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半導(dǎo)體器件及制造方法與流程

文檔序號(hào):11179368閱讀:871來(lái)源:國(guó)知局
半導(dǎo)體器件及制造方法與流程

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。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(chǎng)(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。但是通常,gan基algan/gan高遷移率晶體管的導(dǎo)通電阻較大,降低了器件性能。



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基algan/gan高遷移率晶體管的導(dǎo)通電阻較大的問(wèn)題。

本發(fā)明的第一方面提供一種半導(dǎo)體器件,包括:襯底、覆蓋所述襯底上表面且經(jīng)摻雜的第一gan層、位于所述第一gan層上方且未經(jīng)摻雜的第二gan層,覆蓋所述第二gan層表面的algan層、設(shè)置在所述algan層上的柵極和源極、以及覆蓋所述襯底下表面的漏極;其中,所述第二gan層的底部設(shè)置有經(jīng)摻雜的第三gan層,所述第三gan層與所述第一gan層接觸,所述第三gan層的摻雜類型與所述第一gan層的摻雜類型不同;位于柵極下方的第二gan層穿過(guò)所述第三gan層與第一gan層連通,所述algan層的表面內(nèi)設(shè)置有分別位于所述柵極兩側(cè)的第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū),所述源 極位于所述第一摻雜區(qū)和所述第二摻雜區(qū)表面。

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:在襯底的上表面依次形成經(jīng)摻雜的第一gan層和第三gan層,所述第一gan層和所述第三gan層的摻雜類型不同;去除預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的第三gan層,以露出所述第一gan層的表面;在整個(gè)器件表面依次形成未經(jīng)摻雜的第二gan層和algan層;在預(yù)設(shè)的柵極區(qū)域兩側(cè),形成位于所述algan表面內(nèi)的第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū);在所述柵極區(qū)域?qū)?yīng)的algan上形成柵極,在所述第一摻雜區(qū)和所述第二摻雜區(qū)上形成源極,形成覆蓋所述襯底下表面的漏極。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件及制造方法中,位于襯底表面上依次設(shè)置有經(jīng)參雜的第一gan層、未經(jīng)摻雜的第二gan層和algan層,在第二gan層的底部設(shè)置有與所述第一gan層接觸且經(jīng)摻雜的第三gan層,柵極下方的第二gan層穿過(guò)第三gan層與第一gan層連通,并且algan層的表面內(nèi)設(shè)置有分別位于柵極兩側(cè)的第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū),源極則位于該第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)表面上,通過(guò)設(shè)置第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū),能夠有效減小接觸電阻,進(jìn)而降低器件的導(dǎo)通電阻和功耗,提高器件性能。

附圖說(shuō)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)施例二中在襯底的上表面依次形成第一gan層和第三gan層的流程示意圖;

圖2c為本發(fā)明實(shí)施例二中形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的流程示意圖;

圖2d為本發(fā)明實(shí)施例二中形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的流程示意圖;

圖2e為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極的流程示意圖;

圖3a為本發(fā)明實(shí)施例二中執(zhí)行201之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3b為本發(fā)明實(shí)施例二中執(zhí)行202之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3c為本發(fā)明實(shí)施例二中執(zhí)行203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。

附圖標(biāo)記:

11-襯底;12-第一gan層;13-第二gan層;

14-algan層;141-第一摻雜區(qū);142-第二摻雜區(qū);

15-柵極;16-源極;17-漏極;

18-第三gan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(shuō)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、覆蓋襯底11上表面且經(jīng)摻雜的第一gan層12、位于第一gan層12上方且未經(jīng)摻雜的第二gan層13,覆蓋第二gan層13表面的algan層14、設(shè)置在algan層14上的柵極15和源極16、以及覆蓋襯底11下表面的漏極17;

其中,第二gan層13的底部設(shè)置有經(jīng)摻雜的第三gan層18,第三gan層18與第一gan層12接觸,第三gan層18的摻雜類型與第一gan層12的摻雜類型不同;

位于柵極下方的第二gan層13穿過(guò)第三gan層18與第一gan層12連通,algan層14的表面內(nèi)設(shè)置有分別位于柵極兩側(cè)的第一摻雜區(qū)141和第二摻雜區(qū)142,源極16位于第一摻雜區(qū)141和第二摻雜區(qū)142表面上。

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(zhǎng)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11可以為硅襯底。

具體的,第三gan層18的摻雜類型與第一gan層12的摻雜類型不同, 所述摻雜類型具體包括n型摻雜和p型摻雜。例如,若第三gan層18的摻雜類型為p型摻雜,即第三gan層18為p型gan層,則第一gan層12的摻雜類型為n型摻雜,即第一gan層12為n型gan層。

實(shí)際應(yīng)用中,源極和漏極均可通過(guò)金屬層實(shí)現(xiàn)。其中,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。所述柵極可以包括自下而上依次形成的柵介質(zhì)層和金屬層,可選的,所述柵介質(zhì)層具體可以為氮化硅層。

為了進(jìn)一步減小接觸電阻,向algan層中摻入的雜質(zhì)可以為硅,相應(yīng)的,第一摻雜區(qū)141和第二摻雜區(qū)142中摻入的雜質(zhì)為硅。

進(jìn)一步的,第一摻雜區(qū)141和第二摻雜區(qū)142的厚度,可以大于algan層的厚度,即第一摻雜區(qū)141和第二摻雜區(qū)142延伸至第二gan層13內(nèi),以進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻。

本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件中,位于襯底表面上依次設(shè)置有經(jīng)參雜的第一gan層、未經(jīng)摻雜的第二gan層和algan層,在第二gan層的底部設(shè)置有與所述第一gan層接觸且經(jīng)摻雜的第三gan層,柵極下方的第二gan層穿過(guò)第三gan層與第一gan層連通,并且algan層的表面內(nèi)設(shè)置有分別位于柵極兩側(cè)的第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū),源極則位于該第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)表面上,通過(guò)設(shè)置第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū),能夠有效減小接觸電阻,進(jìn)而降低器件的導(dǎo)通電阻和功耗,提高器件性能。

圖2a為本發(fā)明實(shí)施例二提供的半導(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、在襯底的上表面依次形成經(jīng)摻雜的第一gan層和第三gan層,第一gan層和第三gan層的摻雜類型不同。

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,所述第一gan層用標(biāo)號(hào)12表示,所述第三gan層用標(biāo)號(hào)18表示。

202、去除預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的第三gan層,以露出所述第一gan層的表面。

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??蛇x的,可以通過(guò)刻蝕工藝去除預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的第三gan層。

203、在整個(gè)器件表面依次形成未經(jīng)摻雜的第二gan層和algan層。

具體地,執(zhí)行203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,所述第二gan層用標(biāo)號(hào)13表示,所述algan層用標(biāo)號(hào)14表示。

204、在預(yù)設(shè)的柵極區(qū)域兩側(cè),形成位于algan表面內(nèi)的第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)。

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3d所示,其中,所述第一摻雜區(qū)用標(biāo)號(hào)141表示,所述第二摻雜區(qū)用標(biāo)號(hào)142表示。

205、在柵極區(qū)域?qū)?yīng)的algan上形成柵極,在第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)上形成源極,形成覆蓋襯底下表面的漏極。

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,所述源極用標(biāo)號(hào)16表示,所述漏極用標(biāo)號(hào)17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(zhǎng)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。

具體的,第三gan層的摻雜類型與第一gan層的摻雜類型不同,所述摻雜類型具體包括n型摻雜和p型摻雜。例如,若第三gan層的摻雜類型為p型摻雜,即第三gan層為p型gan層,則第一gan層的摻雜類型為n型摻雜,即第一gan層為n型gan層。

相應(yīng)的,在一種可實(shí)施方式中,如圖2b所示,圖2b為本發(fā)明實(shí)施例二中在襯底的上表面依次形成第一gan層和第三gan層的流程示意圖,在圖2a所示實(shí)施方式的基礎(chǔ)上,201具體可以包括:

301、在所述襯底的表面形成第一gan層,并向所述第一gan層中摻入n型雜質(zhì);

302、在第一gan層的表面形成第三gan層,并向所述第三gan層中摻入p型雜質(zhì)。

其中,n型雜質(zhì)可以包括但不限于:五價(jià)元素砷、磷、銻等。p型雜質(zhì) 可以包括但不限于:三價(jià)元素硼、銦、鎵等。相應(yīng)的,摻入n型雜質(zhì)的第一gan層形成n型gan層,摻入p型雜質(zhì)的第三gan層形成p型gan層。

為了進(jìn)一步減小接觸電阻,在一種可實(shí)施方式中,如圖2c所示,圖2c為本發(fā)明實(shí)施例二中形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的流程示意圖,在圖2a所示實(shí)施方式的基礎(chǔ)上,204具體可以包括:

401、在algan層表面形成阻擋層,通過(guò)刻蝕去除位于柵極區(qū)域兩側(cè)的阻擋層,以露出algan層的表面;

402、向露出的algan層中摻入硅,形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū);

403、去除剩余的阻擋層。

具體的,所述阻擋層在摻雜過(guò)程中起到阻擋作用,防止摻雜雜質(zhì)進(jìn)入阻擋層覆蓋的區(qū)域,可選的,阻擋層可以包括但不限于:光刻膠,氧化硅或氮化硅等。

具體的,為了進(jìn)一步減小接觸電阻,如圖2d所示,圖2d為本發(fā)明實(shí)施例二中形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的流程示意圖,在圖2c所示實(shí)施方式的基礎(chǔ)上,402具體可以包括:

501、向露出的algan層中摻入硅,形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū),且第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的厚度大于algan層的厚度。

具體的,第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的厚度可以大于algan層的厚度,即第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)延伸至第二gan層中。

具體的,可以按照預(yù)設(shè)的工藝流程形成器件的柵極、源區(qū)及漏極的制備等。舉例來(lái)說(shuō),如圖2e所示,圖2e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,205中所述在柵極區(qū)域?qū)?yīng)的algan上形成柵極,具體可以包括:

601、在柵極區(qū)域?qū)?yīng)的algan表面,依次形成氮化硅層和金屬層。

實(shí)際應(yīng)用中,源極和漏極均可通過(guò)金屬層實(shí)現(xiàn)。其中,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)施方式中,柵極包括自下而上依次形成的柵介質(zhì)層和金屬層,可選的,所述柵介質(zhì)層具體為氮化硅層。

本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件制作方法中,位于襯底表面上依次設(shè)置有經(jīng)參雜的第一gan層、未經(jīng)摻雜的第二gan層和algan層,在第二gan層的 底部設(shè)置有與所述第一gan層接觸且經(jīng)摻雜的第三gan層,柵極下方的第二gan層穿過(guò)第三gan層與第一gan層連通,并且algan層的表面內(nèi)設(shè)置有分別位于柵極兩側(cè)的第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū),源極則位于該第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)表面上,通過(guò)設(shè)置第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū),能夠有效減小接觸電阻,進(jìn)而降低器件的導(dǎo)通電阻和功耗,提高器件性能。

最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)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(shuō)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。

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