高电子迁移率二极管和半导体器件制造技术

本实用新型专利技术涉及高电子迁移率二极管和半导体器件。在一个实施方案中，一种形成HEM二极管的方法可包括形成具有高正向电压的HEM二极管，所述正向电压大于HEMT的栅极至源极阈值电压或P‑N二极管的正向电压中的一者。

High Electron Mobility Diodes and Semiconductor Devices

The utility model relates to a high electron mobility diode and a semiconductor device. In one implementation, a method of forming a HEM diode may include forming a HEM diode with a high forward voltage greater than one of the gate-to-source threshold voltage of the HEMT or the forward voltage of the P_N diode.

【技术实现步骤摘要】
高电子迁移率二极管和半导体器件
本技术整体涉及电子器件，更具体地讲，涉及高电子迁移率二极管和半导体器件。
技术介绍
过去，半导体工业利用各种方法和结构来形成高电子迁移率(HEM)半导体器件。此类器件的一些实施方案利用了从元素周期表的III族或V族中选择的材料层，并且在一些应用中使用了复合半导体材料。所选择的材料有时被安排成在两种半导体材料之间形成异质结。例如，半导体材料可以使用氮化镓(GaN)层或氮化镓铝(AlGaN)层。在一些应用中，HEM器件可能是通常被称为HEM晶体管(HEMT)的晶体管。通常，可取的是将一个保护二极管连接到HEMT来提供过电压状况保护。然而，由III族或V族半导体材料形成的二极管通常具有较低的正向电压。在一些示例中，正向电压可能已经在三至四伏(3-4V)的范围内。因此，此类二极管通常不适合用作保护二极管。因此，保护二极管通常被连接，使得反向击穿电压将为HEMT提供保护。在一些应用中，其他类型的二极管外部连接到HEMT来提供过电压保护。这些外部二极管通常会增加系统成本。因此，期望具有正向电压足够大而能够提供过电压保护的保护二极管，或者期望具有能够提供过电压保护的HEM二极管，或期望具有能够在与HEMT相同的半导体管芯上提供过电压保护的HEM二极管。
技术实现思路
至少为了解决上述技术问题，本技术提出了一种HEM二极管和半导体器件。根据一个方面，提供了一种HEM二极管，包括：所述HEM二极管的正向电压大于HEMT的栅极至源极阈值电压或P-N二极管的正向电压中的一者。根据另一个方面，提供了一种半导体器件，包括：第一复合半导体层；第二复合半导体层，所述第二复合半导体层位于所述第一复合半导体层上；阴极电极，所述阴极电极位于所述第二复合半导体层的第一部分上；第三复合半导体层，所述第三复合半导体层位于所述第二复合半导体层的第二部分上并且与所述阴极电极间隔开第一距离；阳极电极，所述阳极电极位于所述第三复合半导体层上；控制元件，所述控制元件被形成为所述第二复合半导体层的第三部分上的第四复合半导体层，所述控制元件与所述阴极电极间隔开第二距离，其中所述第二距离小于所述第一距离，所述控制元件电耦接到所述第三复合半导体层。附图说明图1以一般方式示出了根据本技术的半导体器件的实施方案的示例的一部分的平面图，该半导体器件可以包括一起形成在单个半导体管芯上的高电子迁移率晶体管(HEMT)和高电子迁移率二极管(HEM二极管)；图2示出了根据本技术的图1的二极管的实施方案的示例的剖面部分；图3示意性地示出了根据本技术的可以由图1的器件的实施方案形成的电路的实施方案的示例。图4是根据本技术的具有以一般方式示出在操作图1的器件的实施方案的示例期间可形成的一些信号的示例的图的曲线图；图5是根据本技术的具有以一般方式示出在操作图1的器件的实施方案的示例期间可形成的一些其他信号的示例的图的曲线图；图6示出了根据本技术的可以是图2的二极管的替代实施方案的HEM二极管的实施方案的示例的横截面部分；图7示出了根据本技术的可以是图1至图2的元件中的至少一者的替代实施方案的元件的一个示例性实施方案的平面图；图8示出了根据本技术的可以是图1至图2的元件中的至少一者的替代实施方案的元件的另一个示例性实施方案的平面图；图9示出了根据本技术的可以是图1的器件的替代实施方案的半导体器件的实施方案的示例的一部分的平面图；和图10示意性地示出了根据本技术的图9的器件的一部分的一些互连的实施方案的示例。具体实施方式为使图示清晰简明，图中的元件未必按比例绘制，一些元件可能为了进行示意性的说明而被夸大，而且除非另外规定，否则不同图中的相同参考标号指示相同的元件。此外，为使描述简单，可省略公知步骤和元件的描述和细节。如本文所用，载流元件或载流电极意指器件的载送通过器件的电流的元件，诸如MOS晶体管的源极或漏极或者双极型晶体管的发射极或集电极或者二极管的阴极或阳极，而控制元件或控制电极意指器件的控制通过器件的电流的元件，诸如MOS晶体管的栅极或者双极型晶体管的基极。另外，一个载流元件可载送沿一个方向通过器件的电流，诸如载送进入器件的电流，而第二载流元件可载送沿相反方向通过器件的电流，诸如载送离开器件的电流。尽管器件在本文中可以被描述为某些N沟道或P沟道器件或者某些N型或P型掺杂区，但本领域的普通技术人员将理解，根据本技术的互补器件也是可以的。本领域的普通技术人员理解，导电类型是指通过其发生传导的机制，诸如通过空穴或电子传导，因此，导电类型不是指掺杂浓度而是指掺杂类型，诸如P型或N型。本领域的技术人员应当理解，本文所用的与电路操作相关的短语“在…期间”、“在…同时”和“当…时”并不确切地指称某个动作在引发动作后立即发生，而是指在初始动作所引发的反应之间可能存在一些较小但合理的延迟，诸如各种传播延迟。另外，短语“在…同时”是指某个动作至少在引发动作持续过程中的一段时间内发生。词语“大概”或“基本上”的使用意指元件的值具有预期接近陈述值或位置的参数。然而，如本领域所熟知，始终存在妨碍值或位置确切地为陈述值或位置的微小差异。本领域公认的是，最多达至少百分之十(10％)(并且对于包括半导体掺杂浓度的一些元件，最多至百分之二十(20％))的偏差是与确切如所述的理想目标相差的合理偏差。在关于信号状态使用时，术语“生效”意指信号的有效状态，而术语“失效”意指信号的无效状态。信号的实际电压值或逻辑状态(诸如“1”或“0”)取决于使用的是正逻辑还是负逻辑。因此，如果使用的是正逻辑，则高电压或高逻辑可生效，如果使用的是负逻辑，则低电压或低逻辑可生效；而如果使用的是正逻辑，则低电压或低状态可失效，如果使用的是负逻辑，则高电压或高逻辑可失效。在本文中，使用正逻辑约定，但本领域的技术人员理解，也可以使用负逻辑约定。权利要求书和/或具体实施方式中的术语“第一”、“第二”、“第三”等(如用在元件名称的一部分中)用于区分类似元件，并且不一定描述时间上、空间上、等级上或任何其他方式的顺序。应当理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，并且本文所述的实施方案能够以除本文所述或举例说明外的其他顺序来操作。提到“一个实施方案”，意味着结合该实施方案描述的特定的特征、结构或特性包含在本技术的至少一个实施方案中。因此，在本说明书通篇内的不同位置出现的短语“在一个实施方案中”，不一定都指同一个实施方案，但在某些情况下，有可能指同一个实施方案。此外，如本领域的普通技术人员所清楚的，在一个或多个实施方案中，具体特征、结构或特性可以任何合适的方式结合。为了附图清楚显示，器件结构的掺杂区域被示出为具有大致直线的边缘和精确角度的拐角。然而，本领域的技术人员理解，由于掺杂物的扩散和激活，掺杂区域的边缘通常可不为直线并且拐角可不为精确角度。另外，一个或多个实施方案的描述可以示出蜂窝式设计(其中，体区是多个蜂窝区)而不是单体设计(其中，体区由以细长图案通常以蜿蜒图案形成的单个区域构成)。然而，本说明书旨在应用于蜂窝式实现方式和单个基底实现方式两者。下文将适当举例说明并描述的实施方案可缺少本文未具体公开的任何元件，并且/或者可在缺少本文未具体公开的任何元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括具有高正向电压的二极管，所述半导体器件包括：半导体衬底；覆盖在所述半导体衬底的第一部分上面的氮化镓沟道层；在所述氮化镓沟道层上的氮化镓铝载流子供应层，其中在所述氮化镓沟道层与所述氮化镓铝载流子供应层之间的界面附近形成2DEG区域；在所述氮化镓铝载流子供应层的第一部分上的金属阴极；在所述氮化镓铝载流子供应层的第二部分上的第一P型GaN层，其中所述第一P型GaN层与所述金属阴极间隔开第一距离；定位于所述第一P型GaN层与所述金属阴极之间的绝缘体；覆盖在所述第一P型GaN层上面并电连接到所述第一P型GaN层的金属阳极；在所述氮化镓铝载流子供应层上的作为P型氮化镓材料的控制元件，其中所述控制元件电耦接到所述第一P型GaN层，包括在与所述第一P型GaN层相距第二距离处形成所述控制元件，其中所述第二距离小于所述第一距离，并且其中所述控制元件的宽度小于所述第一P型GaN层的宽度。

【技术特征摘要】
2017.02.21 US 15/438,6751.一种半导体器件，包括具有高正向电压的二极管，所述半导体器件包括：半导体衬底；覆盖在所述半导体衬底的第一部分上面的氮化镓沟道层；在所述氮化镓沟道层上的氮化镓铝载流子供应层，其中在所述氮化镓沟道层与所述氮化镓铝载流子供应层之间的界面附近形成2DEG区域；在所述氮化镓铝载流子供应层的第一部分上的金属阴极；在所述氮化镓铝载流子供应层的第二部分上的第一P型GaN层，其中所述第一P型GaN层与所述金属阴极间隔开第一距离；定位于所述第一P型GaN层与所述金属阴极之间的绝缘体；覆盖在所述第一P型GaN层上面并电连接到所述第一P型GaN层的金属阳极；在所述氮化镓铝载流子供应层上的作为P型氮化镓材料的控制元件，其中所述控制元件电耦接到所述第一P型GaN层，包括在与所述第一P型GaN层相距第二距离处形成所述控制元件，其中所述第二距离小于所述第一距离，并且其中所述控制元件的宽度小于所述第一P型GaN层的宽度。2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括从所述第一P型GaN层延伸到所述控制元件的第二P型GaN层，其中所述第二P型GaN层在所述第一P型GaN层与所述控制元件之间形成电耦接。3.根据权利要求2所述的半导体器件，还包括所述第二P型GaN层，所述第二P型GaN层从所述第一P型GaN层横向延伸，从而邻接所述控制元件并形成与所述控制元件的电连接。4.一种高电子迁移率二极管，包括：所述高电子迁移率二极管的正向电压大于HEMT的栅极至源极阈值电压或P-N二极管的正向电压中的一者。5.根据权利要求4所述的高电子迁移率二极管，还包括：半导体衬底；第一半导体层，所述第一半导体层来自III族或V族半导体材料，其中所述第一半导体层与下面的第二半导体层形成2DEG；阴极电极，所述阴极电极位于所述第一半导体层的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：全祐哲，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US