[发明专利]具有主动衬底偏置的双向开关

说明书

本申请涉及具有主动衬底偏置的双向开关，揭示用于双向开关的结构及形成这样结构的方法。衬底接触件形成在衬底中所定义的沟槽中。衬底包含沟槽以及沟槽中的衬底接触件。在衬底上的双向开关包含第一源极/漏极电极、第二源极/漏极电极、第一源极/漏极电极与第二源极/漏极电极间的延伸区、及栅极结构。在衬底上的衬底偏置开关包含栅极结构、耦接到第一衬底接触件的第一源极/漏极电极、耦接到双向开关的第一源极/漏极电极的第二源极/漏极电极、及横向地位于栅极结构与第一源极/漏极区间的延伸区。

技术领域

本发明涉及半导体装置制造及集成电路，且更具体地说，涉及用于双向开关(bidirectional switch)的结构及形成这样结构的方法。

背景技术

双向开关是用于AC-AC矩阵转换器(matrix converter)、太阳能微型逆变器(solar micro-inverter)、电池管理及其他功率装置应用。在双向开关中发现的高压功率电子装置(例如高电子迁移率晶体管(high-electron-mobility transistor))可使用III-V族化合物半导体制造，以利用它们的材料特性(例如载流子迁移率(carrier mobility)大于硅的载流子迁移率，且比硅较高的临界电场强度(critical electric fieldstrength)，从而能够以较低的漏极至源极电阻(lower-drain-to-source resistance)及较小的装置尺寸实现较高电压的操作。III-V族化合物半导体包含与V族元素(氮、磷、砷、锑)组合的III族元素(铝、镓、铟)。高电子迁移率晶体管可包含具有不同带隙(band gaps)的结晶III-V族化合物半导体材料之间的异质结(heterojunction)(例如二元氮化镓与三元氮化铝镓之间的异质结)。在操作期间，在异质结的界面处附近产生二维电子气。

与金属氧化物半导体场效应晶体管不同，高电子迁移率晶体管从源极到漏极欠缺可偏置的本体二极管(body diode)。本体二极管的欠缺有利于切换应用(switchingapplications)，因为可实现改进的双向电流流动。然而，现有的双向开关在装置操作期间未考虑到衬底偏置(substrate biasing)。

对于某些切换应用，一对高电子迁移率晶体管可串联连接以形成双向开关。然而，串联连接需要各装置的额定值是所需总开关电阻的二分之一。

需要改进的双向开关结构及形成这样结构的方法。

发明内容

在本发明的一实施例中，一种结构包含具有沟槽的衬底及在沟槽中的衬底接触件。位于衬底上的双向开关包含第一源极/漏极电极、第二源极/漏极电极、第一源极/漏极电极与第二源极/漏极电极之间的延伸区、及栅极结构。也位于衬底上的衬底偏置开关包含栅极结构、耦接到第一衬底接触件的第一源极/漏极电极、耦接到双向开关的第一源极/漏极电极的第二源极/漏极电极、及横向地位于栅极结构与第一源极/漏极区之间的延伸区。

在本发明的一实施例中，一种方法包含在衬底中形成第一沟槽、在第一沟槽中形成第一衬底接触件、在衬底上形成双向开关、以及在衬底上形成衬底偏置开关。双向开关包含第一源极/漏极电极、第二源极/漏极电极、第一源极/漏极电极与第二源极/漏极电极之间的延伸区、及第一栅极结构。衬底偏置开关包含栅极结构、耦接到第一衬底接触件的第一源极/漏极电极、耦接到双向开关的第一源极/漏极电极的第二源极/漏极电极、及横向地位于栅极结构与第一源极/漏极区之间的延伸区。

附图说明

包含在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的各种实施例，且与上方给出的本发明的一般描述及下方给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的实施例。在各种附图中，相同的附图标记表示相同的特征。

图1是根据本发明实施例的在初始制造阶段的结构的截面视图。

图2是在图1之后的制造阶段的结构的截面视图。

图3是图2的结构的电路示意图。