[發明專利]一種半導體晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202111188640.6
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113948569A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 王曉波
• 申請（專利權）人: 西安瑞芯光通信息科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335;H01L29/49
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發明公開了一種半導體晶體管及其制備方法，采用第三代半導體氮化鎵及其化合物為外延材料，通過摻雜形成P型和N型區，利用異質結材料表面的2DEG作為導電通道，同時利用金屬和二氧化硅來作為柵極，在柵極未施加電壓時，源極和漏極之間相當于N?i?P?i?N結構，無法導通，通過在柵極施加電壓，使得源極和漏極下方的N?AlGaN中的電子被電場吸引到表面層，于源極和漏極兩處的AlGaN/GaN所形成的2DEG形成導電通道，N?i?P?i?N結構可以增大擊穿電壓，提升產品電壓特性，2DEG的導電通道可以提升電子遷移率，相比半導體本身的多子導電通道，提升了開關相應速率和頻率。

技術領域

本發明涉及半導體電子信息技術領域，更具體的說是涉及一種半導體晶體管及其制備方法。

背景技術

隨著半導體材料的發展，晶體管的設計和方法也在一直改進，目前第三代寬禁帶半導體，以其寬的禁帶常數、更高的電子遷移率、抗輻射能力強、擊穿電場強度好、耐高溫等特點，在半導體領域已經取得廣泛應用,其芯片具有反向阻斷電壓高、正向導通電阻低、工作頻率高等特性，是非常理想的材料，尤其是基于二維電子氣(2DEG)結構，使其制造的器件具有很高的電子遷移率。

目前硅基的MOSFET在制造工藝上已經非常成熟，硅基產品從價格上也具有巨大優勢，相比第三代GaN等材料，硅的電子遷移率和耐高壓及工作溫度特性都有所欠缺，基于第三代半導體材料的GaN已經發展出如HEMT(或異質結場效應晶體管HFET，調制摻雜場效應晶體管MODFET)器件，并且已經取得很好的效果，但是也存在如柵極耐壓性低和工藝復雜等問題。

因此，如何綜合現有器件結構優勢和材料的優勢，得到更優化的半導體晶體管及其制備方法，是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種新半導體電子晶體管結構和制造方法，采用(Si)硅基或者(SiC)碳化硅等作為基底，采用第三代半導體GaN/AlGaN等作為外延層材料，結合硅基MOSFET和氮化鎵材料HEMT等晶體管設計優勢和材料優勢，構成全新的具有優良特性的電子率晶體管。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種半導體晶體管，包括外延層、S/D電極區、二氧化硅層以及G電極；

其中，所述S/D電極區以及二氧化硅層均位于所述外延層上方，所述G電極位于所述二氧化硅層上方；

所述外延層包括基底以及依次位于基底上方的GaN層、P-GaN層、i-GaN層、i-AlN層以及n-AlGaN層；

所述S/D電極區包括S電極和D電極、所述S電極和D電極分別位于所述n-AlGaN層兩端，且底部貫穿所述n-AlGaN層與所述i-AlN層頂面接觸；

所述二氧化硅層位于所述n-AlGaN層中間位置，且底部貫穿所述n-AlGaN層與所述i-AlN層頂面接觸。

優選的，上述的一種半導體晶體管，還包括：保護層；所述保護層設置于所述S電極、D電極和G電極以外的n-AlGaN層以及二氧化硅層上方，且所述S電極和D電極的兩側被所述保護層包覆。

優選的，所述基底材料為Si或SiC。

優選的，所述GaN層的厚度為10-30nm。

更優選的，所述GaN層包括厚度為5-20nm的第一GaN層和厚度為為5-10nm的第二GaN層。

優選的，所述P-GaN層包括一層鎂摻雜濃度為10¹⁵-10¹⁷cm^-3的第一P-GaN層和一層鎂摻雜濃度為10¹⁷-10²⁰cm^-3的第二P-GaN層；所述第一P-GaN層的厚度為5-10nm；所述第二P-GaN層的厚度為200-300nm。