一种半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体器件及其制造方法。半导体器件，包括：衬底，其包括垂直界面；沟道层，其设置在垂直界面之外；以及沟道提供层，其设置在沟道层之外；其中，沟道层中邻近沟道层与沟道提供层的界面形成垂直的二维电子气2DEG或者二维空穴气2DHG。

A Semiconductor Device and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别地涉及一种半导体器件及其制造方法。
技术介绍
III族氮化物半导体是重要的半导体材料，主要包括AlN、GaN、InN及这些材料的化合物如AlGaN、InGaN、AlInGaN等。由于具有直接带隙、宽禁带、高击穿电场强度等优点，以GaN为代表的III族氮化物半导体在发光器件、电力电子、射频器件等领域具有广阔的应用前景。与传统的Si等非极性半导体材料不同，III族氮化物半导体具有极性，或者说他们是极性半导体材料。极性半导体具有许多独特的特性。尤为重要的事，在极性半导体的表面或两种不同的极性半导体界面处存在固定极化电荷。这些固定极化电荷的存在可吸引可移动的电子或空穴载流子，从而形成二维电子气2DEG或二维空穴气2DHG。这些二维电子气2DEG或二维空穴气2DHG的产生不需要附加电场，也不依赖于半导体内的掺杂效应，是自发产生的。极性半导体界面处的二维电子气或二维空穴气可以具有较高的面电荷密度。同时，由于不需要掺杂，二维电子气或二维空穴气受到的离子散射等作用也大大减少，因此具有较高的迁移率。较高的面电荷密度和迁移率使得这种界面处自发产生的二维电子或空穴气体具有良好的导通能力和很高的响应速度。结合氮化物半导体本身固有的高击穿电场强度等优点，这种二维电子气或二维空穴气可被用于制作高电子迁移率晶体管(HEMT)或高空穴迁移率晶体管(HHMT),在高能量、高电压或高频率的应用中性能显著优于传统的Si或GaAs器件。然而，现有的结构却存在较多缺陷，严重制约了其应用范围。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种半导体器件，包括：衬底，其包括垂直界面；沟道层，其设置在垂直界面之外；以及沟道提供层，其设置在沟道层之外；其中，沟道层中邻近沟道层与沟道提供层的界面形成垂直的二维电子气2DEG或者二维空穴气2DHG。如上所述的半导体器件，其中垂直界面的晶格具有六角对称性。如上所述的半导体器件，其中衬底是Si衬底，垂直界面是Si(111)面。如上所述的半导体器件，其中衬底是Al2O3蓝宝石衬底，垂直界面是Al2O3的(0001)面。如上所述的半导体器件，其中衬底是SiC衬底，垂直界面是SiC的(0001)或(000-1)面。如上所述的半导体器件，其中衬底是GaN本征衬底，垂直界面是GaN本征衬底的(0001)面或(000-1)面。如上所述的半导体器件，其中沟道层与沟道提供层之间的界面包括第一极性面，在第一极性面提供二维电子气2DEG。如上所述的半导体器件，其中沟道层与沟道提供层之间的界面包括第二极性面，在第二极性面提供二维空穴气2DHG。如上所述的半导体器件，其中沟道层与沟道提供层之间的界面包括第一极性面和第二极性面，其中在第一极性面提供二维电子气2DEG，在第二极性面提供二维空穴气2DHG。如上所述的半导体器件，进一步包括缓冲层，其在衬底与沟道层之间。如上所述的半导体器件，其中缓冲层的高度高于衬底的高度。如上所述的半导体器件，进一步包括成核层，其在衬底的垂直界面上。如上所述的半导体器件，进一步包括成核层和缓冲层，其中，成核层在衬底的垂直界面上，缓冲层在成核层与沟道层之间。如上所述的半导体器件，其中沟道层的高度高于衬底的高度。如上所述的半导体器件，其中在沟道提供层2DEG区域形成一个或多个电极。如上所述的半导体器件，其中在沟道提供层2DHG区域形成一个或多个电极。如上所述的半导体器件，进一步包括衬底水平面上的绝缘层，其在衬底与沟道层和沟道提供层之间。根据本专利技术的另一个方面，提出一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤：在衬底上形成垂直界面；在垂直界面之外形成沟道层；以及在沟道层之外形成沟道提供层；其中，沟道层中邻近沟道层与沟道提供层的界面形成垂直的二维电子气2DEG或者二维空穴气2DHG。如上所述的方法，进一步包括在衬底上形成绝缘层。如上所述的方法，进一步包括在垂直界面之外形成缓冲层。如上所述的方法，进一步包括在垂直界面上形成成核层。根据本专利技术的另一个方面，提出一种半导体器件，包括：鳍柱；以及一个或多个电极，其设置在鳍柱表面；其中，鳍柱的至少一个垂直面包括二维电子气2DEG或二维空穴气2DHG。如上所述的半导体器件，其中鳍柱包括第一垂直面和第二垂直面，其中，第一垂直面包括二维电子气2DEG；第二垂直面包括二维空穴气2DHG。如上所述的半导体器件，其中鳍柱包括：沟道层；以及沟道提供层，其至少部分覆盖沟道层的垂直面。如上所述的半导体器件，其中鳍柱形成在衬底的垂直界面上。如上所述的半导体器件，其中鳍柱或鳍柱的一部分是通过晶体外延生长形成的。附图说明下面，将结合附图对本专利技术的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：图1是III族氮化物半导体纤锌矿结构的示意图；图2是Si(111)面上生长AlN的原子对应关系示意图；图3A和图3B示出了GaN的晶格结构；图4A和图4B是二维电子气或二维空穴气形成结构示意图；图5是现有的Si衬底HEMT晶体管的结构示意图；图6是根据本专利技术一个实施例的半导体器件的结构示意图；图7A-图7H是根据本专利技术一个实施例的半导体器件的制造方法流程图；图7I是Si(111)面与其他面的几何关系示意图；图7J是Al2O3(蓝宝石)的晶体结构示意图；图7K是4H-SiC的晶体结构的示意图；图7L是不同各项异性腐蚀方式的示意图；图8是根据本专利技术一个实施例仅形成HEMT的半导体器件的示意图；图9是根据本专利技术一个实施例仅形成HHMT的半导体器件的示意图；图10是根据本专利技术一个实施例的高迁移率晶体管的源极、漏极和栅极排布示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。III族氮化物半导体主要有纤锌矿(Wurtzite)和闪锌矿(Zinc-blende)两种晶体结构。由于稳定性及较容易获得较高晶体质量的优势，实际应用的III族氮化物半导体通常具有纤锌矿结构。以下也以纤锌矿结构为例来说明本专利技术的技术方案。在采用相同原理的情况下，本专利技术也可以应用于闪锌矿结构的III族氮化物半导体。图1是III族氮化物半导体纤锌矿结构的示意图，其中黑色圆点表示Al、Ga、In；而白色圆点表示N；a和c是晶格常数，其中a＝0.318nm，c＝0.516nm。III族氮化物半导体纤锌矿结构的GaN或AlN在(0001)面(c面)上具有六角对称性(hexagonalsymmetry)。由于制备GaN和AlN体材料非常昂贵，GaN和AlN通常是在异质衬底上外延生长并制作器件的。最常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：衬底，其包括垂直界面；沟道层，其设置在垂直界面之外；以及半导体沟道提供层，其设置在沟道层之外；其中，沟道层中邻近沟道层与沟道提供层的界面形成垂直的二维电子气2DEG或者二维空穴气2DHG。

【技术特征摘要】
2019.04.12 CN 20191029162461.一种半导体器件，包括：衬底，其包括垂直界面；沟道层，其设置在垂直界面之外；以及半导体沟道提供层，其设置在沟道层之外；其中，沟道层中邻近沟道层与沟道提供层的界面形成垂直的二维电子气2DEG或者二维空穴气2DHG。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中垂直界面的晶格具有六角对称性。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中衬底是Si衬底，垂直界面是Si(111)面。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中衬底是Al2O3蓝宝石衬底，垂直界面是Al2O3的(0001)面。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中衬底是SiC衬底，垂直界面是SiC的(0001)或(000-1)面。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中衬底是GaN本征衬底，垂直界面是GaN本征衬底的(0001)面或(000-1)面。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中沟道层与沟道提供层之间的界面包括第一极性面，在第一极性面提供二维电子气2DEG。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中沟道层与沟道提供层之间的界面包括第二极性面，在第一极性面提供二维空穴气2DHG。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中沟道层与沟道提供层之间的界面包括第一极性面和第二极性面，其中在第一极性面提供二维电子气2DEG，在第二极性面提供二维空穴气2DHG。10.根据权利要求1所述的半导体器件，进一步包括缓冲层，其在衬底与沟道层之间。11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中缓冲层的高度高于衬底的高度。12.根据权利要求1所述的半导体器件，进一步包括成核层，其在衬底的垂直界面上。13.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎子兰，
申请(专利权)人：广东致能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44