一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件制造技术

本发明专利技术公开了一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件，包括作为主器件的第一增强型P

【技术实现步骤摘要】
一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件


[0001]本专利技术涉及晶体管
，更具体的是涉及一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件。

技术介绍

[0002]随着高压开关和高速射频电路的发展，氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)成为该领域研究的重点，常规的GaNHEMT器件均为耗尽型（常开型），阈值电压＜0V，需要使用负的开启电压。在射频及微波芯片设计时，其负栅压的电源设计增加了设计成本；增强型（常关型）HEMT的阈值电压为正值，实际应用中只需要一个正的偏压即可使其工作或夹断。这样可以消除负偏压的电路设计，使电路简单化，减少电路设计的复杂性和制备的成本。对大规模微波射频电路应用来说，其意义十分重大。对于功率开关电路，增强型HEMT器件保证在驱动电路失效时，HEMT器件处于关断状态，从而对功率开关系统提供了失效保护。
[0003]需要在无偏压情况下，把肖特基栅下沟道层（通常为GaN或者AlGaN材料）顶部的2维电子气耗尽。目前，通常采用以下几种方法:方法1：凹槽栅，也就是把势垒层（通常为AlGaN)在栅极处减薄，形成一个凹坑，再做成肖特基栅（MESFET）或者介质栅（MISFET）结构，使得零偏压时的耗尽区延展到2维电子气区域；方法2：氟离子注入，在栅下进行局部氟离子注入，增加零偏压下的耗尽区域，使其延展到2维电子气区域；方法3：在势垒层上再外延生长一层p型掺杂的GaN材料。和势垒（基本上相对P层为本征层）形成一个PN结，利用这个PN结的更深耗尽层耗尽栅下沟道层顶部的2维电子气。然后再把栅区域之外的P层去掉，使得栅区域之外的2维电子气得到恢复。之后再在P层顶部形成肖特基或者欧姆接触。
[0004]第一、二种方法都对栅区势垒材料做了不可逆的改变（去除或者改性），其程度的工艺控制很难。会造成阈值电压的离散，局部导通电阻不可逆的变大以及其他可靠性问题。
[0005]第三种方法的特点是用外延额外生长形成的PN结来达到向下延展耗尽层的目的，工艺可控性好，外加P层结构被通称为P
‑
GaN结构。
[0006]与常开器件相比，常关器件有自己特有的结构性能和应用设计，也就有了自己特有的可靠性问题以及其解决方案。在应用过程中，各种原因引起的源漏过流和栅压超范围，都是常见的现象，会引起器件失效或者退化，必须立即发现干预，特别是p
‑
GaN器件的阈值电压低，栅压范围窄，情况更为突出。
[0007]无论是在微波射频领域还是电力电子领域，器件都面临着过电压保护的问题。器件成型后，在后续加工运输安装中可能面临静电击穿（ESD)的危险。另外在使用中，驱动电压信号可能因为各种原因（比如电磁干扰等）产生毛刺，瞬态峰值超过额定驱动电压信号范围。另外源漏电压也可能收到电路的影响而过压过流。
[0008]片内（on
‑
chip)保护是一类有效的现场实时保护。它是在芯片器件中附加保护设
计，其特点是触发信号来自现场而不是外部，无误触发和时延的缺点，执行迅速有效。缺点是会占用一些有效面积，并且触发取样会影响器件的一节寄生参数，比如一般采取的电压取样会增加寄生电容。片内（On
‑
chip）保护机制是一种强调现场快速执行的电路设计，如果取样也是在片内现场，它还有反应速度快的优势，对于目前可靠性相对较差的GaN器件尤为重要。其缺点是会占用一些有效面积，并且触发取样会影响器件的一些寄生参数，比如一般采取的电压取样会增加寄生电容。
[0009]因此急需一种设计，来提升p
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GaNHEMT器件栅极源极间ESD可靠性，使p
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GaNHEMT器件达到ESD可靠性标准，且满足片内过载保护：面积小、对寄生参数的影响小、或者可控操作、使之反向作为一种调节机制。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于：为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件。
[0011]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件，包括作为主器件的第一增强型P
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GaNHEMT器件、作为回跳管的第二增强型P
‑
GaNHEMT器件；所述第二增强型P
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GaNHEMT器件的栅极连接的控制端；所述第二增强型P
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GaNHEMT器件的漏极与第一增强型P
‑
GaNHEMT器件的栅极连接；所述第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的源极与第一增强型P
‑
GaNHEMT器件的源极连接。
[0012]进一步地，所述控制端包括三种控制方式，且第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的栅极始终连接二极管串联组件的负极。
[0013]进一步地，当第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的栅极采用欧姆接触控制时第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的栅源间距与第一增强型P
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GaN HEMT器件的栅源间距相同，通过阈值工程设计可使阈值电压趋近于0V，且二极管串联组件正极连接外部触发信号。
[0014]进一步地，当内部监控点触发控制时，二极管串联组件正极连接第一增强型P
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GaNHEMT器件的漏极。
[0015]进一步地，当第一增强型P
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GaNHEMT器件栅极过压触发控制时，二极管串联组件正极连接第一增强型P
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GaNHEMT器件的栅极。
[0016]进一步地，所述第一增强型P
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GaNHEMT器件与第二增强型P
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GaNHEMT器件同时制备。
[0017]进一步地，制备工艺包括光刻和蚀刻工艺。
[0018]本专利技术的有益效果如下：1.第一增强型P
‑
GaNHEMT器件与第二增强型P
‑
GaNHEMT器件结构基本相同，且同时制备，以同样的工艺过程一起做出；作为回跳管的第二增强型P
‑
GaNHEMT器件耐压很低，栅漏间距很小，另外作为压控期间，也不需要提供很大的电流和电量。
[0019]2.本设计占用的面积比较小，不需要考虑导通电阻的影响，单纯以阈值工程为出发点设计本结构。
[0020]3.申请号为CN202110265205.2的申请文件，公开了一种新型的GAN基ESD防护电路中，使用二极管串联组件和限流电阻得到回跳管的栅极控制触发电压，而本专利技术是直接是
二极管串联组件的导通引入回跳管的栅极控制触发电压。已公开专利技术的缺点在于，如果电阻的形成使用晶圆本身的2D电子气，电阻很小，而且工艺上非常难以控制其电阻的阻值。如果使用外加电阻，则引入了额外的工艺步骤，而且外加的这个二极管串联组件
‑
电阻电路在主器件正常工作时也会带来额外的泄漏电流和损耗。本专利技术则没有上述缺点。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件，其特征在于，包括作为主器件的第一增强型P
‑
GaNHEMT器件、作为回跳管的第二增强型P
‑
GaNHEMT器件；所述第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的栅极连接的控制端；所述第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的漏极与第一增强型P
‑
GaNHEMT器件的栅极连接；所述第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的源极与第一增强型P
‑
GaNHEMT器件的源极连接。2.根据权利要求1所述的一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件，其特征在于，所述控制端包括三种控制方式，且第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的栅极始终连接二极管串联组件的负极。3.根据权利要求2所述的一种带有片内栅极回跳保护的常关型HMET器件，其特征在于，当第二增强型P
‑
GaNHEMT器件的栅极采用欧姆接触控制时，第二增强型P
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，李翔，肖延兵，
申请(专利权)人：芯众享成都微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：