CN111816702B 一种空穴沟道半导体晶体管、制造方法及其应用 （广东致能半导体有限公司）

道海滨社区宝兴路6号海纳百川总部WO2018181237A1,2018.10本公开内容提供一种非平面空穴沟道晶体而同时在所述势垒层和所述沟道层的界面处形成二维空穴气和/或二维电子气。本公开内容提2提供一基片，在其上表面刻蚀出台阶状结构，所述台阶状结构具有从所述垂直表面处为核心，受所述第二表面的限制，垂直所述第二表面在所述沟道层上形成势垒层，从而同时在所述势垒层和所述所述漏极、所述栅极和所述源极在大致垂直所述基片的第一表面的方向上依序设置，3.如权利要求1所述的方法，其中所述垂直表面选自Al2O3的(0001)面，4H－SiC的4.如权利要求3所述的方法，其中在所述基片的除所述垂直表面外的其他表面上形成5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一绝缘层形成的方法包括在所述基片上共面7.如权利要求6所述的方法，其中由所述成核层材料形成的多晶或非晶层去除或保留15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一沟道层和所述第二沟道层的材料相同或318.如权利要求17所述的方法，其中还包括去除覆盖在所述第一沟道层＜0001＞方向19.如权利要求18所述的方法，其中在所述第一沟道层＜0001＞方向上形成第四绝缘22.如权利要求21所述的方法，其中所述第23.如权利要求22所述的方法，其中所述源极和所述漏极与所述晶体管的所述沟道层24.如权利要求22所述的方法，其中所述栅极与所述势垒层形成肖特基接触或形成绝25.如权利要求24所述的方法，其中所述绝缘接触为在所述势垒层上对应于所述栅极26.如权利要求25所述的方法，其中所述栅绝缘通过所述二维电子气使得所述体电极与所述N型掩埋层31.如权利要求25所述的方法，其中所述漏极的形成方法进一步包括通过在所述基片32.如权利要求31所述的方法，其中所述栅极的形成方法进一步包括在所述第一金属层上共面沉积形成第二绝缘层，所述第二绝缘层的高度露出所述势垒层或所述栅绝缘层，面上少量沉积的所述第二金属层。33.如权利要求32所述的方法，其中所述源极的形成方法进一步在所述第二金属层上4一基片，其上形成一台阶状结构，所述台阶状结构具有大在所述沟道层上形成势垒层，从而同时在所述势垒层和所述35.如权利要求34所述的晶体管，其中所述基片选自Al2O3、本征GaN、4H－SiC以及37.如权利要求35所述的晶体管，其中在所述基片的除所述垂直表面外的其他表面上42.如权利要求38所述的晶体管，其中在所述第一绝缘层上具有所述成核层材料形成48.如权利要求47所述的晶体管，其中所述第一沟道层和所述第二沟道层的材料相同杂的GaN；或者所述第三沟道层为掺杂浓度＜1E18/cm3的GaN；或者所述第三沟道层为51.如权利要求50所述的晶体管，其中在所述第一沟道层＜0001＞方向上不具有所述552.如权利要求51所述的晶体管，其中在所述第一沟道层＜0001＞方向上具有第四绝56.如权利要求55所述的晶体管，其中还具有电极的连接，实现所述N型掩埋层与所述P型GaN构成的所述第一沟道层形成的体二极管的57.如权利要求56所述的晶体管，其中所述体58.如权利要求55所述的晶体管，其中所述第一沟道层中对应于漏极区域进行P型掺59.如权利要求54所述的晶体管，其中所述物理接触，并与所述二维空穴气欧姆接触；或者所述源极/漏极与所述势垒层进行物理接61.如权利要求60所述的晶体管，其中还具有一体电电极的连接，实现所述N型掩埋层与所述P型GaN构成的所述第一沟道层形成的体二极管的62.如权利要求61所述的晶体管，其中所述体电极与63.如权利要求60所述的晶体管，其中所述第一沟道层中对应于漏极区域进行P型掺64.如权利要求54所述的晶体管，其中所述栅极与所述势垒层形成肖特基接触或形成66.如权利要求65所述的晶体管，其中还具有一体电电极的连接，实现所述N型掩埋层与所述P型GaN构成的所述第一沟道层形成的体二极管的667.如权利要求66所述的晶体管，其中所述体电极与68.如权利要求65所述的晶体管，其中所述第一沟道层中对应于漏极区域进行P型掺69.如权利要求64所述的晶体管，其中所述绝缘接触是在所述栅极和所述势垒层之间在所述沟道层上形成势垒层(128)，从而同时在所述势垒层(12所述第一沟道层和所述第二沟道层平行所述基片的上表所述第一沟道层和所述第二沟道层之间夹有N所述N型掩埋层与所述二维空穴气形成体二极管72.如权利要求70所述的器件，其中所述第一沟道层和所述第二沟道层的材料相同或73.如权利要求72所述的器件，其中所述第一沟道74.如权利要求73所述的器件，其中在所述第一沟道层＜0001＞方向上不具有所述势76.如权利要求75所述的器件，其中在所述第一沟道层＜0001＞方向上不具有所述势77.如权利要求75所述的器件，其中在所述第一沟道层＜0001＞方向上具有第四绝缘79.如权利要求70所述的器件，其中所述源极80.如权利要求70所述的器件，其中所述栅极与所述势垒层形成肖特基接触或形成绝781.如权利要求80所述的器件，其中绝缘接触是在所述栅极和所述势垒层之间具有一84.如权利要求83所述的器件，其中所述体电85.一种射频器件，其包括：权利要求1－33中任一项的制造方法制造得到的非平面空穴沟道半导体晶体管，权利要求34－69中任一项的晶体86.一种电力功率器件，其包括：权利要求1－33中任8率半导体和无线通信领域拥有巨大前景。目前虽然探索了实现空穴沟道III族氮化物晶体[0004]基于此，本公开内容提供一种新颖的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造[0006]根据本公开内容的一方面，提供一种非平面空穴沟道半9形成二氧化硅层，进而通过湿法腐蚀去除侧壁上的SiN，保留所述其它表面上的二氧化硅[0025]进一步的，还包括露出所述第一沟槽的(0001)面和(oooi)面。[0032]进一步的，其中所述源电极和漏电极与所述晶体管的所二绝缘层上形成第二金属层，各项同性刻蚀去除所述晶体管的所述势垒层(ocoi)面上少量[0048]进一步的，其中所述基片选自Al2O3、本征GaN、4H－SiC以及(110)面的硅或者埋层与所述P－型GaN构成的所述第一沟道层形成的体二极管的电路应[0076]进一步的，其中所述基片选自Al2O3、本征GaN、4H－SiC以及(110)面的硅或者[0098]本公开内容的方案至少能有助于实现如下效果之一：所述空穴沟道III族氮化物[0101]图1－12示出了根据第一实施方案的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造[0102]图13－15示出了根据第二实施方案的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造[0103]图16－17示出了根据第三实施方案的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造[0104]图18示出了根据第四实施方案的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造方法[0105]图19－21示出了根据第五实施方案的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造[0106]图22－25示出了根据第六实施方案的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造[0107]图26－31示出了根据第七实施方案的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造[0108]图32－33示出了根据第八实施方案的空穴沟道III族氮化物晶体管结构及其制造[0114]III族氮化物半导体主要有纤锌矿(Wurtzite)和闪锌矿(Zinc－blende)两种晶体[0115]因此具体地，本公开内容的III族氮化物晶体管结构包括使用纤锌矿(Wurtzite)2O3的(0001)面，4H－SiC的(0001)面以及硅的(111)面等都具有六角对称的晶格台阶状结构由基片100的第一表面1001，与所述第一表面平行的第二表面1002以及分别连接着所述第一表面1001和第二表面1002的一垂直表面1003，所述垂直表面具有六角对称[0126]去除覆盖在垂直于所述第一沟道层上的所述第二沟道层120，露出所述第一沟道[0127]由于所述沟道层和势垒层采用III族氮化物半导体，III族氮化物半导体具有极些固定极化电荷的存在可吸引可移动的空穴和电子从而形成二维空穴气2DHG和二维电子二沟道层120，露出所述第一沟道层。在所述第一沟道层和所述第二沟道层上形成势垒层成2DHG，同时在＜0001＞方向的第一和第二沟道层内与所述势垒层交界的界面处形成栅电极220的位置不做具体限定，所述源电极和漏电极可以与所述晶体管的所述沟道层所述漏电极直接与所述势垒层130进行物理接触。以及所述栅电极220在所述势垒层130上与势垒层130能形成绝缘接触或者肖特基接触，其中所述绝缘层接触是指在所述栅电极和栅绝缘层300可以起到对所述势垒层的表面钝化作用，其对于降低晶体管的栅漏电流以及对晶体管作为电力电子器件起到了非常重要的作用。片100的所述第一表面的方向上排列。其中所述漏电极210更靠近所述基片100的所述第一需要在基片上生长如成核层等结构才能进一步生长所示以所述成核层为核心侧面外延生长第一沟道[0138]进一步的，可以在所述第二沟道层120中在后续对应于晶体管形成源电极的部分>方向的第一和第二沟道层内与所述势垒层交界的界面处形成2DEG以及不可移动的背景述势垒层130上与势垒层130能形成绝缘接触[0141]其中所述绝缘层接触如图12所示是指在所述栅电极和所述势垒层之间形成一栅绝缘层300，所述栅极绝缘层300的形成方法可以在MOCVD腔室内形成势垒层后，在线(in-述第一表面的方向上排列。其中所述漏电极210更靠近所述基片100的所述第一表面1001。栅电极220位于所述漏电极210与所述源电极2[0144]优选的，当所述第一和第二沟道层中的源极区域和漏极区域存在P－型掺杂的时[0145]本实施方案通过所述垂直表面上生长出的具有不规则横截面的非平面型的III族二沟道层120和所述掩埋层，露出所述第一沟道层的(oooi面和去除覆盖在垂直于所述第一沟道层＜0001＞方向上的所述第二沟道层120和所述掩埋层，露出所述第一沟道层的[0155]所述第三实施方案与所述第一/第二实施方案的区别仅在于：还具有一体电极述势垒层、所述第二沟道层的非极性或半极性面刻蚀出到达所述N型掩埋层的通孔后再进覆盖在垂直于所述第一沟道层＜0001＞方向上的所述势垒层露出所述N型掩埋层，进而在[0158]此外，由所述N型掩埋层与由P－型GaN形成的所述第一沟道层之间天然形成了一[0161]所述第四实施方案与所述第一/第二实施方案的区别仅在于：还具有一体电极基于自发和压电效应在＜0001＞方向的第一和第二沟道层内与所述势垒层交界的界面处基于自发和压电效应形成二维电子气(2DEG)。所述体电极通过二维电子气与N型氮化物半[0163]进一步的，由于沟道层中在自发形成二维电子气时还存在不可移动的背景正电部分抵消背景负电荷产生的电场的分布并增加器[0166]所述第五实施方案与所述第二－第四实施方案的区别在于：在所述第一沟道层、直表面1003外的其他表面上形成有如图22所示的一绝缘层310。优选的所述绝缘层全部覆[0171]应当指出的是，当所述基片为Si基片时，由于所述Si基片的(111)面与(iii)面没有性质差异，因此所述基片的所述垂直表面1003可以是所述Si基片的(111)面或(iii)面。的氮化物半导体难于在所述多晶或非晶的AlN层上成核生长，因此也可以保留所述绝缘层第一表面上形成的第二绝缘层上形成较厚的第一金属层210，所述第一金属层除了在所述第二绝缘层上沉积外，在所述晶体管势垒层的(220，同样的，所述第二金属层除了在所述第二绝缘层上沉积外，在所述晶体管势垒层的(oooi)面上也会有少量沉积，然后通过各项同性腐蚀去除所述晶体管势垒层的(oooi)面上物半导体沟道层平行所述基片第一和第二表面的非极[0192]以上结合具体的实施方案对本公开内容进行了描述，但本领域技术人员应该清