III族氮化物晶体管器件的制作方法

背景技术：

1、迄今为止，在功率电子应用中使用的晶体管已经典型地被利用硅(si)半导体材料制备。用于功率应用的常见晶体管器件包括sisi功率mosfet和si绝缘栅双极晶体管(igbt)。最近，已经考虑了碳化硅(sic)功率器件。诸如氮化镓(gan)器件的iii族n半导体器件现在正在成为用以承载大电流、支持高电压并且提供非常低的导通电阻和快速开关时间的有吸引力的候选。

2、在一些应用中，合期望的是确定通过器件传输的电流，例如以避免由过度功率耗散引起的器件故障。在其中两个或更多个晶体管器件被串联耦合的半桥或者全桥应用中，例如，可能合期望的是在一个开关被接通之前确定在另一个开关中正在承载的电流以便避免击穿。us 2006/081985a1公开了一种包括电流感测电极的iii族氮化物功率半导体器件。

3、晶体管器件中的电流il可以被使用与晶体管器件并联耦合的第二更小的晶体管器件来感测，该更小的晶体管器件承载感测电流is。il和is之间的比率已知为kilis因子或者比率(负载电流与感测电流的比率)，其量化电流感测的准确性。如果特定的电流感测晶体管器件的kilis因子是已知的，则那么感测电流的测量可以被连同kilis因子一起用于确定流动通过主开关晶体管器件的负载电流量。理想地，感测电流is和负载电流il之间的关系是线性的，并且它们的比率是恒定的，并且等于kilis(理想的)。然而，在实践中，该比率不同于理想比率。因此，负载电流测量的准确性程度取决于电流感测晶体管器件实际产生指定的kilis因子的准确性程度。

4、因此，合期望的是进一步改进iii族氮化物晶体管器件中电流感测的准确性。

技术实现思路

1、根据本发明，提供了一种iii族氮化物晶体管器件，其包括iii族氮化物基半导体本体或者衬底，该iii族氮化物基半导体本体或者衬底包括被布置在iii族氮化物沟道层上的iii族氮化物势垒层，该iii族氮化物沟道层在iii族氮化物势垒层和iii族氮化物沟道层之间形成能够支持二维电荷气的异质结。开关iii族氮化物晶体管器件和电流感测iii族氮化物晶体管器件被形成在iii族氮化物基半导体本体中。电流感测iii族氮化物基晶体管器件被通过二维电荷气的局部中断与开关iii族氮化物晶体管器件电绝缘。

2、该布置提供了对由iii族氮化物晶体管器件承载的电流的更准确的测量，因为其避免了电阻扩展，电阻扩展可能导致所测量的感测电流的值不准确地反映由iii族氮化物晶体管器件承载的实际电流。换句话说，通过局部地中断二维电荷气并且将电流感测iii族氮化物基晶体管器件的沟道与开关iii族氮化物晶体管器件的沟道电绝缘，实际kilis因子与预期kilis因子的任何差异被减小或者甚至消除。因此，提供了一种具有更准确的电流感测的iii族氮化物晶体管器件。

3、电流感测iii族氮化物基晶体管器件和开关iii族氮化物晶体管器件被形成在公共iii族氮化物衬底中，并且可以被认为是单片集成到iii族氮化物衬底中，该iii族氮化物衬底包括被布置在iii族氮化物沟道层上的iii族氮化物势垒层。iii族氮化物势垒层和iii族氮化物沟道层具有不同的成分和不同的带隙，并且二维电荷气由在iii族氮化物势垒层和iii族氮化物沟道层之间的界面(即异质结)处的压电和自发极化形成。iii族氮化物沟道层可以由gan形成，并且iii族氮化物势垒层可以由algan形成。

4、针对电流感测iii族氮化物基晶体管器件和开关iii族氮化物晶体管器件中的每一个提供了分离的二维电荷气，例如二维电子气(2deg)或者二维空穴气(2dhg)，因为电流感测iii族氮化物基晶体管器件被通过二维电荷气的局部中断与开关iii族氮化物晶体管器件电绝缘。

5、在一些实施例中，二维电荷气被由隔离区局部地中断，以便将电流感测iii族氮化物基晶体管器件与开关iii族氮化物晶体管器件电绝缘。

6、在一些实施例中，隔离区具有在横向上围绕电流感测iii族氮化物晶体管器件的闭合环的形状。闭合环是连续并且不中断的。

7、在一些实施例中，隔离区包括注入区或者损伤区。注入区包括被破坏的和损伤的晶体结构，并且因此是非外延的晶体结构。并且与损伤区之外的iii族氮化物衬底的区可区分。

8、iii族氮化物基半导体本体包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。隔离区可以是掩埋区，即其不延伸到第一主表面或者第二主表面。掩埋区跨iii族氮化物沟道层和势垒层之间的界面延伸，以便注入区中断在界面处支持的二维电荷气，并且使电流感测iii族氮化物基晶体管器件与开关iii族氮化物晶体管器件电绝缘。掩埋注入区包括被破坏的和损伤的非外延的晶体结构，并且因此与注入区之外的iii族氮化物衬底的区可区分。

9、在一些实施例中，隔离区具有如下的距第一表面的深度，该深度大于异质结距第一表面的深度。在一些实施例中，隔离区包括损伤区，该损伤区从第一主表面延伸到iii族氮化物本体中，通过iii族氮化物势垒层并且进入到iii族氮化物沟道层中以便局部地中断二维电荷气。

10、在一些实施例中，隔离区包括延伸到包括绝缘材料的第一表面中的沟槽。该沟槽中断二维电荷气，并且将电流感测iii族氮化物基晶体管器件与开关iii族氮化物晶体管器件电绝缘。

11、在一些实施例中，隔离区具有如下的距第一表面的深度，该深度大于异质结距第一表面的深度。例如，沟槽可以具有底部和从底部延伸到第一主表面的侧壁。侧壁延伸通过异质结，从而沟槽的底部被布置在形成异质结的两个层中的下方的层中，即被布置在iii族氮化物沟道层中。

12、在一些实施例中，开关iii族氮化物晶体管器件包括多个有源晶体管单元，并且电流感测iii族氮化物晶体管器件包括至少一个感测晶体管单元。每个有源晶体管单元包括在第一主表面上的源极指状物、栅极指状物和漏极指状物，栅极指状物在横向上定位在源极指状物和漏极指状物之间。每个感测晶体管单元包括在第一主表面上的感测源极指状物、感测栅极指状物和第二漏极指状物，感测栅极指状物在横向上定位在感测源极指状物和感测漏极指状物之间。

13、可以对感测晶体管单元的数量和有源晶体管单元的数量的比率进行选择，以提供期望的kilis比率。kilis比率可以处在例如1∶2000、1∶5000或者1∶10000的范围中。替代地或者此外，电流感测晶体管器件的有源区域和开关晶体管器件的有源区域的比率可以被选择，以便提供期望的kilis比率。替代地或者此外，感测源极指状物和感测漏极指状物的长度可以被选择，以便提供期望的kilis比率。

14、在一些实施例中，感测源极指状物具有与多个有源晶体管单元的有源源极指状物之一的长度对准的长度，并且与该有源源极指状物间隔开第一间隙。隔离区的一部分被定位在第一间隙中。

15、该布置提供了用于将(一个或多个)感测晶体管单元集成到有源晶体管单元的配置中的紧凑配置。

16、在一些实施例中，iii族氮化物晶体管器件进一步包括被布置在每个有源晶体管单元的源极指状物上的源极金属化指状物和被布置在感测源极指状物上的感测源极金属化指状物。源极金属化指状物和感测源极金属化指状物被彼此间隔开并且彼此电绝缘。有源源极指状物和感测源极指状物被通过隔离区的中间部分彼此电绝缘。

17、在一些实施例中，感测栅极指状物与开关iii族氮化物晶体管器件的多个晶体管单元的栅极指状物之一是一体的。例如，感测栅极指状物可以由有源栅极指状物之一的一部分形成。换句话说，感测栅极指状物与有源栅极指状物之一是一体的。这提供了紧凑的布置，并且还使得感测栅极指状物能够与有源栅极指状物在相同的时间处和在相同的条件下进行开关。这改进了电流感测的准确性。

18、在一些实施例中，感测漏极指状物具有与多个晶体管单元的漏极指状物之一的长度对准的长度，并且与该漏极指状物间隔开第二间隙。隔离区的一部分被定位在第二间隙中。有源漏极指状物和感测漏极指状物被通过隔离区的中间部分彼此电绝缘。

19、在一些实施例中，感测漏极指状物被通过在第二间隙上延伸的漏极金属化指状物电连接到开关iii族氮化物晶体管器件的多个晶体管有源单元的漏极指状物。在一些实施例中，漏极金属化指状物被布置在开关iii族氮化物晶体管器件的多个晶体管有源单元的漏极指状物之一上以及电流感测iii族氮化物晶体管器件的感测漏极指状物上，并且还在开关iii族氮化物晶体管器件的该漏极指状物和感测漏极指状物之间延伸。

20、感测栅极指状物和有源栅极指状物之间的电连接被定位在与感测漏极指状物和有源漏极指状物之间的电连接不同的平面中。在一些实施例中，公共感测和有源栅极指状物被直接布置在iii族氮化物衬底的第一主表面上，并且漏极金属化指状物被布置在iii族氮化物衬底的第一主表面上方的平面中。

21、在一些实施例中，iii族氮化物晶体管器件进一步包括源极焊盘、漏极焊盘、栅极焊盘和电流感测焊盘。开关iii族氮化物晶体管器件的源极指状物被电耦合到源极焊盘，并且电流感测iii族氮化物晶体管器件的感测源极指状物被电耦合到电流感测焊盘。开关iii族氮化物晶体管器件的栅极指状物和电流感测iii族氮化物晶体管器件的感测栅极指状物被电耦合到栅极焊盘，并且开关iii族氮化物晶体管器件的漏极指状物和电流感测iii族氮化物晶体管器件的感测漏极指状物被电耦合到漏极焊盘。

22、在一些实施例中，开关iii族氮化物晶体管器件和电流感测iii族氮化物基晶体管器件均是hemt(高电子迁移率晶体管)器件。

23、在一些实施例中，iii族氮化物沟道层由gan形成，并且iii族氮化物势垒层由algan(即alxga(1-x)n，其中0<x<1)形成。

24、在一些实施例中，iii族氮化物衬底进一步包括底部衬底和在底部衬底上的iii族氮化物缓冲结构，iii族氮化物沟道层被布置在iii族氮化物缓冲结构上，并且iii族氮化物势垒层被布置在iii族氮化物沟道层上。在一些实施例中，iii族氮化物势垒层形成iii族氮化物衬底的第一主表面。

25、底部衬底可以包括能够支持一个或多个iii族氮化物基层的外延生长的上表面或者生长表面。在一些实施例中，底部衬底是异质衬底，即由不同于iii族氮化物材料的材料形成，其包括能够支持一个或多个iii族氮化物基层的外延生长的上表面或者生长表面。底部衬底可以由硅形成，并且可以由例如单晶硅或者外延硅层或者由蓝宝石形成。

26、在一些实施例中，iii族氮化物基半导体衬底可以进一步包括iii族氮化物背势垒层。iii族氮化物沟道层被形成在背势垒层上，并且与iii族氮化物背势垒层形成异质结，并且iii族氮化物势垒层被形成在沟道层上。背势垒层具有与沟道层不同的带隙，并且可以包括例如algan。背势垒层的algan的成分可以不同于用于势垒层的algan的成分。

27、用于硅基衬底的过渡或者缓冲结构可以包括在硅衬底上的aln起始层，随后是alxga(1-x)n层序列，由此在到达gan层或者algan背势垒(如果存在的话)之前，大约50-75％的al含量被降低到10-25％。替代地，可以使用超晶格缓冲，其可以包括在硅基衬底上的aln起始层，生长aln和alxga(1-x)n对的序列。替代地，如上面描述的alxga(1-x)n层序列可以与上面提及的超晶格组合使用。

28、开关iii族氮化物器件和电流感测晶体管器件这两者可以是耗尽型器件或者增强型器件。

29、在一些实施例中，开关iii族氮化物晶体管和电流感测iii族氮化物晶体管之间的电流比率(kilis)是5000或者更大，或者10000或者更大。

30、在一些实施例中，电流感测iii族氮化物晶体管器件包括单个感测源极指状物、单个感测栅极指状物和单个感测漏极指状物，并且感测源极指状物和感测漏极指状物的长度被选择，以便提供5000或者更大、或者10000或者更大的电流比率。

31、本领域技术人员在阅读以下详细描述和查看随附附图时将认识到附加的特征和优点。