專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法及其半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子領(lǐng)域，特別涉及制造半導(dǎo)體器件的方法及其半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
異質(zhì)結(jié)構(gòu)絕緣柵極場效應(yīng)晶體管(HIGFET)是本領(lǐng)域所公知的，并且用于各種應(yīng)用領(lǐng)域，包括互補(bǔ)數(shù)字電路和增強(qiáng)模式功率放大器電路。一些現(xiàn)有的HIGFET通過在異質(zhì)結(jié)構(gòu)基片上形成3納米的砷化鎵覆蓋層而形成。該異質(zhì)結(jié)構(gòu)基片包括在砷化銦鎵溝道層上的砷化鋁鎵阻擋層，該砷化銦鎵溝道層位于摻雜的半導(dǎo)體層上?，F(xiàn)有技術(shù)的HIGFET的一個(gè)問題是在輸出電流中的較大可變性。
相應(yīng)地，需要一種制造半導(dǎo)體器件的方法及其半導(dǎo)體器件，其具有在直流(DC)和射頻(RF)輸出電流上的較低可變性，并且具有其它用于數(shù)字和模擬電路應(yīng)用的改進(jìn)的電性能。
附圖簡述從下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明將變得更加清楚，其中

圖1、2、3和4示出在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造處理的不同步驟過程中的半導(dǎo)體器件的截面示圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例制造圖1、2、3和4中所示的半導(dǎo)體器件的方法的流程圖；圖6、7和8示出在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)制造處理的不同步驟過程中的另一個(gè)半導(dǎo)體器件的截面示圖；以及圖9示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例制造圖6、7和8中所示的半導(dǎo)體的方法的流程圖。
為了簡單和清楚地說明，附圖示出構(gòu)造的一般方法，并且公知特征和技術(shù)的描述和細(xì)節(jié)被省略，以避免不必要地混淆本發(fā)明。另外，在附圖中的元件不一定按照比例示出，并且在不同圖中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
另外，在說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語“第一、第二、第三等等”用于區(qū)分類似的元件，而不一定描述位置或時(shí)間次序。應(yīng)當(dāng)知道該術(shù)語在特定的環(huán)境下也可交換使用。另外，在說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語“之上、之下等等”用于描述的目的而不一定表示相對(duì)位置。應(yīng)當(dāng)知道在特定的環(huán)境下該術(shù)語也可以交換使用。另外應(yīng)當(dāng)知道在此所述的實(shí)施例可以被在除了此處所述和示出的方向之外的其它方向中制造或操作。
具體實(shí)施例方式
圖1、2、3和4示出在制造處理的不同步驟過程中半導(dǎo)體器件100的截面示圖。在圖1中，基片110具有一個(gè)表面119。在優(yōu)選實(shí)施例中，基片110是一個(gè)增量摻雜的異質(zhì)外延型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。作為一個(gè)例子，基片110可以包括由半導(dǎo)體絕緣的砷化鎵所制成的一個(gè)支承層111。基片110可以進(jìn)一步包括覆蓋支承層111的緩沖層112、覆蓋緩沖層112的摻雜層115、覆蓋摻雜層115的襯墊層116、覆蓋襯墊層116的溝道層117、以及覆蓋溝道層117的阻擋層118。
緩沖層112可以包括單層或多層，并且可以具有大約100至300納米的厚度。緩沖層112可以由砷化鎵和/或砷化鋁鎵所構(gòu)成。在該優(yōu)選實(shí)施例中，緩沖層112基本上包含未摻雜的砷化鎵，并且位于支承層111上。如在此所用，術(shù)語“未摻雜”被定義為約小于1×1015個(gè)原子每立方厘米的摻雜水平或濃度。
摻雜層115可以是一個(gè)增量摻雜(delta-doped)或非增量摻雜的層面。作為一個(gè)例子，摻雜層115可以包括用摻雜劑增量摻雜的砷化鎵，例如，硅摻雜濃度大約為1×1011至5×1012個(gè)原子每立方厘米。在每個(gè)實(shí)施例中，摻雜層115基本上包括砷化鎵和硅，并且位于緩沖層112上。
襯墊層116可以具有大約2至4納米的厚度。襯墊層116可以由砷化鎵所構(gòu)成。在該優(yōu)選實(shí)施例中，襯墊層116基本上包括未摻雜的砷化鎵，并且位于摻雜層115上。
溝道層117可以具有大約10至20納米的厚度。溝道層117可以包括砷化銦鎵或者另一種半導(dǎo)體。在該優(yōu)選實(shí)施例中，溝道層117位于襯墊層116上，并且基本上包括具有大約百分之15至20的銦的克分子分?jǐn)?shù)(mole fraction)的砷化銦鎵。
阻擋層118可以具有大約15至35納米的厚度。阻擋層118可以包括砷化鋁鎵。在該優(yōu)選實(shí)施例中，阻擋層118基本上包括具有大約75％的高鋁克分子分?jǐn)?shù)的砷化鋁鎵。阻擋層118的上表面形成用于基片110的表面119，并且位于溝道層117上。
接著，層面120被提供于基片110的表面119上。層面120可以包括砷化鎵。可以用于層面120的另一種等效材料包括氮化銦鎵、磷化銦鎵、以及磷化銦鎵鋁。對(duì)該優(yōu)選實(shí)施例中，層面120基本上包括未摻雜的砷化鎵。作為一個(gè)例子，層面120可以具有大約3至12納米的厚度。在該優(yōu)選實(shí)施例中，層面120具有大約6至9納米的厚度。并且，在該優(yōu)選實(shí)施例中，層面120位于基片110的表面119上。
接著，柵接頭210形成在層面120上。在該優(yōu)選實(shí)施例中，柵接頭210位于層面120上。如圖1中所示，柵接頭210覆蓋層面120的第一部分，并且不覆蓋層面120的第二部分。
作為一個(gè)例子，柵接頭210可以使用如下工藝來形成。首先，金屬層形成在層面120上。作為一個(gè)例子，金屬層可以具有大約300至500納米的厚度，并且基本上包括氮化鈦鎢、鈦鎢、鈦或鎢。接著，在金屬層上形成一個(gè)蝕刻掩膜。作為一個(gè)例子，該蝕刻掩膜可以包括光刻膠。該金屬層可以使用干法蝕刻處理來蝕刻，然后可以除去該蝕刻掩膜。金屬層的蝕刻和構(gòu)圖在層面120的第一部分上以及在基片110的表面119的第一部分上形成柵接頭210。金屬層的蝕刻或構(gòu)圖還暴露中層面120的第二部分。
轉(zhuǎn)到圖2，基片110用簡化的形式示出，并且沒有示出圖1中所示的多個(gè)層面。如圖2中所示，層面120的第二部分被除去。作為一個(gè)例子，層面120的第二部分被使用由檸檬酸一水化物、過氧化氫和水所構(gòu)成的濕蝕劑而除去。在形成柵接頭210之后除去層面120的第二部分暴露出基片110的表面119的第二部分。該除去處理使層面120的第一部分被保持在柵接頭210的下方。另外，層面120的第一部分最好被保持為未摻雜狀態(tài)。
然后，電絕緣層220被形成在柵接頭210、層面120和基片110的表面119上。在該優(yōu)選實(shí)施例中，層面220被形成在柵接頭210和基片110的表面119上。層面220可以包括例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅這樣的絕緣材料。在該優(yōu)選實(shí)施例中，層面220包括通過使用高頻化學(xué)汽相淀積處理而淀積的氮化硅。作為一個(gè)例子，層面220可以具有大約20至60納米的厚度。
接著，在除去層面120的第二部分之后，微量摻雜的源區(qū)231和微量摻雜的漏區(qū)232可以形成在基片110中。作為一個(gè)例子，區(qū)域231和232可以通過層面220注入到基片110的表面119中。另外，區(qū)域231和232可以由光刻膠所構(gòu)成的注入掩膜所確定，或者可以使用作為注入掩膜的層面120的剩余部分來確定。在該優(yōu)選實(shí)施例中，區(qū)域231和232具有n型導(dǎo)電性，并且從基片110的表面119延伸到基片110的緩沖層112(圖1)，但是沒有延伸到基片110的支承層111(圖1)。
然后，轉(zhuǎn)到圖3，在除去層面120的第二部分之后，源區(qū)311和漏區(qū)312可以形成在基片110中。作為一個(gè)例子，區(qū)域311和312可以通過層面220注入到基片110的表面119中，并且可以由光刻膠所構(gòu)成的注入掩膜來確定。類似于微量摻雜的源區(qū)和漏區(qū)231和232，源區(qū)和漏區(qū)311和312最好從基片110的表面119延伸到基片110的緩沖層112(圖1)，但是最好不延伸到基片110的支承層111(圖1)。
接著，在除去層面120的第二部分之后，襯墊340可以形成為與柵接頭210相鄰。襯墊340可以包括單層，但是，最后包括多層。作為多層襯墊的一個(gè)例子，第一電絕緣層320可以形成在層面220上，然后第二電絕緣層330可以形成在層面320上。層面320和330可以由不同介質(zhì)材料所構(gòu)成。在該優(yōu)選實(shí)施例中，層面320包括氮化鋁，并且層面330包括四乙基原硅酸鹽(TEOS)，其由氧化硅所形成。作為一個(gè)例子，層面320可以具有大約20至40納米的厚度，并且層面330可以具有大約300至400納米的厚度。接著層面330可以被通過干蝕劑進(jìn)行各向異性蝕刻，然后層面320可以用濕蝕劑進(jìn)行各向同性蝕刻。
然后，在基片110中的區(qū)域231、232、311和312被退火。在該優(yōu)選實(shí)施例中，該退火步驟發(fā)生在除去層面120的第二部分之后，并且還發(fā)生在形成層面220之后。退火處理激活在區(qū)域231、232、311和312中的摻雜劑，并且該退火處理還增加層面220的密度，以保護(hù)基片110。
然后，電絕緣區(qū)域350被形成在基片110中。作為一個(gè)例子，區(qū)域350可以通過層面220注入到基片110的表面119中，并且可以由光刻膠所構(gòu)成的注入蝕刻掩膜來確定。在該優(yōu)選實(shí)施例中，區(qū)域350從基片110的表面119延伸到基片110的支承層111(圖1)。
參見圖4，電絕緣層410形成在襯墊340和層面220上。作為一個(gè)例子，層面410可以包括絕緣材料。在該優(yōu)選實(shí)施例中，層面410包括二氧化硅，并且具有大約100至400納米的厚度。
接著，源極接觸通孔421和漏極接觸通孔422形成在層面410、層面220和基片110中。在該優(yōu)選實(shí)施例中，通孔421和422延伸到基片110的層面118、117、116、115和112(圖1)，但是最好不延伸到基片110的層面111(圖1)。
接著，源極接頭431和漏極接頭432被分別形成在源極接觸通孔421和漏極接觸通孔422中，并且分別形成在源區(qū)311和漏區(qū)312上。源極和漏極接頭431和432為電阻接頭。在該優(yōu)選實(shí)施例中，接頭431和432由鎳、鍺和金所構(gòu)成，并且使用剝離處理而被構(gòu)圖。在該剝離處理確定接頭431和432之后，高溫步驟對(duì)接頭431和432進(jìn)行退火。隨后的制造步驟形成至少一個(gè)與接頭431和432電連接的互聯(lián)層，并且還連接到柵接頭210。
圖5示出制造圖1、2、3和4中所示的半導(dǎo)體器件100的方法500的流程圖。在圖5中的方法500的步驟510中，提供具有一個(gè)表面的基片。接著，在方法500中的步驟520，由未摻雜的砷化鎵所構(gòu)成的層面被提供在該基片的表面上。在步驟530，柵接頭形成在層面的第一部分上，以及在步驟540，該層面的第二部分被隨后除去，以暴露出該基片的一部分表面。然后，在步驟550，電絕緣層被形成在柵接頭和基片上，以及在步驟560，源區(qū)和漏區(qū)被形成在該基片中。然后，在步驟570，襯墊被形成為與柵接頭相鄰，以及在步驟580中，源區(qū)和漏區(qū)被退火。接著，在方法500的步驟590，源極和漏極接頭被形成在源區(qū)和漏區(qū)上。
使用圖1、2、3、4和5所述的方法制造的半導(dǎo)體器件的電測試具有出許多改進(jìn)。例如，在該半導(dǎo)體器件的溝道表面電阻的標(biāo)準(zhǔn)偏差被大大地減小，并且該半導(dǎo)體器件的輸出電流的標(biāo)準(zhǔn)偏差也被大大地減小。另外，該半導(dǎo)體器件具有較低的柵極泄漏電流。另外，用于這些半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電壓較高，則允許輸入和輸出較大的直流和射頻功率電平。通過增加在該基片中的增量摻雜濃度，這些半導(dǎo)體器件的直流和射頻輸出電流以及直流和射頻功率也被增加。在輸出電流中的增加可以通過調(diào)節(jié)微量摻雜的源區(qū)和漏區(qū)的注入截面以及該源區(qū)和漏區(qū)，并且保持擊穿電壓而實(shí)現(xiàn)。
圖6、7和8示出在另一個(gè)制造處理的不同步驟過程中的半導(dǎo)體器件600的截面示圖。器件600是圖1、2、3和4中的器件100的一個(gè)不同的實(shí)施例。如圖6中所示，器件600包括基片110、層面120和棚接頭210。但是，在形成柵接頭210之后，層面120的第二部分不被蝕刻或除去。而是，在除去層面120的第二部分之前，層面220形成在柵接頭210和層面120的上方。另外，在除去層面120的第二部分之前，微量摻雜的源區(qū)和漏區(qū)231和232以及源區(qū)和漏區(qū)311和312被形成在基片110中。然后在除去層面120的第二部分之前，襯墊340被形成為與柵接頭210相鄰。
在基片110中形成區(qū)域231、232、311和312之后以及在形成襯墊340之后，除去層面120的第二部分。該除去處理首先涉及除去層面220的重疊部分，然后除去層面120的第二部分。如圖7中所示，在除去層面120的第二部分之后，層面120的第一部分保持在柵接頭210的下方，以及在除去層面120的第二部分之后，層面120的第三部分保留在襯墊340的下方。
然后，電絕緣層710形成在襯墊340、柵接頭210以及層面120的剩余部分的上方。作為一個(gè)例子，層面710類似于層面220，但是層面710最好具有比層面220更大的厚度。接著，區(qū)域231、232、311和312被退火。該退火處理還增加層面710的密度。接著，在基片110中形成電絕緣區(qū)域350。
轉(zhuǎn)到圖8，電絕緣層410被淀積，并且還形成源極和漏極接觸通孔421和422。接著，在通孔421和422中形成源極和漏極接頭431和432，并且接頭431和432被退火。
圖9示出圖6、7和8中所示的制造半導(dǎo)體器件600的方法900的流程圖。在圖9中的方法900的步驟910，提供具有一個(gè)表面的基片。在方法900的步驟920，在基片的表面上提供半絕緣的砷化鎵所構(gòu)成的層面。在步驟930，在層面的第一部分上形成柵接頭。接著，在步驟940，在基片中形成源區(qū)和漏區(qū)，以及在步驟950，形成與柵接頭相鄰的襯墊。然后，在步驟960，除去該層面第二部分。接著，在步驟970，電絕緣層形成在柵接頭和基片之上，以及在步驟980，源區(qū)和漏區(qū)被退火。然后，在方法900的步驟990，源極和漏極接頭形成在源區(qū)和漏區(qū)之上。
因此，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法及其半導(dǎo)體器件，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。該半導(dǎo)體器件具有改進(jìn)的電性能，包括大大減小表面電阻、直流和射頻輸出電流以及擊穿電壓的變化。另外，該半導(dǎo)體器件可以具有較高的導(dǎo)通電壓和較低的柵極擊穿電流。該半導(dǎo)體器件另外具有容易控制的正閾值電壓，其非常適用于數(shù)字和模擬電路應(yīng)用中。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照具體的實(shí)施例而描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道可以作出各種改變和變化而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。例如，在此給出的各種具體細(xì)節(jié)，例如化學(xué)濃度、材料成份和層面厚度被提供以便于對(duì)本發(fā)明的理解，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。相應(yīng)地，本發(fā)明的實(shí)施例用于說明本發(fā)明的范圍而不是用于限制。本發(fā)明的范圍僅僅由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中包括提供具有表面(119)的基片(110)；在基片的表面上提供由未摻雜的砷化鎵所構(gòu)成的層面(120)；在該層面的第一部分上形成柵接頭(210)；以及除去該層面的第二部分以暴露基片表面的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供該層面進(jìn)一步包括提供具有大約3至12納米厚度的層面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供該層面進(jìn)一步包括提供具有大約6至9納米厚度的層面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成該柵接頭進(jìn)一步包括暴露該層面的第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中除去該層面的第二部分暴露該基片的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)一步包括在除去該層面的第二部分之后把源區(qū)(231)和漏區(qū)(232)注入到該基片中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)一步包括在除去該層面的第二部分之前，把源區(qū)和漏區(qū)注入到該基片中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)一步包括在除去該層面的第二部分之后，形成與該柵接頭相鄰的襯墊(340)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供該基片進(jìn)一步包括為該基片提供一個(gè)增量摻雜的異質(zhì)外延半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供該基片進(jìn)一步包括提供一個(gè)支承層；提供覆蓋該支承層的緩沖層；提供覆蓋該緩沖層的摻雜層；提供覆蓋該摻雜層的襯墊層；提供覆蓋該襯墊層的溝道層；提供覆蓋該溝道層的阻擋層。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括提供具有表面(119)的基片(110)，在基片的表面上提供由未摻雜的砷化鎵所構(gòu)成的層面(120)，在該層面的第一部分上形成柵接頭(210)，以及除去該層面的第二部分。
文檔編號(hào)H01L29/812GK1436367SQ01811030
公開日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2001年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者威廉·C·匹特曼, 埃里克·S·約翰遜, 阿道爾夫·C·瑞業(yè)斯 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司