[發(fā)明專(zhuān)利]氮化物基雙向切換器件和其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211290384.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115548014A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙起越;周春華;李茂林;高吳昊;楊超;楊觀深;程紹鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 英諾賽科（蘇州）科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L27/06
• 分類(lèi)號(hào): H01L27/06;H01L29/20;H01L29/778
• 代理公司: 深圳宜保知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44588
• 代理人: 王琴;曹玉存

本公開(kāi)提供一種具有襯底電位管理能力的氮化物基雙向切換器件及其制造方法。所述器件具有控制節(jié)點(diǎn)、第一電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)、第二電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)和主襯底，且包括：氮化物基雙側(cè)晶體管；和襯底電位管理電路，其配置成用于管理所述主襯底的電位。通過(guò)實(shí)施所述襯底電位管理電路，可將襯底電位穩(wěn)定到所述雙側(cè)晶體管的第一源極/漏極和第二源極/漏極的電位中的較低一個(gè)，而不管所述雙向切換器件在哪個(gè)方向上操作。因此，所述雙側(cè)晶體管可在兩個(gè)方向上以穩(wěn)定襯底電位操作以用于傳導(dǎo)電流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體來(lái)說(shuō)涉及氮化物基半導(dǎo)體雙向切換器件及其制造方法。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及具有襯底電位管理能力的氮化物基半導(dǎo)體雙向切換器件及其制造方法。

背景技術(shù)

由于低功率損耗和快速切換轉(zhuǎn)變，GaN基器件已廣泛用于高頻電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)相比，GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)在高功率和高頻應(yīng)用中具有好得多的品質(zhì)因數(shù)和更具前景的性能。

通過(guò)恰當(dāng)?shù)臇艠O結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，GaN HEMT器件可配置為等效于在相反方向上串聯(lián)耦合的兩個(gè)晶體管，使得其可用于雙側(cè)晶體管Qm。與需要兩個(gè)Si基晶體管的常規(guī)硅基配置相比，GaN基雙側(cè)晶體管Qm可具有更簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)、更低的功耗和更緊湊的大小。

如果GaN HEMT器件的襯底是浮動(dòng)的，那么襯底將在器件的切換過(guò)程期間累積電荷，這將影響器件的切換性能且使器件的長(zhǎng)期可靠性劣化。在單向GaN HEMT器件中，為了避免襯底浮動(dòng)對(duì)器件的性能和可靠性的影響，通常需要將器件的襯底和源極保持在相同電位。在雙向GaN HEMT器件中，由于器件的源極和漏極根據(jù)電路的工作狀態(tài)切換，因此不可能將襯底與源極或漏極端子直接電連接。因此，對(duì)于雙向GaN HEMT器件，有必要根據(jù)器件的工作狀態(tài)獨(dú)立地控制襯底電位，使得器件的襯底電位始終維持在器件的最低電位。在低側(cè)應(yīng)用中，雙向器件的最低電位為系統(tǒng)接地，且雙向GaN HEMT器件的襯底電位可直接接地。然而，在高側(cè)應(yīng)用中，雙向器件應(yīng)用的最低電位可能不是系統(tǒng)接地，因此雙向GaN HEMT器件的襯底電位應(yīng)獨(dú)立地控制為處于器件的最低電位。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供一種具有襯底電位管理能力的氮化物基雙向切換器件。所述器件具有控制節(jié)點(diǎn)、第一電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)、第二電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)和主襯底，且包括：氮化物基雙側(cè)晶體管；和襯底電位管理電路，其配置成用于管理主襯底的電位。

雙向切換器件可在第一操作模式(其中第一電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)在高于施加到第二電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)的電壓的電壓下偏置)下在第一方向上操作；且在第二操作模式(其中第一電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)在低于施加到第二電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)的電壓的電壓下偏置)下在第二方向上操作。

通過(guò)實(shí)施襯底電位管理電路，襯底電位Vsub在第一和第二操作模式兩者下基本上等于第一和第二電力/負(fù)載節(jié)點(diǎn)的電位中的較低一個(gè)。因此，主襯底的電位可穩(wěn)定到雙側(cè)晶體管的第一源極/漏極和第二源極/漏極的電位中的較低一個(gè)，而不管雙向切換器件在哪個(gè)方向上操作。因此，雙側(cè)晶體管可在兩個(gè)方向上以穩(wěn)定襯底電位操作以用于傳導(dǎo)電流。

附圖顯示

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從以下具體實(shí)施方式容易理解本公開(kāi)的各方面。應(yīng)注意，各種特征可不按比例繪制。也就是說(shuō)，為了論述清楚起見(jiàn)，各種特征的尺寸可任意增大或減小。在下文中參考圖式更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的實(shí)施例，在圖式中：

圖1和圖2A至2D顯示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的雙向切換器件的結(jié)構(gòu)。圖1為雙向切換器件的部分布局。圖2A至2D為分別沿圖1中的線(xiàn)A-A'、B-B'、C-C'和D-D'截取的橫截面視圖。

圖3A至3K顯示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于制造雙向切換器件的方法的不同階段。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有襯底電位管理能力的雙向切換器件的電路框圖。

圖5A和5B描繪基于圖4的電路框圖的根據(jù)一些實(shí)施例的雙向切換器件的電路圖。