基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管及其制作方法。所述制作方法包括：在衬底上生长形成异质结，其包括第一半导体和形成于第一半导体上的第二半导体，所述第二半导体具有宽于第一半导体的带隙，且异质结中形成有二维电子气；在第二半导体上形成盖帽层，其包括掺杂区和钝化区，所述掺杂区由第三半导体组成并被栅极完全掩盖，钝化区分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间，所述第三半导体用于将异质结内分布于栅下区域的二维电子气耗尽；制作源极、漏极以及栅极。本发明专利技术的增强型晶体管可避免刻蚀P型掺杂区引起的均匀性、重复性和引入损伤问题，还可避免氢等离子体钝化形成的高阻层在高温下可能重新被激活引起的器件可靠性问题。

【技术实现步骤摘要】
基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管及其制作方法
本专利技术涉及一种增强型晶体管，具体涉及一种基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管及其制作方法，属于半导体器件

技术介绍
当今时代随着经济的飞速发展，人们环境保护资源节约的意识越来越浓厚，要求在能源转换过程中的损耗越来越低、效率越来越高，而为了实现这一低损耗高效率的要求，需要电力电子技术来控制能源转换，利用电力电子系统中功率变换的核心器件—功率器件，来有效地对能源进行变换与控制，从而减少转换过程中的能源消耗，实现高效率的转换过程。但是，传统的功率器件已经不能满足现有的技术发展。作为重要的第三代宽禁带半导体材料，氮化镓(GaN)禁带宽度大(3.4eV)、击穿电场高(>3MV/cm)，AlGaN/GaN异质结的二维电子气浓度高(>1013cm-2)、电子饱和漂移速度高(2.8×107cm/s)，且GaN材料的化学惰性和高温稳定性好。因此，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)能够获得很高的击穿电压、功率密度以及极高的工作频率，且开关损耗非常小。由于GaN基异质结中存在着较强的自发极化和压电极化，在AlGaN/GaN界面处会形成高浓度的二维电子气，因此，常规的GaN基HEMT是耗尽型器件，也称常开型器件。在实际电路中，需要一个负压电源将器件关闭，因此存在误开启的危险。所以，对于电力电子电路的设计，增强型HEMT器件必不可少，成为目前的研究热点，也是目前迫切需要解决的一个技术难题。在增强型AlGaN/GaNHEMT器件的实现过程中，主要的目的是通过各种技术手段将栅下的二维电子气耗尽，使器件在零偏压下处于关闭状态，目前几种主要实现增强型HEMT器件的方法有：凹栅结构、氟离子注入技术和p型盖帽层技术等，这些技术各有其优劣之处。近年来，有研究人员基于氢等离子体钝化P型掺杂区盖帽层方法而实现了增强型的高迁移率晶体管，其过程可以包括：利用AlGaN与GaN形成异质结，由于极化的作用在异质结位置产生二维电子气(2DEG)，然后在AlGaN/GaN异质结上生长了一层P型掺杂区(以P-GaN为例)，提高空穴浓度，耗尽沟道中的二维电子气，沉积金属电极，然后再通过H2等离子体钝化，使得没有被栅极金属覆盖部分的P型掺杂区与H2发生钝化反应形成高阻层，失去耗尽沟道二维电子气的作用，将非栅下区域的二维电子气释放出来，而栅下区域的P型掺杂区没有与H2等离子体反应，仍然起着耗尽栅下沟道二维电子气的作用，实现了器件的增强型特性。这种方法让非栅下区域的P型掺杂区盖帽层与H2等离子体反应形成高阻层，避免了刻蚀方法引起的刻蚀均匀性、重复性和引入损伤等问题，但非栅下区域P型掺杂区在于H2等离子体钝化形成的高阻层，当器件工作温度超过450℃时，被钝化的P型掺杂区高阻层有可能被重新激活，因此氢等离子体钝化方法的长期可靠性有待进一步验证。此外，非栅下区域P型掺杂区虽然被钝化为高阻层，仍然具有一定的极化作用，会降低影响沟道二维电子气浓度，降低饱和电流。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管及其制作方法。为实现以上专利技术目的，本专利技术采用了如下所述的技术方案：本专利技术实施例提供了一种基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管的制作方法，其包括：在衬底上生长形成异质结，其包括第一半导体和形成于第一半导体上的第二半导体，所述第二半导体具有宽于第一半导体的带隙，且所述异质结中形成有二维电子气；在所述第二半导体上形成盖帽层，所述盖帽层包括掺杂区和钝化区，所述掺杂区由第三半导体组成并被栅极完全掩盖，所述钝化区分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间，所述第三半导体用于将所述异质结内分布于栅下区域的二维电子气耗尽；制作源极、漏极以及栅极，其中栅极位于源极与漏极之间，源极与漏极能够通过所述二维电子气电连接。在一些实施方案中，所述的制作方法还可包括：在所述第二半导体上生长连续的第三半导体，对分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的第三半导体进行氧化处理，从而形成所述钝化区，且保留位于栅下区域的第三半导体而形成所述掺杂区。进一步地，所述氧化处理的方法包括干法热氧化、湿法热氧化、O2等离子体处理、O3等离子体处理中的任一种。在一些实施方案中，所述的制作方法还可包括：在所述第二半导体上生长第三半导体，并形成所述掺杂区；在所述第二半导体上位于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的区域内生长钝化材料，从而形成所述钝化区，且使所述掺杂区与钝化区配合形成所述盖帽层。在一些实施方案中，所述的制作方法还可包括：在所述第二半导体上生长连续的第三半导体；除去分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的第三半导体，并保留位于栅下区域的第三半导体而形成所述掺杂区；以及在所述第二半导体上位于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的区域内生长钝化材料，从而形成所述钝化区。进一步地，第一半导体、第二半导体、第三半导体的材质选自Ⅲ族氮化物，所述钝化区由Ⅲ族氧化物形成。进一步地，所述第二半导体的材质包括AlGaN。进一步地，所述第一半导体的材质包括GaN。进一步地，所述第三半导体的材质包括p型GaN。进一步地，所述钝化区的材质包括氧化镓。进一步地，所述的制作方法包括：至少以MOCVD、HVPE、MBE中的任一种方式生长形成所述异质结、第三半导体。进一步地，所述的制作方法包括：至少以ALD、MOCVD、MBE中的任一种方式生长所述钝化材料。进一步地，所述的制作方法包括：采用干法刻蚀和/或湿法刻蚀方式刻蚀除去分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的第三半导体。本专利技术实施例还提供了一种基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管，其包括：异质结，其包括第一半导体和形成于第一半导体上的第二半导体，所述第二半导体具有宽于第一半导体的带隙，且所述异质结中形成有二维电子气；形成于第二半导体上的盖帽层，其包括掺杂区和钝化区，所述掺杂区由第三半导体组成并被栅极完全掩盖，所述钝化区分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间，所述第三半导体用于将所述异质结内分布于栅下区域的二维电子气耗尽；源极、漏极以及栅极，其中栅极位于源极与漏极之间，源极与漏极能够通过所述二维电子气电连接。进一步地，所述掺杂区与钝化区一体设置。进一步地，所述第一半导体与第二半导体之间还分布有插入层。进一步地，所述异质结形成在缓冲层上，所述缓冲层形成在衬底上。进一步地，所述增强型晶体管还包括第四半导体，所述第一半导体形成在第四半导体上。优选的，所述第四半导体的材质包括AlGaN。进一步地，所述源极、漏极与异质结之间形成欧姆接触；和/或，所述栅极与掺杂区之间形成肖特基接触。进一步地，当在所述栅极上施加的电压大于开启电压时，所述源极和漏极通过二维电子气电连接，使所述增强型晶体管开启；而当在所述栅极上施加的电压小于所述开启电压时，所述异质结内位于栅下区域的二维电子气被耗尽，使所述增强型晶体管关闭。较之现有技术，本专利技术的优点包括：1)相比于现有技术中部分刻蚀P型掺杂区盖帽层方法，本专利技术采用Ⅲ族氧化物钝化层由于不需要对器件的P型掺杂区进行刻蚀，避免了因刻蚀工艺引入的均匀性、重复性和引入损伤问题，从而可以保证栅下沟道层的高电子迁移率不会受影响；2)相比于现有技术中的氢等离子体钝化P型掺杂区盖帽层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管的制作方法，其特征在于包括：在衬底上生长形成异质结，其包括第一半导体和形成于第一半导体上的第二半导体，所述第二半导体具有宽于第一半导体的带隙，且所述异质结中形成有二维电子气；在所述第二半导体上形成盖帽层，所述盖帽层包括掺杂区和钝化区，所述掺杂区由第三半导体组成并被栅极完全掩盖，所述钝化区分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间，所述第三半导体用于将所述异质结内分布于栅下区域的二维电子气耗尽；制作源极、漏极以及栅极，其中栅极位于源极与漏极之间，源极与漏极能够通过所述二维电子气电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于Ⅲ族氧化物钝化的增强型晶体管的制作方法，其特征在于包括：在衬底上生长形成异质结，其包括第一半导体和形成于第一半导体上的第二半导体，所述第二半导体具有宽于第一半导体的带隙，且所述异质结中形成有二维电子气；在所述第二半导体上形成盖帽层，所述盖帽层包括掺杂区和钝化区，所述掺杂区由第三半导体组成并被栅极完全掩盖，所述钝化区分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间，所述第三半导体用于将所述异质结内分布于栅下区域的二维电子气耗尽；制作源极、漏极以及栅极，其中栅极位于源极与漏极之间，源极与漏极能够通过所述二维电子气电连接。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于包括：在所述第二半导体上生长连续的第三半导体，对分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的第三半导体进行氧化处理，从而形成所述钝化区，且保留位于栅下区域的第三半导体而形成所述掺杂区。3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述氧化处理的方法包括干法热氧化、湿法热氧化、O2等离子体处理、O3等离子体处理中的任一种。4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于包括：在所述第二半导体上生长第三半导体，并形成所述掺杂区；在所述第二半导体上位于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的区域内生长钝化材料，从而形成所述钝化区，且使所述掺杂区与钝化区配合形成所述盖帽层。5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于包括：在所述第二半导体上生长连续的第三半导体；除去分布于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的第三半导体，并保留位于栅下区域的第三半导体而形成所述掺杂区；以及在所述第二半导体上位于栅极与漏极之间以及栅极与源极之间的区域内生长钝化材料，从而形成所述钝化区。6.根据权利要求1-5中任一项所述的制作方法，其特征在于：第一半导体、第二半导体、第三半导体的材质选自Ⅲ族氮化物，所述钝化区由Ⅲ族氧化物形成。7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述第二半导体的材质包括AlGaN；和/或，所述第一半导体的材质包括GaN；和/或，所述第三半导体的材质包括p型GaN；和/或，所述钝化区的材质包括氧化镓。8.根据权利要求1-5中任一项所述的制作方法，其特征在于包括：至少以MOCVD、HVPE、MBE中的任一种方式生长形成所述异质结、第三半导体。9.根据权利要求4-5中任一项所述的制作方法，其特征在于包括：至少以ALD、MOCVD、MBE中的任一种方式生长所述钝化材料。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝顺，何涛，付凯，孙驰，史峰峰，邓旭光，于国浩，范亚明，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32