DE102019121417B4 - Semiconductor device and high voltage device having a transistor device diode-connected between two HEMT devices and method of forming the same - Google Patents
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- 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
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- 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
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66431—Unipolar field-effect transistors with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
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- 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
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- 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
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
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- 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
- H01L21/823475—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type interconnection or wiring or contact manufacturing related aspects
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- 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
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/0401—Bonding areas specifically adapted for bump connectors, e.g. under bump metallisation [UBM]
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- 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
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/04042—Bonding areas specifically adapted for wire connectors, e.g. wirebond pads
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- 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
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/05541—Structure
- H01L2224/05548—Bonding area integrally formed with a redistribution layer on the semiconductor or solid-state body
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- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/0556—Disposition
- H01L2224/05567—Disposition the external layer being at least partially embedded in the surface
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- 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
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/0556—Disposition
- H01L2224/05569—Disposition the external layer being disposed on a redistribution layer on the semiconductor or solid-state body
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- 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
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
- H01L2224/141—Disposition
- H01L2224/14104—Disposition relative to the bonding areas, e.g. bond pads, of the semiconductor or solid-state body
- H01L2224/1411—Disposition relative to the bonding areas, e.g. bond pads, of the semiconductor or solid-state body the bump connectors being bonded to at least one common bonding area
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/16227—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/17—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of a plurality of bump connectors
- H01L2224/171—Disposition
- H01L2224/17104—Disposition relative to the bonding areas, e.g. bond pads
- H01L2224/17106—Disposition relative to the bonding areas, e.g. bond pads the bump connectors being bonded to at least one common bonding area
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/17—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of a plurality of bump connectors
- H01L2224/171—Disposition
- H01L2224/17104—Disposition relative to the bonding areas, e.g. bond pads
- H01L2224/17106—Disposition relative to the bonding areas, e.g. bond pads the bump connectors being bonded to at least one common bonding area
- H01L2224/17107—Disposition relative to the bonding areas, e.g. bond pads the bump connectors being bonded to at least one common bonding area the bump connectors connecting two common bonding areas
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- 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
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/2919—Material with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
- H01L2224/29199—Material of the matrix
- H01L2224/2929—Material of the matrix with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
- H01L2224/29298—Fillers
- H01L2224/29299—Base material
- H01L2224/29386—Base material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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- 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
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- 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
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
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- 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
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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- H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
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- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
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- 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
- H01L27/08—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 only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—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 only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/088—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 only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
- H01L27/0883—Combination of depletion and enhancement field effect transistors
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- 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
- H01L29/1066—Gate region of field-effect devices with PN junction gate
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- 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
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- 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
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
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- 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
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- 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
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- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13064—High Electron Mobility Transistor [HEMT, HFET [heterostructure FET], MODFET]
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
Abstract
Halbleitervorrichtung mit:einer ersten HEMT-Vorrichtung (104, 302), die innerhalb einer Halbleiterstruktur (212) angeordnet ist und eine erste Source (S1), einen ersten Drain (D1) und ein erstes Gate (G1) aufweist;einer zweiten HEMT-Vorrichtung (108, 304, 502), die innerhalb der Halbleiterstruktur (212) in Reihe mit der ersten HEMT-Vorrichtung (104, 302) angeordnet ist und eine zweite Source (S2), die mit dem ersten Drain (D1) verbunden ist, einen zweiten Drain (D2) und ein zweites Gate (G2) aufweist; undeiner als Diode geschalteten Transistorvorrichtung (110, 306), die innerhalb der Halbleiterstruktur (212) angeordnet und zwischen die erste HEMT-Vorrichtung (104, 302) und die zweite HEMT-Vorrichtung (108, 304, 502) geschaltet ist und eine dritte Source (S3), ein drittes Gate (G3) und einen dritten Drain (D3) aufweist, der mit dem zweiten Gate (G2) verbunden ist.A semiconductor device comprising:a first HEMT device (104, 302) disposed within a semiconductor structure (212) and having a first source (S1), a first drain (D1) and a first gate (G1);a second HEMT Device (108, 304, 502) arranged within the semiconductor structure (212) in series with the first HEMT device (104, 302) and a second source (S2) connected to the first drain (D1), a second drain (D2) and a second gate (G2); anda diode-connected transistor device (110,306) disposed within the semiconductor structure (212) and connected between the first HEMT device (104,302) and the second HEMT device (108,304,502), and a third source (S3), a third gate (G3) and a third drain (D3) connected to the second gate (G2).
Description
HINTERGRUNDBACKGROUND
Heutige integrierte Chips weisen Millionen oder Milliarden von Halbleitervorrichtungen auf, die auf einem Halbleitersubstrat (z.B. Silizium) ausgebildet sind. In integrierten Chips (ICs) können viele unterschiedliche Typen von Transistorvorrichtungen in Abhängigkeit von einer Anwendung eines IC eingesetzt werden. In den vergangenen Jahren hat der wachsende Markt für Mobil- und HF(Funkfrequenz)-Vorrichtungen eine beträchtliche Zunahme bei der Verwendung von Hochspannungstransistorvorrichtungen zur Folge gehabt. Zum Beispiel werden Hochspannungstransistorvorrichtungen wegen ihrer Fähigkeit, mit hohen Durchschlagsspannungen (z.B. größer als circa 50 V) und hohen Frequenzen umzugehen, oft in Leistungsverstärkern in HF-Sende/Empfangsketten verwendet.Today's integrated chips have millions or billions of semiconductor devices formed on a semiconductor (e.g., silicon) substrate. Integrated chips (ICs) may employ many different types of transistor devices depending on an IC's application. In recent years, the growing market for cellular and RF (radio frequency) devices has resulted in a significant increase in the use of high voltage transistor devices. For example, high voltage transistor devices are often used in power amplifiers in RF transmit/receive chains because of their ability to handle high breakdown voltages (e.g., greater than about 50V) and high frequencies.
Die
Figurenlistecharacter list
Ausbildungen der vorliegenden Offenbarung sind am besten anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung zu verstehen, wenn sie mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es wird angemerkt, dass im Einklang mit der üblichen Vorgehensweise in der Industrie die verschiedenen Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale aus Gründen der Verständlichkeit der Darlegung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
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1 stellt eine schematische grafische Darstellung dar, die einige Ausführungsformen einer Hochspannungsvorrichtung zeigt, die eine Kaskodenstruktur mit mehreren Vorrichtungen mit Transistoren von einer hohen Elektronenbeweglichkeit (HEMT) aufweist. -
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Hochspannungsvorrichtung, die eine Kaskodenstruktur mit mehreren HEMT-Vorrichtungen aufweist. - Die
3A-5B zeigen einige zusätzliche Ausführungsformen von Hochspannungsvorrichtungen, die eine Kaskodenstruktur mit mehreren HEMT-Vorrichtungen aufweisen. - Die
6A-8 zeigen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen einer gepackten Hochspannungsvorrichtung, die eine Kaskodenstruktur mit mehreren HEMT-Vorrichtungen aufweist. - Die
9-15 zeigen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden einer Hochspannungsvorrichtung, die eine Kaskodenstruktur mit mehreren HEMT-Vorrichtungen aufweist. - Die
16-25 zeigen Querschnittsansichten einiger alternativer Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden einer Hochspannungsvorrichtung, die eine Kaskodenstruktur mit mehreren HEMT-Vorrichtungen aufweist. -
26 stellt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden einer Hochspannungsvorrichtung dar, die eine Kaskodenstruktur mit mehreren HEMT-Vorrichtungen aufweist.
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1 FIG. 12 is a schematic diagram showing some embodiments of a high voltage device having a cascode structure with multiple devices with high electron mobility transistors (HEMT). -
2 FIG. 12 shows a cross-sectional view of a high voltage device having a cascode structure with multiple HEMT devices. - the
3A-5B show some additional embodiments of high voltage devices having a cascode structure with multiple HEMT devices. - the
6A-8 12 show cross-sectional views of some embodiments of a high voltage packaged device having a cascode structure with multiple HEMT devices. - the
9-15 12 show cross-sectional views of some embodiments of a method for forming a high voltage device having a cascode structure with multiple HEMT devices. - the
16-25 12 show cross-sectional views of some alternative embodiments of a method for forming a high voltage device having a cascode structure with multiple HEMT devices. -
26 FIG. 12 illustrates a flow chart of some embodiments of a method for forming a high voltage device having a cascode structure with multiple HEMT devices.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die folgende Offenbarung liefert viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele für die Realisierung unterschiedlicher Merkmale des bereitgestellten Gegenstandes. Nachfolgend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachfolgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und zweite Element in einem direkten Kontakt ausgebildet sind, und es kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Element zwischen dem ersten und dem zweiten Element derart ausgebildet werden können, dass das erste und das zweite Element nicht in einem direkten Kontakt sein können. Außerdem können in der vorliegenden Offenbarung Bezugsziffern und/oder Buchstaben in den verschiedenartigen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und gibt von sich aus keine Beziehung zwischen den erörterten verschiedenartigen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.The following disclosure provides many different embodiments or examples for implementing different features of the provided subject matter. Specific examples of components and arrangements are described below to simplify the present disclosure. For example, forming a first member over or on a second member in the following description may include embodiments where the first and second members are formed in direct contact, and may also include embodiments where additional members are between the first and the second element can be formed such that the first and second elements cannot be in direct contact. Also, in the present disclosure, reference numerals and/or letters may be repeated among various examples. This repetition is for the purpose of simplicity and clarity and does not in itself imply a relationship between the various embodiments and/or configurations discussed.
Ferner können hier räumliche Relationsbegriffe, wie z.B. „unterhalb“, „unten“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (anderen Elementen oder Merkmalen) zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt ist. Die räumlichen Relationsbegriffe sind dazu gedacht, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Einsatz oder beim Betrieb zusätzlich zu der Ausrichtung zu umfassen, die in den Figuren wiedergegeben ist. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet (um 90 Grad oder in andere Richtungen gedreht) werden, und die hier verwendeten räumlichen Kennzeichnungen können ebenso dementsprechend interpretiert werden.Furthermore, spatial relational terms, such as "below", "below", "lower", "above", "upper" and the like, may be used herein for ease of description to indicate the relationship of one element or feature to another element or Describe feature (other elements or features) as shown in the figures. The spatial relation terms are intended to represent different orientations of the orientation in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The device may be oriented (rotated 90 degrees or in other directions) in other ways, and the spatial notation used herein interpreted accordingly as well.
In den vergangenen vier Jahrzehnten sind Halbleitertransistoren auf Basis von Silizium ein Standard in der Halbleiterindustrie gewesen. Silizium ist ein kostengünstiges Halbleitermaterial, das gute elektrische Eigenschaften liefert. Da jedoch die Größe der Halbleiterbausteine kontinuierlich weiter angepasst wird (d.h. schrumpft), ist es zunehmend schwieriger geworden, Transistoren auf Siliziumsubstraten herzustellen. Da das Skalieren von Siliziumvorrichtungen immer schwieriger wird, finden Halbleitervorrichtungen auf der Basis alternativer Materialien zunehmend Beachtung. Galliumnitrid(GaN)-Vorrichtungen sind eine populäre Alternative zu Siliziumvorrichtungen. Die GaN-Vorrichtungen weisen eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit und eine große Bandlücke auf, die für Hochspannungs- und/oder Hochleistungsanwendungen vorteilhaft ist. Die höhere Ladungsträgerbeweglichkeit ermöglicht, dass eine GaN-Vorrichtung eine kleinere physische Größe für einen gegebenen Betriebswiderstand und/oder Durchschlagsspannung als eine Siliziumvorrichtung aufweist.For the past four decades, silicon-based semiconductor transistors have been a standard in the semiconductor industry. Silicon is an inexpensive semiconductor material that provides good electrical properties. However, as semiconductor devices continue to scale (i.e. shrink) in size, it has become increasingly difficult to fabricate transistors on silicon substrates. As silicon devices become more difficult to scale, semiconductor devices based on alternative materials are receiving increasing attention. Gallium nitride (GaN) devices are a popular alternative to silicon devices. The GaN devices exhibit high mobility and a wide band gap, which is advantageous for high-voltage and/or high-power applications. The higher carrier mobility allows a GaN device to have a smaller physical size for a given on-resistance and/or breakdown voltage than a silicon device.
Ein verbreiteter Typ einer GaN- Vorrichtung sind die Vorrichtungen mit Transistoren von einer hohen Elektronenbeweglichkeit (HEMT; engl.: high electron mobility transistor). HEMT-Vorrichtungen weisen üblicherweise eine Stapelstruktur mit einer GaN-Schicht und einem darüber liegenden, Elektronen liefernden Material (z.B. AlGaN) auf. Ein Heteroübergang zwischen der GaN-Schicht und dem darüber liegenden, Elektronen liefernden Material wirkt als ein Kanal des HEMT (anstelle eines dotierten Bereichs, der in einem MOSFET verwendet wird). Um die Vorrichtungskosten zu verringern, kann die GaN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet werden. GaN-HEMT-Vorrichtungen, die auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet wurden, leiden oft an einem lateralen Ableitungsverlust zwischen den Vorrichtungen sowie einem vertikalen Ableitungsverlust zwischen einer Vorrichtung und dem Siliziumsubstrat. Bei hohen Spannungen (z.B. größer als ungefähr 500 V) überwiegt der vertikale Ableitungsverlust, sodass eine maximale Durchschlagsspannung einer GaN-Vorrichtung proportional zu einer Dicke der GaN-Schicht ist.A common type of GaN device are the high electron mobility transistor (HEMT) devices. HEMT devices typically have a stacked structure with a GaN layer and an overlying electron donating material (e.g., AlGaN). A heterojunction between the GaN layer and the overlying electron donating material acts as a channel of the HEMT (instead of a doped region used in a MOSFET). In order to reduce the device cost, the GaN layer can be formed on a silicon substrate. GaN HEMT devices formed on a silicon substrate often suffer from lateral leakage between devices and vertical leakage between a device and the silicon substrate. At high voltages (e.g., greater than about 500 V), vertical conduction loss predominates, so a maximum breakdown voltage of a GaN device is proportional to a thickness of the GaN layer.
Um zum Beispiel eine Vorrichtung mit einer maximalen Durchschlagsspannung von 650 V und einer akzeptablen Größe des vertikalen Ableitungsverlustes auszubilden, muss eine Dicke einer GaN-Schicht größer als ungefähr 5 µm (Mikrometer) sein. Um eine Vorrichtung mit einer maximalen Durchschlagsspannung von 1000 V und einer akzeptablen Größe des vertikalen Ableitungsverlustes auszubilden, kann eine GaN-Schicht eine Dicke aufweisen, die ungefähr gleich 10 µm ist. Wegen der Gitterfehlanpassung und Problemen bei der Abscheidung ist es jedoch schwierig, dicke GaN-Schichten (z.B. über 5 µm) auf einem Siliziumsubstrat aufwachsen zu lassen. Da es schwierig ist, dicke GaN-Schichten auf einem Siliziumsubstrat aufwachsen zu lassen, ist es eine Herausforderung, eine GaN-HEMT-Vorrichtung auszubilden, die eine hohe Durchschlagsspannung (z.B. größer als ungefähr 1000 V) aufweist.For example, to form a device with a maximum breakdown voltage of 650 V and an acceptable level of vertical conduction loss, a thickness of a GaN layer must be greater than about 5 µm (microns). In order to form a device with a maximum breakdown voltage of 1000 V and an acceptable level of vertical conduction loss, a GaN layer may have a thickness equal to approximately 10 µm. However, it is difficult to grow thick GaN layers (e.g. over 5 µm) on a silicon substrate because of lattice mismatch and deposition problems. Because it is difficult to grow thick GaN layers on a silicon substrate, forming a GaN HEMT device that has a high breakdown voltage (e.g., greater than about 1000 V) is a challenge.
Die vorliegende Offenbarung betrifft in einigen Ausführungsformen eine Hochspannungsvorrichtung, die eine erste HEMT-Vorrichtung aufweist, die mit einer zweiten HEMT-Vorrichtung in Reihe geschaltet ist. Ein Gate der zweiten HEMT-Vorrichtung ist mittels eines als Diode geschalteten Transistors mit der ersten HEMT-Vorrichtung verbunden. Dadurch dass die erste HEMT-Vorrichtung in Reihe mit der zweiten HEMT-Vorrichtung geschaltet ist, sind die zwei Vorrichtungen in der Lage, gemeinsam als ein Äquivalent zu einer einzelnen Hochspannungstransistorvorrichtung wirksam zu werden, die eine relativ hohe Durchschlagsspannung aufweist (d.h. eine Durchschlagsspannung, die größer als die Durchschlagsspannungen von entweder der ersten HEMT- oder der zweiten HEMT-Vorrichtung ist). Deshalb können die zwei HEMT-Vorrichtungen mit relativ dünnen GaN-Schichten (z.B. 5 µm oder darunter oder weniger als 10 µm) eine ähnliche Durchschlagsspannung wie eine Hochspannungsvorrichtung mit einer dickeren GaN-Schicht (z.B. größer als 5 µm) erreichen.The present disclosure relates, in some embodiments, to a high voltage device that includes a first HEMT device connected in series with a second HEMT device. A gate of the second HEMT device is connected to the first HEMT device via a diode-connected transistor. By having the first HEMT device connected in series with the second HEMT device, the two devices are able to operate together as an equivalent to a single high voltage transistor device that has a relatively high breakdown voltage (i.e., a breakdown voltage that is greater than the breakdown voltages of either the first HEMT or the second HEMT device). Therefore, the two HEMT devices with relatively thin GaN layers (e.g. 5 µm or less or less than 10 µm) can achieve a similar breakdown voltage as a high voltage device with a thicker GaN layer (e.g. greater than 5 µm).
Die Hochspannungsvorrichtung 100 weist eine Kaskodenstruktur mit einer gemeinsamen Source-Stufe 102 und einer gemeinsamen Gate-Stufe 106 auf. Die gemeinsame Source-Stufe 102 weist eine erste Vorrichtung mit einem Transistor hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) 104 auf, die eine erste Source S1, einen ersten Drain D1 und ein erstes Gate G1 aufweist. Die gemeinsame Gate-Stufe 106 weist eine zweite HEMT-Vorrichtung 108 mit einer zweiten Source S2, die mit dem ersten Drain D1 verbunden ist, mit einem zweiten Drain D2 und mit einem zweiten Gate G2 auf. Ein als Diode geschalteter Transistor 110 ist zwischen die erste HEMT-Vorrichtung 104 und die zweite HEMT-Vorrichtung 108 geschaltet und eingerichtet, die erste HEMT-Vorrichtung 104 vor hohen Spannungen (z.B. in der zweiten HEMT-Vorrichtung 108) zu schützen, welche die erste HEMT-Vorrichtung 104 beschädigen könnten. Der als Diode geschaltete Transistor 110 weist ein drittes Gate G3, eine dritte Source S3, die entweder mit dem ersten Gate G1 oder der ersten Source S1 der ersten HEMT-Vorrichtung 104 verbunden ist, und einen dritten Drain D3 auf, der mit dem zweiten Gate G2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 verbunden ist.The
Die erste HEMT-Vorrichtung 104, die zweite HEMT-Vorrichtung 108 und der als Diode geschaltete Transistor 110 sind innerhalb einer Package-Komponente 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die erste HEMT-Vorrichtung 104 eine Anreicherungsmodus-Vorrichtung (d.h. eine normalerweise ausgeschaltete Vorrichtung) sein. In verschiedenartigen Ausführungsformen kann die zweite HEMT-Vorrichtung 108 eine Anreicherungsmodus-Vorrichtung (d.h. eine normalerweise ausgeschaltete Vorrichtung) oder eine Verarmungsmodus-Vorrichtung (d.h. eine normalerweise eingeschaltete Vorrichtung) sein. In einigen Ausführungsformen kann der als Diode geschaltete Transistor 110 eine Anreicherungsmodus-HEMT-Vorrichtung sein.The
Dadurch, dass die erste HEMT-Vorrichtung 104 in Reihe mit der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 geschaltet ist, ist die Hochspannungsvorrichtung 100 in der Lage, in einer Weise zu arbeiten, die äquivalent zu einer einzigen Hochspannungstransistorvorrichtung ist. Zum Beispiel sind die erste HEMT-Vorrichtung 104 und die zweite HEMT-Vorrichtung 108 eingerichtet, zusammen einen gemeinsamen Source-Anschluss Sc, einen gemeinsamen Drain-Anschluss DC und einen gemeinsamen Gate-Anschluss GC der Hochspannungsvorrichtung 100 festzulegen. Die Hochspannungsvorrichtung 100 weist eine Durchschlagsspannung auf, die größer als die Durchschlagsspannungen von entweder der ersten HEMT-Vorrichtung 104 oder der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 ist. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen die erste HEMT-Vorrichtung 104 und die zweite HEMT-Vorrichtung 108 jeweils Durchschlagsspannungen von ungefähr 650 V aufweisen, während die Hochspannungsvorrichtung 100 eine Durchschlagsspannung von ungefähr 1200 V aufweisen kann. Dadurch dass die erste HEMT-Vorrichtung 104 und die zweite HEMT-Vorrichtung 108 so verwendet werden, dass sie wie eine einzige Hochspannungsvorrichtung arbeiten, ist die Hochspannungsvorrichtung 100 in der Lage, eine hohe Durchschlagsspannung zu erreichen, wobei kostengünstige HEMT-Vorrichtungen verwendet werden (wobei z.B. HEMT-Vorrichtungen mit einer GaN-Schicht verwendet werden, die eine Dicke von weniger als 10 µm aufweisen).By having the
Außerdem wird mit der Hochspannungsvorrichtung 100 eine Kapazität erreicht, die über der von Schaltvorrichtungen vom Stand der Technik (z.B. Einzel-HEMT-Vorrichtungen, Siliziumcarbid-MOSFETS usw.) liegt, weshalb die offenbarte Hochspannungsvorrichtung 100 ein gutes Schaltvermögen aufweist. Zum Beispiel ergibt die Reihenschaltung der ersten HEMT-Vorrichtung 104 und der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 eine Hochspannungsvorrichtung 100 mit einer Gesamtkapazität, die sowohl kleiner als die von der ersten HEMT-Vorrichtung 104 als auch die von der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 ist (wodurch sich z.B. ergibt, dass die offenbarte Hochspannungsvorrichtung 100 eine Kapazität aufweist, die ein bis zwei Größenordnungen kleiner als die von Schaltvorrichtungen vom Stand der Technik ist). Das führt zu verbesserten Güteziffern, mit denen die Schaltcharakteristiken der Vorrichtung beschrieben werden. Zum Beispiel kann Qoss*Ron (mit Qoss: MOSFET-Ausgangskapazitätsladung und Ron: Betriebswiderstand), eine den Vorgang des Hochgeschwindigkeitsschaltens von Vorrichtungen beschreibende Güteziffer (die die z.B. Resonanz-Source-Drain-Übergangszeit beschreibt), mehr als doppelt so gut wie bei herkömmlichen Siliziumcarbid-MOSFET-Vorrichtungen sein.In addition, the
Die Hochspannungsvorrichtung 200 weist eine erste HEMT-Vorrichtung 104, eine zweite HEMT-Vorrichtung 108 und einen als Diode geschalteten Transistor 110 auf, der innerhalb einer Halbleiterstruktur 212 angeordnet ist. Die Halbleiterstruktur 212 weist ein Substrat 202, eine Kanalstruktur 204 über dem Substrat 202 und eine aktive Struktur 206 über der Kanalstruktur 204 auf. Das Substrat 202 weist ein erstes Halbleitermaterial auf, die Kanalstruktur 204 weist ein zweites Halbleitermaterial auf, und die aktive Struktur 206 weist ein drittes Halbleitermaterial auf. Das zweite Halbleitermaterial und das dritte Halbleitermaterial weisen Bandlücken auf, die einen Heteroübergang zwischen der Kanalstruktur 204 und der aktiven Struktur 206 bilden. Der Heteroübergang beschränkt die Elektronen auf einen Quantentopf, der ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) 205 entlang einer an Trennfläche zwischen der Kanalstruktur 204 und der aktiven Struktur 206 ausbildet.The
In einigen Ausführungsformen kann das erste Halbleitermaterial Silizium sein, das zweite Halbleitermaterial kann Galliumnitrid sein, und das dritte Halbleitermaterial kann Aluminium-Galliumnitrid sein. In anderen Ausführungsformen können das zweite Halbleitermaterial und das dritte Halbleitermaterial unterschiedliche III-V-Halbleiter (z.B. GaAs, GaSb oder dergleichen) aufweisen. In einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann eine Pufferschicht zwischen dem ersten Halbleitermaterial und dem zweiten Halbleitermaterial angeordnet sein. Die Pufferschicht ist eingerichtet, eine Gitterfehlanpassung zwischen dem ersten Halbleitermaterial und dem zweiten Halbleitermaterial zu verringern. In einigen Ausführungsformen kann die Pufferschicht zum Beispiel Aluminiumnitrid aufweisen.In some embodiments, the first semiconductor material may be silicon, the second semiconductor material may be gallium nitride, and the third semiconductor material may be aluminum gallium nitride be rid In other embodiments, the second semiconductor material and the third semiconductor material may include different III-V semiconductors (eg, GaAs, GaSb, or the like). In some embodiments (not shown), a buffer layer may be arranged between the first semiconductor material and the second semiconductor material. The buffer layer is configured to reduce a lattice mismatch between the first semiconductor material and the second semiconductor material. In some embodiments, the buffer layer may include aluminum nitride, for example.
In der Halbleiterstruktur 212 können mehrere erste Isolationsbereiche 208 zwischen zwei oder mehreren von der ersten HEMT-Vorrichtung 104, der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 und dem als Diode geschalteten Transistor 110 angeordnet sein. Die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 sind eingerichtet, für eine elektrische Isolation zwischen der ersten HEMT-Vorrichtung 104, der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 und/oder dem als Diode geschalteten Transistor 110 zu sorgen. In einigen Ausführungsformen sind die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 innerhalb der Kanalstruktur 204 und der aktiven Struktur 206 angeordnet. In einigen Ausführungsformen können die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 dotierte Bereiche (z.B. mit Fluor-Dotiersubstanzen, Sauerstoff-Dotiersubstanzen oder dergleichen) aufweisen. In anderen Ausführungsformen können die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 ein dielektrisches Material (z.B. eine Flachgraben-Isolationsstruktur) aufweisen.In the
Zwischen der ersten HEMT-Vorrichtung 104 und der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 ist auch ein zweiter Isolationsbereich 210 angeordnet. Der zweite Isolationsbereich 210 ist eingerichtet, für eine elektrische Isolation zwischen der ersten HEMT-Vorrichtung 104 und der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 zu sorgen. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Isolationsbereich 210 einen dotierten Isolationsbereich aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Isolationsbereich 210 ein Bereich sein, der frei von Halbleitermaterial ist. Zum Beispiel kann die Halbleiterstruktur 212 in einigen derartigen Ausführungsformen einen ersten Bereich (z.B. einen ersten Die) und einen zweiten Bereich (z.B. einen zweiten Die) aufweisen, die ganz außen liegende Seitenwände aufweisen, die seitlich durch einen von null verschiedenen Abstand voneinander getrennt sind. In einigen Ausführungsformen können die erste HEMT-Vorrichtung 104 und der als Diode geschaltete Transistor 110 innerhalb des ersten Bereichs angeordnet sein, und die zweite HEMT-Vorrichtung 108 kann innerhalb des zweiten Bereichs angeordnet sein.A
Die erste HEMT-Vorrichtung 104, die zweite HEMT-Vorrichtung 108 und der als Diode geschaltete Transistor 110 weisen jeweils eine Gate-Struktur 214 auf, die über der aktiven Struktur 206 zwischen einem Source-Kontakt 216s und einem Drain-Kontakt 216d angeordnet ist. Die Gate-Struktur 214, der Source-Kontakt 216s und der Drain-Kontakt 216d legen fest: ein erstes Gate G1, eine erste Source S1 und einen ersten Drain D1 der ersten HEMT-Vorrichtung 104; ein zweites Gate G2, eine zweite Source S2 und einen zweiten Drain D2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 108; und ein drittes Gate G3, eine dritte Source S3 und einen dritten Drain D3 des als Diode geschalteten Transistors 110. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand von einem Gate zu einem Drain für die erste HEMT-Vorrichtung 104, die zweite HEMT-Vorrichtung 108 und/oder den als Diode geschalteten Transistor 110 in einem Bereich zwischen ungefähr 15 Mikrometer (µm) und ungefähr 20 µm liegen. Zum Beispiel kann der Abstand von einem Gate (z.B. dem ersten Gate G1) zu einem Drain (z.B. dem ersten Drain D1) gleich ungefähr 18 µm sein.The
Die Gate-Struktur 214 weist einen unteren Gate-Teilbereich 214a und eine Gate-Elektrode 214b auf, die über dem unteren Gate-Teilbereich 214a angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann der untere Gate-Teilbereich 214a ein dielektrisches Material (z.B. ein Oxid, ein Nitrid oder dergleichen) aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der untere Gate-Teilbereich 214a ein Halbleitermaterial (z.B. p-dotiertes Galliumnitrid) aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Gate-Elektrode 214b ein Metall (z.B. Aluminium, Titan, Kupfer, Wolfram, Tantal oder dergleichen) oder dotiertes Polysilizium aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die unteren Gate-Teilbereiche 214a der ersten HEMT-Vorrichtung 104, der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 und/oder des als Diode geschalteten Transistors 110 unterschiedliche Materialien aufweisen. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen der untere Gate-Teilbereich 214a der ersten HEMT-Vorrichtung 104 und des als Diode geschalteten Transistors 110 ein dielektrisches Material aufweisen, während der untere Gate-Teilbereich 214a der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 p-dotiertes GaN aufweisen kann. In anderen Ausführungsformen können die unteren Gate-Teilbereiche 214a der ersten HEMT-Vorrichtung 104, der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 und des als Diode geschalteten Transistors 110 ein gleiches Material (z.B. ein dielektrisches Material) aufweisen.
Um für die Hochspannungsvorrichtung 200 eine große Durchschlagsspannung (z.B. eine Durchschlagsspannung größer als ungefähr 1200 V) bereitzustellen, kann die effektive Breite des ersten Gate G1, des zweiten Gate G2 und des dritten Gate G3 eine relative große Abmessung aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die effektive Breite des ersten Gate G1, des zweiten Gate G2 und des dritten Gate G3 zusammengenommen in einem Bereich zwischen ungefähr 200 Millimetern (mm) und ungefähr 300 mm liegen. In einigen derartigen Ausführungsformen können das erste Gate G1 und/oder das zweite Gate G2 jeweils effektive Breiten in einem Bereich zwischen ungefähr 100 mm und ungefähr 150 mm aufweisen, während die effektive Breite des dritten Gate G3 in einem Bereich zwischen ungefähr 5 mm und 15 mm liegen kann. Zum Beispiel kann die effektive Breite des ersten Gate G1 und/oder des zweiten Gate G2 ungefähr gleich 120 mm sein, während die effektive Breite des dritten Gate G3 ungefähr gleich 11,2 mm sein kann. In einigen Ausführungsformen können das erste Gate G1, das zweite Gate G2 und das dritte Gate G3 effektive Breiten aufweisen, die sich entlang mehrerer unterschiedlicher Richtungen (z.B. entlang einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ist) erstrecken. Dadurch dass sich die effektiven Breiten des ersten Gate G1, des zweiten Gate G2 und des dritten Gate G3 entlang mehrerer unterschiedlicher Richtungen erstrecken, können die Gates in eine Anordnung gebracht werden, die in einer Fläche untergebracht ist, die kleiner als die effektiven Breiten ist (z.B. in einer Fläche von 10 mm2).In order to provide a large breakdown voltage (eg, a breakdown voltage greater than about 1200 V) for the high-
Über der aktiven Struktur 206 ist eine dielektrische Struktur 218 angeordnet. Die dielektrische Struktur 218 umgibt die Gate-Struktur 214, den Source-Kontakt 216s und den Drain-Kontakt 216d. Die Gate-Struktur 214, der Source-Kontakt 216s und der Drain-Kontakt 216d sind durch eine oder mehrere (nicht dargestellte) leitfähige Schichten elektrisch verbunden (wie z.B. in
Die
Wie in einer schematischen grafischen Darstellung 300 von
Die erste HEMT-Vorrichtung 302 und die zweite HEMT-Vorrichtung 304 stellen der Hochspannungsvorrichtung eine gemeinsame Source SC, einen gemeinsamen Drain DC und ein gemeinsames Gate GC bereit. Während des Betriebs kann die gemeinsame Source SC auf VSS (z.B. Erde) gehalten werden, und der gemeinsame Drain DC kann auf VDD (z.B. 1000 V) gehalten werden. Eine Vorspannung, die an einen gemeinsamen Gate-Anschluss Gc angelegt wird, schaltet sowohl die erste HEMT-Vorrichtung 302 als auch die zweite HEMT-Vorrichtung 304 ein. Dadurch dass das erste Gate G1 mit dem zweiten Gate G2 unter Verwendung der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 verbunden wird, wird das erste Gate G1 nicht unbeabsichtigt durch eine Gate-Drain-Spannung (VGD) der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 beeinflusst und das erste Gate G1 auch vor einer möglicherweise hohen Gate-Source-Spannung (VGS) der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 geschützt.The
Wie in der Querschnittsansicht 310 von
In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Die 308a ein erstes Substrat 312a, das ein erstes Halbleitermaterial aufweist, eine erste Kanalschicht 314a, die über dem ersten Substrat 312a positioniert ist und ein zweites Halbleitermaterial aufweist, und eine erste aktive Schicht 316a, die über der ersten Kanalschicht 314a positioniert ist und ein drittes Halbleitermaterial aufweist, das sich von dem zweiten Halbleitermaterial unterscheidet. In einigen Ausführungsformen umfasst der zweite Die 308b ein zweites Substrat 312b, das das erste Halbleitermaterial aufweist, eine zweite Kanalschicht 314b, die über dem zweiten Substrat 312b positioniert ist und das zweite Halbleitermaterial aufweist, und eine zweite aktive Schicht 316b, die über der zweiten Kanalschicht 314b positioniert ist und das dritte Halbleitermaterial aufweist. In einigen Ausführungsformen kann das erste Halbleitermaterial Silizium aufweisen oder sein, das zweite Halbleitermaterial kann Galliumnitrid aufweisen oder sein, und das dritte Halbleitermaterial kann Aluminium-Gallium-Nitrid aufweisen oder sein.In some embodiments, the
In einigen Ausführungsformen können die erste Kanalschicht 314a und die zweite Kanalschicht 314b GaN mit Dicken aufweisen, die kleiner als oder gleich ungefähr 5 Mikrometer sind, weil GaN bei solchen Dicken mit einem verhältnismäßig geringem Aufwand zuverlässig auf Silizium ausgebildet werden kann. In einigen anderen Ausführungsformen können die erste Kanalschicht 314a und die zweite Kanalschicht 314b GaN mit Dicken aufweisen, die kleiner als oder gleich ungefähr 10 Mikrometer sind, weil sich GaN bei solchen Dicken mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand zuverlässig auf Silizium ausbilden lässt. In noch anderen Ausführungsformen können die erste Kanalschicht 314a und die zweite Kanalschicht 314b GaN mit Dicken aufweisen, die größer als 5 Mikrometer sind. Zum Beispiel können die erste Kanalschicht 314a und die zweite Kanalschicht 314b GaN mit Dicken aufweisen, die zwischen ungefähr 5 Mikrometer und ungefähr 10 Mikrometer liegen.In some embodiments, the
Innerhalb des ersten Die 308a sind zwischen der ersten HEMT-Vorrichtung 302 und der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 mehrere erste Isolationsbereiche 208 angeordnet. Die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 können dotierte Bereiche aufweisen, die ein 2DEG, das zwischen der ersten Kanalschicht 314a und der ersten aktiven Schicht 316a liegt, unterteilen (d.h. es unterbrechen). In einigen Ausführungsformen können die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 Sauerstoff-Dotiersubstanzen, Fluor-Dotiersubstanzen oder dergleichen aufweisen. Die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 können sich durchgehend um die erste HEMT-Vorrichtung 302, die zweite HEMT-Vorrichtung 304 und die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 herum erstrecken. In einigen Ausführungsformen weisen die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 eine erste Breite w1 entlang der äußeren Ränder des ersten Die 308a und eine zweite Breite w2 unmittelbar zwischen der ersten HEMT-Vorrichtung 302 und der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 auf. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Breite w2 wegen eines Abtrennarbeitsgangs, der zum Vereinzeln des ersten Die 308a eingesetzt wird, größer als die erste Breite w1.A plurality of
Die erste HEMT-Vorrichtung 302, die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 und die zweite HEMT-Vorrichtung 304 weisen jeweils einen Source-Kontakt 216s, einen Drain-Kontakt 216d und eine Gate-Struktur 318 auf, die innerhalb einer ersten dielektrische Struktur 324a und einer zweiten dielektrischen Struktur 324b über der ersten aktiven Schicht 316a und der zweiten aktiven Schicht 316b angeordnet sind. Eine oder mehrere leitfähige Schichten 326 sind mit dem Source-Kontakt 216s, dem Drain-Kontakt 216d und der Gate-Struktur 318 der ersten HEMT-Vorrichtung 302, der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 und der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 verbunden. Die eine oder mehreren leitfähigen Schichten 326 sind eingerichtet, die erste HEMT-Vorrichtung 302, die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 und die zweite HEMT-Vorrichtung 304 elektrisch zu verbinden, wie in
Der Source-Kontakt 216s und der Drain-Kontakt 216d weisen ein leitfähiges Material, wie z.B. ein Metall, wie z.B. Aluminium, Wolfram, Kupfer, Gold, Titan, Tantal oder dergleichen, auf. Da die erste HEMT-Vorrichtung 302, die zweite HEMT-Vorrichtung 304 und die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 in einigen Ausführungsformen Anreicherungsmodus-Vorrichtungen sind, kann die Gate-Struktur 318 eine dotierte Schicht aus Halbleitermaterial 320 und eine Gate-Elektrode 322 aufweisen, die über der dotierten Schicht aus Halbleitermaterial 320 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann die dotierte Schicht aus Halbleitermaterial 320 eine GaN-Schicht mit Dotiersubstanzen vom p-Typ aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Gate-Elektrode 322 ein Metall, wie z.B. Aluminium, Wolfram, Kupfer, Gold, Titan, Tantal oder dergleichen, aufweisen.
Die
Wie in einer schematischen grafischen Darstellung 400 von
Wie in der Querschnittsansicht 404 von
Innerhalb des Die 402 ist eine Isolationsstruktur 414 angeordnet. Die Isolationsstruktur 414 weist einen zweiten Dotierungstyp (z.B. n-Typ) auf, der sich vom ersten Dotierungstyp unterscheidet. Die Isolationsstruktur 414 weist einen sich horizontal erstreckenden Isolationsbereich 414a auf, der seitlich zwischen den Seitenwänden von einem oder mehreren sich vertikal erstreckenden Isolationsbereichen 414b angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen ist die epitaxiale Pufferschicht 408 zwischen der Isolationsstruktur 414 und der Kanalschicht 410 angeordnet. Während des Ausbildens des sich horizontal erstreckenden Isolationsbereichs 414a kann es zu einem Gitterdefekt am Substrat 406 kommen. Die epitaxiale Pufferschicht 408 sorgt für ein konsistentes Gitter, um die Kanalschicht 410 aufwachsen zu lassen, sodass die Ausbreitung eines Gitterdefekts im Substrat 406 vermieden wird.An
Durch die Kanalschicht 410 und die aktive Schicht 412 hindurch erstrecken sich leitfähige Kontakte 416, um den einen oder die mehreren sich vertikal erstreckenden Isolationsbereiche 414b zu berühren. Die leitfähigen Kontakte 416 sind ferner mit den leitfähigen Kontakte 418 verbunden, die innerhalb einer dielektrischen Struktur 324 über der aktiven Schicht 412 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen berühren die leitfähigen Kontakte 416 physisch die Isolationsstruktur 414 entlang einer horizontalen Ebene, die sich längs einer Deckfläche der epitaxialen Pufferschicht 408 erstreckt.
Die leitfähigen Kontakte 416 sind eingerichtet, eine Vorspannung an der Isolationsstruktur 414 anzulegen, um einen Übergang auszubilden, der das Substrat 406 von der Kanalschicht 410 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 elektrisch isoliert. Dadurch dass das Substrat 406 von der Kanalschicht 410 der der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 elektrisch isoliert ist, wird ein Leckverlust zwischen den Vorrichtungen durch das Substrat 406 hindurch abgeschwächt. In einigen Ausführungsformen kann eine Isolationsschicht 417, die ein oder mehrere dielektrische Materialien aufweist, entlang der Seitenwände der leitfähigen Kontakte 416 angeordnet sein. In einigen derartigen Ausführungsformen kann die Isolationsschicht 417 ein erstes dielektrisches Material, das die epitaxiale Pufferschicht 408 berührt, ein zweites dielektrisches Material, das die Kanalschicht 410 berührt, und ein drittes dielektrisches Material, das die aktive Schicht 412 berührt, aufweisen. In anderen Ausführungsformen können die leitfähigen Kontakte 416 die Kanalschicht 410 direkt berühren.The
In einigen Ausführungsformen können sich mehrere erste Isolationsbereiche 208 durchgehend um die erste HEMT-Vorrichtung 302 und die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 herum erstrecken. In einigen Ausführungsformen können sich die leitfähigen Kontakte 416 und die darunter liegende Isolationsstruktur 414 durchgehend um die zweite HEMT-Vorrichtung 304 herum erstrecken. In anderen Ausführungsformen kann sich die Isolationsstruktur 414 durchgehend um die zweite HEMT-Vorrichtung 304 herum erstrecken, während die leitfähigen Kontakte 416 getrennte Abschnitte aufweisen können, die über einem Teil der Isolationsstruktur 414 angeordnet sind.In some embodiments, a plurality of
Die
Wie in einer schematischen grafischen Darstellung 500 von
Die erste HEMT-Vorrichtung 302 weist eine erste Source S1, ein erstes Drain D1 und ein erstes Gate G1 auf. Die zweite HEMT-Vorrichtung 502 weist eine zweite Source S2, die mit dem ersten Drain D1 verbunden ist, einen zweiten Drain D2 und ein zweites Gate G2 auf. Die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 weist einen dritten Sourcebereich S3, der mit der ersten Source S1 verbunden ist, und einen dritten Drain D3 auf, der mit dem zweiten Gate G2 verbunden ist. Dadurch dass die erste Source S1 mit dem zweiten Gate G2 unter Verwendung der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 verbunden wird, wird die erste HEMT-Vorrichtung 302 nicht unbeabsichtigt durch eine Gate-Drain(VGD)-Spannung der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 beeinflusst.The
Wie in der Querschnittsansicht 504 von
Die erste HEMT-Vorrichtung 302, die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 und die zweite HEMT-Vorrichtung 502 weisen jeweils einen Source-Kontakt 216s und einen Drain-Kontakt 216d auf. Da die erste HEMT-Vorrichtung 302 und die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 Anreicherungsmodus-Vorrichtungen sind, weisen die erste HEMT-Vorrichtung 302 und die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 eine Gate-Struktur 318 mit einer dotierten Schicht aus Halbleitermaterial 320 und eine Gate-Elektrode 322 über der dotierten Schicht aus Halbleitermaterial 320 auf. Da die zweite HEMT-Vorrichtung 502 eine Verarmungsmodus-Vorrichtung ist, weist die zweite HEMT-Vorrichtung 502 eine Gate-Struktur 506 mit einer dielektrischen Schicht 508 und eine Gate-Elektrode 322 über der dielektrischen Schicht 508 auf.The
Die
Die gepackte Hochspannungsvorrichtung weist eine Die-Kontaktstelle 602 auf, über der ein erster Die 308a und ein zweiter Die 308b gebondet sind. In einigen Ausführungsformen sind der erste Die 308a und der zweite Die 308b mittels einer Haftschicht 604 an die Die-Kontaktstelle 602 gebondet. In verschiedenartigen Ausführungsformen kann die Haftschicht 604 einen Haftstoff, ein Epoxidharz oder dergleichen aufweisen. Der erste Die 308a und der zweite Die 308b sind üblicherweise durch einen von null verschiedenen Abstand S voneinander getrennt. In einigen Ausführungsformen kann der von null verschiedene Abstand S in einem Bereich zwischen ungefähr 1 Mikrometer und ungefähr 1 mm liegen, um die elektrische Isolation zwischen dem ersten Die 308a und dem zweiten Die 308b zu gewährleisten.The high voltage packaged device includes a
Die Die-Kontaktstelle 602 wird von einer Formgießmasse 612 umgeben, die sich durchgehend über dem ersten Die 308a und dem zweiten Die 308b erstreckt. Vom Inneren der Formgießmasse 612 zur Außenseite der Formgießmasse 612 erstrecken sich mehrere Leiterrahmen 614. In einigen Ausführungsformen kann die Formgießmasse 612 Epoxidharz, Silizium, Silika-Füllstoff und/oder andere Typen von Polymeren aufweisen. Ein oder mehrere Bonddrähte 616 sind eingerichtet, um den ersten Die 308a und den zweiten Die 308b zu verbinden. Der eine oder die mehreren Bonddrähte 616 verbinden ferner den ersten Die 308a und den zweiten Die 308b mit den mehreren Leiterrahmen 614. In einigen Ausführungsformen sind der eine oder die mehreren Bonddrähte 616 mittels Lötperlen 618 mit den Bond-Kontaktstellen 608 und den Leiterrahmen 614 verbunden.Surrounding the
Wie in der Querschnittsansicht 600 dargestellt ist, weist der erste Die 308a eine erste dielektrische Struktur 324a auf, die mehrere erste leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 606a umgibt. Die mehreren ersten leitfähige Zwischenverbindungsschichten 606a verbinden die erste HEMT-Vorrichtung 302 und die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 elektrisch mit den Bond-Kontaktstellen 608 über der ersten dielektrischen Struktur 324a. In einigen Ausführungsformen kann eine Passivierungsschicht 610 über den Bond-Kontaktstellen 608 liegen. Der zweite Die 308b weist eine zweite dielektrische Struktur 324b auf, die mehrere zweite leitfähige Zwischenverbindungsschichten 606b umgibt. Die mehreren zweiten leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 606b verbinden die zweite HEMT-Vorrichtung elektrisch mit den Bond-Kontaktstellen 608 über der zweiten dielektrischen Struktur 324b. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste dielektrische Struktur 324a und/oder die zweite dielektrische Struktur 324b gestapelte ILD-Schichten, die jeweils Siliziumdioxid, dotiertes Siliziumdioxid (z.B. mit Kohlenstoff dotiertes Siliziumdioxid), Siliziumoxynitrid, Borsilikatglas (BSG), Phosphorsilikatglas (PSG), Bor-Phosphor-Silikatglas (BPSG), fluoriertes Silikatglas (FSG) oder dergleichen aufweisen.As illustrated in
In einigen (nicht dargestellten) Ausführungsformen sind die ersten leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 606a eingerichtet, ein erstes Gate G1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit einer dritten Source S3 und einem dritten Gate G3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 elektrisch zu verbinden. Der eine oder die mehreren Bonddrähte 616 sind eingerichtet, einen ersten Drain D1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit einer zweiten Source S2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 zu verbinden und außerdem das zweite Gate G2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 mit einem dritten Drain D3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 zu verbinden.In some embodiments (not shown), the first
In anderen (nicht dargestellten) Ausführungsformen sind die mehreren ersten leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 606a eingerichtet, eine erste Source S1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit einer dritten Source S3 und einem dritten Gate G3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 elektrisch zu verbinden. Der eine oder die mehreren Bonddrähte 616 sind eingerichtet, einen ersten Drain D1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 elektrisch mit einer zweiten Source S2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 zu verbinden und außerdem das zweite Gate G2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 mit einem dritten Drain D3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 zu verbinden.In other embodiments (not shown), the plurality of first
Die gepackte Hochspannungsvorrichtung 700 weist einen Die 402 auf, der über einem Trägersubstrat 702 (z.B. einem Zwischenträgersubstrat) angeordnet ist. Der Die 402 weist eine erste HEMT-Vorrichtung 302, eine zweite HEMT-Vorrichtung 304 und eine als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 auf. Über dem Trägersubstrat 702 ist auch eine Formgießmasse 704 angeordnet und umschließt den Die 402.The high voltage packaged
Der Die 402 weist eine dielektrische Struktur 324 auf, die mehrere leitfähige Zwischenverbindungsschichten 706 umgibt. In einigen (nicht dargestellten) Ausführungsformen sind die mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 706 eingerichtet, ein erstes Gate G1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit einer dritten Source S3 und einem dritten Gate G3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 elektrisch zu verbinden, einen ersten Drain D1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit einer zweiten Source S2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 elektrisch zu verbinden und außerdem das zweite Gate G2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 mit dem dritten Drain D3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 zu verbinden.
Der Die 402 ist mittels mehrerer Mikrohöcker 708 elektrisch mit dem Trägersubstrat 702 verbunden. Mehrere Substrat-Durchkontaktierungen (TSV) 710 erstrecken sich durch das Trägersubstrat 702 hindurch und verbinden die mehreren Mikrohöcker 708 elektrisch mit mehreren Löthöckern 714. In einigen Ausführungsformen können die eine oder mehreren Umverteilungsschichten 712a und/oder 712b entlang der Oberseiten und/oder Unterseiten des Trägersubstrats 702 angeordnet sein, um eine seitliche Leitungsführung zwischen den TSV 710 und den mehreren Mikrohöckern 708 und/oder den mehreren Löthöckern 714 zu schaffen.The
Die gepackte Hochspannungsvorrichtung 800 weist eine Die-Kontaktstelle 602 auf, über der ein Die 402 gebondet ist. In einigen Ausführungsformen ist der Die 402 mittels einer Haftstoffschicht 604 an die Die-Kontaktstelle 602 gebondet. Die Die-Kontaktstelle 602 wird von einer Formgießmasse 612 umschlossen, die sich über dem Die 402 erstreckt. Vom Inneren der Formgießmasse 612 zur Außenseite der Formgießmasse 612 erstrecken sich mehrere Leiterrahmen 614. Ein oder mehrere Bonddrähte 616 sind eingerichtet, den Die 402 mit den mehreren Leiterrahmen 614 zu verbinden. In einigen Ausführungsformen sind der eine oder die mehreren Bonddrähte 616 mittels Lötperlen 618 mit den Bond-Kontaktstellen 608 und den Leiterrahmen 614 verbunden.The high voltage packaged
Der Die 402 weist eine dielektrische Struktur 324 auf, die mehrere leitfähige Zwischenverbindungsschichten 706 umgibt. In einigen Ausführungsformen sind die mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 706 eingerichtet, ein erstes Gate G1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit einer dritten Source S3 und einem dritten Gate G3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 elektrisch zu verbinden, einen ersten Drain D1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit einer zweiten Source S2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 elektrisch zu verbinden und außerdem das zweite Gate G2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 mit dem dritten Drain D3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 zu verbinden.
Die
Wie in der Querschnittsansicht 900 von
Wie in der Querschnittsansicht 1000 von
Wie in der Querschnittsansicht 1100 von
In einigen Ausführungsformen werden die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 ausgebildet, indem eine erste strukturierte Maskenschicht 1102 über der aktiven Schicht 316 ausgebildet und anschließend ein oder mehrere Dotierungsstoffen 1104 gemäß der ersten strukturierten Maskenschicht 1102 in die aktive Schicht 316 hinein implantiert werden. In einigen Ausführungsformen können die Dotierungsstoffe 1104 mit einer Energie implantiert werden, die ausreicht, um die Dotierungsstoffe 1104 in die Kanalschicht 314 eindringen zu lassen. In einigen Ausführungsformen kann nach dem Implantieren ein Eindringtempern durchgeführt werden, um die Dotierungsstoffe diffundieren zu lassen. In einigen Ausführungsformen können die Dotierungsstoffe 1104 Sauerstoff-Dotiersubstanzen, Fluor-Dotiersubstanzen oder dergleichen aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die erste strukturierte Maskenschicht 1102 zum Beispiel einen Fotoresist aufweisen.In some embodiments, the plurality of
Die Querschnittsansicht 1200 von
In einigen Ausführungsformen, die in der Querschnittsansicht 1200 von
In anderen Ausführungsformen, die in der Querschnittsansicht 1202 von
Wie in der Querschnittsansicht 1300 von
In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Struktur 324 mehrere gestapelte ILD-Schichten aufweisen, die durch mehrere Ätzstoppschichten getrennt sind. In einigen Ausführungsformen können die mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 706 abwechselnde Schichten von Zwischenverbindungsdrähten und Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 706 jeweils mittels eines Damascene-Prozesses ausgebildet werden. In derartigen Ausführungsformen wird eine ILD-Schicht über der aktiven Schicht 412 ausgebildet. Die ILD-Schicht wird anschließend geätzt, um ein Durchkontaktierungsloch und/oder einen Graben auszubilden, der mit einem leitfähigen Material (z.B. Wolfram, Kupfer und/oder Aluminium) gefüllt wird. Anschließend wird ein chemisch-mechanischer Planarisierungsprozess (CMP-Prozess) durchgeführt, um einen Überschuss des leitfähigen Materials über der ILD-Schicht zu beseitigen.In some embodiments, the
In einigen Ausführungsformen können Bond-Kontaktstellen 608 auf der einen oder den mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 606 und/oder der dielektrischen Struktur 324 ausgebildet werden. Anschließend kann eine Passivierungsschicht 610 über den Bond-Kontaktstellen 608 ausgebildet werden. Die Bond-Kontaktstellen 608 können ausgebildet werden, indem eine leitfähige Schicht über der einen oder den mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 606 und der dielektrischen Struktur 324 abgeschieden und die leitfähige Schicht anschließend strukturiert wird, um die Bond-Kontaktstellen 608 festzulegen. Die Passivierungsschicht 610 kann durch einen Abscheideprozess gefolgt von einem Strukturierungsprozess ausgebildet werden.In some embodiments,
Wie in der Querschnittsansicht 1400 von
Wie in der Querschnittsansicht 1500 von
In einigen (nicht dargestellten) Ausführungsformen sind der eine oder die mehreren Bonddrähte 616 eingerichtet, einen ersten Drain D1 der ersten HEMT-Vorrichtung 104 mit einer zweiten Source S2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 elektrisch zu verbinden und außerdem das zweite Gate G2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 108 mit einem dritten Drain D3 des als Diode geschalteten Transistor 110 zu verbinden. Die elektrischen Verbindungen von der einen oder den mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 606 und dem einen oder den mehreren Bonddrähten 616 bewirken, dass die erste HEMT-Vorrichtung 104, die zweite HEMT-Vorrichtung 108 und der als Diode geschaltete Transistor 110 wie eine einzige Hochspannungsvorrichtung arbeiten, die einen gemeinsamen Source-Anschluss, einen gemeinsamen Drain-Anschluss und einen gemeinsamen Gate-Anschluss aufweist (in
Die
Wie in der Querschnittsansicht 1600 von
Wie in der Querschnittsansicht 1700 von
Wie in der Querschnittsansicht 1800 von
Über der epitaxialen Pufferschicht 408 wird eine Kanalschicht 410 ausgebildet, und über der Kanalschicht 410 wird eine aktive Schicht 412 ausgebildet. Die Kanalschicht 410 weist ein anderes Material als die aktive Schicht 412 auf. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Kanalschicht 410 Galliumnitrid (GaN) und die aktive Schicht 412 Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN) aufweisen. In verschiedenartigen Ausführungsformen können die Kanalschicht 410 und/oder die aktive Schicht 412 mithilfe von Abscheideprozessen (z.B. chemische Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung (PE-CVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) usw.) ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Kanalschicht 410 in einer Dicke ausgebildet werden, die kleiner als oder gleich ungefähr 5 Mikrometer ist, um eine Kanalschicht hoher Qualität mit einem verhältnismäßig geringem Aufwand zu schaffen. In anderen Ausführungsformen kann die Kanalschicht 410 in einer Dicke ausgebildet werden, die kleiner als oder gleich ungefähr 10 Mikrometer ist. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Kanalschicht 410 in einer Dicke ausgebildet werden, die zwischen ungefähr 5 Mikrometer und ungefähr 10 Mikrometer liegt.A
Wie in der Querschnittsansicht 1900 von
In einigen Ausführungsformen werden die mehreren ersten Isolationsbereiche 208 dadurch ausgebildet, dass eine erste strukturierte Maskenschicht 1102 über der aktiven Schicht 316 ausgebildet wird und anschließend ein oder mehrere Dotierungsstoffen 1104 gemäß der ersten strukturierten Maskenschicht 1102 in die aktive Schicht 316 hinein implantiert werden. In einigen Ausführungsformen können die Dotierungsstoffe 1104 mit einer Energie implantiert werden, die ausreichend ist, die Dotierungsstoffe 1104 in die Kanalschicht 314 eindringen zu lassen. In einigen Ausführungsformen kann ein Eindringtempern durchgeführt werden, um die Dotierungsstoffe nach dem Implantieren diffundieren zu lassen.In some embodiments, the plurality of
Wie in der Querschnittsansicht 2000 von
Wie in der Querschnittsansicht 2100 von
In einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren sich vertikal erstreckenden Isolationsbereiche 414b ausgebildet werden, indem ein oder mehrere zweite Dotierungsstoffe 2104 gemäß einer dritten strukturierten Maskenschicht 2102 selektiv in die epitaxiale Pufferschicht 408 hinein implantiert werden. In einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren zweiten Dotierungsstoffe 2104 die gleichen wie der eine oder die mehreren ersten Dotierungsstoffe (1704 von
Wie in der Querschnittsansicht 2200 von
Wie in der Querschnittsansicht 2300 von
Wie in der Querschnittsansicht 2400 von
In einigen (nicht dargestellten) Ausführungsformen sind die mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 706 eingerichtet, elektrisch das erste Gate G1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit der dritten Source S3 und dem dritten Gate G3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 zu verbinden, den ersten Drain D1 der ersten HEMT-Vorrichtung 302 mit der zweiten Source S2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 zu verbinden und außerdem das zweite Gate G2 der zweiten HEMT-Vorrichtung 304 mit dem dritten Drain D3 der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung 306 zu verbinden. Die elektrischen Verbindungen von den mehreren leitfähigen Zwischenverbindungsschichten 706 bewirken, dass die erste HEMT-Vorrichtung 302, die zweite HEMT-Vorrichtung 304 und die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung 306 wie eine einzige Hochspannungsvorrichtung arbeiten, die einen gemeinsamen Source-Anschluss, einen gemeinsamen Drain Anschluss und einen gemeinsamen Gate Anschluss aufweist (in
Wie in der Querschnittsansicht 2500 von
Obwohl das Verfahren 2600 hier als eine Abfolge von Arbeitsgängen oder Vorgängen dargestellt und beschrieben ist, wird einzusehen sein, dass die dargestellte Reihenfolge derartiger Arbeitsgänge oder Vorgänge nicht als eine Einschränkung auszulegen ist. Zum Beispiel können einige Arbeitsgänge in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Arbeitsgängen oder Vorgängen außer den hier dargestellten und/oder beschriebenen ablaufen. Darüber hinaus brauchen nicht alle dargestellten Arbeitsgänge erforderlich zu sein, um hier eine oder mehrere Ausbildungen oder Ausführungsformen der Beschreibung zu realisieren. Außerdem können ein oder mehrere der hier dargestellten Arbeitsgänge in einem oder mehreren getrennten Arbeitsgängen und/oder Phasen ausgeführt werden.Although
In 2602 wird ein Substrat bereitgestellt, das einen ersten HEMT-Vorrichtungsbereich, einen zweiten HEMT-Vorrichtungsbereich und einen Bereich einer als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung aufweist. Die
In 2604 kann in einigen Ausführungsformen eine epitaxiale Pufferschicht über dem Substrat ausgebildet werden.
In 2606 wird eine Kanalschicht über dem Substrat ausgebildet. Die
In 2608 wird eine aktive Schicht über dem Substrat ausgebildet. Die
In 2610 werden Isolationsbereiche innerhalb der aktiven Schicht und der Kanalschicht zwischen dem ersten HEMT-Vorrichtungsbereich, dem zweiten HEMT-Vorrichtungsbereich und dem Bereich der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung ausgebildet. Die
In 2612 werden der erste HEMT-Vorrichtungsbereich und der Bereich der als Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung elektrisch vom zweiten HEMT-Vorrichtungsbereich isoliert. Die
In 2614 werden eine erste Gate-Struktur, ein erster Source-Kontakt und ein erster Drain-Kontakt innerhalb des ersten HEMT-Vorrichtungsbereichs ausgebildet, um eine erste HEMT-Vorrichtung festzulegen. Die
In 2616 werden eine zweite Gate-Struktur, ein zweiter Source-Kontakt und ein zweiter Drain-Kontakt innerhalb des zweiten HEMT-Vorrichtungsbereichs ausgebildet, um eine zweite HEMT-Vorrichtung festzulegen. Die
In 2618 werden eine dritte Gate-Struktur, ein dritter Source-Kontakt und ein dritter Drain-Kontakt innerhalb des Bereichs der Diode geschalteten HEMT-Vorrichtung ausgebildet, um eine als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung festzulegen. Die
In 2620 werden eine oder mehrere leitfähige Schichten ausgebildet, um die erste HEMT-Vorrichtung und die zweite HEMT-Vorrichtung in einer Reihenschaltung zu verbinden, die eine Hochspannungsvorrichtung festlegt, welche die als Diode geschaltete HEMT-Vorrichtung umfasst. Die Hochspannungsvorrichtung weist eine Durchschlagsspannung auf, die größer als die Durchschlagsspannungen der ersten HEMT-Vorrichtung oder der zweiten HEMT-Vorrichtung ist. Die
Dementsprechend betrifft die vorliegende Offenbarung eine Hochspannungsvorrichtung mit einer ersten HEMT-Vorrichtung, die in Reihe mit einer zweiten HEMT-Vorrichtung geschaltet ist, um so gemeinsam als ein Äquivalent zu einer einzigen Hochspannungstransistorvorrichtung zu funktionieren, die eine relativ große Durchschlagsspannung aufweist (d.h. eine Durchschlagsspannung, die größer als die Durchschlagsspannungen von entweder der ersten HEMT-Vorrichtung oder der zweiten HEMT-Vorrichtung ist).Accordingly, the present disclosure relates to a high voltage device including a first HEMT device connected in series with a second HEMT device so as to function together as an equivalent to a single high voltage transistor device having a relatively large breakdown voltage (i.e., a breakdown voltage, which is greater than the breakdown voltages of either the first HEMT device or the second HEMT device).
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