本发明专利技术公开一种氮化镓（GaN）系列器件-晶体管和二极管，比前述GaN器件具有更高的单位面积电流处理能力。这一改进要归因于改进的布局拓扑结构。该器件还包括更简单、但性能更佳的倒装芯片连接系统和可减小热阻的装置。本发明专利技术还公开了一种简化的制造工艺，展示了使用孤岛电极替代指状电极的布局方案以将有源区密度增至传统交指结构的两倍或五倍。可使用孤岛拓扑结构来构造超低导通晶体管和损失较低的二极管。具体而言，本发明专利技术提供了一种提高横向GaN结构性价比的装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种氮化镓半导体-晶体管和二极管，尤其涉及一种可提供大电流承受能力的功率器件。
技术介绍
众所周知，氮化镓功率半导体器件的特性特别适用于功率应用。大多数的拟议结构为顶部设有功率电极和控制电极的横向导电器件。电极正下面是铝镓氮(AlGaN)和氮化铝(GaN)的异质结，自发极化和压电极化在异质界面产生电荷，从而得到IXlO13cnT2或更大的载流子面密度，而不会有意增加杂质。因此，大电流密度异质结场效应晶体管可通过使用异质界面处产生的二维电子气(2DEG)来实现。因此人们一直都致力于广泛研究开发氮化物半导体基功率晶体管，目前已在需要200V或更高的击穿电压的场效应中应用了导通硅基金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)十分之一或更小的电阻、或导通绝缘栅双极晶体管(IGBT)三分之一或更小的电阻(例如，参见W. Saitoetal.，“ IEEE电子器件汇刊”第50卷，第12章，第2528页)。氮化物半导体器件有源区的尺寸可做得比硅基半导体器件小。因此，人们一直也期望能缩小氮化物半导体器件的尺寸。传统的氮化物半导体器件有源区的尺寸可缩小至大约为硅基半导体器件有源区的尺寸的三分之一至十分之一。然而，由于连接线路的电极极板占据了较大的面积，所以因电迁移问题而无法充分地缩小横向氮化物半导体器件载流互连线的尺寸。例如，图11所示的氮化物半导体器件具有一个与漏极118相连的漏极极板125、与源极117相连的源极极板126以及与栅极119相连的栅极极板129。此时，氮化物半导体器件所需的面积大致是有源区130的三倍。电极极板的尺寸可以缩小，但是从击穿方面考虑，尺寸缩小受到一定限制。还可在有源区设置电极极板。然而，氮化物半导体器件中，电子在其中流动的沟道的方向与衬底的主表面平行。因此，除栅极外，有源区上还设置源极和漏极。在功率器件中，例如，在漏极极板和源极极板之间施加几百伏的电压。因此使用普通层间绝缘膜很难确保漏极极板和源极之间绝缘。此外，在多指氮化物半导体器件的有源区设置电极极板(如图11所示)的情况下，该电极极板和设在电极极板正下方的电极需要使用特殊的插头或通孔相互连接在一起。因此，连接极板并确保电极极板的平整度具有一定难度。
技术实现思路
因此理想的做法是克服电迁移、电极极板面积、电气互连面积以及有源区不足的问题。为解决这些问题以及现有技术的其它缺点，本专利技术提供了 GaN半导体器件新型结构和拓扑结构。具体而言，提出了使用孤岛结构(三角或矩形孤岛结构)替代常见的多指或交指结构。这些新型孤岛拓扑结构可很容易使所谓的特定的晶体管电阻是相等面积多指布置所能实现的一半。更重要的是，由于减少了表面互连和降低了对极板要求，有效或有源面积比因而提高了 3至5倍。本专利技术提供了一种规定的有源区内栅极宽度(常称作Wg)较大的器件。某些示例性实施例中提供的二极管和晶体管设置的拓扑结构，不仅提高了有源面积内的电流处理能力，还极大地提高了整个器件单位面积的电流处理能力。此外，还提供了一种性能极好的GaN晶体管和二极管的简单的制造工艺。以上对主要特征和一些可选方面进行了总结。为方便进一步理解本专利技术，以下将用几个示例进行说明。附图说明图I为一个示例性实施例的氮化物半导体器件的平面图； 图2为图I中氮化物半导体器件的截面图；图3为图I中氮化物半导体器件源极和漏极组的平面详图；图4和图4a为图I中氮化物半导体器件栅极组的平面详图，其中，为更清楚说明栅极组，未示出漏极和源极互连；图5为组结构中使用的金凸块的截面图；图6为另一个示例性实施例的氮化物半导体器件的平面图；图7为图6中氮化物半导体器件的截面图；图8为图6中氮化物半导体器件使用三角形电极进行更改后的平面图；图9为另一示例性实施例的氮化物半导体器件孤岛各侧使用齿形半岛进行更改后的平面图；图10为图9中的氮化物半导体器件孤岛各侧使用齿形半岛进行另一种更改后的平面图；图11为传统氮化物半导体器件的平面图。专利技术详细说明本专利技术中使用的“电极”、“孤岛”、“孤岛电极”可与源极、漏极、阳极或阴极互换使用，它们具有相同的目的和意义。以下将对某些示例性实施例进行描述，以方便更全面地理解本专利技术所公开的器件的结构、功能、制造和使用原理及其方法。并结合附图对这些实施例的一个或多个示例进行说明。本领域的技术人员应理解，本专利技术具体描述的及附图中说明的器件和方法为非限制性示例性实施例。某一示例性实施例中说明或描述的特征可与其它实施例的特征相结合使用。此类更改和变型均在本专利技术范围内。无论本说明书范围内的引用范围如何，除非另有规定，其子范围均在本专利技术范围内。若某些特性为一个或另一个变体的属性，除非另有规定，只要此类特性适用于其它变体或未与这些变体发生冲突，则此类特性可应用于所有这些其它变体。具体实施例方式实施例I图I为一实施例的氮化物半导体器件的平面结构。图2为沿图I中II-II线截取的截面结构的一部分。如图2所示，氮化物半导体器件具有设在不导电衬底11上的氮化物半导体层13，缓冲层12设在两者之间。氮化物半导体层13由厚度为I μ m的无掺杂氮化镓(GaN)层14和厚度为25nm的无掺杂铝镓氮(AlGaN)层15构成。无掺杂GaN层14和无掺杂AlGaN层15依次设置在缓冲层12上。二维电子气(2DEG)在无掺杂GaN层14和无掺杂AlGaN层15的界面区域产生，形成沟道区域。图I和图2示出了源极孤岛17和漏极孤岛18相互间隔地设置在氮化物半导体层13上。为减小接触电阻，去除了源极17和漏极18区域中的无掺杂AlGaN层15和一部分无掺杂GaN层14，以使源极17和漏极18低于无掺杂GaN层14和无掺杂AlGaN层15的界面。源极17和漏极18由钛(Ti)和铝(Al)制成。如图2所示，源极17和漏极18之间的长条中设有厚度为200nm的P-型AlGaN层 20。由钯(Pb)制成的栅极19则设在P-型AlGaN层20上。由相邻源极17和漏极18构成的这一区域称作有源界面区域30，其中，栅极设在氮化物半导体层13沟道区域中17和18之间。图I和图2所示的氮化物半导体为多孤岛场效应晶体管(FET)。具体而言，各个矩形源极孤岛17和矩形漏极孤岛18具有多个有源界面区域30。第一绝缘层22堆焊在栅极19和有源界面区域30的上面，以便于在栅极上设置凸起源场极板24。场极板24在下一步的镀金互连过程中制成。此外，第一绝缘层22还为源极镀金互连和栅极19之间提供绝缘。如图3所示，多个孤岛源极17由I至50个孤岛组相互电气连接在一起形成一个具有共用电互连点的源极组31，该电互连点用源极金凸块34制成。如图3所示，多个孤岛漏极18由I至50个孤岛组相互电气连接在一起形成一个具有共用电互连点的漏极组32，该电互连点用源极金凸块35制成。如图4所示，多个栅极19由I至50个孤岛组相互电气连接在一起形成栅极组33。另外，这些栅极组33用镀金线37在整个器件中进行电气连接。所述镀金线37用栅极金凸块36进行端接。栅极镀金线38与源极金属线垂直，其电势相近，从而减少了栅极和漏极线之间所需击穿电压问题。多个源极组31、漏极组32和栅极组33以可相对各个漏极18、源极17依次颠倒的方式设置，其中，栅极19位于17和18两者之间。孤岛本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·罗伯茨，阿哈默德·米桑，格文·帕特森，格雷格·克洛维克，
申请(专利权)人：GAN系统公司，
类型：
国别省市：
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