【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體，尤其涉及一種具有2dhg和2deg的增強型sic外延結構及制備方法。
技術介紹
1、在氮化鎵高電子遷移率晶體管(gan?hemt)器件中，一般選擇si、sic或者是藍寶石作為生長gan的襯底。然而，gan與這些襯底材料均存在晶格失配和熱失配，使得生長的gan的晶體質量較差，存在大量的缺陷。
2、algan/gan?hemt器件中，提高algan勢壘層中的al組分或厚度可以有效提高二維電子氣(2deg)的濃度。但是，al組分的增加會使algan與gan之間的晶格失配加大，容易產生弛豫，所以又必須限制algan層的厚度。
3、二維電子氣遷移率也會隨著al組分或厚度的增大而發(fā)生變化，勢壘層al組分或厚度增加引起二維電子氣密度增加、分布變窄且更靠近異質界面造成各種散射作用發(fā)生變化，是導致二維電子氣遷移率下降的主要原因。當al組分增加時，界面粗超度散射和合金無序散射在所有散射機制中的比重越來越大，是影響遷移率的主要因素。
4、基于硅材料的功率半導體的性能已經接近其物理極限，無法滿足當今社會中對能源高效轉換的要求，要進一步提高電力電子器件的性能則需訴諸于綜合性能更優(yōu)越的第三代半導體。
5、第三代半導體材料包括氮化鎵、碳化硅等寬禁帶化合物半導體材料，其中，碳化硅具備低導通電阻、高頻、耐高溫與耐高壓等優(yōu)勢，可應用于1200伏特以上的高壓環(huán)境。相較于氮化鎵，碳化硅更耐高溫、耐高壓，較適合應用于嚴苛的環(huán)境，應用層面廣泛，如風電、鐵路等大型交通工具，及太陽能逆變器、不斷電系統(tǒng)、智慧
6、在sic多型體中，3c-sic、4h-sic、6h-sic等晶型應用最廣泛，在這些晶型當中，3c-sic的飽和電子漂移速率、電子遷移率和空穴遷移率最高，而4h-sic的禁帶寬度和臨界擊穿場強最高。同時，3c-sic禁帶寬度為2.3ev，4h-sic的禁帶寬度高達3.2ev，禁帶寬度差達0.9ev，由于禁帶寬度相差大，3c-sic與4h-sic形成的異質結結構在異質結器件里有很大的潛力。
7、影響異質結能帶結構的另一個重要因素是纖鋅礦結構sic的自發(fā)極化。六方晶系如4h-sic、6h-sic等晶型對稱性較低并且c、si原子對電子的吸引程度不一樣，六方晶系的sic存在自發(fā)極化效應，而立方形結構的3c-sic由于各向對稱度比較高無自發(fā)極化特性。當考慮sic的自發(fā)極化效應時，異質結能帶的結構變的更為復雜。主要體現，在4h-sic襯底上生長3c-sic時，3c-sic在si面上外延得到的是二維空穴氣，在c面上外延得到的是二維電子氣。
8、cn115346873a公開了一種碳化硅(sic)異構結常閉型高電子遷移率晶體管的制備方法，包括選擇一非故意摻雜n型4h-sic晶片為襯底；在襯底的表面同構外延生長4h-sic過渡層，并在4h-sic過渡層的上表面外延生長出c面；在4h-sic過渡層的c面生長非故意摻雜的3c-sic勢阱層；在3c-sic勢阱層上表面生長n型摻雜的4h-sic勢壘層，并在4h-sic勢壘層的上表面外延生長出si面；在4h-sic勢壘層的si面生長非故意摻雜的3c-sic帽層；制作電極和保護膜，得到3c-sic/4h-sic異構結常閉型單溝道高電子遷移率晶體管。
9、cn115440573a公開了一種單晶sic/si晶圓基底、異質結構及其制備方法。所述單晶sic/si晶圓基底包括：si襯底，所述si襯底上形成有圖案化的多個單元區(qū)域，多個所述單元區(qū)域彼此由間隔區(qū)間隔開，并且每一單元區(qū)域包括形成于相應的單元區(qū)域上的單晶sic層。所述異質結構包括前述的單晶sic/si和gan層。所述制備方法包括通過退火工藝使所述含碳材料層與凹槽中暴露出的所述si襯底反應以選擇性地生長單晶sic層。相似地，通過mocvd外延生長工藝使所述含氮氣體和含鎵的氣相材料在圖案化的單晶sic/si晶圓基底上反應形成單晶gan層。所得到的單元區(qū)域內的單晶sic和gan結構具有高質量和低缺陷密度。
10、但上述sic異質結結構仍存在晶格失配和熱失配的問題。
技術實現思路
1、鑒于現有技術中存在的問題，本專利技術提供一種具有2dhg和2deg的增強型sic外延結構及制備方法，較傳統(tǒng)的algan/gan異質結結構而言，3c-sic與4h-sic形成的異質結結具有可忽略的熱匹配和晶格匹配，具有更好的界面結構；而且在勢壘層上生長p型3c-sic層，進一步提高了器件的可靠性。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種具有2dhg和2deg的增強型sic外延結構，所述sic外延結構包括依次設置的si面p型3c-sic層、si面3c-sic勢壘層、2dhg、si面4h-sic溝道層、si面n型4h-sic漂移層、si面n型4h-sic緩沖層、si面導電型襯底、c面n型4h-sic緩沖層、c面n型4h-sic漂移層、c面4h-sic溝道層、2deg、c面3c-sic勢壘層和c面p型3c-sic層。
4、本專利技術所述2dhg是二維空穴氣，定義是：如果三維固體中空穴的運動在某一個方向(如z方向)上受到阻擋或限制，那么，空穴就只能在另外兩個方向(x、y方向)上自由運動，這種具有兩個自由度的自由空穴就稱為二維空穴氣；
5、2deg是二維電子氣，定義是：如果三維固體中電子的運動在某一個方向(如z方向)上受到阻擋或限制，那么，電子就只能在另外兩個方向(x、y方向)上自由運動，這種具有兩個自由度的自由電子就稱為二維電子氣。
6、本專利技術所述的具有2dhg和2deg的增強型sic外延結構在si面3c-sic勢壘層和si面4h-sic溝道層之間形成了2dhg，在c面4h-sic溝道層和c面3c-sic勢壘層之間形成了2deg，解決了晶格失配和熱失配的問題；而且在勢壘層上生長p型3c-sic層，進一步提高了器件的可靠性，應用前景廣闊。
7、優(yōu)選地，所述si面n型4h-sic緩沖層的厚度為1～1.5μm，例如可以是1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.45μm或1.5μm等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用；n摻雜濃度為1×1018cm-3～1.5×1018cm-3，例如可以是1×1018cm-3、1.1×1018cm-3、1.2×1018cm-3、1.25×1018cm-3、1.3×1018cm-3、1.4×1018cm-3或1.5×1018cm-3等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
8、優(yōu)選地，所述si面n型4h-sic漂移層的厚度為5～10μm，例如可以是5μm、5.5μm、6μm、7μm、8μm或10μm等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用；n摻雜濃度為5×1015cm-3～1.5×1016cm-3，例如可以是5×1015cm-3、6×本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種具有2DHG和2DEG的增強型SiC外延結構，其特征在于，所述增強型SiC外延結構包括依次設置的Si面P型3C-SiC層、Si面3C-SiC勢壘層、2DHG、Si面4H-SiC溝道層、Si面N型4H-SiC漂移層、Si面N型4H-SiC緩沖層、Si面導電型襯底、C面N型4H-SiC緩沖層、C面N型4H-SiC漂移層、C面4H-SiC溝道層、2DEG、C面3C-SiC勢壘層和C面P型3C-SiC層。
2.根據權利要求1所述的SiC外延結構，其特征在于，所述Si面N型4H-SiC緩沖層的厚度為1～1.5μm，N摻雜濃度為1×1018cm-3～1.5×1018cm-3；
3.根據權利要求1或2所述的SiC外延結構，其特征在于，所述C面N型4H-SiC緩沖層的厚度為1～1.5μm，N摻雜濃度1×1018cm-3～1.5×1018cm-3；
4.一種如權利要求1～3任一項所述的具有2DHG和2DEG的增強型SiC外延結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述原位
6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述原位刻蝕以150～300slm的流量通入H2，50～100sccm的流量通入HCl，于50～500mbar壓力和1600～1650℃溫度下刻蝕5～10min；
7.根據權利要求4～6任一項所述的制備方法，其特征在于，所述Si面4H-SiC溝道層的生長條件為：關閉氮源，分別以50～300slm、80～200sccm和80～200sccm的流量通入H2、SiHCl3和碳源，于1580～1650℃溫度和50～500mbar壓力下生長；
8.根據權利要求4～7任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述4H-SiC襯底減薄是從330～380μm減薄至150～200μm。
9.根據權利要求4～8任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述原位刻蝕以150～300slm的流量通入H2，50～100sccm的流量通入HCl，于10～50mbar壓力和1700～1750℃溫度下刻蝕10～20min；
10.根據權利要求6～9任一項所述的制備方法，其特征在于，所述硅源包括SiH4、SiHCl3、SiH2Cl2或SiH3Cl中的任意一種或至少兩種的組合；
...【技術特征摘要】
1.一種具有2dhg和2deg的增強型sic外延結構，其特征在于，所述增強型sic外延結構包括依次設置的si面p型3c-sic層、si面3c-sic勢壘層、2dhg、si面4h-sic溝道層、si面n型4h-sic漂移層、si面n型4h-sic緩沖層、si面導電型襯底、c面n型4h-sic緩沖層、c面n型4h-sic漂移層、c面4h-sic溝道層、2deg、c面3c-sic勢壘層和c面p型3c-sic層。
2.根據權利要求1所述的sic外延結構，其特征在于，所述si面n型4h-sic緩沖層的厚度為1～1.5μm，n摻雜濃度為1×1018cm-3～1.5×1018cm-3；
3.根據權利要求1或2所述的sic外延結構，其特征在于，所述c面n型4h-sic緩沖層的厚度為1～1.5μm，n摻雜濃度1×1018cm-3～1.5×1018cm-3；
4.一種如權利要求1～3任一項所述的具有2dhg和2deg的增強型sic外延結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述原位刻蝕選取偏向<11-20>方向4°或者8°的導電型si面4h-sic襯底。<...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：姚力軍，費磊，邊逸軍，
申請(專利權)人：晶豐芯馳上海半導體科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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