一种全GaN集成的带隙基准源电路及制作工艺

本发明涉及gan功率电子，具体地，涉及一种全gan集成的带隙基准源电路及制作工艺。

背景技术：

1、氮化镓(gallium nitride，gan)作为第三代半导体具有带隙宽、击穿场强高、电子饱和速率高等优点。与sic相比，具有横向器件结构的gan更易于集成。在gan器件的电路应用中，基准源电路是跟随电源dc(直流)启动电路的启动信号产生基准电压和基准电流的电路，能够为其他模块提供稳定的参考电压和参考电流。然而，传统的基准源电路主要通过电阻分压所产生，容易受到温度干扰，且精度较低；这可能导致电路在工作时不能及时关断和开启，降低电路工作效率，并可能引发系统应用故障。此外，使用硅基基准源电路会带来寄生效应，进一步降低系统的整体性能。但是，由于氮化镓中空穴的迁移率较低，导致难以形成高效的氮化镓pmos(positive channel metal oxide semiconductor，空穴流动运送电流)器件，gan基逻辑器件缺少p型器件，但传统的cmos(complementary metal-oxide-semiconductor，互补的金属氧化物半导体)逻辑电路设计无法实现。另一方面，使用带有p-gan层的外延片制作耗尽型hemt(high electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)器件的工艺复杂，刻蚀过程容易导致外延片表面存在缺陷，进而影响器件的可靠性，进而导致通过刻蚀工艺制作的集成电路性能也会受到一定影响。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种全gan集成的带隙基准源电路及制作工艺。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种全gan集成的带隙基准源电路，包括：多个增强型gan hemt晶体管、多个横向温度传感器二极管、多个片上电阻和外延片；所述多个增强型gan hemt晶体管、所述多个横向温度传感器二极管和所述多个片上电阻均集成在所述外延片上；其中，所述外延片包括自下而上依次堆叠设置的衬底、成核层、缓冲层、沟道层、插入层、势垒层、p-gan层和钝化层。

3、可选地，所述p-gan层包括第一p-gan层；所述多个增强型gan hemt晶体管的结构均相同；在所述势垒层的第一势垒区域的两侧分别设置有源极和漏极，所述第一p-gan层位于源极和漏极之间，在所述第一p-gan层的上表面设置有栅极，所述源极、所述漏极和所述栅极均高于所述钝化层。

4、可选地，所述p-gan层还包括第二p-gan层；所述多个横向温度传感器二极管的结构均相同，在所述势垒层的第二势垒区域的一侧设置有位于所述插入层上表面的阴极，在所述第二势垒区域的另一侧设置有位于所述势垒层上表面的阳极，所述第二p-gan层位于所述势垒层上表面，所述第二p-gan层一侧与所述钝化层远离所述阴极的一侧持平，所述阳极高于所述钝化层。

5、可选地，所述多个片上电阻的结构均相同，在所述势垒层的第三势垒区域的两侧分别设置有位于所述插入层上表面的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极。

6、可选地，所述多个增强型gan hemt晶体管包括：晶体管m1、晶体管m2、晶体管m3、晶体管m4、晶体管m5、晶体管m6、晶体管m7和晶体管m8；所述多个片上电阻包括：片上电阻r1、片上电阻r2和片上电阻r3；所述多个横向温度传感器二极管包括：横向温度传感器二极管d1、横向温度传感器二极管d2、横向温度传感器二极管d3、横向温度传感器二极管d4；所述横向温度传感器二极管d1的阳极连接至电源dc，所述横向温度传感器二极管d1的阴极与所述片上电阻r1的一端相连；所述片上电阻r1的另一端与所述晶体管m1的漏极相连，所述晶体管m1的源极与所述晶体管m3的漏极相连，所述晶体管m1的栅极与所述晶体管m2的栅极相连，所述晶体管m3的源极接地，所述晶体管m3的栅极与所述晶体管m4的栅极相连；所述横向温度传感器二极管d2的阳极与所述电源dc连接，所述横向温度传感器二极管d2的阴极与所述晶体管m2的漏极相连，所述晶体管m2的源极与所述晶体管m4的漏极相连，所述晶体管m4的漏极接地；所述片上电阻r2的的一端与所述电源dc连接，所述片上电阻r2的另一端与所述晶体管m5的漏极相连，所述晶体管m5的栅极连接至所述横向温度传感器二极管d2的阴极和所述晶体管m2的漏极之间，所述晶体管m5的源极接地；所述横向温度传感器二极管d3的阳极与所述电源dc连接，所述横向温度传感器二极管d3的阴极与所述晶体管m6的漏极相连，所述晶体管m6的漏极与所述晶体管m2的栅极相连，所述晶体管m6的栅极连接至所述片上电阻r2与所述晶体管m5的漏极之间，所述晶体管m6的源极与所述晶体管m7的漏极相连，所述晶体管m7的栅极连接至所述晶体管m1的漏极与所述晶体管m3的栅极之间，所述晶体管m7的源极接地；所述横向温度传感器二极管d4的阳极与所述电源dc连接，所述横向温度传感器二极管d4的阴极与所述片上电阻r3的一端相连，所述片上电阻r3的另一端与所述晶体管m8的漏极相连，所述晶体管m8的栅极与所述晶体管m7的栅极相连，所述晶体管m8的源极接地。

7、可选地，所述衬底的材料为si，所述成核层的材料为aln，所述缓冲层的材料为al0.3ga0.7n，所述沟道层的材料为gan，所述插入层的材料为aln，所述势垒层的材料为algan。

8、根据本发明实施例的第二方面，提供一种全gan集成的带隙基准源电路的制作工艺，包括：

9、制备外延片；其中，所述外延片自下而上包括衬底、成核层、缓冲层、沟道层、势垒层和p-gan层；

10、在所述p-gan层表面定义增强型gan hemt晶体管的栅极对应的第一p-gan区域，对第一区域中所述第一p-gan区域以外的区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述势垒层；

11、在所述势垒层表面定义台面区域，对第二区域中所述台面区域以外的区域进行向下刻蚀，刻蚀深度延伸至所述缓冲层；

12、在对当前器件表面沉积钝化层后，在剩余的p-gan层之上的钝化层表面定义增强型gan hemt晶体管源极漏极凹槽区域、横向温度传感器二极管阴极凹槽区域和片上电阻的欧姆接触电极凹槽区域；

13、对所述增强型gan hemt晶体管源极漏极凹槽区域、所述横向温度传感器二极管阴极凹槽区域和所述片上电阻的欧姆接触电极凹槽区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述势垒层，形成对应的电极凹槽；

14、在增强型gan hemt晶体管源极漏极凹槽、横向温度传感器二极管阴极凹槽和片上电阻的欧姆接触电极凹槽内淀积欧姆接触金属填满对应的电极凹槽，并使所述欧姆接触金属搭接所述钝化层；

15、对所述欧姆接触金属进行快速热退火工艺，形成所述增强型gan hemt晶体管的源极和漏极，所述横向温度传感器二极管的阴极和所述片上电阻的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极；

16、在所述增强型gan hemt晶体管的柵极对应的第一p-gan区域上定义增强型ganhemt晶体管栅极金属凹槽区域，并在横向温度传感器二极管远离横向温度传感器二极管阴极的一侧定义温度传感器二极管阳极凹槽区域；

17、对所述增强型gan hemt晶体管栅极金属凹槽区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述p-gan层，形成所述增强型gan hemt晶体管栅极凹槽；

18、对所述温度传感器二极管阳极凹槽区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述势垒层，形成所述温度传感器二极管阳极凹槽；

19、在所述增强型gan hemt晶体管栅极凹槽和所述温度传感器二极管阳极凹槽内淀积肖特基金属，形成所述增强型gan hemt晶体管栅极和所述温度传感器二极管阳极。

20、本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

21、电路设计采用全gan器件实现，减小了芯片整体寄生效应，提高了集成度，降低了成本，充分利用了gan材料的高频和高功率密度特性，提升了整体性能，并且本基准源电路采用更适配当前应用最广泛的增强型gan hemt晶体管；通过片上电阻和横向温度传感器二极管，本基准源电路可以准确输出与温度无关的基准电压，输出电阻比值可以调整，输出稳定。

22、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。