一种半导体结构及其制造方法技术

一种半导体结构及其制造方法，解决了现有半导体结构的制造工艺复杂以及稳定性和可靠性差的问题。其中的半导体结构包括：依次叠加的沟道层(23)以及势垒层(24)，其中，所述势垒层(24)的上方定义有栅极区域；以及形成于所述栅极区域的p型半导体材料(3)，其中所述p型半导体材料(3)包括至少一种成分变化元素，所述成分变化元素的成分在外延方向上变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种半导体结构及其制造方法
本专利技术涉及微电子技术，具体涉及一种半导体结构，以及制造该半导体结构的方法。专利技术背景高电子迁移率晶体管(HEMT，HighElectronMobilityTransistor)是一种异质结场效应晶体管，以AlGaN/GaN异质结构为例，由于AlGaN/GaN异质结构中存在较强的二维电子气，通常AlGaN/GaNHEMT是耗尽型器件，使得增强型器件不易实现。而在许多地方耗尽型器件的应用又具有一定的局限性，比如在功率开关器件的应用中，就需要增强型(常关型)开关器件。增强型氮化镓开关器件主要用于高频器件、功率开关器件和数字电路等，它的研究具有十分重要的意义。实现增强型氮化镓开关器件，需要找到合适的方法来降低零栅压时栅极下方的沟道载流子浓度，例如通过在栅极区域设置p型半导体材料。但是专利技术人发现该方法至少有如下缺陷：栅极区域设置p型半导体材料，需要选择性刻蚀栅极以外的其他区域的p型半导体，而在外延方向上刻蚀厚度的精确工艺控制是非常难的，非常容易对p型半导体过刻而刻蚀到其下方的半导体材料，而且刻蚀中带来的缺陷，会引起严重的电流崩塌效应，同样会影响到器件的稳定性和可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种半导体结构及其制造方法，解决了现有半导体结构的制造工艺复杂以及稳定性差和可靠性差的问题。本专利技术一实施例提供的一种半导体结构，包括：依次叠加的沟道层以及势垒层，其中，所述势垒层的上方定义有栅极区域；以及形成于所述栅极区域的p型半导体材料，其中所述p型半导体材料包括至少一种成分变化元素，所述成分变化元素的成分在外延方向上变化。其中，所述成分变化元素的成分在外延方向上的变化曲线包括以下变化阶段中的一种或多种组合：周期性变化、呈递增的变化、和呈递减的变化。其中，所述p型半导体材料采用周期结构，所述周期结构包括沿外延方向依次叠加的至少一个周期，其中每个所述周期包括沿外延方向依次叠加的第一周期层和第二周期层，所述成分变化元素仅存在于所述第一周期层中或第二周期层中。其中，所述势垒层的表面定义有所述栅极区域，其中，以下二者只有其中一个包括所述成分变化元素：所述p型半导体材料的最靠近所述势垒层的所述第一周期层以及所述势垒层。其中，所述p型半导体材料为III-V族化合物，所述第一周期层包括至少一种III族元素和至少一种V族元素，所述第二周期层包括至少一种III族元素和至少一种V族元素；其中，所述成分变化元素为III族元素或V族元素。其中，所述III族元素包括：Al、Ga和In；和/或，所述V族元素包括：N。其中，所述p型半导体材料选自以下几种中的一种或多种：p型GaN、p型AlGaN、和p型InGaN；其中，所述p型GaN/AlGaN采用GaN和AlGaN构成的复合结构，所述p型GaN/AlGaN中的GaN进行了p型掺杂，或所述p型GaN/AlGaN中的AlGaN进行了p型掺杂，或所述p型GaN/AlGaN中的GaN和AlGaN都进行了p型掺杂。其中，所述半导体结构进一步包括：形成于所述栅极区域并向所述势垒层延伸的凹槽，其中，所述p型半导体材料填充所述凹槽。其中，所述势垒层的表面上定义有位于所述栅极区域两侧的源极区域和漏极区域；其中，所述半导体结构进一步包括：设置于所述源极区域并与所述势垒层形成欧姆接触的源电极；以及设置于所述漏极区域并与所述势垒层形成欧姆接触的漏电极。其中，所述半导体结构进一步包括：依次制备于所述沟道层下方的成核层和缓冲层。本专利技术一实施例提供一种半导体结构的制造方法，包括以下步骤：依次制备沟道层以及势垒层；在所述势垒层上方形成p型半导体材料，其中，所述p型半导体材料包括至少一种成分变化元素，所述成分变化元素的成分在外延方向上变化；对所述p型半导体材料进行选择性刻蚀，保留所述势垒层上方的栅极区域的所述p型半导体材料，并在所述选择性刻蚀过程中实时监测所述成分变化元素的成分；以及根据所述实时监测过程的结果，当所述p型半导体材料在外延方向上被刻蚀完毕时停止所述选择性刻蚀。其中，所述p型半导体材料采用周期结构，所述周期结构包括沿外延方向依次叠加的至少一个周期，其中每个所述周期包括沿外延方向依次叠加的第一周期层和第二周期层，所述成分变化元素仅存在于所述第一周期层中或第二周期层中；其中，所述根据所述实时监测过程的结果，当所述p型半导体材料在外延方向上被刻蚀完毕时停止所述选择性刻蚀包括：当根据所述实时监测过程的结果判断为所述p型半导体材料的最靠近所述势垒层的所述第一周期层在外延方向上被刻蚀完毕时，停止所述选择性刻蚀。其中，所述势垒层的表面定义有所述栅极区域，其中，以下二者只有其中一个包括所述成分变化元素：所述p型半导体材料的最靠近所述势垒层的所述第一周期层以及所述势垒层。其中，所述根据所述实时监测过程的结果，当所述p型半导体材料在外延方向上被刻蚀完毕时停止所述选择性刻蚀包括：当最靠近所述势垒层的所述第一周期层包括所述成分变化元素时，在对最靠近所述势垒层的所述第一周期层进行所述选择性刻蚀时，根据所述实时监测过程的结果发现所述成分变化元素消失时，停止所述选择性刻蚀；或，当所述势垒层包括所述成分变化元素时，在对最靠近所述势垒层的所述第一周期层进行所述选择性刻蚀时，根据所述实时监测过程的结果发现所述成分变化元素出现时，停止所述选择性刻蚀。其中，在所述势垒层上方形成p型半导体材料之前，所述方法进一步包括：在所述栅极区域形成向所述势垒层延伸的凹槽；其中，在所述势垒层上方形成p型半导体材料包括：在所述势垒层上方形成覆盖所述凹槽的p型半导体材料；其中，对所述p型半导体材料进行选择性刻蚀，保留所述势垒层上方的栅极区域的所述p型半导体材料包括：对所述p型半导体材料进行选择性刻蚀，保留所述凹槽中的所述p型半导体材料。其中，所述势垒层的表面上定义有位于所述栅极区域两侧的源极区域和漏极区域；其中所述方法进一步包括：刻蚀掉所述源极区域上方的半导体结构以露出所述势垒层，在所述源极区域制备与所述势垒层形成欧姆接触的源电极；以及刻蚀掉所述漏极区域上方的半导体结构以露出所述势垒层，在所述漏极区域制备与所述势垒层形成欧姆接触的漏电极。其中，在制备所述沟道层之前，所述方法进一步包括：依次制备成核层和缓冲层。本专利技术实施例所提供的半导体结构及其制造方法，通过在p型半导体材料中设置至少一种成分变化元素，可有助于降低对p型半导体材料进行刻蚀时的工艺难度。具体而言，在对p型半导体材料进行选择性刻蚀时，可监测p型半导体材料中成分变化元素的成分变化，以掌握对p型半导体材料的刻蚀进度，从而控制在外延方向上选择性刻蚀的进程，既可避免p型半导体材料在外延方向上需要被刻蚀的部分没有被完全刻蚀掉，又可避免过度刻蚀对下层半导体结构的损伤，减少了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，其特征在于，包括：/n依次叠加的沟道层以及势垒层，其中，所述势垒层的上方定义有栅极区域；以及/n形成于所述栅极区域的p型半导体材料，其中所述p型半导体材料包括至少一种成分变化元素，所述成分变化元素的成分在外延方向上变化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种半导体结构，其特征在于，包括：
依次叠加的沟道层以及势垒层，其中，所述势垒层的上方定义有栅极区域；以及
形成于所述栅极区域的p型半导体材料，其中所述p型半导体材料包括至少一种成分变化元素，所述成分变化元素的成分在外延方向上变化。


根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述成分变化元素的成分在外延方向上的变化曲线包括以下变化阶段中的一种或多种组合：周期性变化、呈递增的变化、和呈递减的变化。


根据权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述p型半导体材料采用周期结构，所述周期结构包括沿外延方向依次叠加的至少一个周期，其中每个所述周期包括沿外延方向依次叠加的第一周期层和第二周期层，所述成分变化元素仅存在于所述第一周期层中或第二周期层中。


根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，所述势垒层的表面定义有所述栅极区域，其中，以下二者只有其中一个包括所述成分变化元素：所述p型半导体材料的最靠近所述势垒层的所述第一周期层以及所述势垒层。


根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，所述p型半导体材料为III-V族化合物，所述第一周期层包括至少一种III族元素和至少一种V族元素，所述第二周期层包括至少一种III族元素和至少一种V族元素；
其中，所述成分变化元素为III族元素或V族元素。


根据权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，所述III族元素包括：Al、Ga和In；和/或，
所述V族元素包括：N。


根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述p型半导体材料选自以下几种中的一种或多种：p型GaN、p型AlGaN、和p型InGaN；
其中，所述p型GaN/AlGaN采用GaN和AlGaN构成的复合结构，所述p型GaN/AlGaN中的GaN进行了p型掺杂，或所述p型GaN/AlGaN中的AlGaN进行了p型掺杂，或所述p型GaN/AlGaN中的GaN和AlGaN都进行了p型掺杂。


根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，进一步包括：
形成于所述栅极区域并向所述势垒层延伸的凹槽，其中，所述p型半导体材料填充所述凹槽。


根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述势垒层的表面上定义有位于所述栅极区域两侧的源极区域和漏极区域；
其中，所述半导体结构进一步包括：
设置于所述源极区域并与所述势垒层形成欧姆接触的源电极；以及
设置于所述漏极区域并与所述势垒层形成欧姆接触的漏电极。


根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，进一步包括：依次制备于所述沟道层下方的成核层和缓冲层。

【专利技术属性】
技术研发人员：程凯，
申请(专利权)人：苏州晶湛半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32