高電子遷移率電晶體和其製造方法與流程

2023-05-14 01:55:11 1

本發明涉及一種高電子遷移率電晶體hemt以及一種用於製造高電子遷移率電晶體的方法。

背景技術：

基於氮化鎵的橫向功率電晶體hemt不是過壓穩定的，因為該hemt的介電層，例如緩衝層和屏蔽電容，在相比hemt所基於的半導體襯底更小的場強時便會擊穿。這些電晶體不雪崩。可以用於安全地運行hemt的最大的雪崩能量相應於以下能量的量，該能量的量可以與最大的反向電壓一起存儲在輸出電容上。

在此，缺點是：在超過該最大的反向電壓的情況下發生不可逆的介電擊穿並且該hemt被毀壞。

構件的毀壞同樣在基於igbt的構件中已知。在此，為了進行保護以防過壓，使用齊納二極體和雪崩二極體的錯接(verschaltung)。然而，對於hemt不遵循該方案，因為齊納二極體和雪崩二極體不能夠集成到hemt技術中。此外，在此不利的是，這些二極體不夠快速，因為gan(氮化鎵)hemt具有高的切換速度。

文獻de102013102457a1描述了一種用於化合物半導體場效應電晶體的過壓保護的構件。該構件包含布置在化合物半導體材料中的注入區。該注入區具有空間上分布的陷阱狀態該陷阱狀態引起注入區在閾值電壓時變得導電。因此，注入區具有根據弗蘭凱爾-普爾(frenkel-pool)原理的導電機理。通過注入外來原子來引入有能量的狀態，即所謂的雜質其能夠實現一種類型的跳躍導電。雜質構成在通常為無狀態的帶隙的區域中的電子的在能量上可能的狀態。通過跳躍導電，電子能夠由一種雜質轉入到下一種雜質。這相應於電流流動。通過外來原子的選擇確定該狀態的有能量的深度。藉助於這些狀態能夠調節場強，從該場強起在場效應電晶體中產生電流流動。

在此，缺點是：能夠流過所注入的複合半導體材料能夠實現電流流動，從而不存在過壓保護構件的長時間穩定性。

技術實現要素：

本發明的任務是，提供一種長時間穩定的、過壓安全的hemt。

所述高電子遷移率電晶體hemt包括多個第一單個單元和至少一個第二單個單元，其中，所述第二單個單元具有第一絕緣層。單個單元在此理解為hemt的基本單元，該基本單元具有源極連接端、柵極連接端和漏極連接端。所述第二絕緣層垂直於襯底前側地布置並且從所述襯底前側延伸至二維電子氣中，從而產生具有第一柵極連接端的第一單個電晶體和具有第二柵極連接端的第二單個電晶體。術語襯底前側在此理解為襯底的一個側，在該側上布置有hemt的接觸部，即柵極、漏極和源極。第一單個電晶體和第二單個電晶體並聯電連接並且具有源極連接端和漏極連接端。換言之，第一單個電晶體和第二單個電晶體具有共同的源極連接端或源極接觸部以及共同的漏極連接端或漏極接觸部。根據本發明，在所述漏極連接端和所述源極連接端之間在所述第二單個電晶體的區域中布置有電位接觸部。所述電位接觸部垂直於所述襯底前側地定向並且從所述襯底前側伸展至所述第二單個電晶體的所述二維電子氣中。這意味著，所述電位接觸部垂直於所述襯底前側地布置。基於電位接觸部，在所述漏極連接端和所述第二柵極連接端之間構成或產生第一電阻並且在所述第二柵極連接端和所述源極連接端之間構成或產生第二電阻。換言之，所述電位接觸部構成在所述源極連接端和漏極連接端之間的分壓器，其中，所述分壓器通過所述電位接觸部與所述第二柵極連接端電連接。這意味著，設有將所述電位接觸部和所述第二柵極連接端電連接的裝置。

在此優點是，由此產生的hemt功率電晶體是過壓安全的。通過分壓器能夠調節第二單個電晶體的柵極電壓。當第二單個電晶體的柵極電壓超過第二單個電晶體的閾值電壓時，第二單個電晶體導通並且將過電壓引出。此外，該hemt是長時間穩定的並且可以以簡單的方式將過壓保護集成到hemt工藝中。

在另一個構型中，所述裝置為柵極場板。

在此有利的是，通過降低最大的場強來抑制動態的rds-on(在導通狀態下的漏源電阻)效應。

在一個擴展方案中，所述第二柵極連接端的面積與所述電位接觸部的面積相應。不僅第二柵極連接端的面而且電位接觸部的面平行於襯底前側地布置或者布置在襯底前側上。

在此有利的是，能夠大面積地形成電位接觸部。在此，電位接觸部既不影響二維電子氣也不影響漏極連接端和第二柵極連接端之間的漂移區。

在另一個構型中，所述第二柵極連接端的面積大於所述電位接觸部的面積。不僅第二柵極連接端的面而且電位接觸部的面都平行於襯底前側地布置或者布置在襯底前側上。

在此優點是，基於小的電位接觸部表面，電位接觸部對二維電子氣的影響小。

在一個擴展方案中，所述電位接觸部布置在所述第二單個電晶體的區域中的漏極連接端和所述第二柵極連接端之間。

在此有利的是，減小了該hemt的不必要的總面積。

在另一個構型中，所述電位接觸部布置在所述第二單個電晶體的區域中的源極連接端和所述第二柵極連接端之間。

在此優點是，形成了總面積的減小。

在一個擴展方案中，第二單個電晶體具有第二絕緣層，所述第二絕緣層垂直於所述襯底前側地布置並且從所述襯底前側延伸至所述第二單個電晶體的所述二維電子氣中。

在此有利的是，所述電位接觸部不影響二維電子氣，因為電位接觸部與所述第二柵極連接端電絕緣。

在另一個構型中，第二單個電晶體的待機電流(stand-by-strom)能夠根據電位接觸部的高度來調節。

在此有利的是，第二單個電晶體的柵極連接端在過壓時能夠可靠地接通。

根據本發明的用於製造hemt的方法，所述hemt具有多個第一單個單元，所述方法包括：在至少一個第二單個單元中產生第一絕緣層，其中，所述第一絕緣層垂直於襯底前側地布置並且伸展至二維電子氣中，從而產生具有第一柵極連接端的第一單個電晶體和具有第二柵極連接端的第二單個電晶體。在所述第二單個電晶體的區域中產生電位接觸部，所述電位接觸部垂直於所述襯底前側地布置並且從所述襯底前側伸展至所述第二單個電晶體的所述二維電子氣中。所述方法還包括：在所述電位接觸部和所述第二柵極連接端之間產生電連接。

在另一個構型中產生第二絕緣層，所述第二絕緣層垂直於襯底前側地布置並且伸展至第二單個電晶體的二維電子氣中。

其他優點由實施例的後續描述或由從屬權利要求得出。

附圖說明

接下來藉助於優選的實施方式和所附的附圖闡述本發明。附圖示出：

圖1：現有技術中的hemt的俯視圖；

圖2：根據本發明的hemt的示意性的俯視圖；

圖3：第二單個單元的第一構型的俯視圖；

圖4：第二單個單元的第二構型的俯視圖；

圖5：根據本發明的hemt的等效電路圖；以及

圖6：用於製造根據本發明的hemt的方法。

具體實施方式

圖1示出現有技術中的hemt100的俯視圖。該hemt100具有多個第一單個單元101，所述多個第一單個單元101分別構成至少一個單個電晶體。因此，該hemt100包括由多個單個電晶體組成的串聯電路。同樣地，在圖1中示出該hemt100的源極連接端108、漏極連接端109和柵極連接端112。

圖2示出根據本發明的hemt200的示意性俯視圖。該hemt200具有源極連接端208、漏極連接端209和柵極連接端212、多個第一單個單元201和至少一個第二單個單元214，所述至少一個第二單個單元214具有第一絕緣層202。通過第一絕緣層202構成具有第一柵極連接端205的第一單個電晶體和具有第二柵極連接端207的第二單個電晶體。在此，第一單個電晶體和第二單個電晶體並聯電連接。在第二單個電晶體的區域中布置有電位接觸部213。在此，第二單個電晶體充當用於第一單個電晶體的過壓保護。

圖3示出第二單個單元的第一構型314。第二單個單元314具有源極連接端308和漏極連接端309。此外，該另一單個單元314具有第一絕緣層302，從而形成具有第一柵極連接端305的第一單個電晶體304和具有第二柵極連接端307的第二單個電晶體306。在此，第一單個電晶體304和第二單個電晶體306並聯連接。在第二單個電晶體306的區域中布置有電位接觸部313。

圖4示出第二單個單元的第二構型414。在此，與圖3中的附圖標記的後面幾位相同的附圖標記的後面幾位表示相同的特徵。附加地，第二單個電晶體406具有第二絕緣層403，該第二絕緣層403將電位接觸部413與第二柵極連接端407電絕緣。第二絕緣層406與襯底前側成直角地布置並且延伸至第二單個電晶體406的二維電子氣中。

可選地，該hemt能夠包括多個第二單個單元314和414。然而，一個這樣的第二單個單元314和414對於過壓保護的功能性來說是足夠的。

在一個實施例中，該hemt具有多個單個單元。這些單個單元全部並聯連接，從而它們具有共同的漏極連接端、源極連接端和柵極連接端。在此，這些單個單元中的兩個單個單元單獨地實施。這兩個單個單元通過絕緣層與另外的單個單元絕緣，其中，這兩個單個單元還具有共同的漏極連接端和源極連接端。這兩個單獨地實施的單個單元中的第一單個單元包含另一歐姆式接觸部作為電位接觸部，其處於原來的基本單元的漂移區上。這兩個單個單元中的第二單個單元如此實施，使得柵極連接端與第一單個單元的歐姆式接觸部連接。

圖5示出根據本發明的hemt的等效電路圖500。該hemt包括具有第一柵極連接端505的第一單個電晶體504和具有第二柵極連接端507的第二單個電晶體506。第一單個電晶體504和第二單個電晶體506藉助於共同的源極連接端508和共同的漏極連接端509並聯電連接。該hemt包括具有兩層的異質結(heterostruktur)，所述兩層具有不同大小的帶隙，例如algan/gan層或者algaas/gaas，從而在有源的構件之下形成二維電子氣。在此，該二維電子氣在漏極連接端和源極連接端之間形成歐姆電阻。該hemt具有電位接觸部513，所述電位接觸部從襯底前側伸展至二維電子氣中，從而該歐姆電阻被分成第一電阻510和第二電阻511，即構成一個分壓器，該分壓器調節第二單個電晶體506的柵極電壓或待機電流。對於過壓裝置的可靠的功能性來說，待機電流必須處於柵極的導通電流之上，從而第二單個電晶體506在過壓時是可使用的。這意味著，第二單個電晶體506是常通型的。在此，電位接觸部513的高度調節待機電流。電位接觸部513的材料包括例如鈦/鋁/鎳/金接觸部。

圖6示出用於製造hemt的方法600，該hemt包括多個第一單個單元和至少一個第二單個單元。該方法600以步驟610開始，在該步驟中在第二單個單元中產生第一絕緣層。在此，該第一絕緣層垂直於襯底前側地布置並且伸展至二維電子氣中。由此產生具有第一柵極連接端的第一單個電晶體和具有第二柵極連接端的第二單個電晶體。在接下來的步驟630中，在第二單個電晶體的區域中產生電位接觸部。所述電位接觸部也垂直於襯底前側地布置並且從襯底前側伸展至第二單個電晶體的二維電子氣中。在接下來的步驟640中，在電位接觸部和第二柵極連接端之間產生電連接。

在一個實施例中，在步驟610和步驟630之間實施步驟620，在步驟620中產生第二絕緣層，該第二絕緣層垂直於襯底前側地布置並且伸展至第二單個電晶體的二維電子氣中。由此，將電位接觸部與第二柵極連接端電分離。