第一输入/输出电极、第二输入/输出电极、布置在所述第一输入/输出电极与所述第二输入/输出电极之间的栅极结构、以及场板结构。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述场板结构包括垂直部分和从所述垂直部分延伸的水平部分，所述垂直部分布置在所述栅极结构上并耦合至所述栅极结构，以及所述水平部分基本对称地在所述第一输入/输出电极与所述第二输入/输出电极之间延伸。3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，所述栅极结构包括T形栅极金属。4.根据权利要求1至3之一所述的半导体器件，其中，所述栅极结构包括两个独立可控的栅极。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述场板结构包括水平部分和布置在所述两个栅极之间的垂直部分。6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述场板结构包括耦合至所述第一输入/输出电极的第一部分和耦合至所述第二输入/输出电极的第二部分。7.根据权利要求1至6之一所述的半导体器件，其中，所述基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管包括沟道层和阻挡层，所述沟道层包括GaN且所述阻挡层布置在所述沟道层上，所述阻挡层包括AlxGa(1-x)N，其中0<x<1。8.根据权利要求1至7之一所述的半导体器件，还包括位于所述栅极结构下方的至少一个p掺杂III族氮化物层。9.根据权利要求1至8之一所述的半导体器件，其中，所述场板结构相对于所述第一输入/输出电极和所述第二输入/输出电极不对称地布置或基本对称地布置。10.一种半导体器件，包括：基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管，被配置为双向开关并且包括第一输入/输出电极、第二输入/输出电极、布置在所述第一输入/输出电极与所述第二输入/输出电极之间的栅极结构、场板结构、第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管反串联地耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·普雷科托，O·黑伯伦，C·奥斯特梅尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT