用于增强高电子迁移率晶体管的高电压操作的电容网络及其中的方法技术

本文提供了用于增强高电子迁移率晶体管(HEMT)的高电压操作的电容网络。集成和/或外部电容网络可以被设置有固定数目的电容耦合场板，以在漂移区域中分布电场。电容耦合场板可以有利地制作在相同的金属层上以降低成本；并且可以提供电容网络来控制场板电势。可以通过电容网络预先确定每个场板上的电势，从而沿着漂移区域产生均匀的和/或大体上均匀的电场分布。分布。分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强高电子迁移率晶体管的高电压操作的电容网络及其中的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2019年7月12日提交的第62/873,307号美国临时申请的权益，所述美国临时申请通过引用整体并入本文。
[0003]公开内容的领域
[0004]本专利技术涉及用于增强高电子迁移率晶体管(HEMT)的高电压操作的电容网络，并且更具体地涉及具有经由电容网络耦合的场板(field plate)的横向型氮化镓(GaN)HEMT。
[0005]背景信息
[0006]氮化镓(GaN)和其他宽带隙第三族氮化物基直接过渡半导体材料表现出高击穿电场并且有助于高电流密度。就此而言，在功率和高频应用中，GaN基半导体器件作为硅基半导体器件的替代物被积极研究。例如，相对于面积相当的硅功率场效应晶体管，GaN HEMT可以较高的击穿电压提供较低的比导通电阻(specific on resistance)。
[0007]功率场效应晶体管(FET)可以是增强型或耗尽型。增强型器件可以指当无施加的栅极偏压(bias)时(即，当栅极到源极偏压是零时)阻断电流(即，断开)的晶体管(例如，场效应晶体管)。相反，耗尽型器件可以指当栅极到源极偏压是零时允许电流(即，导通)的晶体管。
附图说明
[0008]参考以下附图描述了用于增强高电子迁移率晶体管(HEMT)的高电压操作的电容网络的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的参考数字在所有各个视图中指代相同的部分。
[0009]图1A例示了根据一实施方案的包括电容网络的器件横截面的简化示意图。
[0010]图1B例示了根据一实施方案的包括电容网络的器件横截面的示意图。
[0011]图1C例示了根据一实施方案的包括电容网络的器件横截面的示意图。
[0012]图2A例示了根据一实施方案的包括电容网络的器件的示意图。
[0013]图2B例示了根据一实施方案的包括电容网络的器件的示意图。
[0014]图2C例示了根据一实施方案的包括电容网络的器件的示意图。
[0015]图2D例示了根据一实施方案的包括电容网络的器件的示意图。
[0016]图3A例示了根据一实施方案的包括电势等值线(potential contour)的器件横截面。
[0017]图3B例示了根据一实施方案的包括电势等值线的器件横截面。
[0018]图3C例示了根据一实施方案的包括电势等值线的器件横截面。
[0019]图4A例示了根据一实施方案的电场和电势作为沿着漂移区域的距离的函数的图。
[0020]图4B例示了根据一实施方案的电场和电势作为沿着漂移区域的距离的函数的图。
[0021]图4C例示了根据一实施方案的电场和电势作为沿着漂移区域的距离的函数的图。
[0022]图5例示了根据一实施方案的对应于作为漏极电压的函数的场板电势的图。
[0023]图6例示了根据一实施方案的器件的俯视布局视图。
[0024]图7例示了根据一实施方案的用于在漂移区域中分布电场的概念流程图。
[0025]图8例示了用于高电压横向型氮化镓器件的传统场板设计。
[0026]图9例示了根据本文的教导的横向型氮化镓器件横截面和电示意图。
[0027]图10A例示了根据一实施方案的器件的俯视布局视图。
[0028]图10B例示了根据图10A的实施方案的条带(stripe)区域的俯视布局视图。
[0029]图11A例示了根据一实施方案的器件的俯视布局视图。
[0030]图11B例示了根据图11A的实施方案的条带区域的俯视布局视图。
[0031]图11C例示了根据图11A的实施方案的条带区域的横截面视图。
[0032]在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而例示的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件和层的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本文的教导的各实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用的或必要的常见但容易理解的元件、层和/或制程步骤，以便于较不妨碍对用于增强高电子迁移率晶体管的高电压操作的电容网络的这些各实施方案的查看。
具体实施方式
[0033]在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对用于增强高电子迁移率晶体管的高电压操作的电容网络的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将明显的是，不需要采用具体细节来实践本文的教导。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本公开内容。
[0034]贯穿本说明书提及“一个实施方案(one embodiment)”、“一实施方案(an embodiment)”、“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”意味着，结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构、方法、制程和/或特性被包括在用于增强高电子迁移率晶体管的高电压操作的电容网络的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定全指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构、方法、制程和/或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。
[0035]在本申请的上下文中，当晶体管处于“断开状态”或“断开”时，晶体管阻断电流和/或基本上不传导电流。相反，当晶体管处于“导通状态”或“导通”时，晶体管能够显著地传导电流。通过实施例的方式，在一个实施方案中，高电压晶体管包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)场效应晶体管(FET)，其中在第一端子即漏极和第二端子即源极之间支持高电压。在一些实施方案中，当调节提供给负载的能量时，可以使用集成控制器电路来驱动功率开关。此外，出于本公开内容的目的，“接地”或“接地电势”指参考电压或电势，电子电路或集成电路(IC)的所有其他电压或电势都相对于该参考电压或电势来定义或量测。
[0036]如上文所描述的，相对于面积相当的硅功率场效应晶体管，HEMT和/或GaN HEMT可以较高的击穿电压提供较低的比导通电阻。然而，已经发现，HEMT和/或GaN HEMT的击穿电
压可能受漂移区域中的不均匀电场限制。因此，可能期望找到在漂移区域中分布电场使得该电场变得均匀和/或大体上均匀的方式。
[0037]分布电场的传统方法包括使用场板。然而，用于高电压HEMT(例如，横向型高电压HEMT)的传统场板设计可能限于沿着漂移区域提供正方形电场分布；此外，传统场板设计可能需要厚的电介质来支持高击穿电压。这进而可能增加制程成本和复杂性。因此，可能也期望找到在不增加制程成本和复杂性的情况下分布电场的方式。
[0038]本文提供了用于增强高电子迁移率晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括：漂移区域；至少一个场板，所述至少一个场板设置在所述漂移区域上方，其中所述漂移区域被配置为支持电场；以及电容网络，所述电容网络电耦合到所述至少一个场板，其中所述电容网络被配置为分布所述电场。2.根据权利要求1所述的HEMT，其中所述HEMT是横向型氮化镓(GaN)半导体器件。3.根据权利要求1所述的HEMT，其中所述电容网络被配置为均匀地分布所述电场。4.根据权利要求1所述的HEMT，其中所述电容网络被配置为在所述至少一个场板上建立选择电势。5.根据权利要求4所述的HEMT，其中所述选择电势被选择以均匀地分布所述电场。6.根据权利要求4所述的HEMT，其中所述电容网络包括至少一个阻抗，所述至少一个阻抗被配置为将所述至少一个场板放电。7.一种半导体器件，包括：漂移区域，所述漂移区域横向地形成在栅极和漏极之间，其中所述漂移区域被配置为支持电场；多个场板，所述多个场板设置在所述漂移区域上方，所述多个场板包括：第一场板，所述第一场板被配置为支持第一电势；以及第二场板，所述第二场板被配置为支持第二电势；以及电容网络，所述电容网络电耦合到所述多个场板，其中所述电容网络被配置为建立所述第一电势和所述第二电势以便分布所述电场。8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述电容网络被配置为建立所述第一电势和所述第二电势。9.根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述电容网络包括：第一电容器，所述第一电容器电耦合到所述第一场板；以及第二电容器，所述第二电容器电耦合到所述第二场板。10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中所述电容网络是外部电容网络。11.根据权利要求9所述的半导体器件，其中所述电容网络包括嵌入式电容器。12.根据权利要求9所述的半导体器件，其中所述第一电容器被配置为建立所述第一电势，并且所述第二电容器被配置为建立所述第二电势。13.根据权利要求9所述的半导体器件，其中所述第一电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国彰，S，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：