[发明专利]低泄漏整流器结构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求下列美国临时专利申请的优先权：2013年3月14日提交的第61/785,009号申请，且其标题为“AlGaN/GaN整流器及其形成方法（AlGaN/GaN Rectifier and Method of Forming the Same）”，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明总体涉及半导体技术领域，更具体的，涉及低泄漏整流器结构。

背景技术

整流器和晶体管均是高压电力电子应用中的主要部件，例如，开关模式电源和多种形式的驱动电路。整流器通常用于将周期性地反转方向的交流电（AC）转换为以单向流动的直流电（DC）。相应的转换过程称为整流。整流器具有包括半导体二极管和可控硅整流器（SCR）的多种类型。

在半导体技术中，由于它们的特性，Ⅲ族-Ⅴ族（或Ⅲ-Ⅴ族）半导体化合物用于形成多种集成电路器件，诸如高功率场效应晶体管、高频晶体管或高电子迁移率晶体管（HEMT）。HEMT是将具有不同的能带隙的两种材料之间的结（即，异质结）合并为沟道而不是掺杂区的场效应晶体管，合并为掺杂区的情况通常用于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。与MOSFET相比，HEMT具有许多有吸引力的性质，包括高电子迁移率、在高频段传输信号的能力等。

从应用的角度来看，增强型（E-型）HEMT具有许多优点。E-型HEMT实现了负极性电源的消除，并且因此，实现了电路复杂性和成本的降低。虽然具有上述有吸引力的性质，但是在Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物基器件的开发中仍存在许多挑战。已经实施针对这些Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物的结构和材料的多种技术以尝试并进一步提高晶体管器件性能。

对于整流器，在高压电力电子应用（例如，开关模式电源和功率因数校正电路）中，需要具有低正向导通电压、低导通电阻和高反向击穿电压（BV）的双端电源整流器。对于给定的截止状态（off-state）击穿电压，低导通状态电阻和较短的反向恢复时间对功率转换效率而言是重要的。

已经做出各种努力以提高电源整流器的性能。一些提出的结构包括结势垒肖特基（Schottky）二极管、合并的p-i-n肖特基（MPS）二极管和同步整流器。其他提出的整流器包括肖特基势垒二极管（SBD）和位于掺杂的块状GaN上的p-i-n二极管，其表现出高击穿特征和低导通电阻特征。

然而，由于用于SBD或p-i-n二极管的外延结构与HEMT结构不兼容，因此SBD或p-i-n二极管整流器不能与HEMT成功集成（至少具有不可接受的性能损失）。虽然在AlGaN/GaN异质结构上可以直接形成SBD，但是AlGaN/GaN异质结和金属AlGaN肖特基势垒的串联组合将导致更高的导通电压和更高的导通电阻。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种集成电路器件，包括：第一Ⅲ-Ⅴ族化合物层；第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层，位于所述第一Ⅲ-Ⅴ族化合物层上方；栅极电介质，位于所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层上方；栅电极，位于所述栅极电介质上方；以及阳电极和阴电极，位于所述栅电极的相对两侧上，其中，所述阳电极电连接至所述栅电极，并且所述阳电极、所述阴电极和所述栅电极形成整流器的部分。

在上述集成电路器件中，其中，所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层具有从所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层的顶面延伸至所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层内的凹槽，并且所述栅极电介质延伸至所述凹槽内。

在上述集成电路器件中，其中，所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层的未凹进部分具有第一厚度，且所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层的凹进部分具有第二厚度，并且所述第二厚度与所述第一厚度的比率小于约1/3。

在上述集成电路器件中，还包括：位于所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层中的氟掺杂区，其中，通过所述栅电极覆盖所述氟掺杂区。

在上述集成电路器件中，其中，所述第一Ⅲ-Ⅴ族化合物层具有第一能带隙，并且所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层具有高于所述第一能带隙的第二能带隙。

在上述集成电路器件中，其中，所述第一Ⅲ-Ⅴ族化合物层包括氮化镓（GaN），并且所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层包括氮化铝镓（AlGaN）。

在上述集成电路器件中，其中，二维电子气（2DEG）沟道形成在所述第一Ⅲ-Ⅴ族化合物层中并且靠近所述第一Ⅲ-Ⅴ族化合物层与所述第二Ⅲ-Ⅴ族化合物层之间的界面，其中，所述整流器配置为当未将偏置电压施加在所述栅电极上时具有一部分消耗的2DEG沟道，并且通过所述栅电极覆盖所述2DEG沟道的消耗部分。