具有高電子遷移率晶體管和單片集成半導(dǎo)體二極管的高壓級聯(lián)二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了包括HEMT和Si肖特基二極管的、具有超過300V的擊穿電壓的級聯(lián)二極管的一個實施例。HEMT包括柵極、漏極、源極和二維電子氣溝道區(qū)，該二維電子氣溝道區(qū)連接源極和漏極并且由柵極控制。HEMT具有超過300V的擊穿電壓。Si肖特基二極管與HEMT單片集成。Si肖特基二極管包括連接至HEMT的源極的陰極、以及連接至HEMT的柵極的陽極。Si肖特基二極管具有低于300V的擊穿電壓和低于或等于0.4V的正向電壓。Si肖特基二極管的陽極形成級聯(lián)二極管的陽極，HEMT的漏極形成級聯(lián)二極管的陰極。
【專利說明】具有高電子遷移率晶體管和單片集成半導(dǎo)體二極管的高壓級聯(lián)二極管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及高壓二極管，并且更具體地涉及由與HEMT級聯(lián)在相同裸片上的低壓硅基二極管形成的高壓二極管。

【背景技術(shù)】
[0002]最高性能的Si功率二極管是Si肖特基二極管。與其他類型的Si功率二極管相比，Si肖特基二極管具有低的反向恢復(fù)時間，并且也具有最低的正向電壓降(0.4V至
0.3V)。雖然與其他二極管技術(shù)相比Si肖特基二極管具有低正向損耗和可以忽略不計的切換損耗的優(yōu)勢，但是硅的窄帶隙制約了其在最大電壓為約200V的使用。已經(jīng)通過將低壓Si肖特基二極管與高壓AlGaN/GaN HEMT (高電子遷移率晶體管)級聯(lián)，而實現(xiàn)了具有明顯高于200V的擊穿電壓的功率二極管。這類級聯(lián)二極管具有Si肖特基二極管的低閾值電壓優(yōu)勢以及GaN的高電流密度優(yōu)勢。
[0003]級聯(lián)二極管的功能由使電位在反方向上增加直到高壓HEMT夾斷(在這種情況下HEMT為常開器件)的Si肖特基二極管提供。在在Si肖特基二極管的陰極側(cè)上不出現(xiàn)該最小偏差的情況下，高電壓HEMT導(dǎo)通。因此，級聯(lián)二極管的整體切換速度可以受益于高壓HEMT和快速Si肖特基二極管。然而，傳統(tǒng)的級聯(lián)二極管將低壓Si肖特基二極管和高壓HEMT實施在兩個分離的裸片(芯片)上，一個裸片包括高壓GaN HEMT并且另一裸片包括低壓Si肖特基二極管。兩個裸片經(jīng)由包括位于裸片之間的鍵合或夾式連接的共同的封裝組合在一起。封裝中的這些連接導(dǎo)致降低整個級聯(lián)電路的動態(tài)行為的不希望的寄生電感和電容。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)級聯(lián)二極管的一個實施例，級聯(lián)驅(qū)動器包括半導(dǎo)體二極管、III族氮化物半導(dǎo)體本體、以及具有柵極、漏極、源極和連接源極和漏極的溝道的HEMT。HEMT的溝道由柵極控制，并且由在III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)形成。半導(dǎo)體二極管與HEMT單片集成。半導(dǎo)體二極管具有連接至HEMT的源極的陰極以及連接至HEMT的柵極的陽極。半導(dǎo)體二極管的陽極形成級聯(lián)二極管的陽極，HEMT的漏極形成級聯(lián)二極管的陰極。
[0005]根據(jù)具有超過300V的擊穿電壓的級聯(lián)二極管的一個實施例，級聯(lián)驅(qū)動器包括HEMT，該HEMT包括柵極、漏極、源極和二維電子氣溝道區(qū)，該二維電子氣溝道區(qū)連接源極和漏極并且由柵極控制。HEMT具有超過300V的擊穿電壓。級聯(lián)驅(qū)動器還包括與HEMT單片集成的Si肖特基二極管，Si肖特基二極管包括連接至HEMT的源極的陰極、以及連接至HEMT的柵極的陽極。Si肖特基二極管具有低于300V的擊穿電壓和低于或等于0.4V的正向電壓。Si肖特基二極管的陽極形成級聯(lián)二極管的陽極，而HEMT的漏極形成級聯(lián)二極管的陰極。
[0006]根據(jù)制造級聯(lián)二極管的方法的一個實施例，該方法包括:在III族氮化物半導(dǎo)體本體中形成HEMT，該HEMT具有柵極、漏極、源極和連接源極和漏極的溝道，該溝道由柵極控制并且由在III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)形成；將半導(dǎo)體二極管與HEMT單片集成，該半導(dǎo)體二極管具有連接至HEMT的源極的陰極以及連接至HEMT的柵極的陽極；將級聯(lián)二極管的陽極端子連接至半導(dǎo)體二極管的陽極；并且將級聯(lián)二極管的陰極端子連接至HEMT的漏極。
[0007]本領(lǐng)域的技術(shù)人員基于閱讀以下詳細說明并且查看了附圖，將看出額外的特征和優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖中的部件不一定按比例繪制，而是將重點放在說明本發(fā)明的原理上。此外，在附圖中，相似的附圖標記表示對應(yīng)的部件。在附圖中:
[0009]圖1圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的半導(dǎo)體肖特基二極管的級聯(lián)二極管的示意圖。
[0010]圖2圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的縱向Si肖特基二極管的級聯(lián)二極管的一個實施例的部分截面圖。
[0011]圖3圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的縱向Si肖特基二極管的級聯(lián)二極管的另一實施例的部分截面圖。
[0012]圖4圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的縱向Si肖特基二極管的級聯(lián)二極管的又一實施例的部分截面圖。
[0013]圖5圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的縱向Si肖特基二極管的級聯(lián)二極管的再一實施例的部分截面圖。
[0014]圖6圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的縱向Si肖特基二極管的級聯(lián)二極管的還一實施例的部分截面圖。
[0015]圖7圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的縱向Si p-n結(jié)二極管的級聯(lián)二極管的一個實施例的部分截面圖。
[0016]圖8圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的縱向Si p-n結(jié)二極管的級聯(lián)二極管的另一實施例的部分截面圖。
[0017]圖9圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的橫向半導(dǎo)體二極管的級聯(lián)二極管的一個實施例的部分截面圖。
[0018]圖10圖示了包括與HEMT單片集成在相同裸片上的橫向半導(dǎo)體二極管的級聯(lián)二極管的另一實施例的部分截面圖。

【具體實施方式】
[0019]圖1圖示了級聯(lián)二極管100的示意圖。如圖1中的虛線框所指示，級聯(lián)二極管100包括HEMT以及與HEMT單片集成在相同裸片上的半導(dǎo)體二極管(D)。半導(dǎo)體二極管的陰極(C)連接至HEMT的源極(S)，半導(dǎo)體二極管的陽極(A)連接至HEMT的柵極(G)。半導(dǎo)體二極管的陽極形成級聯(lián)二極管100的陽極(“陽極”)，HEMT的漏極(D)形成級聯(lián)二極管100的陰極(“陰極”)。這類單片集成構(gòu)造產(chǎn)生了具有半導(dǎo)體二極管的低閾值電壓優(yōu)勢以及HEMT的高電流密度和高擊穿電壓優(yōu)勢的級聯(lián)二極管100，同時消除了會降低級聯(lián)二極管100的動態(tài)行為的不希望的寄生封裝電感和電容。
[0020]一般說來，可以利用任意合適的III族氮化物技術(shù)(諸如GaN)來實現(xiàn)HEMT?？梢岳孟嗤虿煌陌雽?dǎo)體技術(shù)(如HEMT)來形成半導(dǎo)體二極管。例如在具有AlGaN勢壘區(qū)和GaN緩沖區(qū)的HEMT的情況下，半導(dǎo)體二極管可以是GaN 二極管或MIS (金屬絕緣體半導(dǎo)體)柵控二極管。在MIS柵控二極管的情況下，MIS柵控二極管基于常斷型HEMT設(shè)計(例如，執(zhí)行柵極凹陷以得到常斷條件)。然而，MIS柵控二極管的柵極電連接至二極管的源極，該源極形成陽極。這樣，當MIS柵控二極管的源極(陽極)和漏極(陰極)之間的反向電壓超過二極管的閾值電壓時，MIS柵控二極管傳導(dǎo)電流。MIS柵控二極管的閾值電壓可以小于HEMT的閾值電壓。當漏極的電位相對于源極而言為小負電壓時，溝道在反方向上在MIS柵控二極管的柵極電極下打開。在II1-V半導(dǎo)體中，MIS柵控二極管的絕緣體可以為氮化物而非氧化物。
[0021]備選地，半導(dǎo)體二極管可以為硅基二極管，諸如Si肖特基二極管或Si p-n結(jié)二極管。在另一實施例中，半導(dǎo)體二極管可以為SiC肖特基二極管。Si和SiC技術(shù)可以容易地與III族氮化物技術(shù)(諸如GaN)集成，以形成包括與HEMT單片集成在相同裸片上的半導(dǎo)體二極管的級聯(lián)二極管100，如下文詳細描述的。
[0022]術(shù)語HEMT通常也稱作HFET (異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管)、MODFET (調(diào)制摻雜FET)和MESFET (金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。術(shù)語HEMT、HFET, MESFET和MODFET在本文中可以交換地使用，指具有在兩種不同帶隙材料之間的結(jié)(即，異質(zhì)結(jié))作為溝道的任意基于III族氮化物的化合物半導(dǎo)體晶體管。例如，GaN可以與AlGaN或InGaN結(jié)合以形成溝道?；衔锇雽?dǎo)體器件可以具有AlInN/AlN/GaN勢壘層、間隔層、緩沖層結(jié)構(gòu)。
[0023]具體地針對GaN技術(shù)，極化電荷和應(yīng)變效應(yīng)的存在導(dǎo)致二維載流子氣的實現(xiàn)，該二維載流子氣是由很高的載流子密度和載流子遷移率表征的二維電子或空穴反型層。這類二維載流子氣(諸如2DEG (二維電子氣)或2DHG (二維空穴氣))在例如GaN合金勢壘區(qū)和GaN緩沖區(qū)之間的界面附近形成HEMT的導(dǎo)電溝道區(qū)?？梢栽贕aN緩沖區(qū)和GaN合金勢壘區(qū)之間設(shè)置的薄(例如l_2nm)AlN層，以使合金散射最小化并且增強2DEG遷移率。廣義上講，本文所描述的HEMT可以由任意二元、三元或四元III族化合物半導(dǎo)體材料形成,其中能帶不連續(xù)性主導(dǎo)器件構(gòu)思。
[0024]圖2圖示了包括高壓級聯(lián)二極管100的裸片的一個實施例的部分截面圖。該裸片包括布置在III族氮化物半導(dǎo)體本體200中的HEMT。HEMT具有柵極(“柵極”)、源極(“源極”)和漏極(“漏極”)。HEMT的柵極、源極和漏極區(qū)可以包括在GaN基III族氮化物材料中產(chǎn)生η型摻雜的硅基區(qū)等摻雜區(qū)、金屬區(qū)，或摻雜區(qū)和金屬區(qū)的組合。HEMT的柵極、源極和漏極區(qū)的形成在半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】中是眾所周知的，并且因此對此不作進一步解釋。
[0025]根據(jù)本實施例，在具有(111)晶向的Si襯底202上布置III族氮化物半導(dǎo)體本體200。在Si襯底202上形成一個或多個過渡層204 (諸如AlN)。在一個或多個過渡層204上形成緩沖區(qū)206 (諸如GaN);在緩沖區(qū)206上形成勢壘區(qū)208 (諸如GaN合金(如AlGaN或InGaN));并且在勢壘區(qū)208上形成鈍化層210 (比如SiN)。勢壘區(qū)和緩沖區(qū)206、208包括具有不同帶隙的III族氮化物半導(dǎo)體本體200的材料，并且因而引起了 HEMT的根據(jù)材料類型為2DEG或2DHG的溝道212，如本文之前所解釋的。溝道212將HEMT的源極和漏極連接，并且由柵極控制。在本實施例中，HEMT常開，即必須向柵極施加負柵極電壓以便在柵極下斷開溝道212并且斷開HEMT。通常，出于制造器件之目的，在Si襯底202上可以形成任意二元、三元或四元III族氮化物化合物半導(dǎo)體層204、206、208。在生長襯底(諸如，Si襯底202)上形成這類III族化合物半導(dǎo)體層204、206、208在半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】是眾所周知的，并且因此對此不作進一步解釋。
[0026]級聯(lián)二極管裸片進一步包括與HEMT單片集成在相同裸片上的半導(dǎo)體二極管。在本實施例中，半導(dǎo)體二極管是利用不同于HEMT的半導(dǎo)體技術(shù)形成的。具體而言，Si襯底202為η型摻雜，并且金屬化結(jié)構(gòu)214布置在Si襯底202的背離III族氮化物半導(dǎo)體本體200的一側(cè)203上。根據(jù)本實施例，半導(dǎo)體二極管為Si肖特基二極管。由η型摻雜Si襯底202形成Si肖特基二極管的陰極，由布置在Si襯底202的背側(cè)203上的金屬化結(jié)構(gòu)214形成Si肖特基二極管的陽極。如此，背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)214形成肖特基接觸。
[0027]導(dǎo)電歐姆塞(“歐姆塞”)216延伸穿過III族氮化物半導(dǎo)體200，并且將HEMT的源極連接至Si襯底202。塞216可以由金屬或多晶硅制成，并且通過蝕刻出穿過III族氮化物半導(dǎo)體200到達Si襯底202的開口并且填充該開口來形成。塞216可以具有絕緣側(cè)壁215，以使塞216的導(dǎo)電部分與相鄰的半導(dǎo)體材料200隔離。塞216完成在HEMT的源極和半導(dǎo)體二極管的陰極之間的級聯(lián)連接。
[0028]備選地，可以使用SiC襯底而非Si襯底202，并且半導(dǎo)體二極管則可以為SiC肖特基二極管而非Si肖特基二極管。在又一實施例中，半導(dǎo)體二極管可以為GaN 二極管或MIS柵控二極管，與HEMT形成在相同III族氮化物半導(dǎo)體本體200中。在以上每種情況下，半導(dǎo)體二極管的陽極都形成高壓級聯(lián)二極管的陽極，并且HEMT的漏極都形成高壓級聯(lián)二極管的陰極，如圖1所示。
[0029]可以通過在斜切的Si (100)或Si (110)襯底而非Si (111)襯底上通過分子束外延和金屬有機氣相外延形成III族氮化物半導(dǎo)體本體200，來形成級聯(lián)二極管的裸片。備選地，預(yù)生長的GaN外延層可以通過去除原來的襯底，并且隨后例如經(jīng)由Au/In/Au鍵合層、Pdln3和AuGe中間層、或Si02中間層而與Si(10)襯底鍵合，而轉(zhuǎn)移到Si (100)襯底上。在又一實施例中，可以通過襯底鍵合和回蝕刻工藝而形成包括Si (100)和GaN的襯底。通常，這類技術(shù)及其他技術(shù)均可以用于實現(xiàn)與HEMT單片集成在相同裸片上的半導(dǎo)體二極管，以形成高壓級聯(lián)二極管。
[0030]在GaN 二極管與HEMT單片集成以在相同裸片上實現(xiàn)圖1中的級聯(lián)二極管的情況下，半導(dǎo)體二極管的正向電壓約為IV至0.8V。在MIS柵控二極管與HEMT單片集成以在相同裸片上實現(xiàn)圖1中的級聯(lián)二極管的情況下，半導(dǎo)體二極管的正向電壓可以低于0.8V?？梢酝ㄟ^利用其中每個都具有約0.7V至0.6V的正向電壓的Si p-n結(jié)二極管或SiC肖特基，而提高級聯(lián)二極管的性能。可以通過利用具有約0.4V或更低的正向電壓的Si肖基特二極管，而更進一步提高級聯(lián)二極管的性能。Si肖基特二極管具有低于300V的擊穿電壓，例如通常為200V或更低。相反地，與半導(dǎo)體二極管單片集成的HEMT具有超過300V的擊穿電壓。例如，在如圖2所示的橫向GaN HEMT的情況下，橫向HEMT可以具有約600V甚至更高的擊穿電壓?？梢允褂每v向或準縱向HEMT，但是由于漂移區(qū)域更薄而具有更低的擊穿電壓。
[0031]圖3圖示了圖2所示裸片的部分截面圖，其中HEMT的柵極通過鍵合接線、帶或夾220連接至引線框架218。引線框架218具有用于完成至半導(dǎo)體二極管的陽極(即，背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)214)的電連接的導(dǎo)電通路，形成了如圖1所示的級聯(lián)二極管連接。
[0032]圖4圖示了圖2所示裸片的部分截面圖，其中HEMT的柵極經(jīng)由導(dǎo)電塞222連接至半導(dǎo)體二極管的陽極(即，背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)214)。塞222延伸穿過III族氮化物半導(dǎo)體本體200和Si襯底202到達背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)214，并且經(jīng)由布置在裸片正側(cè)201上的金屬層或夾224將HEMT的柵極連接至半導(dǎo)體二極管的陽極。導(dǎo)電塞222具有用于將塞222與相鄰的半導(dǎo)體材料200、202隔離的絕緣側(cè)壁226。
[0033]圖5圖示了具有高壓級聯(lián)二極管的裸片的另一實施例的部分截面圖。圖5所示實施例與圖2所示實施例相似，然而圖5中，在Si襯底202的與背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)214相鄰的第一區(qū)228中Si襯底202的η型摻雜的濃度較低，而在Si襯底202的由第一(更輕摻雜)區(qū)228與背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)214間隔開的第二區(qū)230中Si襯底202的η型摻雜的濃度較高。例如，Si襯底202的較高摻雜區(qū)230可以具有117至12tlCnT3的摻雜濃度，而Si襯底202的較輕摻雜區(qū)228可以具有114至116CnT3的摻雜濃度。可以通過背側(cè)外延工藝在較高摻雜區(qū)230上形成較輕摻雜區(qū)228。通常，這類構(gòu)造導(dǎo)致在背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)214和Si襯底202之間的更優(yōu)的肖基特界面。
[0034]圖6圖不了具有聞壓級聯(lián)_■極管的裸片的另一實施例的部分截面圖。圖6所不實施例與圖2所示實施例相似，然而，Si襯底202為P型而不是η型。在這類ρ型襯底202的情況下，肖基特接觸位于HEMT源極側(cè)，以便級聯(lián)二極管如圖1所圖示發(fā)揮作用。因此，可以利用與P型Si襯底202連接的金屬塞(“肖特基BD塞”)216來建立肖基特接觸。根據(jù)本實施例，背側(cè)金屬化結(jié)構(gòu)214是歐姆的，從而Si肖基特二極管的陰極由金屬塞216形成，而二極管的陽極由P型摻雜Si襯底202形成。
[0035]圖7圖示了具有高壓級聯(lián)二極管的裸片的又一實施例的部分截面圖。圖7所示實施例與圖6所示實施例相似，然而將HEMT的源極連接至ρ型Si襯底202的塞(“η型多晶硅塞”)216包括η摻雜多晶硅。根據(jù)本實施例，半導(dǎo)體二極管為Si p-n結(jié)二極管。Si p-n結(jié)二極管的陰極由η摻雜多晶硅塞216形成，而Si p-n結(jié)二極管的陽極由ρ型摻雜Si襯底202形成。多晶硅基p-n結(jié)的受限的反向耗盡需要足夠高的閾值(Vth)電壓(即，Vth〈0)，以維持級聯(lián)功能。備選地，P-n結(jié)可以實施在晶片背側(cè)203處，而非部分地在塞216中。
[0036]圖8圖不了具有聞壓級聯(lián)_■極管的裸片的另一實施例的部分截面圖。圖8所不實施例與圖7所示實施例相似，然而Si p-n結(jié)二極管完全形成在將HEMT的源極連接至ρ型Si襯底202的塞216中。根據(jù)本實施例，塞216包括與HEMT的源極接觸的η摻雜多晶硅區(qū)(“η型多晶硅”)232以及通過η摻雜多晶硅區(qū)232與HEMT的源極間隔開的ρ摻雜多晶硅區(qū)(“P型多晶硅”)234。Si p-n結(jié)二極管的陰極由塞216的η摻雜多晶硅區(qū)232形成，而Si p-n結(jié)二極管的陽極由塞216的ρ型摻雜多晶硅區(qū)234形成。
[0037]本文前述的級聯(lián)二極管實施例利用了與HEMT單片集成在相同裸片上的縱向半導(dǎo)體。備選地，可以將橫向半導(dǎo)體二極管與HEMT單片集成在相同裸片上。例如，可以利用多晶硅沉積至源極金屬電極和柵極金屬電極之上或旁邊，而實現(xiàn)橫向二極管的集成?？梢栽谛纬稍礃O金屬電極或柵極金屬電極之前或之后沉積多晶硅。如果在形成源極電極和柵極電極之前沉積多晶硅，那么多晶硅可以通過肖基特接觸連接至HEMT源極，并且通過歐姆接觸與HEMT柵極接觸。
[0038]圖9圖示了與HEMT單片集成在相同裸片上以形成圖1所示高壓級聯(lián)二極管的橫向半導(dǎo)體二極管的一個實施例的部分截面圖。橫向半導(dǎo)體二極管布置在III族氮化物半導(dǎo)體本體200的具有HEMT的柵極的一側(cè)上。橫向半導(dǎo)體二極管包括:布置在III族氮化物半導(dǎo)體本體200的正側(cè)201上的重度η摻雜(η++)多晶硅區(qū)300、與重度η摻雜多晶硅區(qū)300相鄰的輕度η摻雜(η-)多晶硅區(qū)302、位于重度η摻雜多晶硅區(qū)300上的歐姆接觸304、以及位于輕度η摻雜多晶硅區(qū)302上的肖基特接觸306。重度η摻雜多晶硅區(qū)和輕度η摻雜多晶硅區(qū)300、302可以通過標準的沉積、掩膜處理和摻雜工藝形成，并且因此不再對此作進一步解釋。HEMT的源極經(jīng)由夾、鍵合線、帶或其他類型的電連接器308連接至歐姆接觸，而HEMT的柵極經(jīng)由另一夾、鍵合線、帶或其他類型的電連接器310連接至肖基特接觸306，以完成圖1所示的級聯(lián)連接。在圖9中，將生成的級聯(lián)二極管的陽極和陰極分別標上“陽極”和“陰極”。
[0039]圖10圖示了與HEMT單片集成在相同裸片上以形成圖1所示高壓級聯(lián)二極管的橫向半導(dǎo)體二極管的另一實施例的部分截面圖。橫向半導(dǎo)體二極管包括:布置在III族氮化物半導(dǎo)體本體200的正側(cè)201上的重度P摻雜(Ρ++)多晶硅區(qū)312、與重度ρ摻雜多晶硅區(qū)312相鄰的輕度ρ摻雜多晶硅區(qū)314、位于重度ρ摻雜多晶硅區(qū)312上的歐姆接觸316、以及位于輕度P摻雜多晶硅區(qū)314上的肖基特接觸318。重度ρ型摻雜多晶硅區(qū)和輕度ρ型摻雜多晶硅區(qū)312、314可以通過標準的沉積、掩膜和摻雜工藝形成，并且因此不再對此作進一步解釋。HEMT的源極經(jīng)由夾、鍵合線、帶或其他類型的電連接器320連接至肖特基接觸318，而HEMT的柵極經(jīng)由另一夾、鍵合線、帶或其他類型的電連接器322連接至歐姆接觸316，以完成圖1所示的級聯(lián)連接。在圖9中，將生成的級聯(lián)二極管的陽極和陰極分別標上“陽極”和“陰極”。
[0040]空間相關(guān)術(shù)語，比如“下”、“下方”、“之上”、“上”等，出于方便說明之目的，用于解釋一個元件相對于第二元件的位置。該術(shù)語旨在涵蓋器件的除了附圖所示方向之外的不同方向。進一步地，諸如“第一”、“第二”之類的術(shù)語還可以用于說明各種元件、區(qū)和部段等，并且亦非旨在構(gòu)成限制。貫穿本說明，類似的術(shù)語表示類似的元件。
[0041]如本文所使用的，“具有”、“包含”、“包括”等術(shù)語為開放式術(shù)語，其表明存在所表述的元件或特征，但不排除存在其他的元件或特征。除非本文另有明確說明，否則冠詞“一”、“一個”和“該”旨在包括單數(shù)形式和復(fù)數(shù)形式。
[0042]考慮到上述變化和應(yīng)用的范圍，應(yīng)理解本發(fā)明不受以上說明的限制，也不受附圖的限制。而是本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求書及其法律等同的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種級聯(lián)二極管，包括: III族氮化物半導(dǎo)體本體； 具有柵極、漏極、源極以及連接所述源極和所述漏極的溝道的HEMT，所述溝道由所述柵極控制并且由在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)形成；以及 與所述HEMT單片集成的半導(dǎo)體二極管，所述半導(dǎo)體二極管具有連接至所述HEMT的所述源極的陰極以及連接至所述HEMT的所述柵極的陽極， 其中，所述半導(dǎo)體二極管的所述陽極形成所述級聯(lián)二極管的陽極，而所述HEMT的所述漏極形成所述級聯(lián)二極管的陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)二極管，其中，所述半導(dǎo)體二極管為Si肖特基二極管或SiC肖特基二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)二極管，其中，所述半導(dǎo)體二極管為Sip-n結(jié)二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)二極管，其中，所述HEMT為GaNHEMT，而所述半導(dǎo)體二極管為GaN 二極管或MIS柵控二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)二極管，進一步包括: Si襯底，所述III族氮化物半導(dǎo)體本體布置于所述Si襯底上；以及 導(dǎo)電塞，延伸穿過所述III族氮化物半導(dǎo)體本體并且將所述HEMT的所述源極連接至所述Si襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級聯(lián)二極管，進一步包括布置在所述Si襯底的背離所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的一側(cè)上的金屬化結(jié)構(gòu)，其中，所述Si襯底為η型摻雜的，所述半導(dǎo)體二極管的所述陰極由所述η型摻雜的Si襯底形成，而所述半導(dǎo)體二極管的所述陽極由布置在所述Si襯底上的所述金屬化結(jié)構(gòu)形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的級聯(lián)二極管，其中，所述Si襯底的η型摻雜的濃度在所述Si襯底的與所述金屬化結(jié)構(gòu)相鄰的第一區(qū)中較低，而在所述Si襯底的通過所述第一區(qū)與所述金屬化結(jié)構(gòu)間隔開的第二區(qū)中較高。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級聯(lián)二極管，其中，所述Si襯底為P型摻雜的，所述塞為金屬塞，所述半導(dǎo)體二極管的所述陰極由所述金屬塞形成，而所述半導(dǎo)體二極管的所述陽極由所述P型摻雜的Si襯底形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級聯(lián)二極管，其中，所述Si襯底為P型摻雜的，所述塞包括η摻雜多晶硅，所述半導(dǎo)體二極管的所述陰極由所述η摻雜多晶硅的塞形成，而所述半導(dǎo)體二極管的所述陽極由所述P型摻雜的Si襯底形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級聯(lián)二極管，其中，所述塞包括與所述HEMT的所述源極接觸的η摻雜多晶硅區(qū)、以及通過所述η摻雜多晶硅區(qū)與所述HEMT的所述源極間隔開的P摻雜多晶硅區(qū)，所述半導(dǎo)體二極管的所述陰極由所述塞的所述η摻雜多晶硅區(qū)形成，而所述半導(dǎo)體二極管的所述陽極由所述塞的所述P摻雜多晶硅區(qū)形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)二極管，其中，所述半導(dǎo)體二極管布置在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體上，并且包括: 布置在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有所述HEMT的所述柵極的一側(cè)上的重度η摻雜多晶硅區(qū)； 與所述重度η摻雜多晶硅區(qū)相鄰的輕度η摻雜多晶硅區(qū)； 在所述重度η摻雜多晶硅區(qū)上的歐姆接觸；以及 在所述輕度η摻雜多晶硅區(qū)上的肖特基接觸， 其中，所述HEMT的所述源極連接至所述歐姆接觸，而所述HEMT的所述柵極連接至所述肖特基接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)二極管，其中，所述半導(dǎo)體二極管布置在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體上，并且包括: 布置在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有所述HEMT的所述柵極的一側(cè)上的重度P摻雜多晶硅區(qū)； 與所述重度η摻雜多晶硅區(qū)相鄰的輕度P摻雜多晶硅區(qū)； 在所述重度P摻雜多晶硅區(qū)上的歐姆接觸；以及 在所述輕度P摻雜多晶硅區(qū)上的肖特基接觸， 其中，所述HEMT的所述源極連接至所述肖特基接觸，而所述HEMT的所述柵極連接至所述歐姆接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)二極管，進一步包括延伸穿過所述III族氮化物半導(dǎo)體本體以將所述HEMT的所述柵極連接至所述半導(dǎo)體二極管的所述陽極的導(dǎo)電塞，所述導(dǎo)電塞具有絕緣側(cè)壁。
14.一種具有超過300V的擊穿電壓的級聯(lián)二極管，包括: 包括柵極、漏極、源極和二維電子氣溝道區(qū)的ΗΕΜΤ，所述二維電子氣溝道區(qū)連接所述源極和所述漏極并且由所述柵極控制，所述HEMT具有超過300V的擊穿電壓；以及 與所述HEMT單片集成的Si肖特基二極管，所述Si肖特基二極管包括連接至所述HEMT的所述源極的陰極以及連接至所述HEMT的所述柵極的陽極，所述Si肖特基二極管具有低于300V的擊穿電壓和低于或等于0.4V的正向電壓， 其中，所述Si肖特基二極管的所述陽極形成所述級聯(lián)二極管的陽極，而所述HEMT的所述漏極形成所述級聯(lián)二極管的陰極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的級聯(lián)二極管，進一步包括: Si襯底，所述HEMT布置于所述Si襯底上；以及 導(dǎo)電塞，將所述HEMT的所述源極連接至所述Si襯底。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級聯(lián)二極管，進一步包括布置在所述Si襯底的背離所述HEMT的所述柵極的一側(cè)上的金屬化結(jié)構(gòu)，其中，所述Si襯底為η型摻雜的，所述Si肖特基二極管的所述陰極由所述η型摻雜的Si襯底形成，而所述Si肖特基二極管的所述陽極由布置在所述Si襯底上的所述金屬化結(jié)構(gòu)形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級聯(lián)二極管，其中，所述Si襯底為P型摻雜的，所述塞為金屬塞，所述Si肖特基二極管的所述陰極由所述金屬塞形成，而所述Si肖特基二極管的所述陽極由所述P型摻雜Si襯底形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的級聯(lián)二極管，其中，所述Si肖特基二極管布置在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有所述HEMT的所述柵極的一側(cè)上，并且所述Si肖特基二極管包括: 布置在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有所述HEMT的所述柵極的一側(cè)上的重度η摻雜多晶硅區(qū)； 與所述重度η摻雜多晶硅區(qū)相鄰的輕度η摻雜多晶硅區(qū)； 在所述重度η摻雜多晶硅區(qū)上的歐姆接觸；以及 在所述輕度η摻雜多晶硅區(qū)上的肖特基接觸， 其中，所述HEMT的所述源極連接至所述歐姆接觸，而所述HEMT的所述柵極連接至所述肖特基接觸。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的級聯(lián)二極管，其中，所述Si肖特基二極管布置在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有所述HEMT的所述柵極的一側(cè)上，并且所述Si肖特基二極管包括: 布置在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有所述HEMT的所述柵極的一側(cè)上的重度P摻雜多晶硅區(qū)； 與所述重度η摻雜多晶硅區(qū)相鄰的輕度P摻雜多晶硅區(qū)； 在所述重度P摻雜多晶硅區(qū)上的歐姆接觸；以及 在所述輕度P摻雜多晶硅區(qū)上的肖特基接觸， 其中，所述HEMT的所述源極連接至所述肖特基接觸，而所述HEMT的所述柵極連接至所述歐姆接觸。
20.一種制造級聯(lián)二極管的方法，所述方法包括: 在III族氮化物半導(dǎo)體本體中形成ΗΕΜΤ，所述HEMT具有柵極、漏極、源極以及連接所述源極和所述漏極的溝道，所述溝道由所述柵極控制并且由在所述III族氮化物半導(dǎo)體本體的具有不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)形成； 將半導(dǎo)體二極管與所述HEMT單片集成，所述半導(dǎo)體二極管具有連接至所述HEMT的所述源極的陰極以及連接至所述HEMT的所述柵極的陽極； 將所述級聯(lián)二極管的陽極端子連接至所述半導(dǎo)體二極管的所述陽極；以及 將所述級聯(lián)二極管的陰極端子連接至所述HEMT的所述漏極。
【文檔編號】H01L29/778GK104241260SQ201410266969
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】G·普雷科托, C·奧斯特梅爾, O·哈伯萊恩 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司