[發(fā)明專(zhuān)利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910900104.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110943126B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳京玉;張瑋婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/778
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/778;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 隆天知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 王宇航;黃艷

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)用于控制摻雜劑擴(kuò)散及活化的結(jié)構(gòu)和方法。在一范例中，公開(kāi)一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。前述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：通道層、屏障層、柵極電極以及摻雜層。屏障層位于前述通道層上方。柵極電極位于前述屏障層上方。摻雜層形成于前述屏障層和前述柵極電極之間。前述摻雜層包括與前述屏障層接觸的界面層以及位于前述界面層和前述柵極電極之間的主層。前述摻雜層包括摻雜劑，且前述摻雜劑于前述界面層中的摻雜濃度低于前述摻雜劑于前述主層中的摻雜濃度。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別涉及一種用于控制摻雜劑擴(kuò)散及活化的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

由于高電流密度、高崩潰電壓和低導(dǎo)通電阻(on-resistance)，在功率應(yīng)用中高電子遷移率晶體管(high?electron?mobility?transistor；HEMT)的使用變得普遍。開(kāi)發(fā)高電子遷移率晶體管(例如具有p型氮化鎵(GaN)柵極的常關(guān)閉(增強(qiáng)型)高電子遷移率晶體管)的主要困難之一是控制p型氮化鎵層中的鎂(Mg)或其他摻雜劑的向外擴(kuò)散和活化。

p型氮化鎵柵極高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵層包括p型氮化鎵層和氮化鋁鎵(AlGaN)/氮化鎵異質(zhì)結(jié)構(gòu)(heterostructure)。柵極接觸區(qū)下方的p型氮化鎵層控制高電子遷移率晶體管的開(kāi)啟和關(guān)閉。此外，氮化鋁鎵/氮化鎵界面在高電子遷移率晶體管的源極電極和漏極電極之間形成二維電子氣體(two?dimensional?electron?gas；2DEG)通道。在現(xiàn)有的高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)中，摻雜鎂的p型氮化鎵層中的摻雜劑可輕易地向外擴(kuò)散至氮化鋁鎵層中且使摻雜劑失去活化。氮化鋁鎵層中的鎂向外擴(kuò)散和非活化將在氮化鋁鎵層中形成設(shè)陷(trapping)中心，并降低二維電子氣體電流。這使得高電子遷移率晶體管性能變差，例如更高的導(dǎo)通電阻及/或高溫逆偏壓(high?temperature?reverse?bias；HTRB)劣化。

因此，現(xiàn)有的高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)并非在摻雜劑擴(kuò)散及活化方面完全地令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：通道層、屏障層、柵極電極以及摻雜層。屏障層位于前述通道層上方。柵極電極位于前述屏障層上方。摻雜層形成于前述屏障層和前述柵極電極之間。前述摻雜層包括與前述屏障層接觸的界面層以及位于前述界面層和前述柵極電極之間的主層。前述摻雜層包括摻雜劑，且前述摻雜劑于前述界面層中的摻雜濃度低于前述摻雜劑于前述主層中的摻雜濃度。

本公開(kāi)實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：形成通道層；在前述通道層上方形成屏障層；在前述屏障層上方成長(zhǎng)摻雜層，將摻雜劑摻雜至前述摻雜層中，其中前述摻雜層包括與前述屏障層接觸的界面層以及位于前述界面層上的主層，在摻雜期間控制前述摻雜劑的流量，以使前述摻雜劑于界面層中的摻雜濃度低于前述摻雜劑于主層中的摻雜濃度；以及在前述摻雜層上方形成柵極電極。

本公開(kāi)實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：形成通道層；在前述通道層上方形成屏障層；在前述屏障層上方成長(zhǎng)摻雜層，將摻雜劑摻雜至前述摻雜層中，其中前述摻雜層包括與前述屏障層接觸的界面層以及位于前述界面層上的主層，在摻雜期間控制前述摻雜劑的溫度，以使前述摻雜劑于前述主層中的溫度高于前述摻雜劑于前述界面層中的溫度；以及在前述摻雜層上方形成柵極電極。

附圖說(shuō)明

根據(jù)以下的詳細(xì)說(shuō)明并配合說(shuō)明書(shū)附圖以更好地了解本公開(kāi)實(shí)施例的概念。應(yīng)注意的是，根據(jù)本產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)慣例，附圖中的各種部件未必按照比例繪制。事實(shí)上，可能任意地放大或縮小各種部件的尺寸，以做清楚的說(shuō)明。在通篇說(shuō)明書(shū)及附圖中以相似的標(biāo)號(hào)標(biāo)示相似的特征。

圖1示出根據(jù)本公開(kāi)一些實(shí)施例的具有受控制的摻雜劑擴(kuò)散及活化的示范性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖2示出根據(jù)本公開(kāi)一些實(shí)施例的將摻雜劑摻雜在示范性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的方法。