一种半导体器件及其制造方法技术

本申请公开了一种半导体器件及其制造方法，半导体器件可以包括依次层叠的沟道层和势垒层，以及掺杂层和栅极结构，沟道层和势垒层由Ⅲ族氮化物材料构成，势垒层具有栅极区域，掺杂层位于势垒层的背离沟道层的一侧，且掺杂层位于栅极区域，掺杂层的材料为包含受体型掺杂元素的

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件及其制造方法


[0001]本申请涉及半导体制造
，尤其涉及一种半导体器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体氮化镓(gallium nitride，GaN)具有高击穿电场、高电子迁移率及高电子饱和漂移速度，在电力电子和射频微波领域的应用前景十分广阔。
[0003]目前，氮化镓器件主要包含基于氮化铝镓(AlGaN)/GaN的异质结构的器件，例如以AlGaN/GaN异质结为核心制作的高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)有着优良的性能，非常适合制作功率半导体器件，目前被业界广泛关注。其中，AlGaN/GaN产生的压电极化及自发极化会使异质结界面处形成高浓度的二维电子气(two
‑
dimensional electron gas，2
‑
DEG)，其迁移率及饱和速度都远高于硅。
[0004]氮化镓器件中，在栅极区域的AlGaN/GaN异质结表面可以形成有一层掺杂层，掺杂层上形成有栅极结构，构成掺杂层和栅极结构的叠层，该掺杂层可以为p型GaN(p
‑
GaN)层或p型AlGaN(p
‑
AlGaN)，这种结构的氮化镓器件在工作时，栅极结构和掺杂层的侧壁会形成漏电通道，使得栅极漏电(gate leakage，Igleak)等电性参数受到影响。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例提供了一种半导体器件及其制造方法，以提高器件的性能。
[0006]本申请实施例的第一方面，提供了一种半导体器件及其制造方法，半导体器件可以包括依次层叠的沟道层和势垒层，以及掺杂层和栅极结构，沟道层和势垒层由Ⅲ族氮化物材料构成，势垒层具有栅极区域，掺杂层位于势垒层的背离沟道层的一侧，且掺杂层位于栅极区域，掺杂层的材料为包含受体型掺杂元素的
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物，栅极结构位于掺杂层的背离沟道层的一侧，栅极结构的朝向掺杂层的一侧侧壁相对于掺杂层的侧壁有回缩，且栅极结构的朝向掺杂层的一侧侧壁相对于栅极结构的背离掺杂层的一侧侧壁有回缩，使栅极结构和掺杂层的侧壁不在同一平面内，栅极结构的朝向掺杂层的一侧侧壁的回缩结构隔断了栅极结构背离掺杂层的一侧侧壁和掺杂层侧壁的接触，相当于隔断了栅极结构和掺杂层之间的漏电通道，因此减少了器件的漏电流，提高器件性能。
[0007]在一些可能的实施方式中，所述沟道层的材料为氮化镓，所述势垒层的材料为氮化铝镓，所述掺杂层的材料为包含受体型掺杂元素的氮化镓或氮化铝镓。
[0008]本申请实施例中，沟道层的材料可以为氮化镓，势垒层的材料为氮化铝镓，可以在二者的界面处形成二维电子气，掺杂层的材料为包含受体型掺杂元素的氮化镓或氮化铝镓，可以耗尽更好的耗尽栅极区域的二维电子气，同时掺杂层与势垒层有较好的接触，利于提高器件性能。
[0009]在一些可能的实施方式中，所述栅极结构的朝向所述掺杂层的一侧侧壁外围设置有介质结构，使所述栅极结构的背离所述掺杂层的一侧侧壁、所述介质结构的侧壁和所述
掺杂层的至少部分侧壁齐平。
[0010]本申请实施例中，栅极结构的朝向掺杂层的一侧侧壁构成凹陷结构，其外围可以设置介质结构，使栅极结构的背离掺杂层的一侧侧壁和介质结构的侧壁以及掺杂层的至少部分侧壁齐平，即利用介质结构填充该凹陷结构，使整体结构稳定的同时，介质结构能够更好的阻断栅极结构的侧壁和掺杂层的侧壁之间的漏电通道，利于提高器件性能。
[0011]在一些可能的实施方式中，所述栅极结构的朝向所述掺杂层的一侧侧壁外围设置有介质结构，使所述栅极结构的背离所述掺杂层的一侧侧壁和所述介质结构的侧壁齐平；所述掺杂层的至少部分侧壁与所述介质结构的侧壁不平行。
[0012]本申请实施例中，栅极结构的朝向掺杂层的一侧侧壁形成凹陷结构，其外围可以设置介质结构，使栅极结构的背离掺杂层的一侧侧壁和介质结构的侧壁齐平，且掺杂层的至少部分侧壁与介质结构的侧壁不平行，即利用介质结构填充该凹陷结构，当然介质结构可以填满该凹陷结构，也可以未填满该凹陷结构，对凹陷结构的填充使整体结构稳定的同时，介质结构能够更好的阻断栅极结构的侧壁和掺杂层的侧壁之间的漏电通道，利于提高器件性能。
[0013]在一些可能的实施方式中，所述介质结构的材料包括以下材料的至少一种：SiO2、SiON、SiNx、AlOx、AlNx、GaOx、TiOx。
[0014]本申请实施例中，介质结构的材料可以为绝缘性好的材料，以更好的阻断栅极结构和侧壁和掺杂层的侧壁之间的漏电通道，利于提高器件性能。
[0015]在一些可能的实施方式中，在平行所述沟道层的表面的平面内，所述介质结构包围所述栅极结构，且位于所述栅极结构不同侧的介质结构的多个部分的宽度不完全相同。
[0016]本申请实施例中，介质结构可以从各个侧面包围栅极结构，以从各个侧壁填充栅极结构朝向掺杂层的一侧侧壁的凹陷，位于不同侧的介质结构的多个部分的宽度不完全相同，使器件能够适应更多的应用场景。
[0017]在一些可能的实施方式中，所述介质结构在垂直所述沟道层的表面的方向上的尺寸小于5微米。
[0018]本申请实施例中，介质结构的厚度小于5微米，使介质结构的厚度较小，这样对介质结构进行刻蚀时，无论时干法刻蚀还是湿法刻蚀，均对势垒层的损伤较小，利于提高器件性能。
[0019]在一些可能的实施方式中，所述栅极结构的材料包含以下材料的至少一种：Ti、TiN、W、Ni、NiV、Ta、TaN、Pd、Pt、WSi2、Au。
[0020]本申请实施例中，栅极结构的材料可以是导电性较好的材料，以提高器件性能。
[0021]在一些可能的实施方式中，所述半导体器件还包括：
[0022]源极和漏极；所述源极和所述漏极位于所述势垒层的背离所述沟道层的一侧，且所述源极和所述漏极分别位于所述栅极区域的两侧。
[0023]本申请实施例中，还可以包括栅极区域两侧的源极和漏极，以构成完整的器件，实现较高的器件性能。
[0024]在一些可能的实施方式中，所述半导体器件还包括：
[0025]基底，所述基底位于所述沟道层背离所述势垒层的一侧。
[0026]本申请实施例中，可以在沟道层背离势垒层的一侧设置基底，用于支撑设置在基
底其上的膜层，提高器件的可靠性。
[0027]在一些可能的实施方式中，所述半导体器件还包括：
[0028]位于所述基底和所述沟道层之间的缓冲层。
[0029]本申请实施例中，基底和沟道层之间还可以设置有缓冲层，从而提高沟道层的质量，利于提高器件性能。
[0030]本申请实施例第二方面，提供了一种半导体器件的制造方法，包括：
[0031]在沟道层上依次形成势垒层、掺杂材料层和介质材料层；所述沟道层由Ⅲ族氮化物材料构成，所述势垒层由Ⅲ族氮化物材料构成，所述势垒层具有栅极区域；所述掺杂材料层的材料为包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：依次层叠的沟道层和势垒层；所述沟道层由III族氮化物材料构成，所述势垒层由III族氮化物材料构成，所述势垒层具有栅极区域；掺杂层，所述掺杂层位于所述势垒层的背离所述沟道层的一侧，且所述掺杂层位于所述栅极区域；所述掺杂层的材料为包含受体型掺杂元素的III
‑Ⅴ
族化合物；栅极结构，所述栅极结构位于所述掺杂层的背离所述沟道层的一侧；所述栅极结构的朝向所述掺杂层的一侧侧壁相对于所述掺杂层的侧壁有回缩，且所述栅极结构的朝向所述掺杂层的一侧侧壁相对于所述栅极结构的背离所述掺杂层的一侧侧壁有回缩，使所述栅极结构和所述掺杂层的侧壁不在同一平面内。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述沟道层的材料为氮化镓，所述势垒层的材料为氮化铝镓，所述掺杂层的材料为包含受体型掺杂元素的氮化镓或氮化铝镓。3.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述栅极结构的朝向所述掺杂层的一侧侧壁外围设置有介质结构，使所述栅极结构的背离所述掺杂层的一侧侧壁、所述介质结构的侧壁和所述掺杂层的至少部分侧壁齐平。4.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述栅极结构的朝向所述掺杂层的一侧侧壁外围设置有介质结构，使所述栅极结构的背离所述掺杂层的一侧侧壁和所述介质结构的侧壁齐平；所述掺杂层的至少部分侧壁与所述介质结构的侧壁不平行。5.根据权利要求3或4所述的器件，其特征在于，所述介质结构的材料包括以下材料的至少一种：SiO2、SiON、SiNx、AlOx、AlNx、GaOx、TiOx。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的器件，其特征在于，在平行所述沟道层的表面的平面内，所述介质结构包围所述栅极结构，且位于所述栅极结构不同侧的介质结构的多个部分的宽度不完全相同。7.根据权利要求3
‑
6任一项所述的器件，其特征在于，所述介质结构在垂直所述沟道层的表面的方向上的尺寸小于5微米。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述的器件，其特征在于，所述栅极结构的材料包含以下材料的至少一种：Ti、TiN、W、Ni、NiV、Ta、TaN、Pd、Pt、WSi2、Au。9.根据权利要求1
‑
8任一项所述的器件，其特征在于，还包括：源极和漏极；所述源极和所述漏极位于所述势垒层的背离所述沟道层的一侧，且所述源极和所述漏极分别位于所述栅极区域的两侧。10.根据权利要求1
‑
9任一项所述的器件，其特征在于，还包括：基底，所述基底位于所述沟道层背离所述势垒层的一侧。11.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，还包括：位于所述基底和所述沟道层之间的缓冲层。12.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：在沟道层上依次形成势垒层、掺杂材料层和介质材料层；所述沟道层由III族氮化物材料构成，所述势垒层由III族氮化物材料构成，所述势垒层具有栅极区域；所述掺杂材料层的材料为包含受体型掺杂元素的III
‑Ⅴ
族化合物；对位于所述栅极区域的掺杂材料层上的介质材料层进行刻蚀，以形成贯穿所述介质材料层的栅区...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙辉，高彪，陈智斌，侯勇，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：