本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件及制造方法。

背景技術(shù)：

隨著高效完備的功率轉(zhuǎn)換電路和系統(tǒng)需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多關(guān)注。氮化鎵(gan)作為一種第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其具有大禁帶寬度(3.4ev)、高電子飽和速率(2×10⁷cm/s)、高擊穿電場(1×10¹⁰--3×10¹⁰v/cm)，較高熱導(dǎo)率，耐腐蝕和抗輻射性能，在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料。

尤其是gan基氮化鎵鋁(algan)/gan高遷移率晶體管成為功率器件中的研究熱點(diǎn)。algan/gan抑制結(jié)處能夠形成高濃度、高遷移率的二維電子氣(2deg)，同時(shí)異質(zhì)結(jié)對(duì)2deg具有良好的調(diào)節(jié)作用。但是對(duì)于增強(qiáng)型gan高遷移率晶體管，由于其溝道長度與導(dǎo)通電阻呈正比，但與器件耐壓呈反比，因此很難在低導(dǎo)通電阻的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高耐壓，影響器件的電學(xué)特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及制造方法，用于解決現(xiàn)有的gan高遷移率晶體管無法兼顧導(dǎo)通特性和耐壓特性的問題。

本發(fā)明的第一方面提供一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底、位于所述襯底上的氮化鎵gan層、位于所述gan層上的氮化鎵鋁algan層、開設(shè)有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔的介質(zhì)層、柵極、源極、以及漏極；所述介質(zhì)層位于algan層的表面上，所述柵極接觸孔位于所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔之間；所述algan層設(shè)置有與所述柵極接觸孔連通的凹槽，所述凹槽位于所述柵極接觸孔的下方且靠近所述源極接觸孔的一側(cè)，所述凹槽的寬度小于所述柵極接觸孔寬度的一半，所述凹槽的深度小于所述algan層的厚 度；所述源極和所述漏極分別包括填充所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔的第一金屬層，所述柵極包括填充所述凹槽和所述柵極接觸孔的第二金屬層。

本發(fā)明的第二方面提供一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括：在襯底上自下向上依次形成氮化鎵gan層、氮化鎵鋁algan層和介質(zhì)層；去除預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)層，直至露出所述algan層的表面，形成源極接觸孔和漏極接觸孔；在器件表面沉積第一金屬層，對(duì)所述第一金屬層進(jìn)行刻蝕，直至露出所述介質(zhì)層的表面，形成源極和漏極；對(duì)位于所述源極和所述漏極之間的部分介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，直至露出所述algan層的表面，形成柵極接觸孔；對(duì)露出的algan層靠近源極的部分區(qū)域表面進(jìn)行刻蝕，形成凹槽，所述凹槽的寬度小于所述柵極接觸孔寬度的一半，所述凹槽的深度小于所述algan層的厚度；在所述凹槽和所述柵極接觸孔內(nèi)填充第二金屬層，形成柵極。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件及制造方法中，在襯底上依次形成gan層、algan層和介質(zhì)層，介質(zhì)層開設(shè)有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔，柵極接觸孔下方靠近源極的algan層還設(shè)置有與柵極接觸孔連通的凹槽，該凹槽的寬度小于柵極接觸孔寬度的一半且深度小于algan層的厚度，柵極包括填充在凹槽和柵極接觸孔的金屬層，基于上述結(jié)構(gòu)，柵極被劃分為延伸至algan層中的增強(qiáng)型柵極和位于algan層表面上的耗盡型柵極，增強(qiáng)型柵極的長度小于耗盡型柵極的長度，當(dāng)器件處于關(guān)態(tài)條件下，增強(qiáng)型柵極關(guān)斷，而耗盡型柵極可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢(shì)，提供高阻斷能力，當(dāng)器件處于開態(tài)狀態(tài)，柵極下方的增強(qiáng)型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高導(dǎo)通電流和低導(dǎo)通電阻，從而優(yōu)化器件的正向?qū)ㄌ匦院头聪蚰蛪禾匦?，提高器件的可靠性?/p>

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖；

圖2b為本發(fā)明實(shí)施例二中沉積第一金屬層的流程示意圖；

圖2c為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極的流程示意圖；

圖2d為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖；

圖2e為本發(fā)明實(shí)施例二提供的另一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意 圖；

圖3a為本發(fā)明實(shí)施例二中形成gan層、algan層和介質(zhì)層之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b為本發(fā)明實(shí)施例二中形成源極接觸孔和漏極接觸孔之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3c為本發(fā)明實(shí)施例二中在器件表面沉積第一金屬層之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3d為本發(fā)明實(shí)施例二中對(duì)第一金屬層進(jìn)行刻蝕之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3e為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極接觸孔之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3f為本發(fā)明實(shí)施例二中形成凹槽之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

11-襯底；12-gan層；13-algan層；

131-凹槽；14-介質(zhì)層；141-柵極接觸孔；

142-源極接觸孔；143-漏極接觸孔；15-柵極；

16-源極；17-漏極；18-第一金屬層。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。為了方便說明，放大或者縮小了不同層和區(qū)域的尺寸，所以圖中所示大小和比例并不一定代表實(shí)際尺寸，也不反映尺寸的比例關(guān)系。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該器件包括：襯底11、位于襯底11上的氮化鎵(gan)層12、位于gan層12上的氮化鎵鋁(algan)層13、開設(shè)有柵極接觸孔141、源極接觸孔142和漏極接觸孔143的介質(zhì)層14、柵極15、源極16、以及漏極17；

介質(zhì)層14位于algan層13的表面上，柵極接觸孔141位于源極接觸孔142和漏極接觸孔143之間；

algan層13設(shè)置有與柵極接觸孔141連通的凹槽131，凹槽131位于柵極接觸孔141的下方且靠近源極接觸孔142的一側(cè)，凹槽131的寬度小于柵極接觸孔141寬度的一半，凹槽131的深度小于algan層13的厚度；

源極16和漏極17分別包括填充源極接觸孔142和漏極接觸孔143的第一金屬層，柵極15包括填充凹槽131和柵極接觸孔141的第二金屬層

其中，襯底11可以為半導(dǎo)體元素，例如單晶硅、多晶硅或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(sige)，也可以為混合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導(dǎo)體或其組合。在實(shí)際應(yīng)用中，襯底11具體還可以為在半導(dǎo)體襯底上生長的一層或多層半導(dǎo)體薄膜的外延片?？蛇x的，本實(shí)施例中的襯底11可以為硅襯底。

可選的，介質(zhì)層14可以為氮化硅(si3n4)層。具體的，實(shí)際工藝中，可以在襯底11上依次疊加形成gan層12和algan層13，進(jìn)一步的，在algan層13表面沉積si3n4層。其中，凹槽131的深度可以為algan層13的厚度的一半。

具體的，填充在凹槽中的第二金屬層形成增強(qiáng)型柵極，位于algan層13表面上的第二金屬層形成耗盡型柵極，并且增強(qiáng)型柵極的長度短，耗盡型柵極的長度長，這里的長短指的是器件剖面圖中在橫向方向上的寬度大小，即寬度大小。

基于上述方案，柵極被劃分為延伸至algan層中的增強(qiáng)型柵極和位于algan層表面上的耗盡型柵極，增強(qiáng)型柵極的長度小于耗盡型柵極的長度，當(dāng)器件處于關(guān)態(tài)條件下，增強(qiáng)型柵極關(guān)斷，而耗盡型柵極可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢(shì)，提供高阻斷能力，當(dāng)器件處于開態(tài)狀態(tài)，柵極下方的增強(qiáng)型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高導(dǎo)通電流和低導(dǎo)通電阻，從而優(yōu)化器件的正向?qū)ㄌ匦院头聪蚰蛪禾匦浴?/p>

實(shí)際應(yīng)用中，金屬層的材料可以為金、銀、鋁、鉑或鉬，具體材料的選擇可根據(jù)實(shí)際情況而定。

本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件，在襯底上依次形成gan層、algan層和介質(zhì)層，介質(zhì)層開設(shè)有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔，柵極接觸孔下方靠近源極的algan層還設(shè)置有與柵極接觸孔連通的凹槽，該凹槽的寬度小于柵極接觸孔寬度的一半且深度小于algan層的厚度，柵極包括填充在凹槽 和柵極接觸孔的金屬層，基于上述結(jié)構(gòu)，柵極被劃分為延伸至algan層中的增強(qiáng)型柵極和位于algan層表面上的耗盡型柵極，增強(qiáng)型柵極的長度小于耗盡型柵極的長度，當(dāng)器件處于關(guān)態(tài)條件下，增強(qiáng)型柵極關(guān)斷，而耗盡型柵極可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢(shì)，提供高阻斷能力，當(dāng)器件處于開態(tài)狀態(tài)，柵極下方的增強(qiáng)型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高導(dǎo)通電流和低導(dǎo)通電阻，從而優(yōu)化器件的正向?qū)ㄌ匦院头聪蚰蛪禾匦?，提高器件的可靠性?/p>

圖2a為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖，如圖2a所示，所述方法包括：

201、在襯底上自下向上依次形成gan層、algan層和介質(zhì)層。

具體地，執(zhí)行201之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3a所示，其中，所述襯底用標(biāo)號(hào)11表示，所述gan層用標(biāo)號(hào)12表示，所述algan層用標(biāo)號(hào)13表示，所述介質(zhì)層用標(biāo)號(hào)14表示。

202、去除預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)層，直至露出algan層的表面，形成源極接觸孔和漏極接觸孔。

具體地，執(zhí)行202之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3b所示，其中，所述源極接觸孔用標(biāo)號(hào)142表示，所述漏極接觸孔用標(biāo)號(hào)143表示。

203、在器件表面沉積第一金屬層，對(duì)第一金屬層進(jìn)行刻蝕，直至露出介質(zhì)層的表面，形成源極和漏極。

具體地，執(zhí)行203中在器件表面沉積第一金屬層之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3c所示，其中，所述第一金屬層用標(biāo)號(hào)18表示。執(zhí)行203中對(duì)第一金屬層進(jìn)行刻蝕之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3d所示，其中，所述源極用標(biāo)號(hào)16表示，所述漏極用標(biāo)號(hào)17表示。

實(shí)際工藝中，可以通過涂膠、曝光、顯影等工藝對(duì)第一金屬層進(jìn)行光刻刻蝕，從而形成源極和漏極。

204、對(duì)位于源極和漏極之間的部分介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，直至露出algan層的表面，形成柵極接觸孔。

具體地，執(zhí)行204之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3e所示，其中，所述柵極接觸孔用標(biāo)號(hào)141表示。具體的，刻蝕的方式可以有多種， 例如，采用干法刻蝕，對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，在此不對(duì)其進(jìn)行限制。

205、對(duì)露出的algan層靠近源極的部分區(qū)域表面進(jìn)行刻蝕，形成凹槽，凹槽的寬度小于柵極接觸孔寬度的一半，凹槽的深度小于algan層的厚度。

具體地，執(zhí)行205之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3f所示，其中，所述凹槽用標(biāo)號(hào)131表示。

206、在凹槽和柵極接觸孔內(nèi)填充第二金屬層，形成柵極。

具體地，執(zhí)行205之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中，所述柵極用標(biāo)號(hào)15表示。

其中，襯底可以為半導(dǎo)體元素，例如單晶硅、多晶硅或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(sige)，也可以為混合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導(dǎo)體或其組合。在實(shí)際應(yīng)用中，襯底具體還可以為在半導(dǎo)體襯底上生長的一層或多層半導(dǎo)體薄膜的外延片。可選的，本實(shí)施例中的襯底可以為硅襯底。

其中，介質(zhì)層可以為氮化硅(si3n4)層。相應(yīng)的，201具體可以包括：在襯底上自下向上依次形成gan層、algan層和si3n4層。

在一種可實(shí)施方式中，如圖2b所示，圖2b為本發(fā)明實(shí)施例二中沉積第一金屬層的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，203中所述在器件表面沉積第一金屬層，具體可以包括：

301、采用磁控濺射鍍膜工藝，依次沉積第一鈦ti層、鋁al層、第二鈦ti層和氮化鈦tin層，其中，第一ti層的厚度為200埃，al層的厚度為1200埃，第二ti層的厚度為200埃，tin層的厚度為200埃。

具體的，第一金屬層由自下向上疊加設(shè)置的ti層、al層、ti層和tin層通過磁控濺射鍍膜工藝形成，以優(yōu)化電極特性。

同樣的，為了進(jìn)一步優(yōu)化柵極特性，減小柵漏電，如圖2c所示，圖2c為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，206具體可以包括：

401、采用磁控濺射鍍膜工藝，在凹槽和柵極接觸孔內(nèi)依次沉積鎳ni層和金au層。

具體的，柵極的金屬層由自下向上依次疊加的ni層和au層構(gòu)成。

此外，在實(shí)際工藝中，還可以通過進(jìn)行表面處理、退火等工藝提高器件 特性。

可選的，如圖2d所示，圖2d為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，在203之前，所述方法還可以包括：

501、利用稀氟氫酸dhf、sc1、和sc2的混合物，對(duì)器件表面進(jìn)行表面處理。

本實(shí)施方式中，在進(jìn)行第一金屬層的淀積前，先利用dhf、sc1、和sc2的混合物對(duì)電極接觸孔進(jìn)行清洗，以對(duì)電極接觸孔的表面進(jìn)行優(yōu)化處理，以提高后續(xù)淀積金屬層的質(zhì)量，進(jìn)而提高器件特性。

再可選的，如圖2e所示，圖2e為本發(fā)明實(shí)施例二提供的另一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，在203之后，所述方法還可以包括：

601、在840攝氏度(℃)的條件下，在氮?dú)?n2)氛圍內(nèi)退火30秒(s)。

本實(shí)施方式通過在形成源極和漏極后進(jìn)行退火工藝，進(jìn)一步優(yōu)化源極和漏極與半導(dǎo)體之間的歐姆接觸，進(jìn)而提高器件特性。

本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件制作方法中，在襯底上依次形成gan層、algan層和介質(zhì)層，介質(zhì)層開設(shè)有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔，柵極接觸孔下方靠近源極的algan層還設(shè)置有與柵極接觸孔連通的凹槽，該凹槽的寬度小于柵極接觸孔寬度的一半且深度小于algan層的厚度，柵極包括填充在凹槽和柵極接觸孔的金屬層，基于上述結(jié)構(gòu)，柵極被劃分為延伸至algan層中的增強(qiáng)型柵極和位于algan層表面上的耗盡型柵極，增強(qiáng)型柵極的長度小于耗盡型柵極的長度，當(dāng)器件處于關(guān)態(tài)條件下，增強(qiáng)型柵極關(guān)斷，而耗盡型柵極可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢(shì)，提供高阻斷能力，當(dāng)器件處于開態(tài)狀態(tài)，柵極下方的增強(qiáng)型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高導(dǎo)通電流和低導(dǎo)通電阻，從而優(yōu)化器件的正向?qū)ㄌ匦院头聪蚰蛪禾匦?，提高器件的可靠性?/p>

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改， 或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。