[发明专利]半导体结构、形成方法以及场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术以及半导体制造领域，具体而言，本发明涉及半导体结构、形 成半导体结构的方法以及场效应晶体管。

背景技术

金属-半导体接触势垒场效应晶体管(MESFET)是目前应用较广泛的一种场效应晶体 管。然而，作为一种利用肖特基势垒栅极的晶体管，其栅漏电较大。为了解决这一技术问 题，通常在栅中加入绝缘层形成金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MISFET)，以改善场 效应晶体管的漏电。

以氮化镓(GaN)为代表的氮化物半导体系列材料(GaN、InGaN、AlGaN、InN以及 AlN等)具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸 腐蚀)等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有 着广阔的前景，被广泛地应用于制备各类电子开关以及各类信号放大器。

通常，氮化物半导体材料具有密排六方晶体结构，根据晶片表面与晶体c轴之间的相 对位置关系，由于自发极化效应，其表面可以分为极性面(垂直于c轴)、非极性面(平行 于c轴)以及半极性面(不平行也不垂直于c轴)。例如，以氮化镓为例，{0001}晶面(又 称为c面)为极性面，{1010}晶面和{1120}(分别称为m面和a面)为非极性面，{1102} 晶面(又称为r面)为半极性面。

在氮化镓系列材料表面利用磁控溅射、原子层沉积等方法，可以制备具有不同界面特 性的半导体结构。然而，应用于MISFET的半导体结构以及MISFET的结构、组成仍有待 改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

目前基于氮化物半导体系列材料的MISFET，常常存在界面性能差、阈值电压不稳定、 漏电较大等缺点。发明人发现，这是由于MISFET对于绝缘层以及半导体层之间的界面态 要求较高，而目前基于氮化物半导体系列材料的MISFET，即使在极性面表面增加绝缘氮 化物的钝化层，上述问题仍不能得到有效解决。发明人经过深入研究以及大量实验发现， 这是由于具有极性表面(c面)的氮化物半导体材料表面具有很强的极性，因此，一方面， 界面极易吸附氧原子，使材料表面的金属原子与氧原子形成不稳定化学键，如Ga-O键， 该键易带电荷，成为载流子的产生和复合中心，造成界面态密度高；另一方面，界面极易 吸附可移动电荷，从而造成该半导体结构的界面缺陷多，界面性能变差。尤其针对场效应 晶体管，界面性能差，界面态密度高，将导致晶体管的严重漏电。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个 目的在于提出一种半导体结构，该半导体结构在半导体层材料的非极性面或者半极性面上 形成绝缘层，利用非极性面或者半极性面对于氧原子和可移动电荷的吸附作用较弱的性质， 提高该半导体结构的界面性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种半导体结构。根据本发明的实施例，该半导 体结构包括：半导体层，所述半导体层上表面的至少一部分是由氮化物半导体晶体形成的 非极性面或者半极性面；绝缘层，所述绝缘层形成在所述非极性面或半极性面上，并且所 述绝缘层是由选自氮化物以及氮氧化物的至少之一形成的；以及金属层，所述金属层形成 在所述绝缘层远离所述半导体层的表面上。由此，可以在非极性面或半极性面的半导体层 表面形成绝缘层，在绝缘层对半导体层进行钝化，从而可以有效防止半导体层表面形成不 稳定的化学键，并改善界面质量，进而可以有效提高该半导体结构的界面性能。

另外，根据本发明实施例的半导体结构还可以具有如下附加技术特征的至少之一：

根据本发明的实施例，在该半导体结构中，所述半导体层包括至少一个晶体亚层，所 述晶体亚层是由包括选自GaN晶体、InGaN晶体、AlGaN晶体以及AlN晶体中的至少之 一形成的。由此，可以通过具有上述晶体亚层的半导体层，为该半导体结构提供具有较高 电子迁移率以及较高的击穿场强的半导体层材料，进而可以进一步提高该半导体结构的性 能。具体地，所述晶体亚层可以生长在硅基体、碳化硅基体、或者蓝宝石基体上，也可以 生长在氮化镓自支撑晶片或者氮化铝自支撑晶片上。