[發明專利]一種半導體結構及其形成方法

在審

• 申請號: 201811387910.4
• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN109638073A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 喬彥聰;程海英;王敬;宋東波
• 申請（專利權）人: 蕪湖啟迪半導體有限公司;清華大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423;H01L29/20;H01L21/335
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 馬榮

本發明適用于半導體器件技術領域，提供了一種半導體結構及其形成方法，半導體結構從下至上依次包括：襯底；緩沖層；溝道層，材料為GaN晶體或InGaN晶體；厚勢壘層，材料為In_mAl_nGa_(1?m?n)N晶體，Al組分的摩爾含量0.80≥n≥0.15，In組分的摩爾含量0.45≥m≥0，厚度不低于10nm，在厚勢壘層形成柵電極窗口，其底部為溝道層或厚度不大于3nm的厚勢壘層；薄勢壘層，材料為低Al組分的In_xAl_yGa_(1?x?y)N晶體，厚度約為0.5～5nm，Al組分的摩爾含量0.15≥y≥0.01，In組分的摩爾含量0.3≥x≥0，位于柵電極窗口內；P型柵極層，材料為P型導電GaN晶體或AlGaN晶體；柵電極，位于柵電極窗口內，底部與P型柵極層接觸。低Al組分薄勢壘層外延生長時可以修復槽型柵側壁和底部的刻蝕損傷層，減小柵介質界面態，增強柵極可靠性，改善工藝窗口及器件成品率。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，提供了一種半導體結構及其形成方法。

背景技術

隨著現代武器裝備和航空航天、核能、通信技術、汽車電子、開關電源的發展，對半導體器件的性能提出了更高的要求。作為寬禁帶半導體材料的典型代表，GaN基材料具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、臨界擊穿場強高、熱導率高、穩定性好、耐腐蝕、抗輻射等特點，可用于制作高溫、高頻及大功率電子器件。另外，GaN還具有優良的電子特性，可以和AlGaN形成調制摻雜的AlGaN/GaN異質結構，該結構在室溫下可以獲得高于1500cm²/Vs的電子遷移率，以及高達3×10⁷cm/s的峰值電子速度和2×10⁷cm/s的飽和電子速度，并獲得比第二代化合物半導體異質結構更高的二維電子氣密度，被譽為是研制微波功率器件的理想材料。因此，基于AlGaN/GaN異質結的微波功率器件在高頻率、高功率的無線通信、雷達等領域具有非常好的應用前景。

典型AlGaN/GaN HEMT器件結構的主要工作部分是位于 AlGaN/GaN異質結界面處的二維電子氣(2DEG)，因為它幾乎不受電離雜質散射的作用，因而具有較高的面濃度和電子遷移率。它的工作原理是通過改變柵電壓的大小來調控異質結界面處的2DEG密度，從而改變源漏電流。Y.Okamoto等人報道了帶有調制場板的凹柵型AlGaN/GaN HFET，凹柵極技術使得器件的閾值電壓從-4.2V增加到-1.7V，W.Saito等人提出了凹柵極結構的增強型AlGaN/GaN HFET，通過刻蝕AlGaN勢壘層，實現了+1V的閾值電壓，并且可以獲得較低的比導通電阻4mΩ·cm²，耐壓值為435V。但是，在AlGaN勢壘層上刻蝕凹槽，一方面對AlGaN勢壘層存在損傷，且經刻蝕后的勢壘層表面缺陷較多，影響器件可靠性，另一方面對刻蝕后凹槽內剩余的AlGaN勢壘層的厚度均勻性和一致性要求很高，要求剩余約3～5nm的厚度，對外延和刻蝕工藝的一致性和重復性提出了嚴苛的要求。這兩方面的因素導致凹槽柵型GaN HEMT器件存在增強型閾值偏低、閾值不穩定、可靠性較差等問題，且刻蝕工藝難以控制，工藝窗口窄，成品率不高，不利于規模化生產。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一，特別是解決凹槽柵技術在對AlGaN勢壘層刻蝕凹槽時引起的AlGaN勢壘層的刻蝕損傷和表面缺陷，以及刻蝕工藝窗口窄，難以規模化生產等相關問題。