[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大功率切换并且可以实现良好的耐压特性和低导通状态电压的小型半导体器件以及制造该半导体器件的方法。

背景技术

对于大电流切换元件而言，需要的是高反向击穿电压和低导通电阻。为了实现针对浪涌电压等的保护，提出了一种如下的结构，在该结构中，肖特基势垒二极管(SBD)在与用作切换元件(PTL1)的功率场效应晶体管(FET)的源和漏之间附加地布置成并联。在蓝宝石衬底上形成的GaN基半导体层中，伴随功率FET(在PTL1中没有公开特定结构)的SBD包括与AlGaN层肖特基接触的阳极电极和与GaN层欧姆接触的阴极电极，并且在GaN层和AlGaN层之间的界面处产生二维电子气。

引文列表

专利文献

PTL 1：日本未经审查的专利申请公布No.2008-219021

发明内容

技术问题

在上述器件中，可以改进导通电阻和耐压特性，但是器件的整个表面变得复杂。在大电流切换元件中，存在使用垂直元件的趋势，在该垂直元件中，电流在半导体叠层体的厚度方向上流动。然而，在垂直元件的情况下，通过作为保护元件的SBD的环境来确定载流能力。因此，难以增大载流能力，并且当施加具有大电流的浪涌电压等时，不能释放充足量的电流。

本发明的目的在于提供一种半导体器件以及制造半导体器件的方法，该半导体器件包括对抗浪涌电压等的旁路保护单元，该半导体器件实现良好的耐压特性和低的导通电阻(低导通状态电压)，具有简单结构，并且用于大电流目的。

问题的解决方法

本发明的半导体器件包括：第一导电类型衬底；FET，其具有第一导电类型漂移层并且在衬底的第一区域中构成切换元件；以及SBD，其具有与位于衬底的第二区域中的第一导电类型层进行肖特基接触的电极。FET和SBD并联布置，衬底是GaN衬底，并且FET的背面电极和SBD的背面电极(肖特基电极的相对物)形成在GaN衬底的背面上。在此，本发明的半导体器件往往是诸如用于光电装置的电子设备的电器件、用于重型电气设备的电器件、用于汽车电子装置的电器件和用于电动火车等的电器件中的任一个。

在上述结构中，作为切换元件的垂直FET和垂直SBD被并联布置在同一GaN衬底上，并且SBD用作对抗浪涌电压等的FET的保护元件。GaN衬底具有导电性，并且诸如FET的漏电极或SBD的阴极电极的背面电极可以通过欧姆接触被直接形成在GaN衬底的背面上。背面电极可以是同时形成的集成主体，并且可以是漏电极和阴极电极的公共电极。在这种情况下，实现了具有小尺寸的简单结构。FET的沟道可以具有产生二维电子气等的金属氧化物半导体(MOS)结构或高电子迁移率晶体管(HEMT)结构。

此外，由于GaN基漂移层等被直接形成在GaN衬底上，因此不需要使用缓冲层等。通过简化外延叠层体的结构而不使用缓冲层，简化了制造工艺，并因此制造时间可以缩短并且制造产率可以提高。通过将上述优点与将FET和SBD安装在同一GaN衬底上并且以共享方式形成背面电极的优点结合，可以简化整个结构并且可以实现尺寸的减小。

由于在GaN衬底上形成的GaN基半导体层是垂直元件并且具有良好的耐压特性和低的导通电阻，所以可以通过大电流。在沟道具有HEMT结构的情况下，在宽带隙半导体之中，与SiC等相比，使用GaN(GaN包括外延生长的并且具有不同带隙的许多晶体)来容易地形成异质器件。因此，可以容易地形成诸如二维电子气层的沟道。因此，可以实现显著低的导通电阻。

在此，可以被称作漂移层的SBD的第一导电类型层被简称为第一导电类型层，而不用再说“漂移”来将SBD的第一导电类型层与FET的第一导电类型漂移层区分开。在制造方法等的描述中，会存在以下情况：在特定制造方法中，在FET和SBD中形成公共的第一导电类型漂移层。在这种情况下，对于这两种第一导电类型层要额外说“漂移”。

SBD的第一导电类型层和FET的第一导电类型漂移层可以在相同的膜形成时刻处被形成或者可以独立地被形成。如以下所描述的，即使在它们在相同的膜形成时刻处被形成的情况下，也可以在FET和SBD之间设置防止或阻隔电流穿过的物体。