一种鳍状半导体器件、制造方法及其应用技术

本公开内容提供一种半导体器件及其制造方法。所述半导体器件包括多个空穴沟道的III族氮化物器件和多个电子沟道的III族氮化物器件。其中所述空穴沟道的III族氮化物器件与所述电子沟道的III族氮化物器件对应设置。所述电子沟道的III族氮化物器件具有鳍状沟道，且可同时在所述化合物半导体层和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气和/或二维电子气。本公开内容提供具有工艺简单、成本低廉、在单位面积上实现更高的沟道密度，具有高耐受电压、高功率和低导通电阻等高性能、安全、节能的常闭型电子和或空穴沟道III族氮化物晶体管。

【技术实现步骤摘要】
一种鳍状半导体器件、制造方法及其应用
本公开内容涉及半导体领域，更具体而言，涉及一种鳍状半导体器件、制造方法及其应用。
技术介绍
III族氮化物半导体是一种重要的新型半导体材料，主要包括AlN、GaN、InN及这些材料的化合物如AlGaN、InGaN、AlInGaN等。利用所述III族氮化物半导体具有直接带隙、宽禁带、高击穿电场强度等优点，通过器件结构与工艺的优化设计，III族氮化物半导体在功率半导体和无线通信领域拥有巨大前景。此外，现有的半导体器件的结构设计多为横向器件，单位面积上的集成度不够高；以及现有的III族氮化物半导体器件器件为常开型器件，也就是在第三电极上无偏压时，器件处于导通的状态，然而在许多应用中，半导体器件必须是常关型器件，对节约能源和应用安全也很不利。基于此，本公开内容提供一种新的鳍状半导体器件结构及其制造方法，旨在克服上述缺陷，提供具有工艺简单、成本低廉、在单位面积上实现更高的沟道密度，可同时具有电子沟道和空穴沟道，具有高耐受电压、高功率和低导通电阻等高性能、安全、节能的半导体器件。
技术实现思路
在下文中将给出关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。它并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。根据本公开内容的一方面，提供一种鳍状电子沟道半导体器件的制造方法，包括：>提供一衬底，在其上表面刻蚀出阶梯状结构，所述阶梯状结构具有大致平行的第一平面和第二平面，以及分别连接第一平面和第二平面的第三表面，且所述第三表面的晶格具有六角对称性；从所述第三表面处为核心，受所述第二平面的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长鳍状的氮化物半导体层；在所述氮化物半导体层上形成第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层(130)和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气及不可移动的背景负电荷；和/或所述二维电子气及不可移动的背景正电荷。进一步的，其中所述基片选自Al2O3、4H－SiC、(110)面的硅或(112)面的硅。进一步的，其中所述第三表面选自Al2O3的(0001)面，4H－SiC的(0001)面以及硅的(111)面。进一步的，其中在所述衬底的除所述第三表面外的其他表面上形成第一绝缘层。进一步的，其中所述第一绝缘层形成的方法包括在所述衬底上共面沉积SiN，通过垂直取向的蚀刻技术，仅保留所述第三表面上的SiN，然后在除第三表面以外的其他表面上形成二氧化硅层，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层。进一步的，还包括在所述第三表面处形成籽晶层，所述籽晶层形成在所述第三表面的部分表面上；或所述籽晶层形成在所述第三表面的全部表面上。进一步的，其中由所述籽晶层材料形成的多晶或非晶层去除或保留在所述第一绝缘层上。进一步的，其中当所述衬底为硅衬底时，必须具有所述籽晶层。进一步的，还包括以所述籽晶层为核心，侧向外延生长一缓冲层。进一步的，还包括以所述籽晶层或以所述缓冲层为核心，侧向外延生长第一氮化物半导体层(110)。进一步的，还包括以所述第一氮化物半导体层(110)为核心，侧向外延生长一P型掩埋层。进一步的，其中所述掩埋层能耗尽95－100％的二维电子气。进一步的，其中能通过将所述P型掩埋层与所述二维电子气构成体二极管，对所述器件起到保护作用。进一步的，还包括以所述第一氮化物半导体层(110)或所述掩埋层为核心，继续侧向外延生长第二氮化物半导体层(120)。进一步的，其中所述第一氮化物半导体层(110)和所述第二氮化物半导体层(120)的材料相同或不同。进一步的，其中所述第一氮化物半导体层(110)为N－型GaN或P－型GaN，所述第二氮化物半导体层(120)为本征GaN或N－型GaN。进一步的，还包括露出所述第一沟槽层的(0001)面；或同时露出所述第一氮化物半导体层的(0001)和面。进一步的，其中还包括去除覆盖在所述第一氮化物半导体层方向的所述第一化合物半导体层。进一步的，其中在所述第一氮化物半导体层方向上形成第四绝缘层。进一步的，其中当所述第二氮化物半导体层为N－型GaN时，所述P型掩埋层与所述第二氮化物半导体层形成PN结构。进一步的，还包括在沉积所述第一化合物半导体层(130)之前，沉积形成第二化合物半导体层(160)。进一步的，其中所述第二化合物半导体层(160)为非故意掺杂或本征的GaN；或者所述化合物半导体层160选自AlN、InGaN、AlInN或AlInGaN。进一步的，还包括形成器件的第一电极、第二电极和第三电极。进一步的，其中所述第一电极和第二电极与所述器件的所述氮化物半导体层进行物理接触，并与所述二维电子气欧姆接触；或者所述第一电极和第二电极与所述化合物半导体层进行物理接触，形成欧姆接触。进一步的，其中所述第三电极与所述第一化合物半导体层形成肖特基接触或形成绝缘接触。进一步的，其中所述绝缘接触为在所述第一化合物半导体层上对应于所述第三电极位置处形成一栅介质层。进一步的，其中所述栅介质层的形成方法是通过MOCVD法形成所述第一化合物半导体层(130)后，在线(in－situ)同位生长所述栅介质层；或者所述栅介质层在与所述第一化合物半导体层(130)不同的生长设备中另行生长。进一步的，其中所述第一电极、第三电极极和第二电极在大致垂直所述衬底的第一平面的方向上依序设置，所述第一电极和第二电极的位置能互换。进一步的，还包括形成与所述掩埋层连接的体电极。进一步的，其中通过与所述掩埋层物理接触形成所述体电极。进一步的，其中通过与所述二维空穴气欧姆接触形成所述体电极，进而通过所述二维空穴气使得所述体电极与所述掩埋层电性连接。进一步的，所述体电极使得所述器件被关闭时，耗尽第二和第三电极之间的全部或部分二维空穴气，进而仅剩下所述背景负电荷，从而器件关闭时耗尽的抵消所述背景正电荷产生的电场，使得所述电场分布更均匀。进一步的，其中所述第二电极的形成方法进一步包括通过在所述衬底第一平面上形成第一金属层，各项同性刻蚀去除所述器件的所述第一化合物半导体层(0001)面上少量沉积的所述第一金属层。进一步的，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，所述第二绝缘层露出所述化合物半导体层130或所述栅介质层，然后再在所述第二绝缘层上形成第二金属层，各项同性刻蚀去除所述器件的所述第一化合物半导体层(0001)面上少量沉积的所述第二金属层。进一步的，其中所述第一电极的形成方法进一步在所述第二金属层上共面沉积形成第三绝缘层，然后再在所述第三绝缘层上形成第三金属层，然后通过光刻刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鳍状电子沟道半导体器件的制造方法，包括：/n提供一衬底，在其上表面刻蚀出阶梯状结构，所述阶梯状结构具有大致平行的第一平面和第二平面，以及分别连接第一平面和第二平面的第三表面，且所述第三表面的晶格具有六角对称性；/n从所述第三表面处为核心，受所述第二平面的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长鳍状的氮化物半导体层；/n在所述氮化物半导体层上形成第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层(130)和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气及不可移动的背景负电荷；和/或所述二维电子气及不可移动的背景正电荷。/n

【技术特征摘要】
20190412 CN 20191029162461.一种鳍状电子沟道半导体器件的制造方法，包括：
提供一衬底，在其上表面刻蚀出阶梯状结构，所述阶梯状结构具有大致平行的第一平面和第二平面，以及分别连接第一平面和第二平面的第三表面，且所述第三表面的晶格具有六角对称性；
从所述第三表面处为核心，受所述第二平面的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长鳍状的氮化物半导体层；
在所述氮化物半导体层上形成第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层(130)和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气及不可移动的背景负电荷；和/或所述二维电子气及不可移动的背景正电荷。


2.如权利要求1中任一项所述的方法，还包括形成与所述掩埋层连接的体电极。


3.一种鳍状电子沟道半导体器件，包括：
一衬底，其上形成一阶梯状结构，所述阶梯状结构具有大致平行的第一平面和第二平面，以及分别连接第一平面和第二平面的第三表面，且所述第三表面的晶格具有六角对称性；
以所述第三表面为核心，受所述第二平面的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长的鳍状氮化物半导体层；
在所述氮化物半导体层上形成所述第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合...

【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