[发明专利]氮化镓功率器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓功率器件，形成于半导体衬底上方；在半导体衬底中还同时集成有温敏器件；温敏器件设置在氮化镓功率器件的旁侧或周侧并用于测试氮化镓功率器件的结温；氮化镓功率器件的形成区域中，半导体衬底表面上叠加有多层氮化镓功率器件的外延层，氮化镓功率器件的外延层包括氮化镓沟道层和铝镓氮势垒层，在氮化镓沟道层和铝镓氮势垒层形成的异质结界面处形成有二维电子气；温敏器件的形成区域中，氮化镓功率器件的多层外延层都被去除，温敏器件的顶部直接通过金属互连结构引出。本发明还公开了一种氮化镓功率器件的制造方法。本发明能实现准确的在线结温检测，能兼容现有的硅器件的成熟测试方法和测试设备。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种氮化镓功率器件；本发明还涉及一种氮化镓功率器件的制造方法。

背景技术

氮化镓作为典型的宽禁带半导体材料，在各种研究中经常作为功率半导体器件的制造。尤其在高温高压领域的运用中，由于其具有3.4eV较大禁带宽度，具有3MV/cm高击穿电场强度，高电子迁移率和高热导率，氮化镓材料有着更加明显的优势。现有工艺中，氮化镓功率器件主流采用硅基衬底上生长氮化镓外延的方式制作而成，因为氮化镓功率器件的特殊工作原理，无法在器件内找到合适的温度敏感参数进行实时的结温检测，因为也就无法实现在线式的结温检测，这就导致器件在进行功率循环测试或者应用评估测试过程中无法准确获取实时结温，无法像硅器件一样准确的获取器件的信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氮化镓功率器件，能实现准确的在线结温检测，能兼容现有的硅器件的成熟测试方法和测试设备，为氮化镓功率器件的进步提供良好的技术支撑。

为解决上述技术问题，本发明提供的氮化镓功率器件形成于半导体衬底上方；在所述半导体衬底中还同时集成有温敏器件；所述温敏器件设置在所述氮化镓功率器件的旁侧或周侧并用于测试所述氮化镓功率器件的结温。

所述氮化镓功率器件的形成区域中，所述半导体衬底表面上叠加有多层所述氮化镓功率器件的外延层，所述氮化镓功率器件的外延层包括氮化镓沟道层和铝镓氮势垒层，在所述氮化镓沟道层和所述铝镓氮势垒层形成的异质结界面处形成有二维电子气。

所述温敏器件的形成区域中，所述氮化镓功率器件的多层外延层都被去除，所述温敏器件的顶部直接通过金属互连结构引出。

进一步的改进是，所述半导体衬底的材料包括Si，SiC。

进一步的改进是，所述温敏器件采用PN结二极管。

进一步的改进是，所述半导体衬底具有第二导电类型掺杂。

在所述温敏器件的形成区域中，在所述半导体衬底上形成有第一导电类型的第一掺杂区；由所述第一掺杂区和所述半导体衬底叠加形成所述PN结二极管。

进一步的改进是，所述温敏器件的形成区域中，所述温敏器件的顶部的所述金属互连结构仅包括顶层金属层，所述第一掺杂区的顶部直接和顶层金属层接触。

进一步的改进是，所述氮化镓功率器件的外延层还包括位于所述半导体衬底和所述所述氮化镓沟道层之间的氮化铝籽晶层和铝镓氮缓冲层，所述铝镓氮缓冲层叠加在所述氮化铝籽晶层的表面，所述氮化镓沟道层叠加在所述铝镓氮缓冲层表面。

进一步的改进是，在所述铝镓氮势垒层顶部形成有栅极结构。

源极金属层和所述栅极结构的第一侧面具有间距且和所述二维电子气形成欧姆接触。

漏极金属层和所述栅极结构的第二侧面具有间距且和所述二维电子气形成欧姆接触。

所述栅极结构、所述源极金属层和所述漏极金属层的顶部形成有所述金属互连结构，所述金属互连结构包括多层金属层，各层金属层之间通过通孔连接以及通过层间膜隔离。

进一步的改进是，所述氮化镓功率器件为耗尽型氮化镓功率器件。