晶体管及电子设备的制作方法

本技术涉及半导体器件，具体地，涉及一种晶体管及电子设备。

背景技术：

1、在恒流偏置状态下，使用常规晶体管的功率放大器(poweramplifier)对应的静态功耗较高，功放回退效率较低。并且，晶体管自热效应会形成正向反馈环路，容易导致器件乃至整个电路系统热失控，稳定性差。

技术实现思路

1、本技术提供一种晶体管，该晶体管的栅极反型得到的载流子可以限定在p型阱区内，晶体管的输出特性更加均匀、稳定，该晶体管的静态功耗低、热稳定性好，能量转化效率高。

2、第一方面，提供了一种晶体管，包括：源极、漏极、栅极、金属氧化物层、第一掺杂区、源极接触掺杂区、漏极接触掺杂区、p型阱区、n型漂移区和衬底，该第一掺杂区位于该衬底上，该第一掺杂区为p型掺杂区域；该源极接触掺杂区位于该第一掺杂区和该源极之间并与该源极接触，该漏极接触掺杂区位于该第一掺杂区和该漏极之间并与该漏极接触；该源极接触掺杂区和漏极接触掺杂区为n型掺杂区域；该p型阱区位于该源极接触掺杂区与该第一掺杂区之间并与该源极接触掺杂区接触，该n型漂移区位于该漏极接触掺杂层与该第一掺杂区之间并与该漏极接触掺杂区接触，该p型阱区与该n型漂移区接触；该p型阱区与该金属氧化物层的第一面的第一区域接触，该栅极与该金属氧化物层的第二面的第二区域接触，该第一面和该第二面为该金属氧化物层的厚度方向上相对的两面；其中，该第二区域在该厚度方向上的投影位于该第一区域在该厚度方向上的投影的内部，或者，该第二区域在该厚度方向上的投影与该第一区域在该厚度方向上的投影重合。

3、应理解，上述技术方案中，不同结构之间的接触可以理解为不同结构之间存在电连接，或者不同结构之间能够相互电导通。

4、在一种可能的实现方式中，第一掺杂层、源极接触掺杂区、漏极接触掺杂区、p型阱区和n型漂移区都可以位于晶体管的外延层上。即上述不同的区域可以由晶体管的外延层通过不同的工艺手段形成。

5、在一种可能的实现方式中，第一掺杂层、源极接触掺杂区、漏极接触掺杂区、p型阱区和n型漂移区等属于多个相互独立的结构，这些结构相互之间可以满足上述技术方案中描述的位置或电连接关系。

6、在一些场景下，上述源极接触掺杂区也可以称为第一n型高浓度掺杂区或第一n+区，漏极接触掺杂区也可以称为第二n型高浓度掺杂区或第二n+区。

7、在一些场景下，第一区域和第二区域在金属氧化物层的厚度方向上的投影关系也可以理解为：p型阱区在第一方向上的尺寸可以为第一长度，栅极在第一方向上的尺寸可以为第二长度，第一长度大于或等于第二长度，且第二区域不位于第一区域的外部，这里的第一方向为源极和漏极连接的方向。

8、本技术方案中，通过设定栅极与金属氧化物层的接触区域与p型阱区与金属氧化物的接触区域的大小和位置关系，控制栅极反型产生的载流子限定在p型阱区的内部，从而在对栅极施加电压的过程中，晶体管的源极和漏极之间能够逐渐被导通，相对于达到临界电压晶体管的源极和漏极完全导通的情况，本技术提供的晶体管的输出特性更加容易控制，有利于降低晶体管的静态功耗和热损耗，有利于提高晶体管的能量转化效率，提高晶体管的热稳定性。

9、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该晶体管还包括电荷平衡层，该电荷平衡层位于该第一掺杂区与该n型漂移区之间，该电荷平衡层分别与该第一掺杂层和该n型漂移区接触。

10、该电荷平衡层也可以称为n+型电荷平衡层，或者说，该电荷平衡层可以包括高浓度的n型杂质。

11、电荷平衡层中电离出的电子可以和第一掺杂层中电离出的空穴实现平衡，从而使得n型漂移区不受第一掺杂层的影响。n型漂移区在横向上具有类似一维的电学特性，本技术方案的实施有利于提高p型阱区穿通的可控性，有利于提高晶体管输出特性的稳定性。

12、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该电荷平衡层的掺杂浓度大于或等于1×1017cm-3且小于或等于1×1020cm-3。

13、将电荷平衡层的掺杂浓度设定在本技术方案提供的阈值范围内，电荷平衡层与第一掺杂层之间的电荷平衡效果更佳，第一掺杂层对于n型漂移区的影响更小。本技术方案的实施有利于进一步提高晶体管输出特性的稳定性。

14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该电荷平衡层在该厚度方向上的尺寸大于或等于50nm且小于或等于500nm。

15、将电荷平衡层在厚度方向上的尺寸设定在本技术方案提供的阈值范围内，电荷平衡层与第一掺杂层之间的电荷平衡效果更佳，第一掺杂层对于n型漂移区的影响更小。本技术方案的实施有利于进一步提高晶体管输出特性的稳定性。

16、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该源极与该衬底电连接；该晶体管还包括金属层、场板或介质层中的一种或多种，该金属层连接于该衬底远离该第一掺杂区的一面，该场板位于该栅极和该漏极之间且靠近该栅极设置，该介质层位于该金属氧化物层远离该衬底的一面。

17、本技术方案中，通过将晶体管的源极和衬底电连接，使得源极和衬底具有相同的电势，该结构的晶体管更适用于高频功率放大器的场景。

18、金属层的设置有利于实现晶体管安装在电路板上时的接地，场板有利于提高栅极的击穿电压，介质层可以覆盖在晶体管表面，从而可以起到保护晶体管中前述的源极、漏极等部件的作用。

19、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该晶体管还包括连接区，该连接区用于连接该源极与该衬底，该连接区包括高掺杂引出区和/或金属区。

20、在一种可能的实现方式中，该金属区可以为金属通孔。

21、高掺杂引出区的连通性能相对较弱，而包含高掺杂引出区的晶体管的制造工艺相对简单；金属区的连通性能相对较强，而包含金属区的晶体管的制造工艺相对复杂。本技术方案中提供了多种连接区的组成结构，不同的结构可以应用于不同的产品或场景，有利于扩大本技术提供的晶体管的应用范围。

22、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该p型阱区的掺杂浓度小于或等于5×1016cm-3。

23、将p型阱区的掺杂浓度设定在本技术方案提供的浓度范围内，p型阱区对于栅极反型产生的载流子的控制效果更好，晶体管的源极和漏极的导通特性更加可控，或者说，晶体管的输出特性的可控性更好。

24、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第一区域在第一方向上的尺寸小于或等于0.5μm，该第一方向为该源极与该漏极连接的方向。

25、应理解，第一区域在第一方向上的尺寸大于零。

26、将p型阱区与金属氧化物层接触的第一区域在第一方向上的尺寸设定在本技术方案提供的范围内，p型阱区对于栅极反型产生的电子的控制效果更好，晶体管的源极和漏极的导通特性更加可控，或者说，晶体管的输出特性的可控性更好。

27、第二方面，提供了一种晶体管，包括：源极、漏极、栅极、gan层、algan层和调节岛，该源极和该漏极分别接触于该algan层的两端；该栅极位于该源极和该漏极之间并与该algan层接触；该调节岛位于该漏极与栅极之间并与该algan层接触，该调节岛包括以下中的一种或多种：p型掺杂gan、p型掺杂algan或金属。

28、gan层也可以称为gan缓冲层，algan层也可以称为algan势垒层。

29、在一种可能的实现方式中，该晶体管还包括成核层，该成核层位于衬底和gan层之间。

30、本技术方案中，通过在栅极和漏极之间设置与algan层接触的调节岛，调节岛内的载流子在一定程度上可以对gan层内与调节岛的位置对应的局部2deg通道的导通特性进行调节。从而，当对晶体管施加电压时，前述的局部2deg可以逐渐被导通，相对于达到临界电压时全部2deg被导通的情况，本技术方案提供的晶体管的源极和漏极的导通特性更加可控，晶体管的输出特性更加可控，有利于降低晶体管的静态功耗和热损耗，有利于提高晶体管的能量转化效率，提高晶体管的热稳定性。

31、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该调节岛包括多个子调节岛，该多个子调节岛之间间隔设置。

32、通过在晶体管中设置多个相互间隔的子调节岛来调节晶体管的输出特性，不同数量的子调节岛对应着晶体管的不同输出特性。本技术方案的实施，有利于实现对晶体管的输出特性的较宽范围内的调控，从而获得适用于不同应用场景的晶体管，提高了晶体管的应用范围。

33、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该调节岛包括第一子调节岛、第二子调节岛和第三子调节岛，该第二子调节岛位于该第一子调节岛和该第三子调节岛之间，该第一子调节岛与该栅极形成欧姆接触或肖特基接触，和/或，该第三子调节岛与该漏极之间形成欧姆接触或肖特基接触。

34、本技术方案中，晶体管中可以设置三个子调节岛，这种晶体管更适用于功率放大器的应用场景。此外，使得第一子调节岛和栅极之间，和/或，第三子调节岛与漏极之间，形成上述特定界面结构。这种界面结构对应的调节岛的电学特性更加直观，有利于实现对于晶体管的输出特性更加有效地控制。

35、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该源极与该衬底电连接；该晶体管还包括金属层、场板或介质层中的一种或多种，该金属层与该衬底接触于远离该gan层的一面，该场板位于该栅极和该漏极之间且靠近该栅极设置，该介质层位于该algan层远离该gan层的一面。

36、本技术方案中，通过将晶体管的源极和衬底电连接，使得源极和衬底具有相同的电势，该结构的晶体管更适用于高频功率放大器的场景。

37、金属层的设置有利于实现晶体管安装在电路板上时的接地，场板有利于提高栅极的击穿电压，介质层可以覆盖在晶体管表面，从而可以起到保护晶体管中前述的源极、漏极等部件的作用。

38、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该晶体管还包括金属通孔，该金属通孔用于连接该源极与该衬底。

39、在一种可能的实现方式中，该金属通孔的一端与源极连接，另一端与衬底连接。

40、金属通孔的结构尤其适用于gan hemt晶体管。本技术方案中利用金属通孔来连接晶体管的源极和衬底，金属通孔的导电性能更好，有利于降低晶体管使用过程中的热损耗，提高晶体管的能量转化效率。

41、以下技术方案中的解释和有益效果的说明可以参考第一方面和第二方面的相关描述，为了简洁，以下不做赘述。

42、第三方面，提供了一种晶体管，源极、漏极、栅极、金属氧化物层、第一掺杂区、源极接触掺杂区、漏极接触掺杂区、n型阱区、p型漂移区和衬底，该第一掺杂区位于该衬底上，该第一掺杂区为n型掺杂区域；该源极接触掺杂区位于该第一掺杂区和该源极之间且与该源极接触，该漏极接触掺杂区位于该第一掺杂区和该漏极之间且与该漏极接触；该源极接触掺杂区和漏极接触掺杂区为p型掺杂区域；该n型阱区位于该源极接触掺杂区与该第一掺杂区之间且与该源极接触掺杂区接触，该p型漂移区位于该漏极接触掺杂层与该第一掺杂区之间且与该漏极接触掺杂区接触，该n型阱区与该p型漂移区接触；该n型阱区与该金属氧化物层的第一面的第一区域接触，该栅极与该金属氧化物层的第二面的第二区域接触，该第一面和该第二面为该金属氧化物层的厚度方向上相对的两面；其中，该第二区域在该厚度方向上的投影位于该第一区域在该厚度方向上的投影的内部，或者，该第二区域在该厚度方向上的投影与该第一区域在该厚度方向上的投影重合。

43、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该晶体管还包括电荷平衡层，该电荷平衡层位于该第一掺杂区与该p型漂移区之间，该电荷平衡层分别与该第一掺杂层和该p型漂移区接触。

44、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该电荷平衡层的掺杂浓度大于或等于1×1017cm-3且小于或等于1×1020cm-3。

45、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该电荷平衡层在该厚度方向上的尺寸大于或等于50nm且小于或等于500nm。

46、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该源极与该衬底电连接；该晶体管还包括金属层、场板或介质层中的一种或多种，该金属层连接于该衬底远离该第一掺杂区的一面，该场板位于该栅极和该漏极之间且靠近该栅极设置，该介质层位于该金属氧化物层远离该衬底的一面。

47、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该晶体管还包括连接区，该连接区用于连接该源极与该衬底，该连接区包括高掺杂引出区和/或金属区。

48、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该n型阱区的掺杂浓度小于或等于5×1016cm-3。

49、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该第一区域在第一方向上的尺寸小于或等于0.5μm，该第一方向为该源极与该漏极连接的方向。

50、第四方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其任意可能实现方式中的晶体管，和/或，包括第二方面及其任意可能实现方式中的晶体管，和/或，包括第三方面及其任意可能的实现方式中的晶体管。

51、在一种可能的实现方式中，该电子设备可以为功率放大器。

技术特征：

1.一种晶体管，其特征在于，包括：源极、漏极、栅极、金属氧化物层、第一掺杂区、源极接触掺杂区、漏极接触掺杂区、p型阱区、n型漂移区和衬底，

2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述晶体管还包括电荷平衡层，所述电荷平衡层位于所述第一掺杂区与所述n型漂移区之间，所述电荷平衡层分别与所述第一掺杂层和所述n型漂移区接触。

3.根据权利要求2所述的晶体管，其特征在于，所述电荷平衡层的掺杂浓度大于或等于1×1017cm-3且小于或等于1×1020cm-3。

4.根据权利要求2或3所述的晶体管，其特征在于，所述电荷平衡层在所述厚度方向上的尺寸大于或等于50nm且小于或等于500nm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的晶体管，其特征在于，所述源极与所述衬底电连接；

6.根据权利要求5所述的晶体管，其特征在于，所述晶体管还包括连接区，所述连接区用于连接所述源极与所述衬底，所述连接区包括高掺杂引出区和/或金属区。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的晶体管，其特征在于，所述p型阱区的掺杂浓度小于或等于5×1016cm-3。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的晶体管，其特征在于，所述第一区域在第一方向上的尺寸小于或等于0.5μm，所述第一方向为所述源极与所述漏极连接的方向。

9.一种晶体管，其特征在于，包括：源极、漏极、栅极、gan层、algan层和调节岛，

10.根据权利要求9所述的晶体管，其特征在于，所述调节岛包括多个子调节岛，所述多个子调节岛之间间隔设置。

11.根据权利要求10所述晶体管，其特征在于，所述调节岛包括第一子调节岛、第二子调节岛和第三子调节岛，所述第二子调节岛位于所述第一子调节岛和所述第三子调节岛之间，所述第一子调节岛与所述栅极形成欧姆接触或肖特基接触，和/或，所述第三子调节岛与所述漏极之间形成欧姆接触或肖特基接触。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的晶体管，其特征在于，所述源极与所述衬底电连接；

13.根据权利要求12所述的晶体管，其特征在于，所述晶体管还包括金属通孔，所述金属通孔用于连接所述源极与所述衬底。

14.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的晶体管，和/或，包括如权利要求9至13中任一项所述的晶体管。

技术总结
本申请提供了一种晶体管，该晶体管的源极接触掺杂区和漏极接触掺杂区之间设置有p型阱区和n型漂移区，该p型阱区和晶体管的栅极分别位于晶体管的金属氧化物层的两侧，且p型阱区与金属氧化物层的第一面的第一区域接触，栅极与金属氧化物层的第二面的第二区域接触，第二区域在金属氧化物层厚度方向上的投影落入第一区域在金属氧化物层厚度方向上线的投影内，或者两个投影重合。在对栅极上施加电压的情况下，栅极反型产生的载流子可以限定在p型阱区内，从而晶体管的源极和漏极之间的导通特性随栅极上外加电压的变化更加可控，有利于降低该晶体管的静态功耗和热损耗，有利于提高晶体管以及使用该晶体管的电子设备的热稳定性。

技术研发人员：韩绍文,姜向中,黄航,焦伟,曾志雄,孙捷
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5