[發(fā)明專利]高電子遷移率晶體管及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210553817.2
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103545360A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 黃敬源;游承儒;姚福偉;余俊磊;楊富智;陳柏智;許竣為
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/10;H01L21/335
• 代理公司: 北京德恒律治知識產(chǎn)權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本公開總體上涉及一種半導體結構，具體地，涉及一種高電子遷移率晶體管(HEMT)以及形成HEMT的方法。

背景技術

在半導體技術中，由于自身的特點，使用III族-V族(或III-V族)半導體化合物形成各種集成電路器件，如高功率場效應晶體管、高頻晶體管、或高電子遷移率晶體管(HEMT)。和金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的一般情況一樣，HEMT是一種場效應晶體管，其能將具有不同帶隙(即，異質結)的兩種材料間的結點整合成溝道而非摻雜區(qū)。與MOSFET相比，HEMT具有一些吸引人的特點，包括高電子遷移率和高頻傳輸信號的能力等。

從申請的角度來看，增強模式(E-模式)HEMT具有很多優(yōu)點。E-模式HEMT允許除去負極性電壓源，因此降低了電路的復雜度和成本。盡管存在上述的吸引人的特點，但是在開發(fā)III-V半導體化合物基的器件方面仍存在一些挑戰(zhàn)。已經(jīng)實施了關于這些III-V半導體化合物的配置和材料方面的各種技術，以盡力和進一步提高晶體管器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導體結構，包括：第一III-V化合物層；第二III-V化合物層，布置在第一III-V化合物層上且其組成不同于第一III-V化合物層，其中，載流子溝道位于第一III-V化合物層和第二III-V化合物層之間；源極部件和漏極部件，布置在第二III-V化合物層上；柵電極，布置在第二III-V化合物層的上方且位于源極部件和漏極部件之間，其中，氟區(qū)域嵌入柵電極下方的第二III-V化合物層中；第三III-V化合物層，布置在第二III-V化合物層的上方；以及柵極介電層，布置在第二III-V化合物層的部分的上方以及第三III-V化合物層的整個頂面的上方。

其中，柵極介電層的氟段位于氟區(qū)域上以及柵電極的至少一部分的下方。

其中，柵電極下方的載流子溝道包括耗盡區(qū)。

其中，柵極介電層的厚度在大約3nm到大約20nm的范圍內(nèi)。

其中，柵極介電層包括氧化硅、氮化硅、氧化鎵、氧化鋁、氧化鈧、氧化鋯、氧化鑭或氧化鉿。

其中，第三III-V化合物層的寬度小于柵電極的寬度。

其中，氟區(qū)域耗盡載流子溝道的一部分。

其中，柵電極包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鈦鎢(TiW)、鎢(W)、鎳(Ni)、金(Au)或銅(Cu)。

該半導體結構進一步包括介電覆蓋層，介電覆蓋層位于柵極介電層的下方且位于第二III-V化合物層的上方。

其中，源極部件和漏極部件中的每一個均不含有Au但包含Al、Ti或Cu。

此外，還提供了一種半導體結構，包括：氮化鎵(GaN)層，布置在基板上；氮化鋁鎵(AlGaN)層，布置在GaN層上，其中，氟區(qū)域嵌入AlGaN層中；P型GaN層，布置在AlGaN層上；源極部件和漏極部件，二者相互隔開且布置在AlGaN層上；柵電極，布置在AlGaN層的上方且位于源極部件和漏極部件之間，其中，柵電極在氟區(qū)域的上方；以及柵極介電層的一部分，布置在柵電極和AlGaN層之間，其中，柵極介電層的該部分覆蓋P型GaN層。

其中，載流子溝道位于GaN層和AlGaN層之間，載流子溝道包括位于柵電極下方的耗盡區(qū)。

柵極介電層的厚度在大約3nm到大約20nm的范圍內(nèi)。

其中，柵極介電層包括氧化硅、氮化硅、氧化鎵、氧化鋁、氧化鈧、氧化鋯、氧化鑭或氧化鉿。

其中，柵極介電層的該部分與氟區(qū)域的大部分重疊。

其中，源極部件和漏極部件中的每一個均不含有Au但包含Al、Ti或Cu。

其中，柵電極包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鈦鎢(TiW)、鎢(W)、鎳(Ni)、金(Au)或銅(Cu)。

此外，還提供了一種形成半導體結構的方法，該方法包括：在第一III-V化合物層上外延生長第二III-V化合物層，其中，載流子溝道位于第一III-V化合物層和第二III-V化合物層之間；在第二III-V化合物層上形成源極部件和漏極部件；在第二III-V化合物層上形成第三III-V化合物層；在第二III-V化合物層的一部分和第三III-V化合物層的頂面上沉積柵極介電層；用氟處理位于第二III-V化合物層的一部分上的柵極介電層；以及在源極部件和漏極部件之間的經(jīng)處理的柵極介電層上形成柵電極。

其中，處理柵極介電層包括用氟處理第二III-V化合物層的位于柵電極下方的一部分。