[發明專利]一種增強型晶體管的制備方法及增強型晶體管

在審

• 申請號: 202111602296.0
• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114496789A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 季亞軍;吳勇;王東;陳興;黃永;韓超;陳軍飛;操焰;常娟雄;陸俊;孫凱;張進成
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學蕪湖研究院
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/06;H01L29/778
• 代理公司: 上海駟合知識產權代理有限公司 31405
• 代理人: 于秀

本發明公開了一種增強型晶體管的制備方法及增強型晶體管，其中的方法包括如下步驟：提供包含第一半導體層和第二半導體層的異質結；第二半導體層形成于第一半導體層上，異質結中形成有二維電子氣；第二半導體層包括第一勢壘層、插入層和第二勢壘層，插入層的熱分解溫度低于第二勢壘層的熱分解溫度；對第二半導體層進行干法刻蝕形成延伸至插入層中的第一凹槽；對第一凹槽進行熱分解刻蝕，形成第二凹槽；在第二凹槽中外延生長P型摻雜層；制備源極、漏極和柵極；源極和漏極均生長于第二半導體層內，柵極位于源極和漏極之間，且柵極生長于P型摻雜層上。通過執行本發明中的方法，能夠實現高性能增強型晶體管器件的制備。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及到一種增強型晶體管的制備方法及增強型晶體管。

背景技術

電力電子器件是電力電子系統的核心元件。隨著電力電子技術的快速發展，傳統的硅材料以及第二代半導體材料局限性日益凸顯，基于這些材料的電力電子器件已經無法滿足電力系統在高頻化、低損耗和大功率容量等方面的迫切需求。以GaN和SiC為代表的第三代寬禁帶半導體材料因具有大的禁帶寬度、高的臨界擊穿電場和極強的抗輻射能力等特點，在電力電子器件方面顯示出卓越的優勢。寬禁帶半導體材料GaN具有禁帶寬度大、飽和電子漂移速度高、臨界擊穿電場大、化學性質穩定等特點。與SiC材料不同，GaN除了可以利用GaN體材料制作器件以外，還可以利用GaN所特有的異質結結構制作高性能器件。基于AlGaN/GaN異質結結構中的二維電子氣(2DEG)面密度約10¹³cm^-2，遷移率高于1500cm²/(v·s)，使得GaN器件具有低導通電阻和高工作頻率，能滿足下一代電力電子系統對功率器件更大功率、更高頻率、更小體積和更惡劣高溫工作的要求。

常規的AlGaN/GaN HEMT由于材料極化特性，即使不加任何柵壓，在溝道中存在高濃度的2DEG，使得器件處于常開狀態，即為耗盡型器件。為了實現關斷功能，必須施加負的柵極電壓才可以。而在功率開關中，從安全和節能等角度都要求開關為常關狀態，因此大量工作致力于實現增強型GaN基HEMT器件。

發明內容

因此，本發明主要目的在于提供一種增強型晶體管的制備方法及增強型晶體管，以克服現有技術的不足。

為此，根據第一方面，本發明提供了一種增強型晶體管的制備方法，包括如下步驟：

提供包含第一半導體層和第二半導體層的異質結；第二半導體層形成于第一半導體層上，且具有寬于第一半導體層的帶隙，異質結中形成有二維電子氣；第二半導體層包括第一勢壘層、插入層和第二勢壘層，插入層的熱分解溫度低于第二勢壘層的熱分解溫度；

對第二半導體層進行干法刻蝕形成延伸至插入層中的第一凹槽；

對第一凹槽進行熱分解刻蝕，形成第二凹槽；熱分解刻蝕到達第二勢壘層時自停止；

在第二凹槽中外延生長P型摻雜層；P型摻雜層用于使分布于柵下區域的二維電子氣耗盡；

制備源極、漏極和柵極；源極和漏極均生長于第二半導體層內，柵極位于源極和漏極之間，且柵極生長于P型摻雜層上。

進一步地，P型摻雜層生長于第二凹槽內以及第一勢壘層上；制備源極、漏極和柵極的步驟之前，還包括：

在P型摻雜層上設置掩膜層，并熱氧化從掩膜層中暴露的P型摻雜層形成高阻層；掩膜層覆蓋柵極、源極和漏極的生長區域。

進一步地，對第一凹槽進行熱分解刻蝕，形成第二凹槽的步驟，包括：

在化學氣相沉積反應室中分解氣氛下對第一凹槽進行熱分解刻蝕，形成第二凹槽；此時，化學氣相沉積反應室中的溫度為第一溫度；

在第二凹槽中外延生長P型摻雜層的步驟，包括：