本發(fā)明涉及一種高電子遷移率晶體管hemt以及一種用于制造高電子遷移率晶體管的方法。

背景技術(shù)：

基于氮化鎵的橫向功率晶體管hemt不是過(guò)壓穩(wěn)定的，因?yàn)樵揾emt的介電層，例如緩沖層和屏蔽電容，在相比hemt所基于的半導(dǎo)體襯底更小的場(chǎng)強(qiáng)時(shí)便會(huì)擊穿。這些晶體管不雪崩?？梢杂糜诎踩剡\(yùn)行hemt的最大的雪崩能量相應(yīng)于以下能量的量，該能量的量可以與最大的反向電壓一起存儲(chǔ)在輸出電容上。

在此，缺點(diǎn)是：在超過(guò)該最大的反向電壓的情況下發(fā)生不可逆的介電擊穿并且該hemt被毀壞。

構(gòu)件的毀壞同樣在基于igbt的構(gòu)件中已知。在此，為了進(jìn)行保護(hù)以防過(guò)壓，使用齊納二極管和雪崩二極管的錯(cuò)接(verschaltung)。然而，對(duì)于hemt不遵循該方案，因?yàn)辇R納二極管和雪崩二極管不能夠集成到hemt技術(shù)中。此外，在此不利的是，這些二極管不夠快速，因?yàn)間an(氮化鎵)hemt具有高的切換速度。

文獻(xiàn)de102013102457a1描述了一種用于化合物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的過(guò)壓保護(hù)的構(gòu)件。該構(gòu)件包含布置在化合物半導(dǎo)體材料中的注入?yún)^(qū)。該注入?yún)^(qū)具有空間上分布的陷阱狀態(tài)該陷阱狀態(tài)引起注入?yún)^(qū)在閾值電壓時(shí)變得導(dǎo)電。因此，注入?yún)^(qū)具有根據(jù)弗蘭凱爾-普爾(frenkel-pool)原理的導(dǎo)電機(jī)理。通過(guò)注入外來(lái)原子來(lái)引入有能量的狀態(tài)，即所謂的雜質(zhì)其能夠?qū)崿F(xiàn)一種類(lèi)型的跳躍導(dǎo)電。雜質(zhì)構(gòu)成在通常為無(wú)狀態(tài)的帶隙的區(qū)域中的電子的在能量上可能的狀態(tài)。通過(guò)跳躍導(dǎo)電，電子能夠由一種雜質(zhì)轉(zhuǎn)入到下一種雜質(zhì)。這相應(yīng)于電流流動(dòng)。通過(guò)外來(lái)原子的選擇確定該狀態(tài)的有能量的深度。借助于這些狀態(tài)能夠調(diào)節(jié)場(chǎng)強(qiáng)，從該場(chǎng)強(qiáng)起在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中產(chǎn)生電流流動(dòng)。

在此，缺點(diǎn)是：能夠流過(guò)所注入的復(fù)合半導(dǎo)體材料能夠?qū)崿F(xiàn)電流流動(dòng)，從而不存在過(guò)壓保護(hù)構(gòu)件的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的、過(guò)壓安全的hemt。

所述高電子遷移率晶體管hemt包括多個(gè)第一單個(gè)單元和至少一個(gè)第二單個(gè)單元，其中，所述第二單個(gè)單元具有第一絕緣層。單個(gè)單元在此理解為hemt的基本單元，該基本單元具有源極連接端、柵極連接端和漏極連接端。所述第二絕緣層垂直于襯底前側(cè)地布置并且從所述襯底前側(cè)延伸至二維電子氣中，從而產(chǎn)生具有第一柵極連接端的第一單個(gè)晶體管和具有第二柵極連接端的第二單個(gè)晶體管。術(shù)語(yǔ)襯底前側(cè)在此理解為襯底的一個(gè)側(cè)，在該側(cè)上布置有hemt的接觸部，即柵極、漏極和源極。第一單個(gè)晶體管和第二單個(gè)晶體管并聯(lián)電連接并且具有源極連接端和漏極連接端。換言之，第一單個(gè)晶體管和第二單個(gè)晶體管具有共同的源極連接端或源極接觸部以及共同的漏極連接端或漏極接觸部。根據(jù)本發(fā)明，在所述漏極連接端和所述源極連接端之間在所述第二單個(gè)晶體管的區(qū)域中布置有電位接觸部。所述電位接觸部垂直于所述襯底前側(cè)地定向并且從所述襯底前側(cè)伸展至所述第二單個(gè)晶體管的所述二維電子氣中。這意味著，所述電位接觸部垂直于所述襯底前側(cè)地布置。基于電位接觸部，在所述漏極連接端和所述第二柵極連接端之間構(gòu)成或產(chǎn)生第一電阻并且在所述第二柵極連接端和所述源極連接端之間構(gòu)成或產(chǎn)生第二電阻。換言之，所述電位接觸部構(gòu)成在所述源極連接端和漏極連接端之間的分壓器，其中，所述分壓器通過(guò)所述電位接觸部與所述第二柵極連接端電連接。這意味著，設(shè)有將所述電位接觸部和所述第二柵極連接端電連接的裝置。

在此優(yōu)點(diǎn)是，由此產(chǎn)生的hemt功率晶體管是過(guò)壓安全的。通過(guò)分壓器能夠調(diào)節(jié)第二單個(gè)晶體管的柵極電壓。當(dāng)?shù)诙蝹€(gè)晶體管的柵極電壓超過(guò)第二單個(gè)晶體管的閾值電壓時(shí)，第二單個(gè)晶體管導(dǎo)通并且將過(guò)電壓引出。此外，該hemt是長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的并且可以以簡(jiǎn)單的方式將過(guò)壓保護(hù)集成到hemt工藝中。

在另一個(gè)構(gòu)型中，所述裝置為柵極場(chǎng)板。

在此有利的是，通過(guò)降低最大的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)抑制動(dòng)態(tài)的rds-on(在導(dǎo)通狀態(tài)下的漏源電阻)效應(yīng)。

在一個(gè)擴(kuò)展方案中，所述第二柵極連接端的面積與所述電位接觸部的面積相應(yīng)。不僅第二柵極連接端的面而且電位接觸部的面平行于襯底前側(cè)地布置或者布置在襯底前側(cè)上。

在此有利的是，能夠大面積地形成電位接觸部。在此，電位接觸部既不影響二維電子氣也不影響漏極連接端和第二柵極連接端之間的漂移區(qū)。

在另一個(gè)構(gòu)型中，所述第二柵極連接端的面積大于所述電位接觸部的面積。不僅第二柵極連接端的面而且電位接觸部的面都平行于襯底前側(cè)地布置或者布置在襯底前側(cè)上。

在此優(yōu)點(diǎn)是，基于小的電位接觸部表面，電位接觸部對(duì)二維電子氣的影響小。

在一個(gè)擴(kuò)展方案中，所述電位接觸部布置在所述第二單個(gè)晶體管的區(qū)域中的漏極連接端和所述第二柵極連接端之間。

在此有利的是，減小了該hemt的不必要的總面積。

在另一個(gè)構(gòu)型中，所述電位接觸部布置在所述第二單個(gè)晶體管的區(qū)域中的源極連接端和所述第二柵極連接端之間。

在此優(yōu)點(diǎn)是，形成了總面積的減小。

在一個(gè)擴(kuò)展方案中，第二單個(gè)晶體管具有第二絕緣層，所述第二絕緣層垂直于所述襯底前側(cè)地布置并且從所述襯底前側(cè)延伸至所述第二單個(gè)晶體管的所述二維電子氣中。

在此有利的是，所述電位接觸部不影響二維電子氣，因?yàn)殡娢唤佑|部與所述第二柵極連接端電絕緣。

在另一個(gè)構(gòu)型中，第二單個(gè)晶體管的待機(jī)電流(stand-by-strom)能夠根據(jù)電位接觸部的高度來(lái)調(diào)節(jié)。

在此有利的是，第二單個(gè)晶體管的柵極連接端在過(guò)壓時(shí)能夠可靠地接通。

根據(jù)本發(fā)明的用于制造hemt的方法，所述hemt具有多個(gè)第一單個(gè)單元，所述方法包括：在至少一個(gè)第二單個(gè)單元中產(chǎn)生第一絕緣層，其中，所述第一絕緣層垂直于襯底前側(cè)地布置并且伸展至二維電子氣中，從而產(chǎn)生具有第一柵極連接端的第一單個(gè)晶體管和具有第二柵極連接端的第二單個(gè)晶體管。在所述第二單個(gè)晶體管的區(qū)域中產(chǎn)生電位接觸部，所述電位接觸部垂直于所述襯底前側(cè)地布置并且從所述襯底前側(cè)伸展至所述第二單個(gè)晶體管的所述二維電子氣中。所述方法還包括：在所述電位接觸部和所述第二柵極連接端之間產(chǎn)生電連接。

在另一個(gè)構(gòu)型中產(chǎn)生第二絕緣層，所述第二絕緣層垂直于襯底前側(cè)地布置并且伸展至第二單個(gè)晶體管的二維電子氣中。

其他優(yōu)點(diǎn)由實(shí)施例的后續(xù)描述或由從屬權(quán)利要求得出。

附圖說(shuō)明

接下來(lái)借助于優(yōu)選的實(shí)施方式和所附的附圖闡述本發(fā)明。附圖示出：

圖1：現(xiàn)有技術(shù)中的hemt的俯視圖；

圖2：根據(jù)本發(fā)明的hemt的示意性的俯視圖；

圖3：第二單個(gè)單元的第一構(gòu)型的俯視圖；

圖4：第二單個(gè)單元的第二構(gòu)型的俯視圖；

圖5：根據(jù)本發(fā)明的hemt的等效電路圖；以及

圖6：用于制造根據(jù)本發(fā)明的hemt的方法。

具體實(shí)施方式

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的hemt100的俯視圖。該hemt100具有多個(gè)第一單個(gè)單元101，所述多個(gè)第一單個(gè)單元101分別構(gòu)成至少一個(gè)單個(gè)晶體管。因此，該hemt100包括由多個(gè)單個(gè)晶體管組成的串聯(lián)電路。同樣地，在圖1中示出該hemt100的源極連接端108、漏極連接端109和柵極連接端112。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的hemt200的示意性俯視圖。該hemt200具有源極連接端208、漏極連接端209和柵極連接端212、多個(gè)第一單個(gè)單元201和至少一個(gè)第二單個(gè)單元214，所述至少一個(gè)第二單個(gè)單元214具有第一絕緣層202。通過(guò)第一絕緣層202構(gòu)成具有第一柵極連接端205的第一單個(gè)晶體管和具有第二柵極連接端207的第二單個(gè)晶體管。在此，第一單個(gè)晶體管和第二單個(gè)晶體管并聯(lián)電連接。在第二單個(gè)晶體管的區(qū)域中布置有電位接觸部213。在此，第二單個(gè)晶體管充當(dāng)用于第一單個(gè)晶體管的過(guò)壓保護(hù)。

圖3示出第二單個(gè)單元的第一構(gòu)型314。第二單個(gè)單元314具有源極連接端308和漏極連接端309。此外，該另一單個(gè)單元314具有第一絕緣層302，從而形成具有第一柵極連接端305的第一單個(gè)晶體管304和具有第二柵極連接端307的第二單個(gè)晶體管306。在此，第一單個(gè)晶體管304和第二單個(gè)晶體管306并聯(lián)連接。在第二單個(gè)晶體管306的區(qū)域中布置有電位接觸部313。

圖4示出第二單個(gè)單元的第二構(gòu)型414。在此，與圖3中的附圖標(biāo)記的后面幾位相同的附圖標(biāo)記的后面幾位表示相同的特征。附加地，第二單個(gè)晶體管406具有第二絕緣層403，該第二絕緣層403將電位接觸部413與第二柵極連接端407電絕緣。第二絕緣層406與襯底前側(cè)成直角地布置并且延伸至第二單個(gè)晶體管406的二維電子氣中。

可選地，該hemt能夠包括多個(gè)第二單個(gè)單元314和414。然而，一個(gè)這樣的第二單個(gè)單元314和414對(duì)于過(guò)壓保護(hù)的功能性來(lái)說(shuō)是足夠的。

在一個(gè)實(shí)施例中，該hemt具有多個(gè)單個(gè)單元。這些單個(gè)單元全部并聯(lián)連接，從而它們具有共同的漏極連接端、源極連接端和柵極連接端。在此，這些單個(gè)單元中的兩個(gè)單個(gè)單元單獨(dú)地實(shí)施。這兩個(gè)單個(gè)單元通過(guò)絕緣層與另外的單個(gè)單元絕緣，其中，這兩個(gè)單個(gè)單元還具有共同的漏極連接端和源極連接端。這兩個(gè)單獨(dú)地實(shí)施的單個(gè)單元中的第一單個(gè)單元包含另一歐姆式接觸部作為電位接觸部，其處于原來(lái)的基本單元的漂移區(qū)上。這兩個(gè)單個(gè)單元中的第二單個(gè)單元如此實(shí)施，使得柵極連接端與第一單個(gè)單元的歐姆式接觸部連接。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的hemt的等效電路圖500。該hemt包括具有第一柵極連接端505的第一單個(gè)晶體管504和具有第二柵極連接端507的第二單個(gè)晶體管506。第一單個(gè)晶體管504和第二單個(gè)晶體管506借助于共同的源極連接端508和共同的漏極連接端509并聯(lián)電連接。該hemt包括具有兩層的異質(zhì)結(jié)(heterostruktur)，所述兩層具有不同大小的帶隙，例如algan/gan層或者algaas/gaas，從而在有源的構(gòu)件之下形成二維電子氣。在此，該二維電子氣在漏極連接端和源極連接端之間形成歐姆電阻。該hemt具有電位接觸部513，所述電位接觸部從襯底前側(cè)伸展至二維電子氣中，從而該歐姆電阻被分成第一電阻510和第二電阻511，即構(gòu)成一個(gè)分壓器，該分壓器調(diào)節(jié)第二單個(gè)晶體管506的柵極電壓或待機(jī)電流。對(duì)于過(guò)壓裝置的可靠的功能性來(lái)說(shuō)，待機(jī)電流必須處于柵極的導(dǎo)通電流之上，從而第二單個(gè)晶體管506在過(guò)壓時(shí)是可使用的。這意味著，第二單個(gè)晶體管506是常通型的。在此，電位接觸部513的高度調(diào)節(jié)待機(jī)電流。電位接觸部513的材料包括例如鈦/鋁/鎳/金接觸部。

圖6示出用于制造hemt的方法600，該hemt包括多個(gè)第一單個(gè)單元和至少一個(gè)第二單個(gè)單元。該方法600以步驟610開(kāi)始，在該步驟中在第二單個(gè)單元中產(chǎn)生第一絕緣層。在此，該第一絕緣層垂直于襯底前側(cè)地布置并且伸展至二維電子氣中。由此產(chǎn)生具有第一柵極連接端的第一單個(gè)晶體管和具有第二柵極連接端的第二單個(gè)晶體管。在接下來(lái)的步驟630中，在第二單個(gè)晶體管的區(qū)域中產(chǎn)生電位接觸部。所述電位接觸部也垂直于襯底前側(cè)地布置并且從襯底前側(cè)伸展至第二單個(gè)晶體管的二維電子氣中。在接下來(lái)的步驟640中，在電位接觸部和第二柵極連接端之間產(chǎn)生電連接。

在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟610和步驟630之間實(shí)施步驟620，在步驟620中產(chǎn)生第二絕緣層，該第二絕緣層垂直于襯底前側(cè)地布置并且伸展至第二單個(gè)晶體管的二維電子氣中。由此，將電位接觸部與第二柵極連接端電分離。