本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件及其形成方法。

背景技術(shù)：

作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表寬禁帶半導(dǎo)體，氮化鎵(GaN)具有許多硅(Si)材料所不具備的優(yōu)異性能，GaN是高頻、高壓、高溫和大功率應(yīng)用的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，在民用和軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著GaN技術(shù)的進步，特別是大直徑硅基GaN外延技術(shù)的逐步成熟并商用化GaN功率半導(dǎo)體技術(shù)有望成為高性能低功耗技術(shù)解決方案，從而GaN的功率器件受到國際著名半導(dǎo)體廠商和研究單位的關(guān)注。

與傳統(tǒng)的MOSFET不同，無結(jié)場效應(yīng)晶體管(Junctionless Transistor,JLT)由源區(qū)、溝道、漏區(qū)，柵氧化層及柵極組成，從源區(qū)至溝道和漏區(qū)，其雜質(zhì)摻雜類型相同，沒有PN結(jié)，屬于多數(shù)載流子導(dǎo)電的器件。通過柵極偏置電壓使器件溝道內(nèi)的多數(shù)載流子累積或耗盡，從而可以調(diào)制溝道電導(dǎo)進而控制溝道電流。當柵極偏置電壓大到將溝道靠近漏極某一截面處的載流子耗盡掉，在這種情況下，器件溝道電阻變成準無限大，器件處于關(guān)閉狀態(tài)。由于避開了不完整的柵氧化層與半導(dǎo)體溝道界面，載流子受到界面散射影響有限，提高了載流子遷移率。此外，無結(jié)場效應(yīng)晶體管屬于多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，器件響應(yīng)速度快,且沿溝道方向，靠近漏極的電場強度比常規(guī)反型溝道的MOS晶體管要來得低，因此，器件的性能及可靠性得以大大提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件及其形成方法，能夠獲得具有高遷移率的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法，包括步驟：

提供襯底，在所述襯底的表面形成具有鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層；

在所述緩沖層及鰭狀結(jié)構(gòu)表面上沉積半導(dǎo)體溝道層；

在所述鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體溝道層上形成漂移區(qū)；

在所述鰭狀結(jié)構(gòu)表面上半導(dǎo)體溝道層中形成漸變的注入雜質(zhì)；

在所述漂移區(qū)及暴露出的半導(dǎo)體溝道層上形成介質(zhì)層；

在所述鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的介質(zhì)層表面形成金屬柵極，所述金屬柵極高度低于所述鰭狀結(jié)構(gòu)的高度；

在鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)暴露出的介質(zhì)層表面及金屬柵極的兩側(cè)形成側(cè)墻；

依次刻蝕位于鰭狀結(jié)構(gòu)及緩沖層表面暴露出的介質(zhì)層和漂移區(qū)，暴露出源漏區(qū)域的所述半導(dǎo)體溝道層；

在暴露出的源漏區(qū)域的半導(dǎo)體溝道層內(nèi)進行摻雜，形成源極和漏極；

在所述源極和漏極上形成源漏電極。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，在所述鰭狀結(jié)構(gòu)表面上半導(dǎo)體溝道層中形成漸變的注入雜質(zhì)的步驟包括：

在所述漂移區(qū)及暴露出的半導(dǎo)體溝道層上形成α-Si薄膜；

對所述α-Si薄膜進行高溫退火處理，使部分α-Si漸變注入在所述半導(dǎo)體溝道層的表面；

去除剩余的α-Si薄膜。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中， 所述高溫退火的溫度范圍為1000攝氏度～2000攝氏度。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述α-Si在所述半導(dǎo)體溝道層內(nèi)的濃度由外及內(nèi)呈遞減趨勢。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述α-Si薄膜采用ALD、LPCVD或MOCVD工藝形成。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述具有鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層的形成步驟包括：

在所述襯底上形成所述緩沖層；

在所述緩沖層表面形成圖案化的光阻；

以所述圖案化的光阻作為掩膜，干法刻蝕所述緩沖層，形成鰭狀結(jié)構(gòu)。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述緩沖層的材質(zhì)為AlN。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述緩沖層采用MOCVD、ALD或者MBE工藝形成。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述半導(dǎo)體溝道層的材質(zhì)為N_-型GaN。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述漂移區(qū)的材質(zhì)為氧化硅或者氮化硅。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述漂移區(qū)的形成步驟包括：

在所述半導(dǎo)體溝道層表面形成一層薄膜層；

采用化學(xué)機械研磨及回刻蝕工藝處理所述薄膜層，保留位于所述鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體溝道層表面的薄膜層，形成漂移區(qū)。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述薄膜層采用ALD、CVD、MOCVD或PVD工藝形成。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中， 所述介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述金屬柵極的材質(zhì)為NiAu或CrAu。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述側(cè)墻的材質(zhì)為氮化硅。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，采用選擇性刻蝕工藝依次刻蝕位于鰭狀結(jié)構(gòu)及緩沖層表面暴露出的介質(zhì)層，暴露出源漏區(qū)域的所述半導(dǎo)體溝道層。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，采用離子注入或離子擴散工藝對所述半導(dǎo)體溝道層進行N⁺離子注入，形成源極和漏極。

進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法中，所述源極和漏極的注入為硅原子。

在本發(fā)明中，還提出了一種具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件，采用如上文所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法形成，包括：襯底、設(shè)有鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層、具有漸變注入雜質(zhì)的半導(dǎo)體溝道層、漂移區(qū)、介質(zhì)層、金屬柵極、側(cè)墻、源極、漏極及源漏極電極，其中，所述設(shè)有鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層形成在所述襯底上，所述具有漸變注入雜質(zhì)的半導(dǎo)體溝道層形成在所述緩沖層表面，所述漂移區(qū)形成在位于所述鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的所述半導(dǎo)體溝道層上，所述介質(zhì)層形成在所述漂移區(qū)及鰭狀結(jié)構(gòu)表面的半導(dǎo)體溝道層上，暴露出鰭狀結(jié)構(gòu)頂部暴露出的半導(dǎo)體溝道層，所述金屬柵極形成在位于鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的介質(zhì)層上，所述側(cè)墻形成在鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)暴露出的介質(zhì)層表面及金屬柵極的兩側(cè)，所述源極形成在所述半導(dǎo)體溝道層內(nèi)并位于金屬柵極的兩側(cè)，所述漏極形成在鰭狀結(jié)構(gòu)頂部的半導(dǎo)體溝道層內(nèi)，所述源漏極電極形成在所述源極和漏極上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：提出了一種具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法，在半導(dǎo)體溝道層上和介質(zhì)層之間形成有 漂移區(qū)，能夠使形成的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件具有較高的擊穿電壓，并且在半導(dǎo)體溝道層表面形成有漸變的注入雜質(zhì)，能夠使器件的開啟速率更快，此外，形成的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件具有高遷移率，具有較好的性能及可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法的流程圖；

圖2至圖11為本發(fā)明一實施例中形成具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件過程中的剖面示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件及其形成方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參考圖1，在本發(fā)明中，提出了一種具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法，包括步驟：

S100：提供襯底，在所述襯底的表面形成具有鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層；

S200：在所述緩沖層及鰭狀結(jié)構(gòu)表面上沉積半導(dǎo)體溝道層；

S300：在所述鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體溝道層上形成漂移區(qū)；

S400：在所述鰭狀結(jié)構(gòu)表面上半導(dǎo)體溝道層中形成漸變的注入雜質(zhì)；

S500：在所述漂移區(qū)及暴露出的半導(dǎo)體溝道層上形成介質(zhì)層；

S600：在所述鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的介質(zhì)層表面形成金屬柵極，所述金屬柵極高度低于所述鰭狀結(jié)構(gòu)的高度；

S700：在鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)暴露出的介質(zhì)層表面及金屬柵極的兩側(cè)形成側(cè)墻；

S800：依次刻蝕位于鰭狀結(jié)構(gòu)及緩沖層表面暴露出的介質(zhì)層和漂移區(qū)，暴露出源漏區(qū)域的所述半導(dǎo)體溝道層；

S900：在暴露出的源漏區(qū)域的半導(dǎo)體溝道層內(nèi)進行摻雜，形成源極和漏極；

S1000：在所述源極和漏極上形成源漏電極。

具體的，請參考圖2，在步驟S100中，所述襯底100可以為硅襯底、藍寶石襯底或者SiC襯底等，其還可以是設(shè)有Σ型凹槽等圖形的襯底。

在所述襯底100表面形成緩沖層200；所述緩沖層200材質(zhì)為AlN，其厚度范圍是100nm～5000nm，例如是3000nm。所述緩沖層200可以采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀)、ALD(Atomic layer deposition，原子層沉積)或者MBE(MolecularBeamEpitaxy，分子束外延)工藝等形成。

接著，在所述緩沖層200上形成鰭形結(jié)構(gòu)210，其形成步驟包括：

在所述襯底上形成所述緩沖層；

在所述緩沖層表面形成圖案化的光阻；

以所述圖案化的光阻作為掩膜，干法刻蝕所述緩沖層，形成鰭狀結(jié)構(gòu)(Fin)210。

接著，請參考圖3，在所述緩沖層200及鰭狀結(jié)構(gòu)210表面上沉積半導(dǎo)體溝道層300，其中，所述半導(dǎo)體溝道層300材質(zhì)為N_-型GaN，在本實施例中，其厚度范圍是1nm～100nm，例如是50nm。所述半導(dǎo)體溝道層300采用外延生長工藝形成。

請繼續(xù)參考圖3，在所述半導(dǎo)體溝道層300上形成薄膜層400，采用化學(xué)機械研磨(CMP)及回刻蝕(Etch back)工藝處理所述薄膜層400，保留位于所述鰭狀結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的半導(dǎo)體溝道層300表面的薄膜層400，形成漂移區(qū)410，如圖4所示，所述薄膜層400采用ALD、CVD、MOCVD或PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積)工藝形成，所述薄膜層400的材質(zhì)可以為氮化硅或者氧化硅，其厚度可以根據(jù)具體的需要來決定，在此不作限定。

接著，請參考圖5，在所述漂移區(qū)410及暴露出的半導(dǎo)體溝道層300上形成α-Si薄膜500，接著，請參考圖6，對所述α-Si薄膜500進行高溫退火處理，使部分α-Si漸變注入在所述半導(dǎo)體溝道層300的表面，形成漸變的注入雜質(zhì)510，然后去除剩余的α-Si薄膜500；其中，所述高溫退火的溫度范圍為1000攝氏度～2000攝氏度，例如是1500攝氏度，所述α-Si在所述半導(dǎo)體溝道層300內(nèi)的濃度由外及內(nèi)呈遞減趨勢，所述α-Si薄膜500采用ALD、LPCVD或MOCVD等工藝形成。

請參考圖7，在所述漂移區(qū)410及暴露出的半導(dǎo)體溝道層300表面形成介質(zhì)層600，所述介質(zhì)層600的材質(zhì)為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿，其厚度范圍是1nm～5nm，例如是3nm。所述介質(zhì)層600可以采用CVD、MOCVD、ALD或MBE等工藝形成。

接著，請繼續(xù)參考圖7，在所述鰭狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的介質(zhì)層600表面形成金屬柵極700，所述金屬柵極700高度低于所述鰭狀結(jié)構(gòu)210的高度；其中，所述金屬柵極700的材質(zhì)為NiAu或CrAu等，其可以采用PVD、MOCVD、ALD或MBE工藝形成。

請參考圖8，在鰭狀結(jié)構(gòu)210兩側(cè)暴露出的介質(zhì)層600表面及金屬柵極700 的兩側(cè)形成側(cè)墻800；所述側(cè)墻800的材質(zhì)為氮化硅。

接著，請參考圖9，刻蝕位于鰭狀結(jié)構(gòu)210及緩沖層200表面暴露出的介質(zhì)層600及漂移區(qū)410，暴露出源漏區(qū)域的所述半導(dǎo)體溝道層300；其中，采用選擇性刻蝕工藝進行刻蝕，去除所述部分介質(zhì)層600，暴露出位于鰭狀結(jié)構(gòu)210頂部的半導(dǎo)體溝道層300，后續(xù)作為漏極，以及位于金屬柵極700兩側(cè)緩沖層200上的半導(dǎo)體溝道層300，后續(xù)作為源極。

接著，請參考圖10，采用離子注入或離子擴散工藝對所述半導(dǎo)體溝道層300進行N⁺離子注入，形成源極310和漏極320，其中，注入的N⁺離子為Si原子。

接著，請參考圖11，在所述源極310和漏極320上形成源漏電極900。

在本實施例的另一方面還提出了一種具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件，采用如上文所述的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法形成，包括：襯底100、設(shè)有鰭狀結(jié)構(gòu)210的緩沖層200、半導(dǎo)體溝道層300、漂移區(qū)410、介質(zhì)層600、金屬柵極700、側(cè)墻800、源極310、漏極320及源漏極電極900，其中，所述設(shè)有鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層200形成在所述襯底100上，所述半導(dǎo)體溝道層300形成在所述緩沖層200表面，所述漂移區(qū)410形成在位于所述鰭狀結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的所述半導(dǎo)體溝道層300上，所述介質(zhì)層600形成在所述漂移區(qū)410及鰭狀結(jié)構(gòu)210表面的半導(dǎo)體溝道層300上，暴露出鰭狀結(jié)構(gòu)210頂部暴露出的半導(dǎo)體溝道層300，所述金屬柵極700形成在位于鰭狀結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的介質(zhì)層600上，所述側(cè)墻800形成在鰭狀結(jié)構(gòu)210兩側(cè)暴露出的介質(zhì)層600表面及金屬柵極700的兩側(cè)，所述源極310形成在所述半導(dǎo)體溝道層300內(nèi)并位于金屬柵極700的兩側(cè)，所述漏極320形成在鰭狀結(jié)構(gòu)210頂部的半導(dǎo)體溝道層300內(nèi)，所述源漏極電極900形成在所述源極310和漏極320上。

綜上，在本發(fā)明實施例提供的具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件及其形成方法中，提出了一種具有漸變溝道的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件的形成方法，在半導(dǎo)體溝道層上和介質(zhì)層之間形成有漂移區(qū)，能夠使形成的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件具有較高的擊穿電壓，并且在半導(dǎo)體溝道層表面形成有漸變的注入雜質(zhì)，能夠 使器件的開啟速率更快，此外，形成的高壓無結(jié)場效應(yīng)器件具有高遷移率，具有較好的性能及可靠性。

上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不對本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。