半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]至今，用在功率電子應(yīng)用中的晶體管已經(jīng)被典型地用硅(Si)半導(dǎo)體材料制造。用于功率應(yīng)用的常見的晶體管器件包含Si CooIMOS, Si功率M0SFET、以及Si絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。最近，碳化硅(SiC)功率器件已經(jīng)被考慮。II1-N族半導(dǎo)體器件(諸如氮化鎵(GaN)器件)現(xiàn)在正顯現(xiàn)作為有吸引力的候選以承載大電流、支持大電壓并且提供非常低的開啟電阻和快速開關(guān)時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]提供包含復(fù)合半導(dǎo)體主體的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體主體包含高電壓耗盡模式晶體管和低電壓增強(qiáng)模式晶體管。高電壓耗盡模式晶體管被堆疊在低電壓增強(qiáng)模式晶體管上使得在高電壓耗盡模式晶體管和低電壓增強(qiáng)模式晶體管之間形成界面。低電壓增強(qiáng)模式晶體管包含與高電壓耗盡模式晶體管的電流路徑串聯(lián)耦合的電流路徑，并且在界面處布置控制電極。
[0003]本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀下面詳細(xì)的描述并且通過查看附圖將意識到額外的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0004]附圖的元件不必相對于彼此成比例。相似的參考數(shù)字指示對應(yīng)的類似部件。各種圖解的實(shí)施例的特征能夠被組合除非它們彼此排斥。實(shí)施例在附圖中被描繪并且在跟隨的描述中被詳述。
[0005]圖1a圖解了依據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意性視圖。
[0006]圖1b圖解了依據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的進(jìn)一步示意性視圖。
[0007]圖2a圖解了共源共柵電路的示意性視圖。
[0008]圖2b圖解了包含直接驅(qū)動的高電壓耗盡模式晶體管的電路的示意性視圖。
[0009]圖3圖解了包含直接驅(qū)動的高電壓耗盡模式晶體管的電路的示意性視圖。
[0010]圖4圖解了依據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。
[0011]圖5圖解了依據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。
[0012]圖6圖解了依據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。
[0013]圖7圖解了依據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。
[0014]圖8圖解了依據(jù)第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在下面詳細(xì)的描述中對附圖進(jìn)行參考，附圖形成了本文的一部分，并且在其中通過圖解的方式示出了在其中可以實(shí)踐本發(fā)明的特定實(shí)施例。在這點(diǎn)上，方向性的術(shù)語，諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等等參考正被描述的(一個或多個)圖的定向而被使用。因?yàn)閷?shí)施例的組件能夠被定位在多個不同的定向上，方向性的術(shù)語為了圖解的目的而被使用并且絕不是限制的。要被理解的是其它實(shí)施例可以被利用并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的或邏輯的變化而沒有脫離本發(fā)明的范圍。其下面詳細(xì)的描述不是以限制的意思理解，并且本發(fā)明的范圍被所附的權(quán)利要求書定義。
[0016]以下將解釋多個實(shí)施例。在該情形下，等同的結(jié)構(gòu)的特征通過附圖中的等同的或類似的參考符號識別。在本描述的語境下，“橫向的”或“橫向的方向”應(yīng)該被理解為表不與半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體載體的橫向的廣度大體上平行延伸的方向或廣度。橫向的方向因此大體上與這些表面或側(cè)平行延伸。與此相比，術(shù)語“垂直的”或“垂直的方向”被理解為表示與這些表面或側(cè)并且因此與橫向的方向大體上正交延伸的方向。垂直的方向因此在半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體載體的厚度方向中延伸。
[0017]如在該說明書中使用，術(shù)語“耦合的”和/或“電耦合的”不打算表示元件必須直接耦合在一起，居間元件可以在“耦合的”或“電耦合的”元件之間被提供。
[0018]諸如高電壓耗盡模式晶體管的耗盡模式器件具有負(fù)的閾值電壓(表示它能夠在零柵極電壓傳導(dǎo)電流)。這些器件是常開的。并且諸如低電壓增強(qiáng)模式晶體管的增強(qiáng)模式器件具有正的閾值電壓(表示它不能夠在零柵極電壓傳導(dǎo)電流)并且是常關(guān)的。
[0019]如本文所使用，“高電壓器件”(諸如高電壓耗盡模式晶體管)是用于高電壓開關(guān)應(yīng)用最優(yōu)化的電子器件。就是說，當(dāng)晶體管是關(guān)斷時，它能夠阻斷高電壓(諸如大約300V或更高，大約600V或更高，或大約1200V或更高)，并且當(dāng)晶體管是開啟時，它具有用于在其中它被使用的應(yīng)用的足夠低的開啟電阻(R0N)，即當(dāng)大量的電流流經(jīng)器件時它經(jīng)歷足夠低的傳導(dǎo)損耗。高電壓器件可以至少能夠阻斷等于在它所用于的電路中的最大電壓或高電壓供給的電壓。高電壓器件可以能夠阻斷300V、600V、1200V、或由應(yīng)用要求的其它合適的阻斷電壓。
[0020]如在本文中所使用，“低電壓器件”(諸如低電壓增強(qiáng)模式晶體管)是能夠阻斷低電壓(諸如在OV和V1ot之間)但是不能夠阻斷高于Vlw的電壓的電子器件。Vlw可以是大約10V、大約20V、大約30V、大約40V、或在大約5V和50V之間(諸如在大約1V和30V之間)。
[0021]如在本文中所使用，短語“III族氮化物”指的是化合物半導(dǎo)體，所述化合物半導(dǎo)體包含氮(N)和至少一個III族元素(比如，包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、和硼(B)，并且包含但是不限制到其合金中的任何一個，諸如氮化鋁鎵(AlxGa(1_x)N)、氮化銦鎵(InyGa(1_y)N)、氮化鋁銦鎵(AlxInyGa(1_x_y)N)、氮化鎵砷磷(GaAsaPbN(1_a_b))、以及氮化鋁銦鎵砷磷(AlxInyGa(1_x_y)AsaPbN(1_a_b) ))。氮化鋁鎵指的是由化學(xué)式AlxGa(1_x)N描述的合金，其中χ>1。
[0022]圖1a圖解了依據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件10的示意性視圖。半導(dǎo)體器件10包含復(fù)合半導(dǎo)體主體11，所述半導(dǎo)體主體11包含高電壓耗盡模式晶體管12和低電壓增強(qiáng)模式晶體管13。高電壓耗盡模式晶體管12被堆疊在低電壓增強(qiáng)模式晶體管13上使得在高電壓耗盡模式晶體管12和低電壓增強(qiáng)模式晶體管13之間形成界面14。低電壓增強(qiáng)模式晶體管13包含與高電壓耗盡模式晶體管12的電流路徑(在圖1中用箭頭16示意性地指示)串聯(lián)耦合的電流路徑(在圖1中用箭頭15示意性地指示)。低電壓增強(qiáng)模式晶體管13進(jìn)一步包含布置在界面14處的控制電極17?？刂齐姌O17可以被直接地布置在界面14處或靠近界面14。
[0023]包含單個復(fù)合半導(dǎo)體主體的半導(dǎo)體器件10被提供，所述單個復(fù)合半導(dǎo)體主體包含以堆疊布置的高電壓耗盡模式晶體管12和低電壓增強(qiáng)模式晶體管13。低電壓增強(qiáng)模式晶體管13的控制電極17被布置在界面14處，界面14在高電壓耗盡模式晶體管12和低電壓增強(qiáng)模式晶體管13之間。
[0024]控制電極17可以被高電壓耗盡模式晶體管12覆蓋，或被布置鄰近高電壓耗盡模式晶體管12 (在其情形下控制電極17沒有被高電壓耗盡模式晶體管12覆蓋)，或可以被埋在低電壓增強(qiáng)模式晶體管13中或可以被布置在從低電壓增強(qiáng)模式晶體管13的暴露的表面延伸的溝槽中。
[0025]高電壓耗盡模式晶體管12可以是III族氮化物基的晶體管，比如III族氮化物基的高電子遷移率晶體管(HEMT)。低電壓增強(qiáng)模式晶體管13可以是硅基的場效應(yīng)晶體管(諸如η溝道MOSFET、P溝道MOSFET或IGBT (絕緣柵雙極晶體管))。硅基的場效應(yīng)晶體管可以是帶有垂直漂移路徑的垂直器件或帶有橫向漂移路徑的橫向器件。在IGBT的情形下，半導(dǎo)體器件10可以進(jìn)一步包含與IGBT并聯(lián)耦合的續(xù)流二極管。
[0026]高電壓耗盡模式晶體管12和低電壓增強(qiáng)模式晶體管13可以被單片集成以形成復(fù)合半導(dǎo)體主體11。
[0027]高電壓耗盡模式晶體管12可以以共源共柵布置在操作上被連接到低電壓增強(qiáng)模式晶體管13。在其中高電壓耗盡模式晶體管12以共源共柵布置在操作上被連接到低電壓增強(qiáng)模式晶體管13的實(shí)施例中，界面14可以提供共源共柵布置的節(jié)點(diǎn)。
[0028]高電壓耗盡模式晶體管12可以被直接地驅(qū)動，比如由對應(yīng)的柵極驅(qū)動器直接地驅(qū)動。
[0029]半導(dǎo)體器件10可以進(jìn)一步包含將低電壓增強(qiáng)模式晶體管的漏極電耦合到高電壓耗盡模式晶體管的源極的多個傳導(dǎo)元件。多個傳導(dǎo)元件中的相鄰的傳導(dǎo)元件可以以小于100 μ m的距離被彼此間隔開。
[0030]圖1b圖解了依據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件10的進(jìn)一步示意性視圖并且圖解了高電壓耗盡模式晶體管和低電壓增強(qiáng)模式晶體管13的電極。
[0031]低電壓增強(qiáng)模式晶體管13除了控制電極17之外包含第一電流電極18和第二電流電極19。第一電流電極18可以是源極電極(如在圖1中用S1指示)，第二電流電極19可以是漏極電極(如在圖1中用D1指示)，并且控制電極17可以是柵極電極(如在圖1中用G1指示)。
[0032]高電壓耗盡模式晶體管12包含第一電流電極20、第二電流電極21和控制電極22。第一電流電極20可以是源極電極(在圖1中用S2指示)，第二電流電極21可以是漏極電極并且在圖1中用D2指示，并且控制電極22可以是柵極電極，其在圖1中被指示為G2。
[0033]低電壓增強(qiáng)模式晶體管13的電流路徑15在第一電流電極18和第二電流電極19之間延伸，并且高電壓耗盡模式晶體管12的電流路徑16從第一電流電極20延伸到第二電流電極21。
[0034]在依據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件10中，第一電流電極18被定位在復(fù)合半導(dǎo)體