[發明專利]制備半導體結構的方法、半導體結構及場效應晶體管

在審

• 申請號: 201711143467.1
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107910265A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 武嫻;王敬;肖磊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/772
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 趙天月

技術領域

本發明涉及電子領域，具體地，涉及制備半導體結構的方法、半導體結構及場效應晶體管。

背景技術

介質薄膜以其優良的絕緣性能和介電性能，在半導體集成電路、薄膜混合集成電路以及一些薄膜化元器件中得到廣泛應用。高質量的介質薄膜更是許多電學器件的必要組成部分，尤其在MOS(金屬-氧化物-半導體)器件中，介質薄膜的質量以及介質薄膜與基底之間的界面特性都尤為重要，對器件的性能影響很大。因此，介質薄膜的制備起到關鍵作用。對于制備介質薄膜的方法除了常規的沉積方法外，還可以采用熱氧的方法。通過熱氧化在基底上得到本身的絕緣氧化層，熱氧得到的氧化層與基底的界面處的缺陷密度更小，并且十分容易實現。例如，用熱氧生長SiO₂作為Si基金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)的柵介質，它的界面態密度比通過沉積方法得到的氧化物介質薄膜更小，柵介質的質量更好。

然而，目前的制備半導體結構的方法、半導體結構及場效應晶體管仍有待改進。

發明內容

本發明是基于發明人的以下發現而完成的：

目前，半導體尤其是化合物半導體的MOSFET多存在性能較差的問題。發明人經過深入研究以及大量實驗發現，這主要是由于上述場效應晶體管的介質層的質量較差以及其與半導體基底之間的界面特性較差導致的。具體的，目前化合物半導體的MOSFET的介質層多采用沉積的方式形成，例如，化學氣相淀積(CVD)或者原子層沉積(ALD)形成的氧化物，這類介質與半導體之間的界面質量較差，界面態密度較高，造成器件漏電較大、可靠性變差。此外，發明人發現，對于化合物半導體而言，若采用熱氧的方法制備介質層，會在半導體基底上形成其本身的氧化物，而該氧化物并不適合作介質層。這是由于該氧化物不穩定，易形成可移動電荷，并且質量也較差，因此會對器件的性能造成很大的影響。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

有鑒于此，在本發明的一個方面，本發明提出了一種制備半導體結構的方法。該方法包括：提供半導體層；在所述半導體層的上表面設置界面層，所述界面層為含鋁元素的氮化物；在所述半導體層上設置第一介質層，所述第一介質層是通過對所述界面層進行熱氧化或熱氮氧化而形成的，所述界面層至少部分轉化為所述第一介質層；以及在所述第一介質層遠離所述半導體層的表面設置金屬層。由此，可以利用簡單的生產工藝獲得具有高質量、優異界面特性的介質層的半導體結構。

根據本發明的實施例，所述半導體層設置在基底層上。由此，可以提供半導體結構的基底。

根據本發明的實施例，所述基底層包括半導體材料以及絕緣材料的至少之一。由此，可以使用來源廣泛的材料形成基底層。

根據本發明的實施例，所述半導體層包括砷化物半導體、銻化物半導體、磷化物半導體、以及硫化物半導體的至少之一。上述半導體具有較好的電學性能，有利于提高利用該半導體結構形成的器件的性能。

根據本發明的實施例，所述界面層包括具有非晶、贗晶或晶體結構的含Al的氮化物的至少之一，所述第一介質層是由所述界面層經過所述熱氧化或熱氮氧化形成的高k介質形成的。由此，可以利用簡單的生產工藝獲得具有高質量、優異界面特性的介質層。

根據本發明的實施例，所述界面層為AlN，所述界面層的厚度為1-100nm。由此，可以提高由該界面層形成的介質層的抗擊穿能力。

根據本發明的實施例，所述高k介質為Al₂O₃或AlO_xN_y，其中0<x<1.5，0≤y<1。由此，介質層具有高質量、優異界面特性的優點。

根據本發明的實施例，所述熱氧化或所述熱氮氧化的溫度為600-1000℃。由此，可以使界面層轉換成介質層。

根據本發明的實施例，在設置所述金屬層之前，在所述第一介質層遠離所述半導體層的表面進一步設置第二介質層，在所述第二介質層遠離所述半導體層的表面設置所述金屬層。設置第二介質層從而可以使第一介質層做的很薄，進而可以提高第一介質層的質量，同時雙層介質層可以耐更高的擊穿電壓。