半导体开关元件和半导体电路装置制造方法及图纸

一种半导体开关元件，其中在形成于衬底上的半导体层上，或半导体衬底上，以预定间隔沿衬底表面的方向设置源电极和漏电极；且第二栅电极被设置在源电极和漏电极之间，第二栅电极与源电极电连接并用具有彼此不同高度的肖特基势垒的两种类型的电极材料层来构成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体开关元件；以及诸如倒相器电路和电动机电路之类的半 导体电路装置，它需要利用半导体开关元件的不仅沿正方向的而且沿反方向的电 流。
技术介绍
利用该类型的半导体开关元件的半导体电路装置中的某一些(例如，电动机电 路和倒相器电路)需要不仅沿正方向的而且沿反方向的电流。。当电流打算在截止状态期间在常规半导体开关元件中沿反偏置方向流动时， 如图5所示必须在半导体开关元件的两端新结合一二极管。图5是示出利用常规半导体开关元件的倒相器电路的示例性结构的电路图。在图5中，例如，在常规倒相器电路40中，在四个半导体开关元件30a至30d 中，两个串联电路并联连接在电源41的两端之间，这两个串联电路中的一个由半 导体开关元件30a和30b组成，而另一个由半导体开关元件30c和30d组成。同样， 电容器42连接在电源41的两端之间。需要不仅沿正方向的而且沿反方向的电流的 输出电路43(例如，电动机)连接在构成一个串联电路的半导体开关元件30a和30b 的连接点与构成另一个串联电路的半导体开关元件30c和30d的连接点之间。采用上述的结构，在具有电动机电路结构的常规倒相器电路40中，当半导体 开关元件30a和30d导通，并且半导体开关元件30b和30c截止时，电流从半导体 开关元件30a经由输出电路43(例如，电动机)流到半导体开关元件30d。在该情况 下，电流沿正方向流入输出电路43(例如，电动机)。当半导体开关元件30b和30c导通，并且半导体开关元件30a和30d截止时， 电流从半导体开关元件30c经由输出电路43(例如，电动机)流入半导体开关元件30b。在该情况下，电流沿反方向流入输出电路43(例如，电动机)。此外，当水平半导体开关元件30a和30d截止时，由于半导体开关元件30a至30d的夹断，没有电流流入输出电路43(例如，电动机)。因此，在倒相器电路40中，为了使电流在水平半导体开关元件30a至30d截止时沿反偏置方向流动，用于反偏置工作的二极管44并联连接到相应半导体开关元件30a至30d。作为半导体开关元件的示例性装置结构，例如，参考文献1提出一种装置结 构，其中由高肖特基(Schottky)势垒材料Ni制成的电极和由低肖特基势垒材料Ti 制成的电极被设置在SiC层上。据报导，采用具有高肖特基势垒的Ni电极和具有 低肖特基势垒的Ti电极，可实现低导通电阻和通过高肖特基势垒的夹断控制。此外，参考文献2公开了一种半导体装置，其中凸起的AlGaN层被设置在二 极管中的n-GaN层上，且具有不同高度的肖特基势垒的两种类型的正电极被设置 在凸起的AlGaN上。换言之，参考文献2公开了一种GaN半导体装置，其中具有 低肖特基势垒的第一正电极和具有髙肖特基势垒的第二正电极被设置在n-GaN层 的表面的凸起部分上。此外，参考文献3公开了一种半导体装置，其中具有彼此不同的宽度并具有 不同高度的肖特基势垒的两种类型的正电极被设置在由GaN半导体制成的肖特基 二极管中。换言之，参考文献3公开了一种半导体装置，其中具有高肖特基势垒的 第二正电极的一部分被设置成与具有低肖特基势垒的第一正电极接触，且第二正电 极也与半导体层接触。此外，参考文献4公开了一种GaN半导体集成电路，其中参考文献3中描述 的肖特基二极管和晶体管(FET;场效应晶体管)被集成在同一衬底上。J. A. Co叩er等人的Recent Advances in SiC Power Device， Materials Science Forum ，第264-268巻(1998)，第895-900页日本特开公布第2004-31896号日本特开公布第2005-317843号日本特开公布第2006-100645号
技术实现思路
如上所述，在诸如倒相器电路和电动机电路之类的上述需要不仅沿正方向的 而且沿反方向的电流的常规半导体电路装置中，当新结合用于反偏置工作的二极管44时，出现了增加成本的问题，并且出现了由于二极管44导致的损耗而引起的工作速度降低的问题。参考文献l的例子仅公开了其中由高肖特基势垒材料Ni制成的电极和由低肖 特基势垒材料Ti制成的电极被设置在SiC层上的示例性装置结构。然而，参考文 献1没有包括工作以使得在半导体开关元件导通时电流沿正方向和反方向两个方 向流动的功能，以及工作以使得在半导体开关元件截止时电流仅沿反方向流动的功 能，如稍后本专利技术详细公开的。参考文献2至参考文献4中的例子提供在AlGaN层上的具有不同高度的肖特 基势垒的两种类型的正电极。然而，参考文献2至4涉及肖特基二极管并且旨在使 正方向中的上升电压较低而反方向的介电强度较高，但不涉及能够控制开关的半导 体开关元件(例如，MOS晶体管(FET;场效应晶体管))。在参考文献4中，肖特基 二极管和仅普通的晶体管(FET)独立地存在于同一衬底上。本专利技术旨在解决上述的问题。本专利技术的目的是提供 一种具有低损耗和高介 电强度、即使在截止状态下也能够使电流沿反偏置方向流动的半导体开关元件；以 及诸如倒相器电路和电动机电路之类的高速工作并能利用半导体开关元件来实现 成本降低的半导体电路装置。提供一种根据本专利技术的半导体开关元件，其中在形成于衬底上的半导体层上 或半导体衬底上，沿平行于衬底表面的方向以预定的间隔设置源电极和漏电极；在源电极和漏电极之间，设置第一栅电极和第二栅电极；第一栅电极被设置在源电极 侧；第二栅电极被设置在漏电极侧；第二栅电极和源电极彼此电连接；以及第二栅 电极用彼此不同高度的两种类型的电极材料层来构成，由此可实现上述目的。或者， 提供一种根据本专利技术的半导体开关元件，其中在形成于衬底上的半导体层上或在半 导体衬底上，在沿衬底表面的方向上以预定的间隔设置源电极和漏电极；并且第二 栅电极被设置在源电极和漏电极之间，第二栅电极与源电极电连接并用具有彼此不 同高度的肖特基势垒的两种类型的电极材料构成，从而实现上述目的。较佳的是，在根据本专利技术的半导体开关元件中，第一栅电极还被设置在源电 极和漏电极之间以及在第二栅电极和源电极之间。较佳的是，在根据本专利技术的半导体开关元件中，第一栅电极和第二栅电极的 两种类型的电极材料层中的一层用具有高肖特基势垒的电极材料构成，且第二栅电 极的两种类型的电极材料层中的另一层用具有比该一个电极材料层低的肖特基势 垒的电极材料来构成。更佳的是，根据本专利技术的半导体开关元件中的一个电极材料层被设置为另一 电极材料层上的上层，且该一个电极材料层的预定宽度在漏电极侧上连接到半导体 衬底或半导体层。更佳的是，在根据本专利技术的半导体开关元件中，与半导体衬底或半导体层接触的该一个电极材料层的预定宽度是大于或等于0.5pm至小于或等于3.0pm。更佳的是，在根据本专利技术的半导体开关元件中，第一栅电极和第二栅电极的 一个电极材料层分别由Ti、 W、 Ag、 WN、 Pt和Ni或其组合中的任意材料制成。更佳的是，在根据本专利技术的半导体开关元件中，第二栅电极的另一电极材料 层由Ni、 Pd和Au或其组合中的任意材料制成。更佳的是，在根据本专利技术的半导体开关元件中，源电极和漏电极由Ti、 Hf、 Au、 Al和W或其组合中的任意材料形成。更佳的是，在根据本专利技术的半导体开关元件中，源电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体开关元件，其中在形成于衬底上的半导体层上，或在半导体衬底上，以预定间隔沿所述衬底表面的方向设置源电极和漏电极；且第二栅电极被设置在所述源电极和所述漏电极之间，所述第二栅电极与所述源电极电连接并且用具有彼此不同高度的肖特基势垒的两种类型的电极材料层来构成。

【技术特征摘要】
JP 2006-7-6 2006-1871771.一种半导体开关元件，其中在形成于衬底上的半导体层上，或在半导体衬底上，以预定间隔沿所述衬底表面的方向设置源电极和漏电极；且第二栅电极被设置在所述源电极和所述漏电极之间，所述第二栅电极与所述源电极电连接并且用具有彼此不同高度的肖特基势垒的两种类型的电极材料层来构成。2. 如权利要求1所述的半导体开关元件，其特征在于，还包括在所述源电极 和所述漏电极之间以及在所述第二栅电极和所述源电极之间的第一栅电极。3. 如权利要求2所述的半导体开关元件，其特征在于，所述第一栅电极和所 述第二栅电极的两种类型的电极材料层中的一层用具有高肖特基势垒的电极材料 构成，而所述第二栅电极的两种类型的电极材料层中的另一层用具有比所述一个电 极材料层的肖特基势垒低的肖特基势垒的电极材料来构成。4. 如权利要求3所述的半导体开关元件，其特征在于，所述一个电极材料层 被设置为所述另一电极材料层上的上层，且所述一个电极材料层的预定的宽度在所 述漏电极侧上连接到所述半导体衬底或所述半导体层。5. 如权利要求4所述的半导体开关元件，其特征在于，与所述半导体衬底或 所述半导体层接触的所述一个电极材料层的预定宽度是大于或等于0.5nm至小于 或等于3.0nm。6. 如权利要求3所述的半导体开关元件，其特征在于，所述第一栅电极和所 述第二栅电极的一个电极材料层分别由Ti、 W、 Ag、 WN、 Pt和Ni或其组合中的任意材料制成。7. 如权利要求3所述的半导体幵关元件，其特征在于，所述第二栅电极的另 一电极材料层由Ni、 Pd和Au或其组合中的任意材料制成。8. 如权利要求1所述的半导体开关元件，其特征在于，所述源电极和所述漏 电极由Ti、 Hf、 Au、 Al和W或其组合中的任意材料制成。9. 如权利要求2所述的半导体开关元件，其特征在于，所述源电极和所述漏 电极欧姆连接到所述半导体衬底或所述半导体层，且所述第一栅电极和所述第二栅 电极肖特基连接到所述半导体衬底或所述半导体层。10. 如权利要求1所述的半导体开关元件，其特征在于，所述半导体层具有 以下任一种层叠结构GaN层和AiGaN层层叠的层叠结构、以AlGaN层、GaN层、AlGaN层顺序层叠的层叠结构、以及以GaN层、AlGaN层、GaN覆盖层顺序 层叠的层叠结构。11. 如权利要求10所述的半导体开关元件，其特征在于，所述源电极、所述 第一栅电极、所述第二栅电极和所述漏电极被设置在所述GaN层或所述AiGaN层 上。12. 如权利要求3所述的半导体开关元件，其特征在于，所述一个电极材料 层连接到所述源电极。13. 如权利要求1所述的半导体开关元件，其特征在于，所述衬底是SiC衬 底、蓝宝石衬底或Si衬底。14. 一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢船宪成，JK特怀南，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]