DE102012103388A1

DE102012103388A1 - Lateraltransistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit

Info

Publication number: DE102012103388A1
Application number: DE102012103388A
Authority: DE
Inventors: Markus Zundel; Franz Hirler
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: CN102751324B; DE102012103388B4; US8482036B2; CN102751324A; US8772835B2; US20130264580A1; US20120267636A1

Abstract

Ein Lateral-HEMT umfasst ein Substrat (122), eine erste Halbleiterschicht (111) über dem Substrat (122) und eine zweite Halbleiterschicht (112) auf der ersten Halbleiterschicht (111). Der Lateral-HEMT umfasst weiterhin eine Gateelektrode (118), eine Sourceelektrode (116), eine Drainelektrode (118) und einen gleichrichtenden Schottky-Übergang (131). Ein erster Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs (131) ist elektrisch mit der Sourceelektrode (116) gekoppelt und ein zweiter Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs (131) ist elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht (112) gekoppelt.

Description

HINTERGRUND
Bei Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise Leistungshalbleitervorrichtungen, sind Verbindungshalbleiter, wie AIII-BV-Verbindungshalbleiter, in den letzten Jahren immer bedeutsamer geworden, da sie im Vergleich mit auf Silizium beruhenden Halbleitervorrichtungen unter Beibehaltung einer hohen Sperrfähigkeit für Halbleitervorrichtungen eine höhere Dotierung und eine kürzere Driftzone erlauben.
Bis jetzt werden Leistungshalbleitervorrichtungen, die auf AIII-BV-Verbindungshalbleitern beruhen, als Lateralvorrichtungen realisiert. Diese Vorrichtungen sind als Transistoren hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMTs) bekannt. Ein HEMT umfasst mehrere Schichten von unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien mit verschiedenen Bandabständen. Aufgrund der verschiedenen Bandabstände der einzelnen Schichten wird ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) an der Zwischenfläche dieser Schichten gebildet, wobei das zweidimensionale Elektronengas als ein leitender Kanal dient. Die Beweglichkeit der Elektronen sowie die Ladungsträgerdichte der 2D-Elekronen sind in dem zweidimensionalen Elektronengas sehr hoch.
Das zweidimensionale Elektronengas ist in einer Region zwischen einer Sourceelektrode und einer Drainelektrode vorgesehen. Wenn der HEMT als ein Schalter, beispielsweise als ein Schalter für induktive Lasten, verwendet wird, treten verschiedene Operationsmoden, wie beispielsweise ein Abschalten von induktiven Lasten, hervor. Es ist ein HEMT wünschenswert, der Anforderungen an einen Schaltbetrieb in verschiedenen Moden erfüllt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen Lateral-HEMT zu schaffen, der diese Anforderungen erfüllt. Diese Aufgabe wird durch einen Lateral-HEMT mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines Lateral-HEMT, umfasst der Lateral-HEMT ein Substrat, eine erste Halbleiterschicht über dem Substrat und eine zweite Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht. Der Lateral-HEMT umfasst weiterhin eine Gateelektrode, eine Sourceelektrode, eine Drainelektrode und einen gleichrichtenden Schottky-Übergang. Ein erster Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs ist elektrisch mit der Sourceelektrode gekoppelt, und ein zweiter Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs ist elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht gekoppelt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Lateral-HEMT umfasst der Lateral-HEMT ein Substrat, eine erste Halbleiterschicht über dem Substrat und eine zweite Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht. Der Lateral-HEMT umfasst weiterhin eine Gateelektrode, eine Sourceelektrode, eine Drainelektrode und einen Schottky-Übergang. Der Schottky-Übergang umfasst ein Schottky-Kontaktmetall auf der zweiten Halbleiterschicht. Das Schottky-Kontaktmetall ist elektrisch mit der Sourceelektrode gekoppelt. Ein kürzester lateraler Abstand zwischen der Gateelektrode und der Drainelektrode ist größer als der kürzeste laterale Abstand zwischen dem Schottky-Übergang und der Drainelektrode.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Lateral-HEMT umfasst der Lateral-HEMT ein Substrat, eine erste Halbleiterschicht über dem Substrat und eine zweite Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht. Der Lateral-HEMT umfasst weiterhin eine Gateelektrode, eine Sourceelektrode, eine Drainelektrode und einen gleichrichtenden Schottky-Übergang. Ein erster Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs ist elektrisch mit der Sourceelektrode gekoppelt, und ein zweiter Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs ist elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht gekoppelt. Der Lateral-HEMT umfasst weiterhin eine Passivierungsschicht über der zweiten Halbleiterschicht, eine Driftregion mit einer lateralen Breite w_d und wenigstens eine Feldplatte. Die wenigstens eine Feldplatte ist wenigstens teilweise auf der Passivierungsschicht in einer Region der ersten Driftregion angeordnet und weist eine laterale Breite w_f auf, wobei w_f < w_d gilt.
Die Fachwelt wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Studium der folgenden Detailbeschreibung und Betrachtung der begleitenden Zeichnungen erkennen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern, und sind in deren Beschreibung enthalten und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sofort gewürdigt, wenn sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden sind. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise zueinander maßstabsgerecht. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen veranschaulichten Ausführungsbeispiele können kombiniert werden, es sei denn, sie schließen einander aus.
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen veranschaulicht und in der Beschreibung, die folgt, erläutert.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Lateral-HEMT, der einen gleichrichtenden Übergang umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine schematische Draufsicht eines Abschnitts des Lateral-HEMT, der in 1 gezeigt ist.
3A zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Lateral-HEMT, der einen gleichrichtenden Übergang und eine Feldplatte umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3B zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen anderen Abschnitt des Lateral-HEMt, der in 3A gezeigt ist.
4 zeigt eine schematische Draufsicht eines Abschnitts des Lateral-HEMT, der in den 3A und 3B gezeigt ist.
DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung realisiert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Front", "Rück", "Vorder", "Hinter" usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der gerade erläuterten Figur(en) verwendet. Da Komponenten der Ausführungsbeispiele in einer Anzahl von verschiedenen Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und keinesfalls in begrenzender Weise benutzt. Selbstverständlich können andere Ausführungsbeispiele eingesetzt werden, und strukturelle oder logische Veränderungen können gemacht werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Detailbeschreibung der Erfindung ist nicht in begrenzendem Sinn aufzufassen, und der Bereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Patentansprüche definiert.
Eine Anzahl von Ausführungsbeispielen wird unten erläutert. In diesem Fall werden identische strukturelle Merkmale durch identische oder ähnliche Bezugssymbole in den Figuren identifiziert. In dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung soll "lateral" oder "laterale Richtung" so verstanden werden, dass eine Richtung oder ein Ausmaß gemeint ist, das im Wesentlichen parallel zur lateralen Erstreckung eines Halbleitermaterials oder Trägers verläuft. Die laterale Richtung erstreckt sich so im Allgemeinen parallel zu diesen Oberflächen oder Seiten. Im Gegensatz hierzu ist der Term "vertikal" oder "vertikale Richtung" so zu verstehen, dass eine Richtung gemeint ist, die im Allgemeinen senkrecht zu diesen Oberflächen oder Seiten und somit zur lateralen Richtung verläuft. Die vertikale Richtung läuft daher in der Dickenrichtung des Halbleitermaterials oder Trägers.
Wie sie in dieser Beschreibung verwendet sind, sollen die Terme "gekoppelt" und/oder "elektrisch gekoppelt" nicht bedeuten, dass Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen – vielmehr können zwischenliegende Elemente zwischen den "gekoppelten" oder "elektrisch gekoppelten" Elementen vorgesehen sein.
Räumlich relative Terme, wie "unterhalb", "unter", "niedriger", "darüber", "über", "oberhalb" und dergleichen werden zur Erleichterung der Beschreibung bei der Erläuterung der Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element eingesetzt. Diese Terme sollen verschiedene Orientierungen der Vorrichtung zusätzlich zu den verschiedenen Orientierungen, die in den Figuren gezeigt sind, umfassen.
Weiterhin werden Terme wie "erster", "zweiter" und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte usw. zu beschreiben und um ebenfalls nicht eine Begrenzung zu wollen. Gleiche Terme beziehen sich auf gleiche Elemente in der Beschreibung.
Die verwendeten Terme "habend", "enthaltend", "umfassend", "einschließend" und dergleichen sind offen geendete Terme, die das Vorhandensein der genannten Elemente oder Merkmale anzeigen, jedoch nicht zusätzliche Elemente oder Merkmale ausschließen. Die Artikel "ein", "eine" und "der", "die" und "das" sollen die Mehrzahl und die Einzahl bedeuten, wenn nicht aus dem Zusammenhang klar etwas anderes folgt.
Es ist zu verstehen, dass die Merkmale der hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, wenn nicht speziell etwas anderes festgestellt ist.
1 veranschaulicht einen schematischen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Lateral-HEMT 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Lateral-HEMT 100 ein Substrat 122 und eine Pufferschicht 121, die auf dem Substrat 122 angeordnet ist. Das Substrat 122 kann Si, SiC, GaN oder Al₂O₃ umfassen. Die Pufferschicht 121 kann AlN, GaN oder AlGaN umfassen.
In einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Pufferschicht 121 eine Vielzahl von einzelnen Schichten, und jede der einzelnen Schichten kann AlN, GaN oder AlGaN umfassen. Abhängig von den Anforderungen an den Lateral-HEMT 100 kann daher eine geeignete Pufferschicht 121 vorgesehen sein.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann das Substrat 122 oder die Kombination aus dem Substrat 122 und der Pufferschicht 121 ein Metallträger, wie beispielsweise ein Cu-Träger sein. Eine Dicke des Metallträgers kann geeignet gewählt sein, um mechanische Stabilität des darauf angeordneten Schichtstapels zu bieten. Zusätzlich unterstützt der Metallträger die Dissipation oder Abfuhr der in der darauf angeordneten Vorrichtung in einem Operationsmodus der Vorrichtung erzeugten Wärme. Als ein Beispiel kann die Dicke eines aus Cu hergestellten Metallträgers zwischen 15 µm und 50 µm und insbesondere zwischen 30 µm und 40 µm liegen. Ein Weglassen der Pufferschicht 121 kann die Wärmedissipation verbessern, da diese Pufferschicht, die das Wachstum von GaN-Schichten auf anfänglichen Siliziumsubstraten stützt, eine Wärmedissipation aufgrund eines hohen thermischen Grenzwiderstands vermindern kann. Der Metallträger kann gebildet werden, indem zuerst ein Übergangsträger, wie ein Träger aus Si, SiC oder Al₂O₃ beispielsweise durch Schleifen oder Ätzen entfernt wird. Ein Entfernen des Übergangsträgers kann rein mechanisch mit einem Stopp auf eine Pufferschicht sein oder kann mit einem mechanischen Entfernungsprozess beginnen, an den sich ein Ätzprozess anschließt. Dann wird die Pufferschicht 121 beispielsweise durch Plasmaätzen entfernt, und eine Keimschicht und/oder eine ohmsche Kontaktschicht, beispielsweise eine Einzelschicht oder ein Schichtstapel, wird gebildet, worauf sich ein Verdicken mit einem Metall und/oder einer Metalllegierung anschließt, um mit dem Metallträger zu enden. Während der Bildung des Metallträgers an der Rückseite des Arbeitsstücks, d.h. eines Chips im Prozess, kann das Arbeitsstück mechanisch an einem anderen Träger über eine Frontseite fixiert sein.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine erste Halbleiterschicht 111 auf der Pufferschicht 121 angeordnet. Eine zweite Halbleiterschicht 112 ist wenigstens teilweise auf der ersten Halbleiterschicht 111 angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Halbleiterschicht 111 leicht n-dotiertes GaN, das typischerweise durch fixierte Ladungen an der Zwischenfläche verarmt ist oder das leicht n-leitend ist und tiefe Fangstellen bzw. Traps enthält, um die Konzentration an freien Ladungsträgern zu reduzieren, und die zweite Halbleiterschicht 112 umfasst AlGaN. Das AlGaN der zweiten Halbleiterschicht 112 ist typischerweise kompensiert, d.h., es hat keine freien Ladungsträger und ist daher elektrisch isolierend. An der Zwischenfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht 111 und der zweiten Halbleiterschicht 112, die einen Heteroübergang bildet, wird ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) gebildet, das schematisch in 1 durch eine Strichlinie 124 gezeigt ist.
Der Lateral-HEMT 100 umfasst weiterhin eine Sourceelektrode 116, eine Drainelektrode 117 und eine Gateelektrode 118. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sourceelektrode 116 und die Drainelektrode 117 auf der ersten Halbleiterschicht 111 angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen sind die Sourceelektrode 116 und die Drainelektrode 117 auf der zweiten Halbleiterschicht 112 angeordnet, und das zweidimensionale Elektronengas wird elektrisch kontaktiert, indem die Sourceelektrode 116 und die Drainelektrode 117 in die zweite Halbleiterschicht 112 legiert werden. Die Sourceelektrode 116 und die Drainelektrode 117 kontaktieren elektrisch die erste Halbleiterschicht 111, die zweite Halbleiterschicht 112 und das zweidimensionale Elektronengas.
Zwischen der Sourceelektrode 116 und der Drainelektrode 117 ist eine Driftregion 114 in der Region des zweidimensionalen Elektronengases vorgesehen. Die Gateelektrode 118 ist auf der zweiten Halbleiterschicht 112 in einer Region zwischen der Sourceelektrode 116 und der Drainelektrode 117 angeordnet oder kann in einigen Ausführungsbeispielen wenigstens teilweise in die zweite Halbleiterschicht 112 für normal ausgeschaltete Vorrichtungen ausgespart sein.
Eine Passivierungsschicht 113 ist auf der zweiten Halbleiterschicht 112 angeordnet und umgibt wenigstens teilweise die Gateelektrode 118. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht 113 ein Material umfassen, das aus der Gruppe von Si_xN_y, SiO₂ und Al₂O₃ ausgewählt ist.
Die Gateelektrode 118 ist so gestaltet, dass sie die Leitfähigkeit zwischen der Sourceelektrode 116 und der Drainelektrode 117 des Lateral-HEMT 100 durch eine geeignete Spannung steuert, die an die Gateelektrode 118 angelegt ist. Die Sourceelektrode 116, die Drainelektrode 117 und die Gateelektrode 118 umfassen ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise ein Metall oder hochdotiertes Polysilizium.
Der Lateral-HEMT 100 umfasst weiterhin einen gleichrichtenden Übergang. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gleichrichtende Übergang ein Schottky-Übergang 131, der die zweite Halbleiterschicht 112 und ein Schottky-Kontaktmetall 132 auf der zweiten Halbleiterschicht 112 umfasst. Beispielsweise kann das Schottky-Kontaktmetall 132 wenigstens eines aus Ni, Pt, W, Mo, TiSi₂, WSi₂, CoSi₂ sein. Die Bildung des Schottky-Übergangs 131 kann eine Ionenimplantation, beispielsweise eine CF₄-Plasma-Ionenimplantation, vor der Bildung des Schottky-Kontaktmetalls 132 umfassen. Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst der gleichrichtende Übergang des Lateral-HEMT 100 eine Halbleiter-Band-Diskontinuität, die durch Halbleitermaterialien auf der zweiten Halbleiterschicht 112 induziert ist, welche eine Arbeitsfunktion haben, die von der Arbeitsfunktion des Materials der zweiten Halbleiterschicht 112 verschieden ist.
Das Schottky-Kontaktmetall 132 ist elektrisch mit der Sourceelektrode 116 über einen Durchgangs- oder Trogkontakt 119 und eine Verdrahtung 115 gekoppelt. Die Verdrahtung 115 ist wenigstens teilweise auf der Passivierungsschicht 113 in einer Region der Driftregion 114 angeordnet. Die Verdrahtung 115 umfasst ein elektrisch leitendes Material, wie beispielsweise ein Metall oder hochdotiertes Polysilizium. Beispielsweise kann die Verdrahtung 115 ein Teil einer gemusterten Metallschicht oder einer Metalllegierungsschicht, wie beispielsweise einer Schicht oder eines Schichtstapels, umfassend Al, AlSi, AlTi, AlCu, AlSiTi, AlSiCu, Cu sein.
Der Durchgangskontakt 119 ist zwischen der Verdrahtung 115 und dem Schottky-Kontaktmetall 132 in einer Region der Passivierungsschicht 113 angeordnet und kontaktiert direkt die Verdrahtungsschicht 115 und das Schottky-Kontaktmetall 132 beide. Der Durchgangskontakt 119 umfasst ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise ein Metall oder hochdotiertes Polysilizium.
Die Gateelektrode 118 ist elektrisch mit einer Gateversorgung in einer Region gekoppelt, die von der Region verschieden ist, die in dem schematischen Querschnitt von 1 gezeigt ist. Beispielsweise kann die Gateelektrode 118 elektrisch mit der Gateversorgung in einer Peripherieregion des Lateral-HEMT 100 gekoppelt sein, beispielsweise außerhalb der Driftregion 114. Beispielsweise kann die Gateelektrode 118 elektrisch mit der Gateversorgung über einen Durchgangskontakt und eine Verdrahtung gekoppelt sein, die jeweils zusammen mit dem Durchgangskontakt 119 und der Verdrahtung 115 verarbeitet sein kann.
Ein kürzester lateraler Abstand zwischen der Gateelektrode 118 und der Drainelektrode 117 ist als d₁ bezeichnet. Ein kürzester lateraler Abstand zwischen dem gleichrichtenden Übergang, d.h. dem Schottky-Kontaktmetall 132 und der Drainelektrode 117 ist mit d₂bezeichnet. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der kürzeste laterale Abstand d₁ zwischen der Gateelektrode 118 und der Drainelektrode 117 größer als der kürzeste laterale Abstand d₂ zwischen dem gleichrichtenden Übergang und der Drainelektrode 117, d.h., es gilt eine Beziehung d₁ > d₂.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Gateelektrode 118 und das Schottky-Kontaktmetall 132 des gleichrichtenden Übergangs getrennte Teile der gleichen gemusterten Metallschicht. Abgesehen von der Gateelektrode 118 und dem Schottky-Kontaktmetall 132 können andere Teile dieser gleichen gemusterten Metallschicht in Regionen vorhanden sein, die von der in dem schematischen Querschnitt von 1 gezeigten Region verschieden sind. Die Metallschicht kann durch Lithografie gemustert sein, beispielsweise durch Auftragung eines Harzes, woran sich eine Belichtung des Harzes mit einer Maske, eine Entwicklung des belichteten Harzes und ein Ätzen des Harzes, zur Übertragung eines Musters der Maske in die Metallschicht anschließen.
Ein gleichrichtender Übergang des Lateral-HEMT 100 bildet ein Gegenstück einer so genannten Körper- bzw. Bodydiode zwischen Körper bzw. Body und Drain eines bekannten Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET), beispielsweise eines Si MOSFET. Somit verbessert der gleichrichtende Übergang das Betriebsverhalten des Lateral-HEMT, wenn beispielsweise induktive Lasten geschaltet werden. Weitere Vorteile des Lateral-HEMT 100 umfassen eine verbesserte Robustheit bei hohen Spannungen während eines Betriebes, beispielsweise in einem Durchbruch- bzw. Avalanche-Modus, einer Entladung von hohen Strömen zur Source und einer Vermeidung einer Entladung zu Gate oder Gate-Ansteuerschaltungen und einer Vermeidung einer Spannungsverschiebung einer Schwellenwertspannung V_th durch Ladungseinfangen am Gate.
2 zeigt eine schematische Draufsicht eines Abschnitts des Lateral-HEMT 100, der in 1 gezeigt ist. Bauteile der gleichen Funktion wie diejenige in 1 sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen und werden nicht im Folgenden erläutert. Der in 1 gezeigte Querschnitt ist entlang der Linie A-A' geführt, welche in 2 gezeigt ist.
Die Gateelektrode 118 des Lateral-HEMT 100 ist in einer vertikal niedrigeren Schicht angeordnet, die in der Draufsicht von 2 nicht zu sehen ist, und ist daher durch eine Strichlinie veranschaulicht. In ähnlicher Weise ist das Schottky-Kontaktmetall 132 in einer vertikal niedrigeren Schicht angeordnet, die in der Draufsicht von 2 nicht zu sehen ist, und ist daher durch eine andere Strichlinie veranschaulicht. In ähnlicher Weise ist der Durchgangskontakt 119 in einer vertikal niedrigeren Schicht angeordnet, die in der Draufsicht von 2 nicht zu sehen ist, und ist daher durch eine weitere Strichlinie gezeigt.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sourceelektrode 116, die Drainelektrode 117, die Gateelektrode 118 und der gleichrichtende Übergang als Streifen geformt, welche sich parallel zueinander erstrecken. Die Driftregion 114 erstreckt sich zwischen der Sourceelektrode 116 und der Drainelektrode 117. Das Schottky-Kontaktmetall 132 ist elektrisch mit der Sourceelektrode 116 über den Durchgangskontakt 119 und die Verdrahtung 115 gekoppelt.
Der kürzeste laterale Abstand d₁ zwischen der Gateelektrode 118 und der Drainelektrode 117 ist größer als der kürzeste laterale Abstand d₂ zwischen dem gleichrichtenden Übergang und der Drainelektrode 117, d.h., es gilt eine Beziehung d₁ > d₂.
In anderen Ausführungsbeispielen sind die Sourceelektrode 116, die Drainelektrode 117, die Gateelektrode 118 und der gleichrichtende Übergang oder wenigstens Teile von diesen Elementen unterschiedlich von einem Streifen geformt. Beispielsweise kann eine Ringform und/oder eine Polygonalform ebenfalls angewandt werden.
3A zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Lateral-HEMT 200 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Ähnlich zu dem in 1 gezeigten Lateral-HEMT 100 umfasst der Lateral-HEMT 200 ein Substrat 222, eine Pufferschicht 221, eine erste Halbleiterschicht 211, eine zweite Halbleiterschicht 212, ein zweidimensionales Elektronengas, das schematisch durch eine Strichlinie 224 gezeigt ist, eine Sourceelektrode 216, eine Drainelektrode 217, eine Gateelektrode 218, einen gleichrichtenden Übergang in der Form eines Schottky-Übergangs, der durch eine Strichlinie 231 gezeigt ist, ein Schottky-Kontaktmetall 232, eine Passivierungsschicht 213, und eine Driftregion 214 zwischen der Sourceelektrode 216 und der Drainelektrode 217.
Der schematische Querschnitt des in 3A gezeigten Ausführungsbeispiels umfasst weiterhin wenigstens eine Feldplatte 237. Die wenigstens eine Feldplatte 237 ist wenigstens teilweise auf der Passivierungsschicht 213 in einer Region der Driftregion 214 angeordnet. Die wenigstens eine Feldplatte 237 umfasst ein elektrisch leitendes Material wie beispielsweise ein Metall oder hochdotiertes Polysilizium. Beispielsweise kann die wenigstens eine Feldplatte 237 ein Teil einer gemusterten Metallschicht oder einer Metalllegierungsschicht, wie beispielsweise einer Schicht oder eines Schichtstapels, umfassend Al, AlSi, AlTi, AlCu, AlSiTi, AlSiCu, Cu sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine Feldplatte 237 elektrisch mit der Gateelektrode 218 über einen Durchgangskontakt 219' gekoppelt. Der Durchgangskontakt 219' ist zwischen der wenigstens einen Feldplatte 237 und der Gateelektrode 218 in einer Region der Passivierungsschicht 213 angeordnet und kontaktiert direkt wenigstens die eine Feldplatte 237 und die Gateelektrode 218 beide. Der Durchgangskontakt 219' umfasst ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise ein Metall oder hochdotiertes Polysilizium.
In dem in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein kürzester lateraler Abstand d₂ zwischen dem Schottky-Kontaktmetall 232 des gleichrichtenden Übergangs und der Drainelektrode 217 größer als ein kürzester lateraler Abstand d₃ zwischen der wenigstens einen Feldplatte 237 und der Drainelektrode 217, d.h., es gilt eine Beziehung d₂ > d₃.
Wenn, wie schematisch in 3A gezeigt ist, der Lateral-HEMT 200 rückwärts vorgespannt ist, kann ein Bereich 235, in welchem ein Durchbruch auftritt, zu den Enden der Feldplatten 237, die lateral näher zu der Drainelektrode 217 sind, gepint oder festgehalten sein. Das zweidimensionale Elektronengas ist lokal in diesen Regionen 235 der Driftregion 214 durch heiße Träger zerstört. Jedoch kann in den verbleibenden Regionen der Driftregion 214 die elektrische Feldstärke genügend abgesenkt sein, um in diesen Bereichen einen Durchbruch zu vermeiden und somit eine Zerstörung des zweidimensionalen Elektronengases in diesen Bereichen zu umgehen. Wenn somit der Lateral-HEMT 200 in einem leitenden Modus ist, kann das zweidimensionale Elektronengas und damit ein leitender Kanal in einem großen Gebiet der Driftregion 214 vorgesehen sein.
3B zeigt einen anderen schematischen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Lateral-HEMT 200. Der Querschnitt des in 3B gezeigten Lateral-HEMT 200 ist ähnlich zu dem Querschnitt des in 1 gezeigten Lateral-HEMT 100. Somit wird Bezug auf die Beschreibung von der entsprechenden 1 genommen. Ein Muster einer Verdrahtung 215, die elektrisch das Schottky-Kontaktmetall 232 zu der Sourceelektrode 216 koppelt, kann Fingern einer kammförmigen Struktur entsprechen, die die Sourceelektrode 216 und die Vielzahl an Fingern umfasst.
4 zeigt eine schematische Draufsicht eines Abschnitts des in den 3A und 3B gezeigten Lateral-HEMT 200. Bauteile der gleichen Funktion wie diejenigen in den 3A und 3B sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen und werden im Folgenden nicht erneut erläutert. Der in 3A gezeigte Schnitt ist entlang der Linie B-B' geführt, die in 4 gezeigt ist, und der Querschnitt in 3B ist entlang der Linie A-A' geführt, die in 4 gezeigt ist.
Die Gateelektrode 218 des Lateral-HEMT 200 ist in einer vertikal niedrigeren Schicht angeordnet, die in der Draufsicht von 4 nicht gesehen werden kann, und ist daher durch eine Strichlinie veranschaulicht. In ähnlicher Weise ist das Schottky-Kontaktmetall 232 in einer vertikal niedrigeren Schicht angeordnet, die in der Draufsicht von 4 nicht gesehen werden kann, und ist daher durch eine andere Strichlinie veranschaulicht. In ähnlicher Weise sind die Durchgangskontakte 219, 219' vertikal in einer niedrigeren Schicht angeordnet, die in der Draufsicht von 4 nicht gesehen werden kann, und sind daher jeweils durch eine noch weitere Strichlinie gezeigt.
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sourceelektrode 216, die Drainelektrode 217, die Gateelektrode 218 und der gleichrichtende Übergang als Streifen geformt, welche sich parallel zueinander erstrecken. Die Driftregion 214 erstreckt sich zwischen der Sourceelektrode 216 und der Drainelektrode 217.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein lateraler Abstand zwischen benachbarten Feldplatten 237, 237' durch d₄ angegeben. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehr als zwei Feldplatten vorhanden. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Feldplatten kann für alle Feldplatten der gleiche sein. In einem anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst eine erste Vielzahl von Feldplatten einen ersten lateralen Abstand zwischen benachbarten Feldplatten und einen zweiten lateralen Abstand zwischen benachbarten Feldplatten, wobei der erste laterale Abstand von dem zweiten lateralen Abstand verschieden ist. In weiteren, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind einige oder alle laterale Abstände zwischen benachbarten Feldplatten verschieden voneinander-
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der laterale Abstand d₃ zwischen einer ersten der Feldplatten 237 und der Drainelektrode 217 gleich zu dem lateralen Abstand d₃ zwischen einer benachbarten Feldplatte der Feldplatten 237' und der Drainelektrode 217. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können diese Abstände verschieden voneinander sein.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gilt eine Beziehung d₂ > d₃. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann d₂ gleich zu d₃ sein oder eine Beziehung d₂ < d₃gelten.
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine laterale Breite der ersten Feldplatte 237, die durch w_f1 bezeichnet ist, gleich zu der lateralen Breite der benachbarten Feldplatte 237', die durch w_f2 angegeben ist. In anderen Ausführungsbeispielen können die Breiten w_f1 und w_f2 verschieden voneinander sein. Jede der Feldplatten 237, 237' hat eine laterale Breite, die kleiner als eine laterale Breite w_d der Driftregion 214 ist, d.h. es lliegen w_f1< w_d und w_f2 < w_d vor.
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Feldplatten 237, 237' elektrisch mit der Gateelektrode 218 gekoppelt. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können verschiedene Feldplatten elektrisch mit einer oder verschiedenen Elektroden aus der Sourceelektrode 216, der Gateelektrode 218, der Drainelektrode 217, einer Spannung, die von der Spannung verschieden ist, die an der Sourceelektrode 216, der Gateelektrode 218, der Drainelektrode 217 liegt, gekoppelt sein. Beispielsweise können alle Feldplatten elektrisch mit der Drainelektrode 217 gekoppelt sein. Gemäß einem anderen Beispiel können alle Feldplatten elektrisch mit der Sourceelektrode 216 gekoppelt sein. Gemäß noch einem anderen Beispiel ist eine erste oder eine erste Vielzahl von Feldplatten elektrisch mit der Sourceelektrode 216 gekoppelt, und eine zweite oder eine zweite Vielzahl von Feldplatten ist elektrisch mit der Drainelektrode 217 gekoppelt.
In den in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst die erste Halbleiterschicht 111, 211 GaN, und die zweite Halbleiterschicht 112, 212 umfasst AlGaN, und das zweidimensionale Elektronengas ist an der Zwischenfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht 111, 211 und der zweiten Halbleiterschicht 112, 212 hin zur ersten Halbleiterschicht 111, 211 gelegen, welche auch Ga-Face- oder Seitenpolarität genannt ist. Der HEMT wird dann auch als "Normal-HEMT" genannt. In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst die erste Halbleiterschicht 111, 211 AlGaN, und die zweite Halbleiterschicht 112, 212 umfasst GaN. Das zweidimensionale Elektronengas ist so an der Zwischenfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht 111, 212 und der zweiten Halbleiterschicht 112, 212 zu der zweiten Schicht gelegen, die auch N-Face- oder Seitenpolarität benannt ist. Der Lateral-HEMT ist dann auch als "invertierter HEMT" benannt.
In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind die erste Halbleiterschicht 111, 211 und die zweite Halbleiterschicht 112, 212 beide undotiert, und das zweidimensionale Elektronengas an der Zwischenfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht 111, 211 und der zweiten Halbleiterschicht 112, 212 wird aufgrund des piezoelektrischen Effekts gebildet. Der HEMT wird dann auch als "PI-HEMT" (polarisationsinduzierter Transistor hoher Elektronenbeweglichkeit) benannt.
Obwohl hier spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausführungen für die spezifischen Ausführungsbeispiele, die gezeigt und beschrieben sind, vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher alle Ausgestaltungen oder Veränderungen der hier beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher soll die Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt sein.

Claims

Lateral-HEMT, umfassend: ein Substrat (122), eine erste Halbleiterschicht (111) über dem Substrat (122), eine zweite Halbleiterschicht (112) auf der ersten Halbleiterschicht (111), eine Gateelektrode (118), eine Sourceelektrode (116), eine Drainelektrode (117), und einen gleichrichtenden Schottky-Übergang (131), wobei ein erster Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs (131) elektrisch mit der Sourceelektrode (116) gekoppelt ist und ein zweiter Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs (131) elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht (112) gekoppelt ist.
Lateral-HEMT nach Anspruch 1, bei dem die zweite Halbleiterschicht (112) wenigstens Teil des zweiten Anschlusses ist.
Lateral-HEMT nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Anschluss die zweite Halbleiterschicht (112) umfasst und der erste Anschluss ein Schottky-Kontaktmetall (132) von wenigstens einem aus Ni, Pt, W, Mo, TiSi₂, WSi₂ und CoSi₂ auf der zweiten Halbleiterschicht (112) umfasst.
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Gateelektrode (118) und ein Schottky-Kontaktmetall (132) des Schottky-Übergangs getrennte Teile der gleichen gemusterten Metallschicht sind.
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der gleichrichtende Schottky-Übergang (131) wenigstens eines aus p-Typ-GaN und dotiertem Polysilizium umfasst.
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein kürzester lateraler Abstand zwischen der Gateelektrode (118) und der Drainelektrode (117) größer ist als der kürzeste laterale Abstand zwischen dem gleichrichtenden Schottky-Übergang (131) und der Drainelektrode (117).
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Halbleiterschicht (111) AlGaN umfasst und bei dem die zweite Halbleiterschicht (112) GaN umfasst.
Lateral-HEMT nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste Halbleiterschicht (111) GaN umfasst und bei dem die zweite Halbleiterschicht (112) AlGaN umfasst.
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Sourceelektrode (116), die Drainelektrode (117), die Gateelektrode (118) und der gleichrichtende Übergang (131) allgemein als Streifen geformt sind, die sich parallel zueinander erstrecken.
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine Passivierungsschicht (113) über der zweiten Halbleiterschicht (112), eine Driftregion (114) mit einer lateralen Breite w_d, und wenigstens eine Feldplatte, die wenigstens teilweise auf der Passivierungsschicht (113) in einer Region der Driftregion (114) angeordnet ist und eine laterale Breite w_f hat, wobei w_f < w_d gilt.
Lateral-HEMT nach Anspruch 10, bei dem die wenigstens eine Feldplatte elektrisch mit einer Elektrode aus der Sourceelektrode (116), der Drainelektrode (117), der Gateelektrode (118) und einer anderen Elektrode gekoppelt ist.
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (122) aus Si, SiC, GaN oder Al₂O₃ und wenigstens einem Puffer (121) auf dem Substrat (122) hergestellt ist.
Lateral-HEMT nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Substrat (122) ein Metallträger ist.
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Gateelektrode (118) auf der zweiten Halbleiterschicht (112) angeordnet ist.
Lateral-HEMT nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Gateelektrode (118) eine ausgesparte Gateelektrode ist, die sich teilweise in die zweite Halbleiterschicht (112) erstreckt.
Lateral-HEMT nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs (131) elektrisch mit der Sourceelektrode (116) über eine Vielzahl von Verbindungsfingern gekoppelt ist, die einen Teil einer kammförmigen Struktur bilden, die die Sourceelektrode (116) und die Vielzahl von Verbindungsfingern umfasst.
Lateral-HEMT, umfassend: ein Substrat (222), eine erste Halbleiterschicht (211) über dem Substrat (222), eine zweite Halbleiterschicht (212) auf der ersten Halbleiterschicht (211), eine Gateelektrode (218), eine Sourceelektrode (216), eine Drainelektrode (217), einen Schottky-Übergang (231) mit einem Schottky-Kontaktmetall (232) auf der zweiten Halbleiterschicht (212), wobei das Schottky-Kontaktmetall (232) elektrisch mit der Sourceelektrode (216) gekoppelt ist, und wobei ein kürzester lateraler Abstand zwischen der Gateelektrode (218) und der Drainelektrode (217) größer als der kürzeste laterale Abstand zwischen dem Schottky-Übergang (231) und der Drainelektrode (217) ist.
Lateral-HEMT nach Anspruch 17, weiterhin umfassend: eine Passivierungsschicht (213) über der zweiten Halbleiterschicht (212), eine Driftregion (214) mit einer lateralen Breite w_d und wenigstens eine Feldplatte (237), die wenigstens teilweise auf der Passivierungsschicht (213) in einer Region der Driftregion (214) angeordnet ist und eine laterale Breite w_f hat, wobei w_f < w_d gilt.
Lateral-HEMT nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die Gateelektrode (218) auf der zweiten Halbleiterschicht (212) angeordnet ist.
Lateral-HEMT nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die Gateelektrode (218) eine ausgesparte Gateelektrode ist, die sich teilweise in die zweite Halbleiterschicht (212) erstreckt.
Lateral-HEMT nach Anspruch 17, bei dem der erste Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs (231) elektrisch mit der Sourceelektrode (216) über eine Vielzahl von Verbindungsfingern gekoppelt ist, die einen Teil einer kammförmigen Struktur bilden, welche die Sourceelektrode (216) und die Vielzahl von Verbindungsfingern umfasst.
Lateral-HEMT, umfassend: ein Substrat (222), eine erste Halbleiterschicht (211) über dem Substrat (222), eine zweite Halbleiterschicht (212) auf der ersten Halbleiterschicht (211), eine Gateelektrode (218), eine Sourceelektrode (216), eine Drainelektrode (217), einen gleichrichtenden Schottky-Übergang (231) mit einem ersten Anschluss, der elektrisch mit der Sourceelektrode (216) gekoppelt ist, und mit einem zweiten Anschluss, der elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht (212) gekoppelt ist, eine Passivierungsschicht (213) über der zweiten Halbleiterschicht (212), eine Driftregion (214) mit einer lateralen Breite w_d und wenigstens eine Feldplatte (237), die wenigstens teilweise auf der Passivierungsschicht (213) in einer Region der Driftregion (214) angeordnet ist und eine laterale Breite w_f hat, wobei w_f < w_d gilt.
Lateral-HEMT nach Anspruch 22, bei dem die Gateelektrode (218) auf der zweiten Halbleiterschicht (212) angeordnet ist.
Lateral-HEMT nach Anspruch 22, bei dem die Gateelektrode (218) eine ausgesparte Gateelektrode ist, die sich teilweise in die zweite Halbleiterschicht (212) erstreckt.
Lateral-HEMT nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem der erste Anschluss des gleichrichtenden Schottky-Übergangs (213) elektrisch mit der Sourceelektrode (216) über eine Vielzahl von Verbindungsfingern gekoppelt ist, die einen Teil einer kammförmigen Struktur bilden, welche die Sourceelektrode (216) und die Vielzahl von Verbindungsfingern umfasst.