一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有可集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置；本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置由III族氮化物的三端HEMT器件和III族氮化物的兩端SBD器件并聯(lián)構(gòu)成，通過(guò)金屬電板在器件上方或者器件外圍通過(guò)電板引導(dǎo)將金屬電極相連接。帶有可集成的續(xù)流二極管的HEMT，通過(guò)其自帶的二極管，避免了外接二極管的模塊化的復(fù)雜工藝，極大的降低了電路尺寸和設(shè)計(jì)成本，提高了芯片工作的穩(wěn)定度。本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)適合應(yīng)用于平面結(jié)構(gòu)的器件。
【專利說(shuō)明】 一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置，本發(fā)明還涉及一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置的制備方法，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置主要應(yīng)用于功率集成電路。
【背景技術(shù)】
[0002]II1-V族氮化物半導(dǎo)體器件是下一代功率半導(dǎo)體器件的優(yōu)秀代表。II1-V族氮化物半導(dǎo)體材料具有相對(duì)第一代硅功率半導(dǎo)體材料更優(yōu)秀的電流導(dǎo)通和電壓阻斷能力，可以實(shí)現(xiàn)非常低的導(dǎo)通電阻和快速切換時(shí)間。因此適合在半導(dǎo)體功率集成方向的應(yīng)用。
[0003]普通的應(yīng)用在功率方向的II1-V族氮化物型器件由于其構(gòu)造無(wú)法像MOSFET器件那樣擁有天然的續(xù)流二極管，因而在逆變轉(zhuǎn)換等電路中需要設(shè)置額外的續(xù)流二極管。圖1示出傳統(tǒng)的AlGaN/GaNHEMT結(jié)構(gòu)，其可以被設(shè)計(jì)為具有-3V的閾值電壓的晶體管。層10是諸如SiC，藍(lán)寶石，Si，GaN等絕緣或半絕緣材料的襯底，層11是GaN緩沖層，層12是AlGaN，具有例如20-40%的Al成分.虛線表示存在于此結(jié)構(gòu)中的二維電子氣(2DEG)，要求有負(fù)的柵極電壓以使柵極下面的2DEG耗盡從而使器件截止。
[0004]圖2是采用圖1中的傳統(tǒng)常通型AlGaN/GaN HEMT器件的逆變電路組件，圖中每個(gè)橋壁的AlGaN/GaN HEMT晶體管都需要反接具有匹配耐壓和電流能力的續(xù)流二極管，以保證電路的正常運(yùn)行。
[0005]一種帶有可集成的續(xù)流二極管的AlGaN/GaN HEMT,通過(guò)其自帶的二極管，避免了外接二極管的模塊化的復(fù)雜工藝，極大的降低了電路尺寸和設(shè)計(jì)成本，提高了芯片工作的穩(wěn)定度?？杉苫K的推廣，是電力電子領(lǐng)域一個(gè)非常熱門(mén)的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種新的集成化的功率半導(dǎo)體器件模塊，適合應(yīng)用于平面結(jié)構(gòu)的功率器件。
[0007]一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括:A部分，III族氮化物的三端HEMT器件，具有半導(dǎo)體材料構(gòu)成的漂移區(qū)和導(dǎo)電溝道，B部分，III族氮化物的兩端SBD器件，具有半導(dǎo)體材料構(gòu)成的漂移區(qū)和導(dǎo)電溝道。A部分同B部分采用一片襯底上生長(zhǎng)的外延制備，并采用絕緣材料進(jìn)行隔離。A部分同B部分首尾相接，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0008]一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:在襯底上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成可以導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料N面或Ga面的堆疊層；在表面形成鈍化層；去除部分鈍化層，進(jìn)行刻蝕形成溝槽，在溝槽內(nèi)形成絕緣材料，對(duì)二極管和HEMT進(jìn)行隔離；通過(guò)掩膜版分別對(duì)二極管和HEMT進(jìn)行部分刻蝕，沉積金屬；引出金屬電極板，在器件表面相連。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為傳統(tǒng)耗盡型III族氮化物HMET器件裝置剖面示意圖[0010]圖2為傳統(tǒng)耗盡型III族氮化物同續(xù)流二極管模塊的連接示意圖
[0011]圖3為本發(fā)明的一種具有集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的SiN鈍化物未畫(huà)出)
[0012]圖4為本發(fā)明的一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置的俯視示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的SiN鈍化物未畫(huà)出)
[0013]圖5為本發(fā)明的一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置的俯視示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的SiN鈍化物未畫(huà)出)
[0014]圖6為本發(fā)明的一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置的俯視示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的SiN鈍化物未畫(huà)出)
[0015]圖7為本發(fā)明的一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置的俯視示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的SiN鈍化物未畫(huà)出)
[0016]其中:
[0017]301，第一類(lèi)半導(dǎo)體材料
[0018]302，第二類(lèi)半導(dǎo)體材料
[0019]303，第三類(lèi)半導(dǎo)體材料
[0020]304，第四類(lèi)導(dǎo)電半導(dǎo)體材料
[0021]305，第五類(lèi)半導(dǎo)體材料
[0022]307，308，309，310，311，金屬電極
[0023]312，金屬電板
[0024]313，第六類(lèi)絕緣半導(dǎo)體材料
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]圖3為本發(fā)明的一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置剖面圖，下面結(jié)合圖3詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0027]—種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層301，為絕緣或半絕緣型半導(dǎo)體襯底，可以為硅，藍(lán)寶石或是碳化硅等材料；晶核層302，為非導(dǎo)電性半導(dǎo)體襯底，可以為氮化鋁；303-305為半導(dǎo)體材料為實(shí)現(xiàn)2DEG溝道的導(dǎo)電層以及勢(shì)壘層，可以為鋁氮化鎵，其中的II1-V族元素可以由同族元素進(jìn)行替換，鋁元素的摩爾系數(shù)X范圍是O≤X≤0.5 ;隔離層313，為非導(dǎo)電性半導(dǎo)體材料，實(shí)現(xiàn)二極管與HEMT器件的電隔離；器件表面附有金屬，其中307，309，310為歐姆接觸，308，311為肖特基接觸；通過(guò)金屬電板312在器件上方或者器件外圍通過(guò)電板引導(dǎo)將金屬電極309，310相連接。
[0028]實(shí)施例2
[0029]圖4，5，6為本發(fā)明的一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置剖面圖，下面結(jié)合圖4，5，6詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0030]一種具有集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置，包括:A部分，III族氮化物的三端HEMT器件，具有半導(dǎo)體材料構(gòu)成的漂移區(qū)和導(dǎo)電溝道部分，III族氮化物的兩端SBD器件，具有半導(dǎo)體材料構(gòu)成的漂移區(qū)和導(dǎo)電溝道。其形狀可以是圖3中的包圍式，也可以是圖4，5中的相鄰式，其中III族 氮化物的三端HEMT器件為方形，III族氮化物的兩端SBD器件為方形或圓形，通過(guò)金屬電板406, 508,602在器件上方或者器件外圍通過(guò)電板引導(dǎo)將金屬電極 405，505，605 分別同 408，506,606 相連接。
[0031]通過(guò)上述實(shí)例闡述了本發(fā)明，同時(shí)也可以采用其它實(shí)例實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置，包括: 柵極電極； 源極電極和漏極電極； 陽(yáng)極電極和陰極電極； 一系列III族氮化物層，其形成具有與所述源極電極，漏極電極和陰極電極形成歐姆接觸，陽(yáng)極電極和柵極電極形成肖特基接觸的N面堆疊。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述最上層是其中在器件的接入?yún)^(qū)中形成2DEG的溝道層。
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其中，所述溝道的柵極區(qū)域存在不施加于所述柵極電壓的情況下包含2DEG，并且所述器件是耗盡模式器件。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括朝著所述陰極電極延伸的陽(yáng)極場(chǎng)板。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括朝著所述漏極電極延伸的柵極場(chǎng)板。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其中的表面覆蓋包括SiN。
7.如權(quán)利要求1所述的器件，其襯底包括藍(lán)寶石，Si，SiC等絕緣或非絕緣襯底。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，其所述陰極電極可以通過(guò)延伸的金屬同所述漏極電極相連。
9.一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置，包括: 柵極電極； 源極電極和漏極電極； 陽(yáng)極電極和陰極電極； 一系列III族氮化物層，其形成具有與所述源極電極，漏極電極和陰極電極形成歐姆接觸，陽(yáng)極電極和柵極電極形成肖特基接觸的Ga面堆疊。
10.如權(quán)利要求9所述的器件，其中，所述最上層是其中在器件的接入?yún)^(qū)中形成2DEG的溝道層。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溝道的柵極區(qū)域存在不施加于所述柵極電壓的情況下包含2DEG，并且所述器件是耗盡模式器件。
12.如權(quán)利要求9所述的器件，還包括朝著所述陰極電極延伸的陽(yáng)極場(chǎng)板。
13.如權(quán)利要求9所述的器件，還包括朝著所述漏極電極延伸的柵極場(chǎng)板。
14.如權(quán)利要求9所述的器件，其中的表面覆蓋包括SiN。
15.如權(quán)利要求9所述的器件，其襯底包括藍(lán)寶石，Si，SiC等絕緣或非絕緣襯底。
16.如權(quán)利要求9所述的器件，其所述陰極可以通過(guò)延伸的金屬同所述漏極電極相連。
17.如權(quán)利要求1、9所述一種集成續(xù)流二極管的半導(dǎo)體裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)在襯底上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成可以導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料N面或Ga面的堆疊層。 2)在表面形成鈍化層，去除部分鈍化層，進(jìn)行刻蝕形成溝槽，在溝槽內(nèi)形成絕緣材料，對(duì)二極管和HEMT進(jìn)行隔離。 3)通過(guò)掩膜版分別對(duì)二極管和HEMT進(jìn)行部分刻蝕，沉積金屬。 4)引出金屬電極板，在器件表面相連。
【文檔編號(hào)】H01L27/06GK103730464SQ201210390960
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】謝剛, 湯岑, 盛況, 汪濤, 郭清, 崔京京 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)蘇州工業(yè)技術(shù)研究院