HEMT功率器件和集成电路制造技术

本公开的实施例涉及HEMT功率器件和集成电路。功率器件由彼此级联的D模式HEMT和MOSFET形成，并且被集成在具有基底主体和基底主体上的异质结构层的芯片中。D模式HEMT包括形成在异质结构层中的沟道区域；MOSFET包括形成在基底主体中的第一和第二导电区域，并且包括形成在异质结构层中的绝缘栅极区域，该绝缘栅极区域沿着横向方向与D模式HEMT电绝缘。第一金属区域延伸穿过异质结构层，在沟道区域的侧面并且与沟道区域和第一导电区域电接触。

【技术实现步骤摘要】
HEMT功率器件和集成电路
本公开涉及一种在增强模式下操作的HEMT功率器件。
技术介绍
众所周知，HEMT(高电子迁移率晶体管，也被称为HFET(异质结构场效应晶体管)或MODFET(调制掺杂的场效应晶体管))由于其在高频率下操作的能力，以及承受高击穿电压的能力，而受到广泛的传播。特别地，基于Si-GaN(或GaN-On-Si“硅上氮化镓”)技术的HEMT器件因其低成本和高可扩展性而日益普及。特别地，基于Si-GaN技术的HEMT在功率转换器设备中具有广泛的应用。众所周知，它们基本上包括通常被集成在分离的芯片中的控制级和至少一个功率元件。特别地，存在两种主要的基于GaN-On-Si技术的N型HEMT：在增强模式(E模式)下操作的晶体管，通常关断；即，当栅极至源极电压Vgs为零时，它们关断，并且需要正Vgs电压(Vgs>0V)来导通；和在耗尽模式(D模式)下操作的晶体管，通常导通；即，当电压Vgs为零时，它们导通，并且需要负Vgs电压(Vgs<0V)来关断。D模式晶体管比在E模式下操作的晶体管更成熟、本质上更鲁棒和可靠。但是，D模式晶体管与通常设计成与E模式晶体管一起工作的功率转换器的驱动器不兼容。出于该原因，通常使用级联模式转换电路将D模式晶体管操作性地转换为E模式晶体管(在0Vgs下关断)。为此，模式转换电路与D模式晶体管分开形成，并且在组装期间在封装或板级处经由接线连接而连接到该D模式晶体管。但是，互连线的存在限制了可在高频应用(诸如功率转换器)中使用的最大开关频率，并且需要较大的板面积。另外，这也导致功率转换效率的降低。
技术实现思路
本公开提供一种克服现有技术的缺点的HEMT功率器件。在第一方面，提供了一种HEMT功率器件。HEMT功率器件包括：在同一个芯片中：耗尽模式D模式HEMT；和级联耦合到所述D模式HEMT的MOSFET晶体管；其中所述HEMT功率器件可操作在操作的增强模式E模式中。在一个实施例中，所述芯片包括半导体材料的基底主体和叠加在所述基底主体上的异质结构层；所述D模式HEMT包括形成在所述异质结构层中的沟道区域和延伸穿过所述异质结构层的第一金属区域；所述MOSFET晶体管包括均形成在所述基底主体中的第一导电区域和第二导电区域，并且包括绝缘栅极区域，所述绝缘栅极区域形成在所述异质结构层中并且沿着横向方向与所述D模式HEMT电绝缘；并且所述第一金属区域在横向上接触所述沟道区域并且与所述沟道区域和所述第一导电区域电接触。在一个实施例中，所述基底主体包括硅，并且所述异质结构层包括GaN-AlGaN。在一个实施例中，所述基底主体包括具有晶体定向的衬底和被布置在所述衬底与所述异质结构层之间的外延层。在一个实施例中，所述异质结构层包括在所述基底主体之上延伸的电介质层、在所述电介质层之上延伸的沟道层以及在所述沟道层之上延伸的屏障层；所述MOSFET的所述第一导电区域和所述第二导电区域均与所述电介质层相接；所述基底主体具有第一导电类型，并且所述第一导电区域和所述第二导电区域均具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型；所述MOSFET晶体管的所述绝缘栅极区域包括形成在所述电介质层中的栅极-电介质区域和形成在所述沟道层中的栅极电极；并且所述D模式HEMT包括叠置在所述屏障层上的绝缘栅极区域，并且包括第二金属区域，所述第二金属区域延伸穿过所述屏障层并且与所述沟道层直接电接触，所述第一金属区域延伸穿过所述屏障层、所述沟道层和所述电介质层。在一个实施例中，所述芯片包括第三金属区域，所述第三金属区域延伸穿过所述屏障层、所述沟道层和所述电介质层并且与所述第二导电区域和所述基底主体直接电接触。在一个实施例中，所述基底主体包括衬底和布置在所述衬底和所述异质结构层之间的外延层，所述衬底具有高于所述外延层的掺杂水平，所述外延层容纳增强区域，所述增强区域相对于所述第二导电区域横向延伸并且与所述第二导电区域直接电接触，所述增强区域具有所述第一导电类型并且具有比所述外延层更高的掺杂水平；并且还包括与所述增强区域直接电接触的第三金属区域。在一个实施例中，HEMT功率器件还包括：第四金属区域，延伸穿过所述屏障层并且与所述MOSFET的所述栅极电极直接电接触；以及绝缘材料的第一电绝缘区域和第二电绝缘区域，所述第一电绝缘区域和所述第二电绝缘区域延伸穿过所述异质结构层并且使以下各项彼此电绝缘：容纳所述第三金属区域的所述异质结构层的第一部分；容纳所述栅极绝缘区域和所述MOSFET的栅极电极的所述异质结构层的第二部分，所述异质结构层的所述第二部分还容纳所述第四金属区域；和容纳所述第一金属区域和所述沟道区域的所述异质结构层的第三部分。在第二方面，提供了一种集成电路。该集成电路包括：驱动器电路系统；和功率器件，所述功率器件包括耗尽模式HEMT和MOSFET晶体管，所述HEMT的第一源极/漏极端子耦合到所述MOSFET晶体管的第一漏极/源极端子，所述HEMT的栅极耦合到所述驱动器电路系统的第一输出节点，并且所述MOSFET晶体管的栅极耦合到所述驱动器电路系统的第二输出节点，所述第二输出节点与所述第一输出节点不同。在一个实施例中，所述驱动器电路系统包括电阻性元件，所述电阻性元件耦合在所述驱动器电路系统的所述第二输出节点与所述MOSFET晶体管的第二漏极/源极端子之间。实际上，提供了一种功率器件，该功率器件在同一个芯片中集成了D模式HEMT和转换晶体管；后者使功率器件在增强模式(E模式)下操作，并且使D模式HEMT能够使用与用于E模式晶体管的驱动器相同的驱动器进行驱动。因此，在转换晶体管和D模式HEMT之间不需要连接线。具体地，例如MOSFET类型的转换晶体管形成在D模式HEMT的异质结构层下方的半导体材料(例如，硅)的衬底中；衬底还承担电活性功能。注意，常规地，HEMT器件中的衬底通常不具有自身的电功能，而仅用作机械支撑。根据本公开的一个方面，在本功率器件中，集成了D模式HEMT和MOSFET转换晶体管的半导体材料的芯片具有第一、第二和第三外部连接端子，其中第一外部连接端子耦合到D模式HEMT的第一导电端子，D模式HEMT的第二导电端子耦合到MOSFET的第一导电端子，MOSFET的第二导电端子耦合到第二外部连接端子，并且MOSFET的栅极端子耦合到第三外部连接端子。例如，如果MOSFET是N沟道MOSFET(P型衬底)，则D模式HEMT的漏极端子连接到第一外部连接端子，D模式HEMT的源极端子连接到MOSFET的漏极端子，并且MOSFET的源极端子连接到第二外部连接端子。如果MOSFET是P沟道MOSFET(N型衬底)，则D模式HEMT的漏极端子连接到第一外部连接端子，D模式HEMT的源极端子连接到MOSFET的源极端子，并且MOSFET的漏极端子连接到第二外部连接端子。D模式HEMT的栅极端子可以耦合到该芯片的第四外部连接端子(如果存在)，或者可以耦合到第二外部连接端子。而且，半导体材料的芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HEMT功率器件，其特征在于，包括：/n在同一个芯片中：/n耗尽模式D模式HEMT；和/n级联耦合到所述D模式HEMT的MOSFET晶体管；/n其中所述HEMT功率器件可操作在操作的增强模式E模式中。/n

【技术特征摘要】
20190129 IT 1020190000012651.一种HEMT功率器件，其特征在于，包括：
在同一个芯片中：
耗尽模式D模式HEMT；和
级联耦合到所述D模式HEMT的MOSFET晶体管；
其中所述HEMT功率器件可操作在操作的增强模式E模式中。


2.根据权利要求1所述的HEMT功率器件，其特征在于：
所述芯片包括半导体材料的基底主体和叠加在所述基底主体上的异质结构层；
所述D模式HEMT包括形成在所述异质结构层中的沟道区域和延伸穿过所述异质结构层的第一金属区域；
所述MOSFET晶体管包括均形成在所述基底主体中的第一导电区域和第二导电区域，并且包括绝缘栅极区域，所述绝缘栅极区域形成在所述异质结构层中并且沿着横向方向与所述D模式HEMT电绝缘；并且
所述第一金属区域在横向上接触所述沟道区域并且与所述沟道区域和所述第一导电区域电接触。


3.根据权利要求2所述的HEMT功率器件，其特征在于，所述基底主体包括硅，并且所述异质结构层包括GaN-AlGaN。


4.根据权利要求2所述的HEMT功率器件，其特征在于，所述基底主体包括具有晶体定向的衬底和被布置在所述衬底与所述异质结构层之间的外延层。


5.根据权利要求2所述的HEMT功率器件，其特征在于：
所述异质结构层包括在所述基底主体之上延伸的电介质层、在所述电介质层之上延伸的沟道层以及在所述沟道层之上延伸的屏障层；
所述MOSFET的所述第一导电区域和所述第二导电区域均与所述电介质层相接；
所述基底主体具有第一导电类型，并且所述第一导电区域和所述第二导电区域均具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型；
所述MOSFET晶体管的所述绝缘栅极区域包括形成在所述电介质层中的栅极-电介质区域和形成在所述沟道层中的栅极电极；并且
所述D模式HEMT包括叠置在所述屏障层上的绝缘栅极区域，并且包括第二金属区域，所述第二金属区域延伸穿过所述屏障层并且与所述沟道层直接电接触，所述第一金属区...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·G·帕蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT