DE102014108628A1 - Hochspannungskaskadendiode mit Hemt und einer monotlithisch integrierten Halbleiterdiode - Google Patents
Hochspannungskaskadendiode mit Hemt und einer monotlithisch integrierten Halbleiterdiode Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014108628A1 DE102014108628A1 DE201410108628 DE102014108628A DE102014108628A1 DE 102014108628 A1 DE102014108628 A1 DE 102014108628A1 DE 201410108628 DE201410108628 DE 201410108628 DE 102014108628 A DE102014108628 A DE 102014108628A DE 102014108628 A1 DE102014108628 A1 DE 102014108628A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- diode
- hemt
- gate
- substrate
- cascade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 144
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 78
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 78
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 76
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000004047 hole gas Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
- H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
- H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
- H01L21/8232—Field-effect technology
- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/8258—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using a combination of technologies covered by H01L21/8206, H01L21/8213, H01L21/822, H01L21/8252, H01L21/8254 or H01L21/8256
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0605—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits made of compound material, e.g. AIIIBV
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/107—Substrate region of field-effect devices
- H01L29/1075—Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/107—Substrate region of field-effect devices
- H01L29/1075—Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
- H01L29/1079—Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
- H01L29/4175—Source or drain electrodes for field effect devices for lateral devices where the connection to the source or drain region is done through at least one part of the semiconductor substrate thickness, e.g. with connecting sink or with via-hole
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
- H01L2224/48464—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area also being a ball bond, i.e. ball-to-ball
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/481—Internal lead connections, e.g. via connections, feedthrough structures
Abstract
Eine Ausführungsform einer Kaskadendiode mit einer Durchbruchspannung über 300 V weist einen HEMT und eine Si-Schottky-Diode auf. Der HEMT weist ein Gate, einen Drain, eine Source und eine zweidimensionale Elektronengas-Kanalregion auf, die die Source und den Drain verbindet und die von dem Gate gesteuert wird. Der HEMT weist eine Durchbruchspannung von über 300 V auf. Die Si-Schottky-Diode ist monolithisch mit dem HEMT integriert. Die Si-Schottky-Diode weist eine Kathode, die mit der Source des HEMT verbunden ist und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist, auf. Die Si-Schottky-Diode weist eine Durchbruchspannung von weniger als 300 V und eine Durchlassspannung von weniger als oder gleich 0,4 V auf. Die Anode der Si-Schottky-Diode bildet die Anode der Kaskadendiode, und der Drain des HEMT bildet die Kathode der Kaskadendiode.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft Hochspannungsdioden und insbesondere Hochspannungsdioden, die aus einer siliziumbasierten Niedrigspannungsdiode, die mit einem HEMT auf demselben Nacktchip kaskadiert ist, sind.
- HINTERGRUND
- Die Si-Leistungsdioden mit dem besten Leistungsverhalten sind Si-Schottky-Dioden. Si-Schottky-Dioden weisen verglichen mit anderen Typen von Si-Leistungsdioden eine geringe Sperrverzögerungszeit auf und haben ebenfalls den geringsten Durchlassspannungsabfall (0,4 V bis 0,3 V) auf. Während Si-Schottky-Dioden verglichen mit anderen Dioden-Technologien den Vorteil von nur geringen Durchlassverlusten und nur unbedeutenden Schaltverlusten haben, begrenzt die geringe Bandlücke von Silizium ihre Verwendung auf eine Maximalspannung von um 200 V. Leistungsdioden mit einer Durchbruchspannung, die signifikant über 200 V liegt, wurden durch Kaskadieren einer Niedrigspannungs-Si-Schottky-Diode mit einem Hochspannungs-AIGaN/GaN-HEMT (Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit) realisiert. Eine solche Kaskadendiode weist den Vorteil einer niedrigen Schwellenspannung einer Si-Schottky-Diode und gleichzeitig die hohe Stromdichte eines GaN auf.
- Die Funktionalität der Kaskadendiode wird ihr von der Si-Schottky-Diode verliehen, was zu einem potentiellen Anstieg in der Sperrrichtung bis zum Einschnüren des Hochspannungs-HEMT führt (der HEMT ist in diesem Fall eine selbstleitende Vorrichtung). Ohne diese Minimalvorspannung an der Kathoden-Seite der Si-Schottky-Diode, ist der Hochspannungs-HEMT eingeschaltet. Als solche kann die Gesamtschaltgeschwindigkeit der Kaskadendiode von dem Hochspannungs-HEMT und von der schnellen Si-Schottky-Diode profitieren. Jedoch verwenden konventionelle Kaskadendioden die Niedrigspannungs-Si-Schottky-Diode und den Hochspannungs-HEMT auf zwei unterschiedlichen Nacktchips (Chips), wobei ein Nacktchip den Hochspannungs-GaN-HEMT und der andere Nacktchip die Niedrigspannungs-Si-Schottky-Diode aufweist. Die zwei Nacktchips werden über ein gemeinsames Gehäuse, einschließlich einer Bonding- oder Clip-Verbindung zwischen den Nacktchips, kombiniert. Diese Verbindungen im Gehäuse verursachen unerwünschte parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten, die das dynamische Verhalten der gesamten Kaskadenschaltung vermindern.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Es besteht Bedarf an einem Bereitstellen eines verbesserten Konzepts für eine Kaskadendiode, eine Kaskadendiode mit einer Durchbruchspannung über 300 V und ein Verfahren zur Herstellung einer Kaskadendiode. Ein solcher Bedarf kann von dem Gegenstand der Patentansprüche gedeckt werden.
- Manche Ausführungsformen betreffen eine Kaskadendiode, die einen III-Nitrid-Siliziumkörper; einen HEMT mit einem Gate, einem Drain, einer Source und einem Kanal, der die Source und den Drain verbindet, wobei der Kanal von dem Gate gesteuert und von einem Übergang zwischen zwei Materialien des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit unterschiedlichen Bandlücken gebildet ist; und eine Halbleiterdiode umfasst, die monolithisch mit dem HEMT integriert ist, wobei die Halbleiterdiode eine mit der Source des HEMT verbundenen Kathode und eine mit dem Gate des HEMT verbundene Anode aufweist, wobei die Anode der Halbleiterdiode die Anode der Kaskadendiode bildet und der Drain des HEMT die Kathode der Kaskadendiode bildet.
- Gegebenenfalls ist die Halbleiterdiode eine Si-Schottky-Diode oder eine SiC-Schottky-Diode. Ferner ist die Halbleiterdiode gegebenenfalls eine Si-p-n-Sperrschichtdiode. Gegebenenfalls ist der HEMT ein GaN-HEMT, und die Halbleiterdiode ist eine GaN-Diode oder eine Diode mit MIS-Gate.
- Ferner umfasst die Kaskadendiode gegebenenfalls ein Si-Substrat, auf dem der III-Nitrid-Halbleiterkörper angeordnet ist; und einen elektrisch leitfähigen Stift, der sich durch den III-Nitrid-Halbleiterkörper erstreckt und der die Source des HEMT mit dem Si-Substrat verbindet.
- Ferner umfasst die Kaskadendiode gegebenenfalls eine Metallisierung, die auf einer Seite des Si-Substrats, von dem III-Nitrid-Halbleiterkörper abgewandt angeordnet ist, wobei das Si-Substrat ein dotierter n-Typ ist, wobei die Kathode der Halbleiterdiode von dem dotierten n-Typ-Si-Substrat und die Anode der Halbleiterdiode von der auf dem Si-Substrat angeordneten Metallisierung gebildet ist. Gegebenenfalls ist die Konzentration der n-Typ-Dotierung des Si-Substrats in einer ersten Region des Si-Substrats benachbart zu der Metallisierung geringer und in einer zweiten Region des Si-Substrats, die durch die erste Region von der Metallisierung beabstandet ist, höher ist.
- Ferner ist das Si-Substrat gegebenenfalls ein dotierter p-Typ, der Stift ist ein Metallstift, die Kathode der Halbleiterdiode ist von dem Metallstift gebildet, und die Anode der Halbleiterdiode ist von dem dotierten p-Typ-Si-Substrat gebildet.
- Gegebenenfalls ist das Si-Substrat ein dotierter p-Typ, der Stift umfasst n-dotiertes Polysilizium, die Kathode der Halbleiterdiode ist von dem n-dotierten Polysilizium-Stift gebildet, und die Anode der Halbleiterdiode ist von dem dotierten p-Typ-Si-Substrat gebildet.
- Ferner umfasst der Stift gegebenenfalls eine n-dotierte Polysiliziumregion, die die Source des HEMT kontaktiert und eine p-dotierte Polysiliziumregion, die durch die n-dotierte Polysiliziumregion von der Source des HEMT beabstandet ist, die Kathode der Halbleiterdiode ist von der n-dotierten Polysiliziumregion des Stifts gebildet, und die Anode der Halbleiterdiode ist von der dotierten p-Typ-Polysiliziumregion des Stifts gebildet.
- Ferner ist die Halbleiterdiode gegebenenfalls auf dem III-Nitrid-Halbleiterkörper angeordnet und umfasst eine hoch n-dotierte Polysiliziumregion, die auf der Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist; eine niedrig n-dotierte Polysiliziumregion benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; einen Ohmschen Kontakt auf der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; und einen Schottky-Kontakt auf der niedrig n-dotierten Polysiliziumregion, wobei die Source des HEMT mit dem Ohmschen Kontakt verbunden ist, und das Gate des HEMT mit dem Schottky-Kontakt verbunden ist.
- Gegebenenfalls ist die Halbleiterdiode auf dem III-Nitrid-Halbleiterkörper angeordnet und umfasst eine hoch p-dotierte Polysiliziumregion, die auf der Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist; eine niedrig p-dotierte Polysiliziumregion benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; einen Ohmschen Kontakt auf der hoch p-dotierten Polysiliziumregion; und einen Schottky-Kontakt auf der niedrig p-dotierten Polysiliziumregion, wobei die Source des HEMT mit dem Schottky-Kontakt und das Gate des HEMT mit dem Ohmschen Kontakt verbunden ist.
- Ferner umfasst die Kaskadendiode gegebenenfalls einen elektrisch leitfähigen Stift, der sich zum Verbinden des Gates des HEMT mit der Anode der Halbleiterdiode durch den III-Nitrid-Halbleiterkörper erstreckt, wobei der elektrisch leitfähige Stift isolierte Seitenwände aufweist. Manche Ausführungsformen betreffen eine Kaskadendiode mit einer Durchbruchspannung von über 300 V, umfassend einen HEMT, einschließlich eines Gates, eines Drains, einer Source und einer zweidimensionalen Elektronengas-Kanalregion, die die Source und den Drain verbindet und von dem Gate gesteuert wird, wobei der HEMT eine Durchbruchspannung von über 300 V aufweist; und eine Si-Schottky-Diode, die monolithisch mit dem HEMT integriert ist, wobei die Si-Schottky-Diode eine Kathode, die mit der Source des HEMT verbunden ist und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist, aufweist, wobei die Si-Schottky-Diode eine Durchbruchspannung von weniger als 300 V und eine Durchlassspannung von weniger oder gleich 0,4 V aufweist, wobei die Anode der Si-Schottky-Diode die Anode der Kaskadendiode bildet und der Drain des HEMT die Kathode der Kaskadendiode bildet.
- Gegebenenfalls umfasst die Kaskadendiode ferner ein Si-Substrat, auf dem der HEMT angeordnet ist; und einen elektrisch leitfähigen Stift, der die Source des HEMT mit dem Si-Substrat verbindet. Gegebenenfalls umfasst die Kaskadendiode ferner eine Metallisierung, die auf einer Seite des Si-Substrats, von dem Gate des HEMT abgewandt angeordnet ist, wobei das Si-Substrat ein dotierter n-Typ ist, die Kathode der Si-Schottky-Diode von dem dotierten n-Typ-Si-Substrat gebildet ist, und die Anode der Si-Schottky-Diode von der auf dem Si-Substrat angeordneten Metallisierung gebildet ist.
- Gegebenenfalls ist das Si-Substrat ein dotierter p-Typ, der Stift ist ein Metallstift, die Kathode der Si-Schottky-Diode ist von dem Metallstift gebildet, und die Anode der Si-Schottky-Diode ist von dem dotierten p-Typ-Si-Substrat gebildet.
- Ferner ist die Si-Schottky-Diode gegebenenfalls auf einer Seite eines III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet und die Si-Schottky-Diode umfasst eine hoch n-dotierte Polysiliziumregion, die auf der Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist; eine niedrig n-dotierte Polysiliziumregion benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; einen Ohmschen Kontakt auf der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; und einen Schottky-Kontakt auf der niedrig n-dotierten Polysiliziumregion, wobei die Source des HEMT mit dem Ohmschen Kontakt verbunden ist und das Gate des HEMT mit dem Schottky-Kontakt verbunden ist.
- Gegebenenfalls ist die Si-Schottky-Diode auf einer Seite eines III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet und die Si-Schottky-Diode umfasst eine hoch p-dotierte Polysiliziumregion, die auf der Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist; eine niedrig p-dotierte Polysiliziumregion benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; einen Ohmschen Kontakt auf der hoch p-dotierten Polysiliziumregion; und einen Schottky-Kontakt auf der niedrig p-dotierten Polysiliziumregion, wobei die Source des HEMT mit dem Schottky-Kontakt verbunden ist und das Gate des HEMT mit dem Ohmschen Kontakt verbunden ist.
- Manche Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zur Herstellung einer Kaskadendiode, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Bilden eines HEMT in einem III-Nitrid-Halbleiterkörper, wobei der HEMT ein Gate, einen Drain, eine Source und einen Kanal aufweist, der die Source und den Drain verbindet, wobei der Kanal von dem Gate gesteuert und von einem Übergang zwischen zwei Materialien des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit unterschiedlichen Bandlücken gebildet ist; das monolithische Integrieren einer Halbleiterdiode mit dem HEMT, wobei die Halbleiterdiode eine Kathode, die mit der Source des HEMT verbunden ist und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist, aufweist; das Verbinden eines Anodenanschlusses der Kaskadendiode mit der Anode der Halbleiterdiode; und das Verbinden eines Kathodenanschlusses der Kaskadendiode mit dem Drain des HEMT.
- Gemäß einer Ausführungsform einer Kaskadendiode umfasst der Kaskadentreiber eine Halbleiterdiode, einen III-Nitrid-Halbleiterkörper und einen HEMT mit einem Gate, einem Drain, einer Source und einem Kanal, der die Source und den Drain verbindet. Der Kanal des HEMT wird von dem Gate gesteuert und wird von einem Übergang zwischen zwei Materialien des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit unterschiedlichen Bandlücken gebildet. Die Halbleiterdiode ist monolithisch mit dem HEMT integriert. Die Halbleiterdiode weist eine Kathode auf, die mit der Source des HEMT verbunden ist und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist. Die Anode der Halbleiterdiode bildet die Anode der Kaskadendiode, und der Drain des HEMT bildet die Kathode der Kaskadendiode.
- Gemäß einer Ausführungsform einer Kaskadendiode mit einer Durchbruchspannung von über 300 V, umfasst der Kaskadentreiber einen HEMT mit einem Gate, einem Drain, einer Source und einer zweidimensionalen Elektronengas-Kanalregion, die die Source und den Drain verbindet und von dem Gate gesteuert wird. Der HEMT weist eine Durchbruchspannung von über 300 V auf. Der Kaskadentreiber umfasst ferner eine mit dem HEMT monolithisch integrierte Si-Schottky-Diode, wobei die Si-Schottky-Diode eine Kathode, die mit der Source des HEMT verbunden ist und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist, aufweist. Die Si-Schottky-Diode weist eine Durchbruchspannung von weniger als 300 V und eine Durchlassspannung von weniger als oder gleich 0,4 V auf. Die Anode der Si-Schottky-Diode bildet die Anode der Kaskadendiode, und der Drain des HEMT bildet die Kathode der Kaskadendiode.
- Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Kaskadendiode, umfasst das Verfahren Folgendes: das Bilden eines HEMT in einem III-Nitrid-Halbleiterkörper, wobei der HEMT ein Gate, einen Drain, eine Source und einen Kanal, der die Source und den Drain verbindet, aufweist, wobei der Kanal von dem Gate gesteuert und von einem Übergang zwischen zwei Materialien des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit unterschiedlichen Bandlücken gebildet ist; das monolithische Integrieren einer Halbleiterdiode mit dem HEMT, wobei die Halbleiterdiode eine Kathode, die mit der Source des HEMT verbunden ist und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist, aufweist; das Verbinden eines Anodenanschlusses der Kaskadendiode mit der Anode der Halbleiterdiode; und das Verbinden eines Kathodenanschlusses der Kaskadendiode mit dem Drain des HEMT.
- Fachleute auf dem Gebiet werden zusätzliche Merkmale und Vorteile nach dem Durchlesen der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Durchsicht der begleitenden Zeichnungen erkennen.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die Bauteile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen liegt der Fokus darin auf dem Illustrieren der Prinzipien der Erfindung. Außerdem bezeichnen ähnliche Bezugszeichen in den Figuren entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 ein schematisches Diagramm einer Kaskadendiode, die eine monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integrierte Halbleiter-Schottky-Diode aufweist; -
2 eine Teilansicht eines Querschnitts einer Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine vertikale Si-Schottky-Diode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist; -
3 eine Teilansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine vertikale Si-Schottky-Diode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist; -
4 eine Teilansicht eines Querschnitts einer noch weiteren Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine vertikale Si-Schottky-Diode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist; -
5 eine Teilansicht eines Querschnitts noch einer weiteren Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine vertikale Si-Schottky-Diode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist; -
6 eine Teilansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine vertikale Si-Schottky-Diode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist; -
7 eine Teilansicht eines Querschnitts einer Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine vertikale Si-n-p-Sperrschichtdiode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist; -
8 eine Teilansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine vertikale Si-n-p-Sperrschichtdiode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist; -
9 eine Teilansicht eines Querschnitts einer Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine laterale Halbleiterdiode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist; und -
10 eine Teilansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform einer Kaskadendiode, die eine laterale Halbleiterdiode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Kaskadendiode100 . Die Kaskadendiode100 weist einen HEMT und eine monolithisch mit dem HEMT auf demselben Nacktchip integrierte Halbleiterdiode (D), wie durch den gestrichelten Kasten in1 dargestellt, auf. Die Kathode (C) der Halbleiterdiode ist mit der Source (S) des HEMT verbunden, und die Anode (A) der Halbleiterdiode ist mit dem Gate (G) des HEMT verbunden. Die Anode der Halbleiterdiode bildet die Anode (‚Anode‘) der Kaskadendiode100 , und der Drain (D) des HEMT bildet die Kathode (‚Kathode‘) der Kaskadendiode100 . Eine solche monolithisch integrierte Konstruktion ergibt eine Kaskadendiode100 mit dem Vorteil einer Niedrigschwellenspannung einer Halbleiterdiode und der hohen Stromdichte und hohen Durchbruchspannung eines HEMT, während unerwünschte parasitäre Gehäuseinduktivitäten und Kapazitäten, die das dynamische Verhalten der Kaskadendiode100 sonst verschlechtern würden, eliminiert werden. - Im Allgemeinen kann der HEMT unter Verwendung jeder geeigneten III-Nitrid-Technologie wie GaN realisiert werden. Die Halbleiterdiode kann unter Verwendung derselben oder einer anderen Halbleitertechnologie wie der HEMT gebildet sein. Beispielsweise im Fall des HEMT mit einer AlGaN-Barriereregion und einer GaN-Pufferregion kann die Halbleiterdiode eine GaN-Diode oder einer Diode mit MIS-Gate (Metallisolationshalbleiter) sein. Im Fall einer Diode mit MIS-Gate basiert die Diode mit MIS-Gate auf einem selbstleitenden HEMT-Design (z.B. wird eine Gate-Pause durchgeführt, um selbstsperrende Bedingungen zu erhalten). Jedoch ist das Gate der Diode mit MIS-Gate elektrisch mit der Source der Diode verbunden, die die Anode bildet. Somit leitet die Diode mit MIS-Gate Strom, wenn eine Sperrspannung zwischen der Source (Anode) und dem Drain (Kathode) der Diode mit MIS-Gate die Schwellenspannung der Diode überschreitet. Die Schwellenspannung der Diode mit MIS-Gate kann geringer sein als die Schwellenspannung des HEMT. Der Kanal öffnet sich unter der Gate-Elektrode der Diode mit MIS-Gate in umgekehrter Richtung, wenn das Potential an dem Drain in Bezug auf die Source eine geringe negative Spannung ist. Bei III-V-Halbleitern kann der Isolator der Diode mit MIS-Gate ein Nitrid anstelle eines Oxids sein.
- Alternativ dazu kann die Halbleiterdiode eine siliziumbasierte Diode wie eine Si-Schottky-Diode oder eine Si-p-n-Sperrschichtdiode sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Halbleiterdiode eine SiC-Schottky-Diode sein. Si- und SiC-Technologien können auf einfache Art mit III-Nitrid-Technologien wie GaN integriert werden, um so die Kaskadendiode
100 zu bilden, die eine Halbleiterdiode aufweist, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist, wie später hierin genauer beschrieben wird. Der Begriff HEMT wird üblicherweise auch als HFET (Heteroübergangs-Feldeffekttransistor), MODFET (modulationsdotierter FET) und MESFET (Metallhalbleiter-Feldeffekttransistor) bezeichnet. Die Begriffe HEMT, HFET, MESFET und MODFET sind hierin austauschbar verwendet und beziehen sich auf jegliche III-Nitrid-basierenden Verbundhalbleitertransistoren, die einen Übergang zwischen zwei Materialien mit unterschiedlichen Bandlücken (d.h. einen Heteroübergang) als Kanal umfassen. Beispielsweise kann GaN mit AlGaN oder InGaN kombiniert werden, um den Kanal zu bilden. Die Verbundhalbleitervorrichtung kann AllnN/AIN/GaN-Barriere-/Zwischenlagen-/Pufferschichtstrukturen aufweisen. - Speziell in Bezug auf die GaN-Technologie führt die Gegenwart von Polarisierungsladungen und Dehnungseffekten zu der Bildung eines zweidimensionalen Ladungsträgergases, das eine zweidimensionale Elektronen- oder Lochinversionsschicht ist, die durch eine sehr hohe Trägerdichte und Trägerbeweglichkeit gekennzeichnet ist. Ein solches zweidimensionales Ladungsträgergas, wie ein 2DEG (zweidimensionales Elektronengas) oder 2DHG (zweidimensionales Lochgas), bildet eine leitfähige Kanalregion des HEMT nahe der Grenzfläche z.B. zwischen einer GaN-Legierungsbarriereregion und einer GaN-Pufferregion. Eine dünne, z.B. 1–2 nm dicke, AIN-Schciht kann zwischen der GaN-Pufferregion und der GaN-Legierungsbarriereregion vorgesehen sein, um Legierungsstreuung zu minimieren und eine 2DEG-Beweglichkeit zu verbessern. Im weitesten Sinne können die hierin beschriebenen HEMTs aus jedem binären, ternären oder quaternären III-Nitridverbindungs-Halbleitermaterial gebildet werden, bei dem eine Banddiskontinuität für das Vorrichtungskonzept verantwortlich ist.
-
2 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts einer Ausführungsform eines Nacktchips, der die Hochspannungskaskadendiode100 aufweist. Der Nacktchip weist einen HEMT auf, der in einem III-Nitrid-Halbleiterkörper200 angeordnet ist. Der HEMT verfügt über ein Gate (‚Gate‘), eine Source (‚Source‘) und einen Drain (‚Drain‘). Die Gate-, Source- und Drainregionen des HEMT können dotierte Regionen umfassen, z.B. siliziumdotierte Regionen in GaN-basierten III-Nitridmaterialien, um eine n-Typ-Dotierung, Metallregionen oder eine Kombination aus dotierten und Metallregionen zu ergeben. Die Bildung von Gate-, Source- und Drainregionen von HEMTs ist auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie bekannt und in Anbetracht dessen wird darauf hierin nicht näher eingegangen. - Der III-Nitrid-Halbleiterkörper
200 ist auf einem Si-Substrat202 mit einer (111) Kristallorientierung gemäß dieser Ausführungsform angeordnet. Eine oder mehrere Übergangsschichten204 wie eine AIN sind auf dem Si-Substrat202 gebildet. Eine Pufferregion206 wie ein GaN ist auf einer oder mehreren Übergangsschicht(en)204 gebildet, eine Barriereregion208 wie eine GaN-Legierung wie AlGaN oder InGaN ist auf der Pufferregion206 gebildet, und eine Passivierungsschicht210 wie SiN ist auf der Barriereregion208 gebildet. Die Barriere- und Pufferregionen206 ,208 umfassen Materialien des III-Nitrid-Halbleiterkörpers200 mit unterschiedlichen Bandlücken und ergeben somit einen 2DEG- oder 2DHG-Kanal212 des HEMT, wie hierin bereits zuvor erklärt, abhängig von der Materialart. Der Kanal212 verbindet die Source und den Drain des HEMT und wird von dem Gate gesteuert. In dieser Ausführungsform ist der HEMT selbstleitend, d.h. das Gate muss mit einer negativen Gatespannung beaufschlagt werden, um den Kanal212 unter dem Gate zu unterbrechen und um den HEMT auszuschalten. Im Allgemeinen können jegliche geeigneten binären, ternären oder quarternären III-Nitridverbindungs-Halbleiterschichten204 ,206 ,208 zu Herstellungszwecken der Vorrichtung auf dem Si-Substrat202 gebildet werden. Die Bildung solcher III-Nitridverbindungs-Halbleiterschichten204 ,206 ,208 auf einem Wachstumssubstrat wie einem Si-Substrat202 ist auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie bekannt und in Anbetracht dessen wird darauf hierin nicht näher eingegangen. - Der Kaskadendioden-Nacktchip weist ferner eine monolithisch mit dem HEMT auf demselben Nacktchip integrierte Halbleiterdiode auf. In dieser Ausführungsform ist die Halbleiterdiode unter Verwendung einer anderen Halbleitertechnologie als HEMT gebildet.
- Insbesondere ist das Si-Substrat
202 ein dotierter n-Typ, und eine Metallisierung214 ist auf einer Seite203 des Si-Substrats202 , von dem III-Nitrid-Halbleiterkörper200 abgewandt, angeordnet. Die Halbleiterdiode ist eine Si-Schottky-Diode gemäß dieser Ausführungsform. Die Kathode der Si-Schottky-Diode wird durch das dotierte n-Typ-Si-Substrat202 gebildet, und die Anode der Si-Schottky-Diode wird durch die auf der Rückseite203 des Si-Substrats202 angeordneten Metallisierung214 gebildet. Als solche bildet die Rückseitenmetallisierung214 einen Schottky-Kontakt. - Ein elektrisch leitfähiger Ohmscher Stift (‘Ohmscher Stift’)
216 erstreckt sich durch den III-Nitrid-Halbleiterkörper200 und verbindet die Source des HEMT mit dem Si-Substrat202 . Der Stift216 kann aus Metall oder Polysilizium bestehen und kann durch Ätzen einer Öffnung durch den III-Nitrid-Halbleiterkörper200 bis hin zum Si-Substrat202 und Füllen der Öffnung gebildet werden. Der Stift216 kann isolierte Seitenwände215 aufweisen, um den leitenden Teil des Stifts216 von dem angrenzenden Halbleitermaterial200 zu isolieren. Der Stift216 vervollständigt die Kaskadenverbindung zwischen der Source des HEMT und der Kathode der Halbleiterdiode. - Alternativ dazu kann ein SiC-Substrat anstelle eines Si-Substrats
202 verwendet werden, und die Halbleiterdiode kann eine SiC-Schottky-Diode anstelle einer Si-Schottky-Diode sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Halbleiterdiode eine GaN-Diode oder eine Diode mit MIS-Gate sein, die in demselben III-Nitrid-Halbleiterkörper200 wie der HEMT gebildet ist. In jedem Fall bildet die Anode der Halbleiterdiode die Anode der Hochspannungskaskadendiode und der Drain des HEMT bildet die Kathode der Hochspannungskaskadendiode wie in1 dargestellt. - Die Kaskadendiodenform kann durch Bilden des III-Nitrid-Halbleiterkörpers
200 anstelle von auf einem Si(111)-Substrat durch Molekularstrahlepitaxie und metallorganische Dampfphasenepitaxie auf Fehlschnitt-Si(110)-oder-Si(100)-Substraten hergestellt werden. Alternativ dazu kann eine vorgewachsene GaN-Epischicht durch Entfernen des ursprünglichen Substrats und anschließendem Bonding mit dem Si(100)-Substrat, z.B. über eine Au/In/Au-Bondingschicht, eine Pdln3- und eine AuGe-Zwischenschicht oder eine SiO2-Zwischenschicht, auf ein Si(100)-Substrat übertragen werden. In noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Substrat umfassend Si(100) und GaN durch Substratbonding und einen Rückätzungsvorgang gebildet werden. Im Allgemeinen können solche Verfahren und andere dazu verwendet werden, um eine Halbleiterdiode, die monolithisch zur Bildung einer Hochspannungskaskadendiode mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist, zu realisieren. - Im Fall einer GaN-Diode, die monolithisch mit dem HEMT integriert ist, um die Kaskadendiode aus
1 auf demselben Nacktchip zu bilden, beträgt die Durchlassspannung der Halbleiterdiode etwa 1 V bis 0,8 V. Im Fall einer Diode mit MIS-Gate, die monolithisch mit dem HEMT integriert ist, um die Kaskadendiode aus1 auf demselben Nacktchip zu bilden, kann die Durchlassspannung der Halbleiterdiode weniger als 0,8 V betragen. Das Leistungsverhalten der Kaskadendiode kann unter Verwendung einer Si-p-n-Sperrschichtdiode oder einer SiC-Schottky-Diode gesteigert werden, von denen jede eine Durchlassspannung von etwa 0,7 V bis 0,6 V aufweist. Das Leistungsverhalten der Kaskadendiode kann unter Verwendung einer Si-Schottky-Diode, die eine Durchlassspannung von etwa 0,4 V oder weniger aufweist, noch weiter gesteigert werden. Si-Schottky-Dioden haben eine Durchbruchspannung von weniger als 300 V, z.B. üblicherweise 200 V oder weniger. Im Gegensatz dazu weist der mit der Halbleiterdiode monolithisch integrierte HEMT eine Durchbruchspannung von mehr als 300 V auf. Beispielsweise im Fall eines lateralen GaN-HEMT, wie in2 dargestellt, kann der laterale HEMT eine Durchbruchspannung von etwa 600 V oder mehr aufweisen. Vertikale oder quasi-vertikale HEMTs können verwendet werden, weisen jedoch aufgrund einer dünneren Driftregion eine niedrigere Durchbruchspannung auf. -
3 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts des in2 dargestellten Nacktchips, bei dem das Gate des HEMT über einen Banddraht, eine Schleife oder einen Clip220 mit einem Leiterrahmen218 verbunden ist. Der Leiterrahmen218 hat einen leitenden Pfad zur Vervollständigung der elektrischen Verbindung mit der Anode der Halbleiterdiode, d.h. mit der Rückseitenmetallisierung214 , die die in1 dargestellte Kaskadendiodenverbindung darstellt. -
4 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts des in2 dargestellten Nacktchips, bei dem das Gate des HEMT mit der Anode der Halbleiterdiode verbunden ist, d.h. mit der Rückseitenmetallisierung214 über einen elektrisch leitfähigen Stift222 verbunden ist. Der Stift222 erstreckt sich durch den III-Nitrid-Halbleiterkörper200 und das Si-Substrat202 bis zur Rückseitenmetallisierung214 und verbindet das Gate des HEMT über eine Metallschicht oder einen Clip224 , der an der Vorderseite201 des Nacktchips angeordnet ist, mit der Anode der Halbleiterdiode. Der elektrisch leitfähige Stift222 verfügt über isolierte Seitenwände226 , um den Stift222 von dem angrenzenden Halbleitermaterial200 ,202 zu isolieren. -
5 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform eines Nacktchips mit einer Hochspannungskaskadendiode. Die in5 dargestellte Ausführungsform ähnelt der in2 dargestellten Ausführungsform, jedoch ist die Konzentration der n-Typ-Dotierung des Si-Substrats202 in5 in einer ersten Region228 des Si-Substrats202 , benachbart zu der Rückseitenmetallisierung214 , geringer und in einer zweiten Region230 des Si-Substrats202 , das durch die erste (niedriger dotierte) Region228 von der Rückseitenmetallisierung214 beabstandet ist, höher. Beispielsweise kann die höher dotierte Region230 des Si-Substrats202 eine Dotierungskonzentration von 1017 bis 1020 cm–3 aufweisen, und die niedriger dotierte Region228 des Si-Substrats202 kann eine Dotierungskonzentration von 1014 bis 1016 cm–3 aufweisen. Die niedriger dotierte Region228 kann von einem Rückseiten-Epitaxialvorgang auf der höher dotierten Region230 gebildet sein. Im Allgemeinen führt eine solche Konstruktion zu einer besseren Schottky-Grenzfläche zwischen der Rückseitenmetallisierung214 und dem Si-Substrat202 . -
6 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts noch einer weiteren Ausführungsform eines Nacktchips mit einer Hochspannungskaskadendiode. Die in6 dargestellte Ausführungsform ähnelt der in2 dargestellten Ausführungsform, jedoch ist das Si-Substrat202 vom p-Typ, nicht vom n-Typ. Im Fall eines solche p-Typ-Substrats202 befindet sich der Schottky-Kontakt an der HEMT-Source-Seite, damit die Kaskadendiode wie in1 dargestellt funktionieren kann. Somit kann der Schottky-Kontakt unter Verwendung eines Metallstifts (‚Schottky-BD-Stift‘)216 in Verbindung mit dem p-Typ-Si-Substrat202 hergestellt werden. Die Rückseitenmetallisierung214 ist gemäß dieser Ausführungsform ohmisch, so dass die Kathode der Si-Schottky-Diode von dem Metallstift216 gebildet ist und die Anode der Diode von dem dotierten p-Typ-Si-Substrat202 gebildet ist. -
7 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts noch einer weiteren Ausführungsform eines Nacktchips mit einer Hochspannungskaskadendiode. Die in7 dargestellte Ausführungsform ähnelt der in6 dargestellten Ausführungsform, jedoch umfasst der Stift (‚n-Typ-Polystift‘)216 , der die Source des HEMT mit dem p-Typ-Si-Substrat202 verbindet, n-dotiertes Polysilizium. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Halbleiterdiode eine Si p-n-Sperrschichtdiode. Die Kathode der Si-p-n-Sperrschichtdiode ist von dem n-dotierten Polysiliziumstift216 gebildet, und die Anode der Si-p-n-Sperrschichtdiode ist von dem dotierten p-Typ-Si-Substrat202 gebildet. Die begrenzte Sperrverarmung des polybasierten p-n-Übergangs erfordert eine ausreichend hohe Schwellen- (Vth)-Spannung (d.h. Vth < 0), um die Kaskadenfunktionalität aufrecht zu erhalten. Alternativ dazu kann der p-n-Übergang an der Wafer-Rückseite203 und nicht teilweise in dem Stift216 ausgeführt sein. -
8 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform eines Nacktchips mit einer Hochspannungskaskadendiode. Die in8 dargestellte Ausführungsform ähnelt der in7 dargestellten Ausführungsform, jedoch ist die Si-p-n-Sperrschichtdiode ausschließlich in dem Stift216 gebildet, der die Source des HEMT mit dem p-Typ-Si-Substrat202 verbindet. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Stift216 eine n-dotierte Polysiliziumregion (‚n-Typ-Poly‘)232 , die mit der Source des HEMT in Kontakt steht und eine p-dotierte Polysiliziumregion (‚p-Typ-Poly‘)234 , die von der Source des HEMT durch die n-dotierte Polysiliziumregion232 beabstandet ist. Die Kathode der Si-p-n-Sperrschichtdiode ist von der n-dotierten Polysiliziumregion232 des Stifts216 gebildet, und die Anode der Si-p-n-Sperrschichtdiode ist von der dotierten p-Typ-Polysiliziumregion234 des Stifts216 gebildet. Die hierin zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Kaskadendiode verwenden eine vertikale Halbleiterdiode, die monolithisch mit dem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist. Alternativ dazu kann eine laterale Halbleiterdiode monolithisch mit dem HEMT auf demselben Nacktchip integriert werden. Beispielsweise kann eine laterale Diodenausführung unter Verwendung einer Polysiliziumanordnung auf oder benachbart zu den Source- und Gate-Metallelektroden umgesetzt werden. Das Polysilizium kann vor oder nach der Bildung der Source- und der Gate-Metallelektroden angeordnet werden. Wird das Polysilizium vor der Bildung der Source- und der Gate-Metallelektroden durchgeführt, kann das Polysilizium über einen Schottky-Kontakt mit der HEMT-Source und über einen Ohmschen Kontakt mit dem HEMT-Gate verbunden werden. -
9 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts einer Ausführungsform einer lateralen Halbleiterdiode, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist, um so die in1 dargestellte Hochspannungskaskadendiode zu bilden. Die laterale Halbleiterdiode ist auf einer Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers200 mit dem Gate des HEMT angeordnet. Die laterale Halbleiterdiode weist eine hoch n-dotierte (n++) Polysiliziumregion300 , die auf der Vorderseite201 des III-Nitrid-Halbleiterkörpers200 angeordnet ist, eine niedrig n-dotierte (n-)Polysiliziumregion302 , benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion300 , einen Ohmschen Kontakt304 auf der hoch n-dotierten Polysiliziumregion300 und einen Schottky-Kontakt306 auf der niedrig n-dotierten Polysiliziumregion302 auf. Die hoch und niedrig n-dotierten Polysiliziumregionen300 ,302 können durch eine Standardabscheidung, Maskierungs- und Dotierungsprozesse gebildet werden und somit wird in dieser Hinsicht keine weitere Erklärung dazu hierin aufgenommen. Die Source des HEMT ist über einen Clip, Banddraht, eine Schlaufe oder über einen anderen Typ eines elektrischen Verbinders308 mit dem Ohmschen Kontakt verbunden, und das Gate des HEMT ist über einen anderen Clip, Banddraht, einer anderen Schlaufe oder über einen anderen Typ eines elektrischen Verbinders310 mit dem Schottky-Kontakt306 verbunden, um die in1 dargestellte Kaskadenverbindung zu komplettieren. Die Anode und Kathode der resultierenden Kaskadendiode sind in9 mit ‚Anode‘ bzw. mit ‚Kathode‘ bezeichnet. -
10 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform einer lateralen Halbleiterdiode, die monolithisch mit einem HEMT auf demselben Nacktchip integriert ist, um somit die in1 dargestellte Hochspannungskaskadendiode zu bilden. Die laterale Halbleiterdiode weist eine hoch p-dotierte (p++) Polysiliziumregion312 , die auf der Vorderseite201 des III-Nitrid-Halbleiterkörpers200 angeordnet ist, eine niedrig p-dotierte Polysiliziumregion314 , benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion312 , einen Ohmschen Kontakt316 auf der hoch p-dotierten Polysiliziumregion312 und einen Schottky-Kontakt318 auf der niedrig p-dotierten Polysiliziumregion314 auf. Die hoch und niedrig p-dotierten Polysiliziumregionen312 ,314 können durch eine Standardabscheidung, Maskierungs- und Dotierungsprozesse gebildet werden und somit wird in dieser Hinsicht keine weitere Erklärung dazu hierin aufgenommen. Die Source des HEMT ist über einen Clip, Banddraht, eine Schlaufe oder über einen anderen Typ eines elektrischen Verbinders320 mit dem Schottky-Kontakt318 verbunden, und das Gate des HEMT ist über einen anderen Clip, Banddraht, einer anderen Schlaufe oder über einen anderen Typ eines elektrischen Verbinders322 mit dem Ohmschen Kontakt316 verbunden, um die in1 dargestellte Kaskadenverbindung zu komplettieren. Die Anode und Kathode der resultierenden Kaskadendiode sind in9 mit ‚Anode‘ bzw. mit ‚Kathode‘ bezeichnet. - Räumlich relative Begriffe wie „unter”, „unterhalb”, „niedriger”, „über”, „oberhalb” und dergleichen sind zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements in Bezug auf ein zweites Element zu erklären. Die Begriffe sollen unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung zusätzlich zu den verschiedenen Ausrichtungen, die in den Figuren dargestellt sind, umfassen. Außerdem werden Begriffe wie „erste(r)“, „zweite(r)“ und dergleichen auch verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte etc. zu beschreiben und sollen ebenfalls nicht als beschränkend angesehen werden. Ähnliche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf ähnliche Elemente.
- Wie hierin verwendet sind die Begriffe „einschließen”, „enthalten”, „aufweisen”, „umfassen“ und dergleichen offene Begriffe, die die Gegenwart von angegebenen Elementen oder Merkmalen anzeigen, jedoch keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen. Die Artikel „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ enthalten die Singular- und die Pluralform, sofern dies im Kontext nicht klar anders definiert ist.
- In Anlehnung an die obigen Variationen und Anwendungen gilt zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die vorangegangene Beschreibung eingeschränkt wird, noch wird sie von den beigefügten Zeichnungen beschränkt. Stattdessen werden die Grenzen der vorliegenden Erfindung nur von den nachfolgenden Patentansprüchen und deren rechtlichen Äquivalenten definiert.
Claims (20)
- Kaskadendiode, umfassend: einen III-Nitrid-Halbleiterkörper; einen HEMT mit einem Gate, einem Drain, einer Source und einem Kanal, der die Source und den Drain verbindet, wobei der Kanal von dem Gate gesteuert und von einem Übergang zwischen zwei Materialien des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit unterschiedlichen Bandlücken gebildet ist; und eine Halbleiterdiode, die monolithisch mit dem HEMT integriert ist, wobei die Halbleiterdiode eine Kathode, die mit der Source des HEMT verbunden ist und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist, aufweist, wobei die Anode der Halbleiterdiode die Anode der Kaskadendiode bildet, und der Drain des HEMT die Kathode der Kaskadendiode bildet.
- Kaskadendiode nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterdiode eine Si-Schottky-Diode oder eine SiC-Schottky-Diode ist.
- Kaskadendiode nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halbleiterdiode eine Si-p-n-Sperrschichtdiode ist.
- Kaskadendiode nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der HEMT ein GaN-HEMT ist und wobei die Halbleiterdiode eine GaN-Diode oder eine Diode mit MIS-Gate ist.
- Kaskadendiode nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend: ein Si-Substrat, auf dem der III-Nitrid-Halbleiterkörper angeordnet ist; und einen elektrisch leitfähigen Stift, der sich durch den III-Nitrid-Halbleiterkörper erstreckt und der die Source des HEMT mit dem Si-Substrat verbindet.
- Kaskadendiode nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Metallisierung, die auf einer Seite des Si-Substrats, die von dem III-Nitrid-Halbleiterkörper abgewandt ist, angeordnet ist, wobei das Si-Substrat ein dotierter n-Typ ist, wobei die Kathode der Halbleiterdiode von dem dotierten n-Typ-Si-Substrat gebildet ist und wobei die Anode der Halbleiterdiode von der auf dem Si-Substrat angeordneten Metallisierung gebildet ist.
- Kaskadendiode nach Anspruch 6, wobei die Konzentration der n-Typ-Dotierung des Si-Substrats in einer ersten Region des Si-Substrats benachbart zur Metallisierung geringer ist und wobei sie in einer zweiten Region des Si-Substrats, die durch die erste Region von der Metallisierung beabstandet ist, höher ist.
- Kaskadendiode nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Si-Substrat ein dotierter p-Typ ist, wobei der Stift ein Metallstift ist, wobei die Kathode der Halbleiterdiode von dem Metallstift gebildet ist und wobei die Anode der Halbleiterdiode von dem dotierten p-Typ-Si-Substrat gebildet ist.
- Kaskadendiode nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Si-Substrat ein dotierter p-Typ ist, wobei der Stift ein n-dotiertes Polysilizium umfasst, wobei die Kathode der Halbleiterdiode von dem n-dotierten Polysilizium-Stift gebildet ist und wobei die Anode der Halbleiterdiode von dem dotierten p-Typ-Si-Substrat gebildet ist.
- Kaskadendiode nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Stift eine n-dotierte Polysiliziumregion, die mit der Source des HEMT in Kontakt steht und eine p-dotierte Polysiliziumregion, die durch die n-dotierte Polysiliziumregion von der Source des HEMT beabstandet ist, umfasst, wobei die Kathode der Halbleiterdiode von der n-dotierten Polysiliziumregion des Stifts gebildet ist und wobei die Anode der Halbleiterdiode von der dotierten p-Typ-Polysiliziumregion des Stifts gebildet ist.
- Kaskadendiode nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Halbleiterdiode auf dem III-Nitrid-Halbleiterkörper angeordnet ist und Folgendes umfasst: eine hoch n-dotierte Polysiliziumregion, die auf der Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist; eine niedrig n-dotierte Polysiliziumregion benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; einen Ohmschen Kontakt auf der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; und einen Schottky-Kontakt auf der niedrig n-dotierten Polysiliziumregion, wobei die Source des HEMT mit dem Ohmschen Kontakt verbunden ist und wobei das Gate des HEMT mit dem Schottky-Kontakt verbunden ist.
- Kaskadendiode nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Halbleiterdiode auf dem III-Nitrid-Halbleiterkörper angeordnet ist und Folgendes umfasst: eine hoch p-dotierte Polysiliziumregion, die auf der Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist; eine niedrig p-dotierte Polysiliziumregion benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; einen Ohmschen Kontakt auf der hoch p-dotierten Polysiliziumregion; und einen Schottky-Kontakt auf der niedrig p-dotierten Polysiliziumregion, wobei die Source des HEMT mit dem Schottky-Kontakt verbunden ist und wobei das Gate des HEMT mit dem Ohmschen Kontakt verbunden ist.
- Kaskadendiode nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend einen elektrisch leitfähigen Stift, der sich durch den III-Nitrid-Halbleiterkörper zum Verbinden des Gates des HEMT mit der Anode der Halbleiterdiode erstreckt, wobei der elektrisch leitfähige Stift isolierte Seitenwände aufweist.
- Kaskadendiode mit einer Durchbruchspannung von über 300 V, umfassend: einen HEMT, der ein Gate, einen Drain, eine Source und eine zweidimensionale Elektronengas-Kanalregion aufweist, der die Source und den Drain verbindet und von dem Gate gesteuert wird, wobei der HEMT eine Durchbruchspannung von über 300 V aufweist; und eine Si-Schottky-Diode, die monolithisch mit dem HEMT integriert ist, wobei die Si-Schottky-Diode eine Kathode, die mit der Source des HEMT verbunden ist und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist, aufweist, wobei die Si-Schottky-Diode eine Durchbruchspannung von weniger als 300 V und eine Durchlassspannung von weniger als oder gleich 0,4 V aufweist, wobei die Anode der Si-Schottky-Diode die Anode der Kaskadendiode bildet und wobei der Drain des HEMT die Kathode der Kaskadendiode bildet.
- Kaskadendiode nach Anspruch 14, ferner umfassend: ein Si-Substrat, auf dem der HEMT angeordnet ist; und einen elektrisch leitfähigen Stift, der die Source des HEMT mit dem Si-Substrat verbindet.
- Kaskadendiode nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Metallisierung, die auf einer Seite des Si-Substrats, die von dem Gate des HEMT abgewandt ist, angeordnet ist, wobei das Si-Substrat ein dotierter n-Typ ist, wobei die Kathode der Si-Schottky-Diode von dem dotierten n-Typ-Si-Substrat gebildet ist und wobei die Anode der Si-Schottky-Diode von der auf dem Si-Substrat angeordneten Metallisierung gebildet ist.
- Kaskadendiode nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das Si-Substrat ein dotierter p-Typ ist, wobei der Stift ein Metallstift ist, wobei die Kathode der Si-Schottky-Diode von dem Metallstift gebildet ist und wobei die Anode der Si-Schottky-Diode von dem dotierten p-Typ-Si-Substrat gebildet ist.
- Kaskadendiode nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Si-Schottky-Diode auf einer Seite eines III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist und wobei die Si-Schottky-Diode Folgendes umfasst: eine hoch n-dotierte Polysiliziumregion, die auf der Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist; eine niedrig n-dotierte Polysiliziumregion benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; einen Ohmschen Kontakt auf der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; und einen Schottky-Kontakt auf der niedrig n-dotierten Polysiliziumregion, wobei die Source des HEMT mit dem Ohmschen Kontakt verbunden ist und wobei das Gate des HEMT mit dem Schottky-Kontakt verbunden ist.
- Kaskadendiode nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Si-Schottky-Diode auf einer Seite eines III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist und wobei die Si-Schottky-Diode Folgendes umfasst: eine hoch p-dotierte Polysiliziumregion, die auf der Seite des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit dem Gate des HEMT angeordnet ist; eine niedrig p-dotierte Polysiliziumregion benachbart zu der hoch n-dotierten Polysiliziumregion; einen Ohmschen Kontakt auf der hoch p-dotierten Polysiliziumregion; und einen Schottky-Kontakt auf der niedrig p-dotierten Polysiliziumregion, wobei die Source des HEMT mit dem Schottky-Kontakt verbunden ist und wobei das Gate des HEMT mit dem Ohmschen Kontakt verbunden ist.
- Verfahren zur Herstellung einer Kaskadendiode, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: ein Bilden eines HEMT in einem III-Nitrid-Halbleiterkörper, wobei der HEMT ein Gate, einen Drain, eine Source und einen Kanal aufweist, der die Source und den Drain verbindet, wobei der Kanal von dem Gate gesteuert wird und von einem Übergang zwischen zwei Materialien des III-Nitrid-Halbleiterkörpers mit unterschiedlichen Bandlücken gebildet ist; ein monolithisches Integrieren einer Halbleiterdiode mit dem HEMT, wobei die Halbleiterdiode eine Kathode, die mit der Source des HEMT verbunden ist, und eine Anode, die mit dem Gate des HEMT verbunden ist, aufweist; ein Verbinden eines Anoden-Anschlusses der Kaskadendiode mit der Anode der Halbleiterdiode; und ein Verbinden eines Kathoden-Anschlusses der Kaskadendiode mit dem Drain des HEMT.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/920,621 US9142550B2 (en) | 2013-06-18 | 2013-06-18 | High-voltage cascaded diode with HEMT and monolithically integrated semiconductor diode |
US13/920,621 | 2013-06-18 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014108628A1 true DE102014108628A1 (de) | 2014-12-18 |
DE102014108628B4 DE102014108628B4 (de) | 2022-07-28 |
Family
ID=52009932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014108628.7A Active DE102014108628B4 (de) | 2013-06-18 | 2014-06-18 | Kaskadendioden und Verfahren zur Herstellung einer Kaskadendiode |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9142550B2 (de) |
CN (1) | CN104241260B (de) |
DE (1) | DE102014108628B4 (de) |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103109369B (zh) * | 2010-06-24 | 2016-04-06 | 富士通株式会社 | 半导体装置 |
JP5678866B2 (ja) * | 2011-10-31 | 2015-03-04 | 株式会社デンソー | 半導体装置およびその製造方法 |
SG11201406151TA (en) * | 2012-03-29 | 2014-10-30 | Agency Science Tech & Res | Iii-nitride high electron mobility transistor structures and methods for fabrication of same |
US9245991B2 (en) | 2013-08-12 | 2016-01-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Semiconductor device, high electron mobility transistor (HEMT) and method of manufacturing |
US9640611B2 (en) * | 2014-03-19 | 2017-05-02 | Texas Instruments Incorporated | HV complementary bipolar transistors with lateral collectors on SOI with resurf regions under buried oxide |
US9461034B2 (en) | 2014-06-23 | 2016-10-04 | Infineon Technologies Americas Corp. | Composite group III-V and group IV transistor having a switched substrate |
US10756084B2 (en) * | 2015-03-26 | 2020-08-25 | Wen-Jang Jiang | Group-III nitride semiconductor device and method for fabricating the same |
US11335799B2 (en) | 2015-03-26 | 2022-05-17 | Chih-Shu Huang | Group-III nitride semiconductor device and method for fabricating the same |
CN107104048A (zh) * | 2016-02-23 | 2017-08-29 | 北京大学 | 集成肖特基二极管的氮化镓晶体管的制造方法 |
CN107154427B (zh) * | 2016-03-03 | 2019-12-13 | 北京大学 | 一种减小GaN功率开关器件电流坍塌的器件结构 |
US10741644B2 (en) * | 2016-11-22 | 2020-08-11 | Delta Electronics, Inc. | Semiconductor devices with via structure and package structures comprising the same |
CN107342221B (zh) * | 2017-06-22 | 2020-09-01 | 成都海威华芯科技有限公司 | 一种SiC基GaN晶体的深孔刻蚀方法 |
JP7100241B2 (ja) * | 2017-12-20 | 2022-07-13 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
US11810971B2 (en) * | 2019-03-21 | 2023-11-07 | Transphorm Technology, Inc. | Integrated design for III-Nitride devices |
FR3097682B1 (fr) * | 2019-06-19 | 2023-01-13 | St Microelectronics Gmbh | Composant monolithique comportant un transistor de puissance au nitrure de gallium |
CN110400776A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-11-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种功率芯片及其制备方法 |
EP3783663A1 (de) * | 2019-08-21 | 2021-02-24 | Infineon Technologies AG | Halbleiterbauelement und verfahren |
US11264373B2 (en) * | 2019-12-21 | 2022-03-01 | Intel Corporation | Die backend diodes for electrostatic discharge (ESD) protection |
US11424239B2 (en) | 2019-12-21 | 2022-08-23 | Intel Corporation | Diodes for package substrate electrostatic discharge (ESD) protection |
CN111312712A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-19 | 英诺赛科(珠海)科技有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
CN114823911B (zh) * | 2022-06-30 | 2022-10-04 | 成都蓉矽半导体有限公司 | 集成高速续流二极管的沟槽碳化硅mosfet及制备方法 |
CN115411106B (zh) * | 2022-08-30 | 2023-06-16 | 杭州云镓半导体科技有限公司 | 一种具有雪崩耐量的GaN器件及制作方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009182107A (ja) | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体装置 |
US8084783B2 (en) * | 2008-11-10 | 2011-12-27 | International Rectifier Corporation | GaN-based device cascoded with an integrated FET/Schottky diode device |
US8742459B2 (en) * | 2009-05-14 | 2014-06-03 | Transphorm Inc. | High voltage III-nitride semiconductor devices |
US7915645B2 (en) | 2009-05-28 | 2011-03-29 | International Rectifier Corporation | Monolithic vertically integrated composite group III-V and group IV semiconductor device and method for fabricating same |
US8981380B2 (en) * | 2010-03-01 | 2015-03-17 | International Rectifier Corporation | Monolithic integration of silicon and group III-V devices |
JP5678866B2 (ja) | 2011-10-31 | 2015-03-04 | 株式会社デンソー | 半導体装置およびその製造方法 |
-
2013
- 2013-06-18 US US13/920,621 patent/US9142550B2/en active Active
-
2014
- 2014-06-16 CN CN201410266969.3A patent/CN104241260B/zh active Active
- 2014-06-18 DE DE102014108628.7A patent/DE102014108628B4/de active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20140367700A1 (en) | 2014-12-18 |
CN104241260B (zh) | 2017-06-09 |
US9142550B2 (en) | 2015-09-22 |
DE102014108628B4 (de) | 2022-07-28 |
CN104241260A (zh) | 2014-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102014108628B4 (de) | Kaskadendioden und Verfahren zur Herstellung einer Kaskadendiode | |
DE102016114496B4 (de) | Halbleitervorrichtung, Transistoranordnung und Herstellungsverfahren | |
DE102012107523B4 (de) | HEMT mit integrierter Diode mit niedriger Durchlassspannung | |
DE102009018054B4 (de) | Lateraler HEMT und Verfahren zur Herstellung eines lateralen HEMT | |
DE102016113735A1 (de) | Durchschlagfestes HEMT-Substrat und Bauelement | |
JP5793120B2 (ja) | 集積されたダイオードを有するsoi基板を備える複合半導体装置 | |
DE102009061851B3 (de) | Halbleiterbauelement mit Kanalstoppgraben | |
DE102015114791A1 (de) | Transistor mit einer hohen Elektronenbeweglichkeit, der eine vergrabene Feldplatte aufweist | |
DE102014209931B4 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE102012111830B4 (de) | III-V Halbleiterbauelement mit vergrabenen Kontakten und Herstellungsverfahren dafür | |
DE102013002986B4 (de) | Integrierte Schottky-Diode für HEMTS und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE102012020978A1 (de) | Transistoranordnung mit hoher Elektronenbeweglichkeit und Verfahren | |
DE102013010487A1 (de) | Gruppe III-Nitrid-Transistor unter Verwendung einer wiederaufgewachsenen Struktur | |
DE102013109654A1 (de) | Feldeffekt-Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE102011052139A1 (de) | Selbstsperrender Feldeffekttransistor, Herstellungsverfahren dafür und Verfahren zum Programmieren eines Leistungs-Feldeffekttransistors | |
US20170033187A1 (en) | Enhancement mode field effect transistor with doped buffer and drain field plate | |
DE102014109147A1 (de) | Feldeffekthalbleiter-Bauelement sowie Verfahren zu dessen Betrieb und Herstellung | |
DE102016125865A1 (de) | Transistor mit hoher Elektronenmobilität mit Ladungsträgerinjektionsabschwächungs-Gate-Struktur | |
DE102014110006A1 (de) | Ladungskompensations-Halbleitervorrichtungen | |
DE102017112959A1 (de) | Iii-nitrid-transistor mit ladungseinfangverhinderung | |
DE102016109338A1 (de) | Normalerweise ausgeschalteter transistor mit reduziertem einschaltwiderstand sowie herstellungsverfahren dafür | |
US20120274402A1 (en) | High electron mobility transistor | |
DE102015115734A1 (de) | Nicht-planares selbstsperrendes Halbleiterbauelement | |
US20180076287A1 (en) | Semiconductor device and semiconductor substrate | |
DE102014005879B4 (de) | Vertikale Halbleitervorrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |