本公開涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及一種晶體管及其制作方法。

背景技術(shù)：

1、基于gan的晶體管因其卓越的器件特性(低比導(dǎo)通電阻、低開關(guān)損耗和高擊穿電壓)，成為下一代功率開關(guān)應(yīng)用的候選者。

2、在許多功率開關(guān)電路中，例如直流-交流逆變器和升壓轉(zhuǎn)換器，需要晶體管可以低損耗反向?qū)ㄒ蕴峁├m(xù)流電流路徑，以便感性負(fù)載電流不會(huì)被干擾并抑制高電壓峰值。

3、目前，常規(guī)結(jié)構(gòu)的gan高電子遷移率晶體管(high?electron?mobilitytransistor，hemt)可以反向?qū)?，反向?qū)妷簐rt取決于柵源偏壓vgs和閾值電壓vth，vrt＝|vth-vgs|。在實(shí)際功率開關(guān)電路應(yīng)用中，通常采用負(fù)柵源偏壓vgs來防止錯(cuò)誤開啟并提高抗噪能力，使得vrt會(huì)進(jìn)一步增加，進(jìn)而增加反向?qū)〒p耗。為了獲得較低的反向?qū)〒p耗，通常會(huì)外部反并聯(lián)肖特基勢(shì)壘二極管，但會(huì)引入額外的寄生參數(shù)并增加總成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開實(shí)施例提供了一種晶體管及其制作方法，能夠通過晶體管本身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低反向?qū)妷?。所述技術(shù)方案如下：

2、一方面，提供了一種晶體管，所述晶體管包括：第一溝道層、第一勢(shì)壘層、第二溝道層、第二勢(shì)壘層、電介質(zhì)層、源極和漏極；

3、所述第一勢(shì)壘層、所述第二溝道層和所述第二勢(shì)壘層依次層疊在所述第一溝道層上，所述第一勢(shì)壘層、所述第二溝道層和所述第二勢(shì)壘層上開設(shè)有延伸到所述第一溝道層的源極凹槽和漏極凹槽；

4、所述源極位于所述源極凹槽內(nèi)且與所述第一溝道層相連，所述漏極位于所述漏極凹槽內(nèi)且與所述第一溝道層相連，所述電介質(zhì)層位于所述源極和所述源極凹槽的內(nèi)壁之間。

5、可選地，所述第一溝道層、所述第一勢(shì)壘層、所述第二溝道層和所述第二勢(shì)壘層的厚度分別為400～500nm、20～25nm、250～300nm和20～25nm。

6、可選地，所述電介質(zhì)層為hfo2電介質(zhì)層。

7、可選地，所述晶體管還包括緩沖層，所述緩沖層包括algan緩沖層和超晶格緩沖層，所述超晶格緩沖層位于所述algan緩沖層和所述第一溝道層之間。

8、可選地，所述晶體管還包括碳摻雜gan層，所述碳摻雜gan層位于所述超晶格緩沖層和所述第一溝道層之間。

9、另一方面，提供了一種晶體管的制作方法，所述方法包括：

10、制作依次層疊的第一溝道層、第一勢(shì)壘層、第二溝道層和第二勢(shì)壘層；

11、在所述第一勢(shì)壘層、所述第二溝道層和所述第二勢(shì)壘層上開設(shè)延伸到所述第一溝道層的源極凹槽和漏極凹槽；

12、制作電介質(zhì)層；

13、制作源極和漏極，所述源極位于所述源極凹槽內(nèi)且與所述第一溝道層相連，所述漏極位于所述漏極凹槽內(nèi)且與所述第一溝道層相連，所述電介質(zhì)層位于所述源極和所述源極凹槽的內(nèi)壁之間。

14、可選地，所述制作依次層疊的第一溝道層、第一勢(shì)壘層、第二溝道層和第二勢(shì)壘層，包括：

15、在反應(yīng)室溫度為1000～1100℃，反應(yīng)室壓力為190～210mbar，nh3流量為9000～11000sccm，tmga流量為190～210sccm的環(huán)境下，生長(zhǎng)厚度為400～500nm的所述第一溝道層；

16、在反應(yīng)室溫度為1010～1110℃，反應(yīng)室壓力為190～210mbar，nh3流量為4900～5100sccm，tmga流量為190～210sccm，tmal流量為40～60sccm的環(huán)境下，在所述第一溝道層上生長(zhǎng)厚度為20～25nm的所述第一勢(shì)壘層；

17、在反應(yīng)室溫度為1000～1100℃，反應(yīng)室壓力為190～210mbar，nh3流量為9000～11000sccm，tmga流量為190～210sccm的環(huán)境下，在所述第一勢(shì)壘層上生長(zhǎng)厚度為250～300nm的所述第二溝道層；

18、在反應(yīng)室溫度為1010～1110℃，反應(yīng)室壓力為190～210mbar，nh3流量為4900～5100sccm，tmga流量為190～210sccm，tmal流量為40～60sccm的環(huán)境下，在所述第二溝道層上生長(zhǎng)厚度為20～25nm的所述第二勢(shì)壘層。

19、可選地，所述制作電介質(zhì)層，包括：

20、在所述源極凹槽內(nèi)沉積hfo2電介質(zhì)薄膜；

21、對(duì)所述hfo2電介質(zhì)薄膜進(jìn)行圖形化處理，得到hfo2電介質(zhì)層。

22、可選地，所述方法還包括：

23、制作緩沖層，所述緩沖層包括algan緩沖層和超晶格緩沖層，所述超晶格緩沖層位于所述algan緩沖層和所述第一溝道層之間。

24、可選地，所述方法還包括：

25、制作碳摻雜gan層，所述碳摻雜gan層位于所述超晶格緩沖層和所述第一溝道層之間。

26、本公開實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

27、在該晶體管中，第一溝道層、第一勢(shì)壘層、第二溝道層、第二勢(shì)壘層組成的雙異質(zhì)結(jié)形成雙二維電子氣(2deg)溝道，雙2deg溝道作為第一路徑和用于反向?qū)ǖ牡诙窂?。源極凹槽中的源極、電介質(zhì)層和第一溝道層形成金屬氧化物半導(dǎo)體(metal-oxide-semiconductor，mos)溝道二極管(mos-channel?diode，mcd)。mcd充當(dāng)開關(guān)來控制第一路徑，該路徑由金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)組成，該第一路徑將在第二路徑之前打開，由于第一條路徑的引入，使得該晶體管具有額外的反向?qū)ㄍǖ溃兄谠鰪?qiáng)反向?qū)ㄐ阅?，提供額外的反向電流路徑，顯著提高反向電流能力，同時(shí)保持高導(dǎo)通和阻斷性能，減少電源開關(guān)應(yīng)用中的反導(dǎo)損耗。與傳統(tǒng)外部反并聯(lián)肖特基勢(shì)壘二極管相比，不會(huì)引入額外的寄生參數(shù)、不會(huì)增加總成本，也不會(huì)因?yàn)闋奚騻鲗?dǎo)面積而降低擊穿電壓。另外，與相關(guān)技術(shù)中的hemt相比，本公開實(shí)施例提供的晶體管可以獲得較低的反向?qū)妷?vrt)，同時(shí)其vrt與柵源偏壓(vgs)無關(guān)，正向傳導(dǎo)能力和阻斷特性幾乎保持不變。

技術(shù)特征：

1.一種晶體管，其特征在于，所述晶體管包括：第一溝道層(101)、第一勢(shì)壘層(102)、第二溝道層(103)、第二勢(shì)壘層(104)、電介質(zhì)層(105)、源極(106)和漏極(107)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述第一溝道層(101)、所述第一勢(shì)壘層(102)、所述第二溝道層(103)和所述第二勢(shì)壘層(104)的厚度分別為400～500nm、20～25nm、250～300nm和20～25nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的晶體管，其特征在于，所述電介質(zhì)層(105)為hfo2電介質(zhì)層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的晶體管，其特征在于，所述晶體管還包括緩沖層(108)，所述緩沖層(108)包括algan緩沖層(181)和超晶格緩沖層(182)，所述超晶格緩沖層(182)位于所述algan緩沖層(181)和所述第一溝道層(101)之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體管，其特征在于，所述晶體管還包括碳摻雜gan層(109)，所述碳摻雜gan層(109)位于所述超晶格緩沖層(182)和所述第一溝道層(101)之間。

6.一種晶體管的制作方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述制作依次層疊的第一溝道層、第一勢(shì)壘層、第二溝道層和第二勢(shì)壘層，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述制作電介質(zhì)層，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了一種晶體管及其制作方法，屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。所述晶體管包括：第一溝道層、第一勢(shì)壘層、第二溝道層、第二勢(shì)壘層、電介質(zhì)層、源極和漏極；所述第一勢(shì)壘層、所述第二溝道層和所述第二勢(shì)壘層依次層疊在所述第一溝道層上，所述第一勢(shì)壘層、所述第二溝道層和所述第二勢(shì)壘層上開設(shè)有延伸到所述第一溝道層的源極凹槽和漏極凹槽；所述源極位于所述源極凹槽內(nèi)且與所述第一溝道層相連，所述漏極位于所述漏極凹槽內(nèi)且與所述第一溝道層相連，所述電介質(zhì)層位于所述源極和所述源極凹槽的內(nèi)壁之間。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡歷武,馬歡,葛永暉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：京東方華燦光電（蘇州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8