雙向開關晶體管的制作方法

本發明涉及一種半導體器件技術，特別是涉及雙向開關晶體管。

背景技術：

隨著高效完備的功率轉換電路和系統需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多關注。

為了進一步改善功率轉換效率，將功率開關的寄生元件損耗最小化是非常重要的。當開關晶體管用于逆變器和轉換器電路，雙向操作是減少元件數量和改善開關效率的很好方法。

然而傳統的開關晶體管是通過兩個金屬氧化物半導體場效應晶體管mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,簡稱mosfet)作為驅動，與四個二極管連接在一起，以實現對四個二極管的驅動，但是現有技術中，采用mosfet作為驅動，在反向導通模式下功耗大，而且器件的尺寸也大。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種雙向開關晶體管，用以解決現有技術開關晶體管在反向導通模式下功耗大，而且器件的尺寸也大的問題。

本發明提供了一種雙向開關晶體管，包括：襯底、形成于所述襯底上的器件層和在所述器件層上刻蝕的用于隔斷所述器件層中的二維電子氣的第一阻隔溝道和第二阻隔溝道，所述器件層上、第一阻隔溝道中、第二阻隔溝道中形成有阻隔層；

所述第一阻隔溝道中的第一阻隔層與所述襯底之間還形成有用于連接所述器件層的第一金屬層，所述第二阻隔溝道中形成的第二阻隔層與所述襯底之形成有連接所述器件層的第二金屬層；

所述第一阻隔層上形成有第一柵極驅動層，所述第二阻隔層上形成有與 所述第一柵極驅動層連接的第二柵極驅動層，所述第一柵極驅動層和所述第二柵極驅動層通過與外部電源連接的第三柵極驅動層連接。

本發明提供的雙向開關晶體管，通過第一柵極驅動層、第二柵極驅動層和第三柵極驅動層作為整個晶體管的驅動電極，嵌入在器件層中，與現有技術的兩個mosfet相比(相當于兩個驅動源)，本發明中的雙向開關晶體管只采用一個柵極驅動，因而減小了整個集成電路的尺寸，并且，減少一個柵極驅動，也可以在反向導通模式下減少器件產生的損耗，提高器件的效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例的雙向開關晶體管的俯視結構示意圖；

圖2為圖1的a-a向剖面圖；

圖3為本發明實施例二提供的雙向開關晶體管的俯視結構示意圖；

圖4為圖3的a-a向剖面圖；

圖5為本發明實施例二提供的雙向開關晶體管的等效電路圖；

圖6為本發明實施例三提供的雙向開關晶體管的俯視結構示意圖；

圖7為圖6的a-a向剖面圖；

圖8a-8e為本發明實施例四提供的制作雙向開關晶體管的各步驟的剖面結構示意圖。

附圖標記

11-襯底；12-器件層；121-第一阻隔溝道；

122-第二阻隔溝道；13-阻隔層；131-第一阻隔層；

151-第一金屬層；132-第二阻隔層；152-第二金屬層；

133-第三阻隔層；141-第一柵極驅動層；142-第二柵極驅動層；

143-第三柵極驅動層；161-氮化鎵緩沖層；162-鋁鎵氮勢壘層；

171-第一肖特基層；172-第二肖特基層；173-第三肖特基層；

181-第一歐姆接觸層；182-第二歐姆接觸層；183-第三歐姆接觸層；

191-第一開關層；192-第二開關層。

具體實施方式

實施例一

本實施例提供一種雙向開關晶體管，圖1為本發明實施例的雙向開關晶體管的俯視結構示意圖，圖2為圖1的a-a向剖面圖，如圖1和圖2所示，該雙向開關晶體管包括：襯底11、形成于襯底11上的器件層12和在器件層12上刻蝕的、用于隔斷器件層12中的二維電子氣的第一阻隔溝道121和第二阻隔溝道122，器件層12上、第一阻隔溝道121中、第二阻隔溝道122中形成有阻隔層13。

其中，第一阻隔溝道121中的第一阻隔層131與襯底11之間還形成有用于連接器件層12的第一金屬層151，第二阻隔溝道122中的第二阻隔層132與襯底11之形成有連接器件層12的第二金屬層152。

這里需要說明的是，為了便于描述，將形成與第一阻隔溝道121中的阻隔層記為第一阻隔層131，將形成在第二阻隔溝道122中的阻隔層記為第二阻隔層132，將形成在器件層12上的阻隔層記為第三阻隔層133。

第一阻隔層131上形成有第一柵極驅動層141，第二阻隔層132上形成與第一柵極驅動層141連接的第二柵極驅動層142，第一柵極驅動層141和第二柵極驅動層142通過與外部電源連接的第三柵極驅動層143連接的。

可選的，襯底11為硅襯底。器件層12主要是用于形成有多個二極管，具體的，形成二極管的材料和工藝并不加以限定，可以采用現有技術中的工藝方法進行制成。

優選的，為了保證器件的對稱性，第一阻隔溝道121和第二阻隔溝道122的延伸方向相同。第一阻隔溝道121和第二阻隔溝道122用于阻隔各器件層之間的二維電子氣。

在驅動器件層12時，即控制各個開關器件開啟時，第三柵極驅動層143與外部電源連接，通過第一柵極驅動層141和第二柵極驅動層142驅動器件層12。具體的，是通過第一金屬層151和第二金屬層152將被隔斷的各器件層12連接起來，使得整個器件層12通電，進而使得各開關器件開啟。

需要說明的是，本實施例中以“第一柵極驅動層”和“第二柵極驅動層”、“第三柵極驅動層”僅僅是為了方便描述，并不代表“第一柵極驅動層”和“第二柵極驅動層”、“第三柵極驅動層”為相互獨立的部件，在具體形成柵極驅動時，“第一柵極驅動層”和“第二柵極驅動層”、“第三柵極驅動 層”可以同時形成，作為一個部件。

可選的，阻隔層13可以為二氧化硅或者氮化硅中的任一一種或多種。阻隔層能夠阻擋雜質離子朝向襯底11擴散。

本實施例中提供的雙向開關晶體管，通過第一柵極驅動層141、第二柵極驅動層142和第三柵極驅動層143作為整個晶體管的驅動電極，嵌入在器件層12中，與現有技術的兩個mosfet相比(相當于兩個驅動源)，本實施例中的雙向開關晶體管只采用一個柵極驅動，因而減小了整個集成電路的尺寸，并且，減少一個柵極驅動，也可以在反向導通模式下減少器件產生的損耗，提高器件的效率。

實施例二

在實施例一的基礎上，本實施例對器件層12的具體結構進行說明。圖3為本發明實施例二提供的雙向開關晶體管的俯視結構示意圖，圖4為圖3的a-a向剖面圖，如圖3和圖4所示，該雙向開關晶體管中，可選的，第一柵極驅動層141、第二柵極驅動層142、第三柵極驅動層143的材料相同，均包括：鎳層和形成在所述鎳層上的金層。

另外，器件層12包括：形成于襯底11上的氮化鎵緩沖層161、在氮化鎵緩沖層161上形成的、以與氮化鎵緩沖層161形成二維電子氣的鋁鎵氮勢壘層162。

其中，鋁鎵氮勢壘層162和氮化鎵緩沖層161的異質結處可以形成高濃度、高遷移率的二維電子氣，同時異質結對二維電子氣具有良好的調節作用。

另外，氮化鎵具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場，較高熱導率，耐腐蝕和抗輻射性能，可以抗高壓、高頻、高溫、大功率和輻照環境。

另外，形成在鋁鎵氮勢壘層162上的阻隔層133中內嵌有的肖特基層和歐姆接觸層。

具體的，肖特基層包括：第一肖特基層171、第二肖特基層172、第三肖特基層173。

歐姆接觸層包括：第一歐姆接觸層181、第二歐姆接觸層182、第三歐姆接觸層183。

其中，第一肖特基層171、第二肖特基層172、第三肖特基層173、第一歐姆接觸層181、第二歐姆接觸層182、第三歐姆接觸層183呈陣列分布。

具體的，第三歐姆接觸層183、第一肖特基層171和第二肖特基層172位于一排，第三歐姆接觸層183形成于第一肖特基層171和第二肖特基層172之間。第三肖特基層173、第一歐姆接觸層181和第二歐姆接觸層182位于一排，第三肖特基層173形成于第一歐姆接觸層181和第二歐姆接觸層182之間。第一肖特基層171和第一歐姆接觸層181位于一列，第二肖特基層172和第二歐姆接觸層182位于一列，第三歐姆接觸層183和第三肖特基層173位于一列。

具體的，第一肖特基層171和第三歐姆接觸層183可以等效為一個二極管，第三歐姆接觸層183和第二肖特基層172等效為一個二極管，第一歐姆接觸層181和第三肖特基層173等效為一個二極管，第三肖特基層173和第二歐姆接觸層182等效為一個二極管，即整個器件層中包括了四個二極管，四個二極管通過第一柵極驅動層141和第二柵極驅動層142進行驅動。圖5為本發明實施例二提供的雙向開關晶體管的等效電路圖，具體結構可以如圖5所示。

另外，可選的，歐姆接觸層包括：依次形成在鋁鎵氮勢壘層162上的第一鈦金屬層、第一鋁金屬層、第二鈦金屬層、第一氮化鈦金屬層。

肖特基接觸層包括：依次形成在所述鋁鎵氮勢壘層上的第二氮化鈦金屬層、第三鈦金屬層、第二鋁金屬層、第四鈦金屬層、第三氮化鈦金屬層。

需要說明的是，本實施例中的“歐姆接觸層”可以為第一歐姆接觸層、第二歐姆接觸層、第三歐姆接觸層中的任意一種或多種。

同樣的，“肖特基接觸層”為第一肖特基層、第二肖特基層和第三肖特基層中的任意一種或多種。

本實施例提供了一種雙向開關晶體管，該晶體管中包括陣列排布的歐姆接觸層和肖特基層，進而形成多個二極管，通過采用一個柵極驅動，對上述多個二極管進行驅動，由于本實施例中的晶體管中僅采用了一個柵極驅動，因而減小了整個集成電路的尺寸，并且，減少一個柵極驅動，也可以在反向導通模式下減少器件產生的損耗，提高器件的效率。

實施例三

在上述實施例一和實施例二的基礎上，優選的，圖6為本發明實施例三提供的雙向開關晶體管的俯視結構示意圖，圖7為圖6的a-a向剖面圖，如 圖6和圖7所示，該雙向開關晶體管，還包括：分別形成于器件層12兩端的第一開關層191和第二開關層192，其中，第一開關層191和第二開關層192的延伸方向與第一阻隔溝道121平行。

其中，第一開關層191和第二開關層192主用用于與外部電路進行連接。可選的，第一開關層191和第二開關層192均為鋁硅銅。

本實施例提供了一種雙向開關晶體管，該晶體管中包括第一開關層191和第二開關層192，通過第一開關層191和第二開關層192可以便于與外部電路連接。

實施例四

為了便于理解，本實施例提供一種雙向開關晶體管的制作方法，應用該方法可以形成上述實施例一種所提供的雙向開關晶體管，圖8a-8e為本發明實施例四提供的制作雙向開關晶體管的各步驟的剖面結構示意圖，該制作方法包括：

步驟101，如圖8a所示，在襯底11上形成器件層12；

步驟102，如圖8b所示，刻蝕器件層12，以形成第一阻隔溝道和第二阻隔溝道，其中第一阻隔溝道121與襯底11之間的器件層12作為第一金屬層151，第二阻隔溝道122與襯底11之間的器件層12作為第二金屬層152。

步驟103，如圖8c所示，在所述器件層上、所述第一阻隔溝道121和所述第二阻隔溝道122中形成隔離層13。

這里需要說明的是，為了便于描述，將形成與第一阻隔溝道121中的阻隔層記為第一阻隔層131，將形成在第二阻隔溝道122中的阻隔層記為第二阻隔層132，將形成在器件層12上的阻隔層記為第三阻隔層133。

步驟104，如圖8d所示，在所述第一阻隔溝道121中的第一阻隔層131、以及所述第二阻隔溝道122中的第二阻隔層132中形成柵極驅動層，其中，第一阻隔層131上形成的柵極驅動層記為第一柵極驅動層141，第二阻隔層132上形成的柵極驅動層記為第二柵極驅動層141，其中，與外部電源連接的第三柵極驅動層141形成于與第一阻隔溝道121垂直的第三阻隔溝道(圖中未示出)中。

步驟105，如圖8e和圖3所示，以預設圖案刻蝕阻隔層13，以形成用于容置歐姆接觸層和肖特基層的凹槽，并在所述凹槽內形成歐姆接觸層和肖特 基層。

具體的，肖特基層和歐姆接觸層呈陣列分布，肖特基層包括：第一肖特基層171、第二肖特基層172、第三肖特基層173。

歐姆接觸層包括：第一歐姆接觸層181、第二歐姆接觸層182、第三歐姆接觸層183。

其中，第三歐姆接觸層183、第一肖特基層171和第二肖特基層172位于一排，第三歐姆接觸層183形成于第一肖特基層171和第二肖特基層172之間。第三肖特基層173、第一歐姆接觸層181和第二歐姆接觸層182位于一排，第三肖特基層173形成于第一歐姆接觸層181和第二歐姆接觸層182之間。第一肖特基層171和第一歐姆接觸層181位于一列，第二肖特基層172和第二歐姆接觸層182位于一列，第三歐姆接觸層183和第三肖特基層173位于一列。

具體的，第一肖特基層171和第三歐姆接觸層183可以等效為一個二極管，第三歐姆接觸層183和第二肖特基層172等效為一個二極管，第一歐姆接觸層181和第三肖特基層173等效為一個二極管，第三肖特基層173和第二歐姆接觸層182等效為一個二極管，即整個器件層中包括了四個二極管，四個二極管通過第一柵極驅動層141和第二柵極驅動層142進行驅動。

本實施例中提供的雙向開關晶體管制作方法，通過第一柵極驅動層141、第二柵極驅動層142和第三柵極驅動層143作為整個晶體管的驅動電極，嵌入在器件層12中，與現有技術的兩個mosfet相比(相當于兩個驅動源)，本實施例中的雙向開關晶體管只采用一個柵極驅動，因而減小了整個集成電路的尺寸，并且，減少一個柵極驅動，也可以在反向導通模式下減少器件產生的損耗，提高器件的效率。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。