半導(dǎo)體器件和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)的實(shí)施方式涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種半導(dǎo)體器件和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，功率電子應(yīng)用中使用的晶體管典型地由硅(Si)半導(dǎo)體材料制造。用于功率應(yīng)用的常見(jiàn)的晶體管器件包括Si超結(jié)器件、Si功率MOSFET和Si絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。最近，已經(jīng)考慮了碳化硅(SiC)功率器件。諸如氮化鎵(GaN)器件等的氮化III族半導(dǎo)體器件現(xiàn)在正作為承載大電流、支持高電壓和提供非常低的導(dǎo)通電阻與快速開(kāi)關(guān)時(shí)間的有吸引力的候選者而出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括:包括橫向二極管的碳化硅層，和布置在碳化硅層上的基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件。
[0004]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括:包括第一橫向二極管和第二橫向二極管的碳化娃層，和布置在碳化硅層上的基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件。第一橫向二極管與基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件并聯(lián)耦合并且第二二極管與基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件串聯(lián)耦入口 O
[0005]在實(shí)施例中，方法包括:在碳化硅層上形成基于III族氮化物的溝道層，在基于III族氮化物的溝道層上形成基于III族氮化物的勢(shì)皇層，形成與碳化硅層的肖特基接觸，將肖特基接觸與被耦合至基于111族氮化物的溝道層的歐姆接觸耦合，形成與碳化硅層的歐姆接觸，并且將此歐姆接觸與被耦合至基于III族氮化物的溝道層的歐姆接觸耦合。
【附圖說(shuō)明】
[0006]附圖的元件不一定相對(duì)于彼此按比例。相似的附圖標(biāo)記指定了相應(yīng)的類似部件。各種圖示出的實(shí)施例的特征可以組合，除非他們彼此排斥。附圖中描繪了實(shí)施例并在隨后的描述中對(duì)其詳述。
[0007]圖1圖示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
[0008]圖2圖示出與晶體管器件并聯(lián)耦合的二極管的電路圖。
[0009]圖3圖示出根據(jù)第二實(shí)施例的包括與晶體管器件并聯(lián)耦合的二極管的半導(dǎo)體器件。
[0010]圖4圖示出根據(jù)第三實(shí)施例的包括與晶體管器件并聯(lián)耦合的二極管的半導(dǎo)體器件。
[0011]圖5圖示出根據(jù)第四實(shí)施例的包括與晶體管器件并聯(lián)耦合的二極管的半導(dǎo)體器件。
[0012]圖6圖示出根據(jù)第五實(shí)施例的包括多個(gè)晶體管和二極管的半導(dǎo)體器件。
[0013]圖7圖示出串聯(lián)耦合的晶體管器件和二極管的電路圖。
[0014]圖8圖示出根據(jù)第六實(shí)施例的包括串聯(lián)耦合的晶體管器件和二極管的半導(dǎo)體器件。
[0015]圖9圖示出根據(jù)第七實(shí)施例的包括串聯(lián)耦合的晶體管器件和二極管的半導(dǎo)體器件。
[0016]圖10圖示出包括與晶體管器件串聯(lián)耦合的第一二極管和與晶體管器件并聯(lián)耦合的第二二極管的電路圖。
[0017]圖11圖示出根據(jù)第八實(shí)施例的包括與晶體管器件串聯(lián)耦合的第一二極管和與晶體管器件并聯(lián)耦合的第二二極管的半導(dǎo)體器件。
[0018]圖12圖示出根據(jù)第九實(shí)施例的包括與晶體管器件串聯(lián)耦合的第一二極管和與晶體管器件并聯(lián)耦合的第二二極管的半導(dǎo)體器件。
【具體實(shí)施方式】
[0019]在下面的詳細(xì)描述中，對(duì)形成其一部分并借助于發(fā)明可實(shí)踐的圖示特定實(shí)施例而示出的附圖進(jìn)行參考。在這方面，諸如“頂”、“底”、“前方”、“后方”、“前”、“后”等的方向術(shù)語(yǔ)是參照正在描述的圖的定向而使用的。因?yàn)閷?shí)施例的組成部件可以以大量不同定向定位，所以方向術(shù)語(yǔ)是用于圖示的目的并且絕不是限制性的。需要理解的是，可以利用其他實(shí)施例并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下做出結(jié)構(gòu)和邏輯改變。其以下詳細(xì)描述不是從限制性意義做出的，并且本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求限定。
[0020]將下面說(shuō)明幾個(gè)實(shí)施例。在該情況中，同樣的結(jié)構(gòu)特征在圖中用同樣或類似的附圖標(biāo)記來(lái)識(shí)別。在本描述的上下文中，“橫向”或“橫向方向”應(yīng)該理解為意味著大體平行于半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體載體的橫向延伸走向的方向或延伸。橫向方向因此大體平行于這些表面或側(cè)邊。與此相比，術(shù)語(yǔ)“豎直”或“豎直方向”理解為意味著大體垂直于這些表面或側(cè)邊并因此垂直于橫向方向走向的方向。豎直方向因此在半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體載體的厚度方向上走向。
[0021]如該說(shuō)明書(shū)采用的，術(shù)語(yǔ)“被耦合”和/或“被電耦合”不打算意味著元件必須直接耦合在一起，在“被耦合”或“被電耦合”的元件之間可以設(shè)置中間元件。
[0022]諸如高電壓耗盡型晶體管等的η溝道耗盡型器件具有意味著它能夠在零柵極電壓時(shí)傳導(dǎo)電流的負(fù)閾值電壓。這些器件正常情況下是導(dǎo)通的。諸如低電壓增強(qiáng)型晶體管等的η溝道增強(qiáng)型器件具有意味著它不能在零柵極電壓時(shí)傳導(dǎo)電流的正閾值電壓并且正常情況下是關(guān)斷的。
[0023]如這里使用的，短語(yǔ)“III族氮化物”是指包括氮(N)和至少一種III族元素的化合物半導(dǎo)體，并且包括但不限于其合金中的任一種，如，例如氮化鋁鎵(AlxGau-x)N)、氮化銦鎵(InyGau-y)N)、氮化鋁銦鎵(AlxInyGau-x—y)N)和鋁銦鎵砷磷氮化物(AlxInyGau-x—y)AsaPbNdtb)),至少一種III族元素包括鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)和硼(B)。氮化鋁鎵是指用化學(xué)式AlxGa(i—X)N描述的合金，其中x< I。
[0024]圖1圖示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件20的示意性截面圖。半導(dǎo)體器件20包括:包括橫向二極管22的碳化硅層21，和布置在碳化硅層21上的基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件23。
[0025]橫向二極管描述了具有大致橫向于并大致平行于半導(dǎo)體器件20的主表面24、25中的一個(gè)的電流路徑的二極管。基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件23可以被認(rèn)為是堆疊在橫向二極管22上。
[0026]橫向二極管22可以與基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件23并聯(lián)或者串聯(lián)耦合?；贗II族氮化物的半導(dǎo)體器件23可以包括例如高電壓耗盡型晶體管。在一些實(shí)施例中，基于
III族氮化物的半導(dǎo)體器件23包括諸如高電子迀移率晶體管(HEMT)等的晶體管器件。
[0027]橫向二極管22可以包括通過(guò)肖特基接觸與碳化硅層21耦合的陽(yáng)極和通過(guò)歐姆接觸與碳化硅層21耦合的陰極。在一些實(shí)施例中，橫向二極管的陽(yáng)極與III族氮化物半導(dǎo)體器件23的源極耦合，并且陰極與基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件23的漏極耦合。該布置可以用來(lái)將橫向二極管22與基于III族氮化物的晶體管器件并聯(lián)耦合。
[0028]在一些實(shí)施例中，陽(yáng)極與基于III族氮化物的器件的漏極耦合，并且陰極與半導(dǎo)體器件20的輸出耦合。該布置可以用來(lái)將橫向二極管22與基于III族氮化物的晶體管器件串聯(lián)親合。
[0029]在一些實(shí)施例中，碳化硅層被布置在絕緣層上，此絕緣層可以進(jìn)而布置在襯底上。絕緣層可以包括二氧化硅并且襯底可以包括硅。
[0030]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括:包括了第一橫向二極管和第二橫向二極管的碳化娃層?；贗II族氮化物的半導(dǎo)體器件被布置在碳化娃層上。第一橫向二極管與基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件并聯(lián)耦合并且第二橫向二極管與基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件串聯(lián)規(guī)A
柄口 O
[0031]第一橫向二極管的陽(yáng)極可以被耦合至基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件的源極、第一橫向二極管的陰極被耦合至基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件的漏極、第二橫向二極管的陽(yáng)極可以被耦合至基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件的漏極并且第二橫向二極管的陰極被耦合至半導(dǎo)體器件的輸出。該布置可以用來(lái)將第一橫向二極管與基于III族氮化物的晶體管器件并聯(lián)耦合并且將第二橫向二極管與基于III族氮化物的晶體管器件串聯(lián)耦合?；贗II族氮化物的晶體管器件可以包括高電子迀移率晶體管(HEMT)。
[0032]在實(shí)施例中，第一橫向二極管可以布置在基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件之下并且第二橫向二極管可以被布置為與基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件相鄰?；贗II族氮化物的半導(dǎo)體器件可以具有小于襯底的橫向延伸的橫向延伸。例如，基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件可以具有使得它僅被布置在第一橫向二極管之上的橫向延伸。不包括有源半導(dǎo)體器件的層可以布置在與基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件相鄰定位的第二橫向二極管上。例如，第二橫向二極管可以例如僅由絕緣層覆蓋。
[0033]在實(shí)施例中，第一橫向二極管包括陽(yáng)極和陰極。陽(yáng)極通過(guò)肖特基接觸與碳化硅層耦合并且通過(guò)歐姆接觸被耦合至基于III族氮化物的半導(dǎo)體器件的源極。第一橫向二極管的陰極可以通過(guò)歐姆接觸與碳化硅層耦合并且通過(guò)歐姆接觸與基于III族氮化物的晶體管器件的漏極耦合。例如，該實(shí)施例可以用來(lái)將第一橫向二極管與基于III族氮化物的晶體管器件并聯(lián)電耦合。
[0034]在實(shí)施例中，第二橫向二極管包括陽(yáng)極和陰極。陽(yáng)極可以通過(guò)肖特基接觸