一種增強(qiáng)型器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)型器件的制造方法，所述方法包括：提供一襯底；在所述襯底上沉積氮化物溝道層，氮化物溝道層上定義有柵極區(qū)、源極區(qū)和漏極區(qū)，所述氮化物溝道層上的柵極區(qū)形成有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)；在所述氮化物溝道層上沉積氮化物勢(shì)壘層，氮化物勢(shì)壘層形成有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)；在所述氮化物勢(shì)壘層上形成柵極、源極和漏極。本發(fā)明不需要對(duì)氮化物勢(shì)壘層做刻蝕，避免了有源區(qū)的損傷帶來(lái)的器件性能下降，比如說(shuō)低電流密度或者電流崩塌等效應(yīng)。另外，也不需要用到引入Mg原子實(shí)現(xiàn)p型氮化物，避免了對(duì)MOCVD或者M(jìn)BE腔體的污染。
【專利說(shuō)明】一種增強(qiáng)型器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種增強(qiáng)型器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、導(dǎo)熱性能好等特點(diǎn)，在電子器件方面，氮化鎵材料比硅和砷化鎵更適合于制作高溫、高頻、高壓和大功率的半導(dǎo)體器件。
[0003]由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在較強(qiáng)的二維電子氣，通常采用AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)形成的高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor ；HEMT)都是耗盡型器件，對(duì)于增強(qiáng)型器件則不易實(shí)現(xiàn)。而在許多地方耗盡型器件的應(yīng)用又具有一定的局限性，比如在功率開關(guān)器件的應(yīng)用中，需要增強(qiáng)型(常關(guān)型)開關(guān)器件。增強(qiáng)型氮化鎵開關(guān)器件主要用于高頻器件、功率開關(guān)器件和數(shù)字電路等，它的研究具有十分重要的意義。
[0004]實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型氮化鎵開關(guān)器件，需要找到合適的方法來(lái)降低零柵壓時(shí)柵極下方的溝道載流子濃度。一種方法是在柵極處采用刻蝕結(jié)構(gòu)，局部減薄柵極下面的鋁鎵氮層的厚度，達(dá)到控制或降低柵極下二維電子氣濃度的目的，如圖1所示，緩沖層11、氮化鎵層12、鋁鎵氮層13分別位于襯底10上，柵極14、源極15以及漏極16分別位于鋁鎵氮層13上，其中在柵極4下方鋁鎵氮層被局部刻蝕，從而減薄了柵極區(qū)的鋁鎵氮層厚度。另外一種辦法是在柵極下面選擇性保留P型(Al) GaN，通過(guò)P型(Al) GaN來(lái)提拉鋁鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)處的導(dǎo)帶能級(jí)，形成耗盡區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件；如圖2所示，在柵極14’下方通過(guò)選擇性保留了局部P型氮化物17。還有一種辦法是氟化物等離子處理技術(shù)，在勢(shì)壘層中注入氟離子等帶負(fù)電的離子，控制注入離子濃度可以耗盡導(dǎo)電溝道中的二維電子氣，需要用很強(qiáng)的負(fù)離子來(lái)夾斷溝道，如圖3所示，在柵極14’’下方的勢(shì)壘層13中注入負(fù)電離子18。
[0005]但是,這些辦法都有一定的不足之處。在第一種方法中，閾值電壓一般在0V-1V左右，未達(dá)到應(yīng)用的閾值電壓3V-5V，為了達(dá)到較高的閾值電壓和工作電壓，還需要增加額外的介質(zhì)層，如原子層沉積的三氧化二鋁，但是，這個(gè)介質(zhì)層與鋁鎵氮表面的界面態(tài)如何控制，是一個(gè)懸而未決的大問(wèn)題。在第二種方法中，需要選擇性刻蝕掉除了柵極下面以外的所有區(qū)域，如何實(shí)現(xiàn)刻蝕厚度的精確控制，也是非常具有挑戰(zhàn)性的，另外，由于刻蝕中帶來(lái)的缺陷，以及P型鋁鎵氮中殘余的鎂原子，會(huì)引起嚴(yán)重的電流崩塌效應(yīng)。還有就是由于空穴密度的不足(一般而言，P型氮化鎵中空穴的濃度不會(huì)超過(guò)lE18/cm3)，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中的二維電子氣的密度會(huì)受到很大的限制。如果二維電子氣中電子的密度過(guò)高，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型的器件了，所以增強(qiáng)型器件的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中，鋁的含量通常低于20%，如15%左右。在第三種方法中，氟化物等離子處理會(huì)破壞晶格結(jié)構(gòu)，工藝重復(fù)控制性也較差，對(duì)器件的穩(wěn)定性和可靠性造成了比較大的影響。
[0006]因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題及改進(jìn)方法，有必要提供一種新的增強(qiáng)型器件的制造方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]正如【背景技術(shù)】中所述，氮化鎵材料在運(yùn)用到增強(qiáng)型器件中的時(shí)候，需要控制零柵壓時(shí)溝道中的載流子濃度。然而現(xiàn)有的工藝中，無(wú)論是減薄柵極下方的氮化物勢(shì)壘層的厚度，還是在柵極下方保留一層P型氮化物，或者在勢(shì)壘層中注入負(fù)離子，都會(huì)因?yàn)楣に噯?wèn)題對(duì)器件的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生比較大的影響。
[0008]因此，本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)型器件的制造方法，該增強(qiáng)型器件實(shí)現(xiàn)夾斷二維電子氣的原理是根據(jù)III族氮化物是一種極性半導(dǎo)體的特點(diǎn)，請(qǐng)參見(jiàn)圖4和圖5，同傳統(tǒng)的II1-V族半導(dǎo)體不同，III族氮化物中存在很強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)。如果在C(0002)平面形成AlInGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，即使在AlInGaN層不進(jìn)行η型摻雜,在所述異質(zhì)結(jié)當(dāng)中也會(huì)產(chǎn)生濃度很高的二維電子氣。其原因就是III族氮化物內(nèi)的自發(fā)極化電場(chǎng)和由于應(yīng)力引起的壓電電場(chǎng)。此二維電子氣的濃度可以超過(guò)lE13/cm2。但是，III族氮化物中的自發(fā)極化電場(chǎng)和壓電電場(chǎng)只存在于〈0002〉方向，而非極性方向，即與〈0002〉方向垂直的方向,包括〈1-100〉、〈11-20〉等則不存在自建電場(chǎng)。對(duì)于半極性方向來(lái)說(shuō)，例如在〈0002〉與〈1-100〉或者〈11-20〉之間的方向，該方向上的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于〈0002〉方向。
[0009]因此，在極化方向生長(zhǎng)的氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中，不需要故意摻雜就可以生成電子濃度很高的二維電子氣。但是，對(duì)于氮化鎵材料的非極性面或者半極性面，由于極化場(chǎng)強(qiáng)幾乎沒(méi)有或者很低，在沒(méi)有摻雜的情況下就不會(huì)生成二維電子氣。利用氮化鎵材料的此特點(diǎn)，在本發(fā)明中，我們通過(guò)在襯底中制作凹槽、凸起和臺(tái)階等形式，控制外延的參數(shù)，把襯底的形狀轉(zhuǎn)移到溝道層，使得溝道層的柵極區(qū)域形成了非平面結(jié)構(gòu)，利用非平面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的氮化物非極性面、半極性面或者二者組合，造成柵極區(qū)域二維電子氣的中斷，從而實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)型器件。
[0010]由于這種增強(qiáng)型器件在制作時(shí)，把襯底的形狀轉(zhuǎn)移到了溝道層，使得溝道層的柵極區(qū)域形成了非平面結(jié)構(gòu)，非平面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的氮化物非極性面、半極性面或者二者組合會(huì)引起二維電子氣的中斷，所以不需要對(duì)勢(shì)壘層做刻蝕，避免了有源區(qū)的損傷帶來(lái)的器件性能下降，比如說(shuō)低電流密度或者電流崩塌等效應(yīng)。另外，也不需要用到引入Mg原子實(shí)現(xiàn)P型氮化物，避免了對(duì)MOCVD或者M(jìn)BE腔體的污染。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0012]一種增強(qiáng)型器件的制造方法，所述方法包括:
[0013]S1、提供一襯底；
[0014]S2、在所述襯底上沉積氮化物溝道層，所述氮化物溝道層上定義有柵極區(qū)、源極區(qū)和漏極區(qū)，所述氮化物溝道層的柵極區(qū)形成有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)；
[0015]S3、在所述氮化物溝道層上沉積氮化物勢(shì)壘層，所述氮化物勢(shì)壘層形成有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)，形成氮化物溝道層/氮化物勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)，所述非平面結(jié)構(gòu)處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，氮化物溝道層/氮化物勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣至少部分形成中斷；
[0016]S4、在所述氮化物勢(shì)壘層上形成柵極、源極和漏極，柵極、源極和漏極分別位于氮化物溝道層上柵極區(qū)、源極區(qū)和漏極區(qū)的上方，所述柵極位于源極和漏極之間。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟SI還包括:
[0018]在襯底中制作至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)。[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟SI還包括:
[0020]在所述襯底上沉積氮化物緩沖層，在氮化物緩沖層上制作至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述非平面結(jié)構(gòu)包括凹槽、凸起和臺(tái)階。
[0022]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述凹槽的截面形狀包括矩形、三角形、梯形、鋸齒形、多邊形、半圓形、U形中的一種或多種的組合。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述凸起的截面形狀包括矩形、三角形、梯形、鋸齒形、多邊形、半圓形、U形中的一種或多種的組合。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述臺(tái)階的截面為垂直面、或斜坡面、或弧形面、或非規(guī)則形狀的面。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟SI還包括:在襯底上沉積氮化物成核層。
[0026]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3后還包括:在氮化物勢(shì)壘層上沉積介質(zhì)層。
[0027]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述介質(zhì)層為SiN、SiCN, SiO2, SiAlN, A1203、A10N、SiON、HfO2、HfAlO中的一種或多種的組合。
[0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3后還包括:在氮化物勢(shì)壘層上沉積氮化物冒層，所述氮化物冒層為氮化鎵或鋁鎵氮。
[0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2后還包括:在氮化物溝道層上沉積氮化鋁中間層。
[0030]本發(fā)明增強(qiáng)型器件的制造方法不需要對(duì)氮化物勢(shì)壘層做刻蝕，避免了有源區(qū)的損傷帶來(lái)的器件性能下降，比如說(shuō)低電流密度或者電流崩塌等效應(yīng)。另外，也不需要用到引入Mg原子實(shí)現(xiàn)P型氮化物，避免了對(duì)MOCVD或者M(jìn)BE腔體的污染。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)減薄柵極下面的鋁鎵氮層的厚度達(dá)到控制或降低柵極下二維電子氣濃度的增強(qiáng)型器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)在柵極下面選擇性保留P型(Al) GaN,以提拉鋁鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)處的導(dǎo)帶能級(jí)，形成耗盡區(qū)的增強(qiáng)型器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中在柵極下面采用氟離子處理的增強(qiáng)型器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4為氮化物晶格結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0036]圖5為氮化物中不同方向上的內(nèi)建電場(chǎng)分布示意圖；
[0037]圖6A-6G本發(fā)明第一實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的制造流程示意圖，其中，圖6G為第一實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖7A-7G本發(fā)明第二實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的制造流程示意圖，其中，圖7G為第二實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖8A-8G本發(fā)明第三實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的制造流程示意圖，其中，圖SG為第三實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖9A-9G本發(fā)明第四實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的制造流程示意圖，其中，圖9G為第四實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖10為本發(fā)明第五實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖11為本發(fā)明第六實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0044]此外，在不同的實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號(hào)或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡(jiǎn)單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。
[0045]請(qǐng)參見(jiàn)圖6，圖6A-6G本發(fā)明第一實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的制造流程示意圖，其中圖6G為第一實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]參圖6G所示，本實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件包括:
[0047]襯底I ;
[0048]位于襯底I上的氮化物成核層2 ；
[0049]位于氮化物成核層2上的氮化物緩沖層3 ；
[0050]位于氮化物緩沖層3上的氮化物溝道層4 ；
[0051 ] 位于氮化物溝道層4上的氮化物勢(shì)壘層5，氮化物溝道層4和氮化物勢(shì)壘層5形成氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)；
[0052]位于氮化物勢(shì)壘層5上的介質(zhì)層6，介質(zhì)層6為SiN、SiCN、Si02、SiAlN、Al203、A10N、SiON、HfO2、HfAlO中的一種或多種的組合；
[0053]位于介質(zhì)層6上的柵極7、氮化物勢(shì)壘層5上的源極8和漏極9，柵極8位于源極8和漏極9之間；
[0054]其中，氮化物溝道層4和氮化物勢(shì)壘層5上位于柵極下方區(qū)域設(shè)有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)，非平面結(jié)構(gòu)處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣在柵極下方區(qū)域至少部分形成中斷。
[0055]在本實(shí)施方式中，襯底1、氮化物成核層2、氮化物緩沖層3、氮化物溝道層4、氮化物勢(shì)壘層5以及介質(zhì)層6上均設(shè)有非平面結(jié)構(gòu)，且非平面結(jié)構(gòu)設(shè)置為矩形凹槽。
[0056]參圖6A-6G所示，該實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的制造方法包括步驟:
[0057](I)參見(jiàn)圖6A，提供一襯底1，在襯底I中制作矩形凹槽，該襯底的材料可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鈮酸鋰、SO1、氮化鎵和氮化鋁等。
[0058](2)參見(jiàn)圖6B，在襯底I上沉積氮化物成核層2，如AlN等。
[0059](3)參見(jiàn)圖6C，在氮化物成核層2上沉積氮化物緩沖層3，如AlGaN等。
[0060](4)參見(jiàn)圖6D，在氮化物緩沖層3上沉積氮化物溝道層4，如GaN等，該氮化物溝道層4中有從襯底的凹槽中轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的凹槽41，該凹槽41的位置對(duì)應(yīng)定義在外延多層結(jié)構(gòu)上的柵極區(qū)域。根據(jù)III族氮化物的自發(fā)極化效應(yīng)和壓電效應(yīng)，該氮化物溝道層4的表面為極性面，即(0002)面，而凹槽41的至少兩個(gè)側(cè)面與氮化物溝道層4的表面形成一定的角度，即這些側(cè)面處于非〈0002〉方向上，比如(1-100)面、(11-20)面、(1-101)面、(11-22)
面等等。
[0061](5)參見(jiàn)圖6E，在氮化物溝道層4上沉積氮化物勢(shì)壘層5，氮化物勢(shì)壘層5位于該凹槽41上方的部分也具有與該凹槽41對(duì)應(yīng)的凹槽51，根據(jù)上述分析，凹槽處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，這樣一來(lái)，形成在氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣在柵極區(qū)域形成中斷，因而在柵壓為零時(shí)，能夠使柵極的載流子濃度得到有效的控制。
[0062](6)參見(jiàn)圖6F，在氮化物勢(shì)壘層5上沉積介質(zhì)層6，介質(zhì)層6的選擇可以是SiN、SiCN, SiO2, SiAlN, Al2O3' A10N、SiON、HfO2, HfAlO 中的一種或多種的組合。該介質(zhì)層 6 可以起到鈍化層的作用。
[0063](7)參見(jiàn)圖6G，柵極7形成在該柵極區(qū)的介質(zhì)層6之上，該柵極6的至少部分可以形成在溝道之中，使柵極7具有T型結(jié)構(gòu)，通常柵極7需要與氮化物勢(shì)壘層5形成MIS或者M(jìn)OSFET結(jié)構(gòu)。源極8和漏極9則分別形成在源極區(qū)和漏極區(qū)，該源極8和漏極9則與氮化物勢(shì)壘層5形成歐姆接觸。
[0064]在本實(shí)施方式中，凹槽41為矩形凹槽，在其他實(shí)施方式中凹槽41也可以為其它形狀，比如截面形狀為三角形、梯形、鋸齒形、多邊形、半圓形、U形中的一種或多種的組合等
坐寸ο
[0065]本實(shí)施方式中的氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6為可選的，在其他實(shí)施方式中可以不生長(zhǎng)氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6或僅生長(zhǎng)氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6中的部分。進(jìn)一步地，氮化物勢(shì)壘層上還可以生長(zhǎng)氮化物冒層，氮化物冒層可為氮化鎵或鋁鎵氮；氮化物勢(shì)壘層和氮化物溝道層之間還可生長(zhǎng)氮化鋁中間層。
[0066]請(qǐng)參見(jiàn)圖7，圖7A-7G本發(fā)明第二實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的制造流程示意圖，其中圖7G為第二實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067]參圖7G所示，本實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件包括:
[0068]襯底I ;
[0069]位于襯底I上的氮化物成核層2 ；
[0070]位于氮化物成核層2上的氮化物緩沖層3 ；
[0071 ] 位于氮化物緩沖層3上的氮化物溝道層4 ；
[0072]位于氮化物溝道層4上的氮化物勢(shì)壘層5，氮化物溝道層4和氮化物勢(shì)壘層5形成氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)；
[0073]位于氮化物勢(shì)壘層5上的介質(zhì)層6，介質(zhì)層6為SiN、SiCN、Si02、SiAlN、Al203、A10N、SiON、HfO2、HfAlO中的一種或多種的組合；
[0074]位于介質(zhì)層6上的柵極7、氮化物勢(shì)魚層5上的源極8和漏極9,柵極8位于源極8和漏極9之間；
[0075]其中，氮化物溝道層4和氮化物勢(shì)壘層5上位于柵極下方區(qū)域設(shè)有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)，非平面結(jié)構(gòu)處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣在柵極下方區(qū)域至少部分形成中斷。
[0076]在本實(shí)施方式中，襯底1、氮化物成核層2、氮化物緩沖層3、氮化物溝道層4、氮化物勢(shì)壘層5以及介質(zhì)層6上均設(shè)有非平面結(jié)構(gòu)，且非平面結(jié)構(gòu)設(shè)置為矩形凸起。
[0077]參圖7A-7G所示，該實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的制造方法包括步驟:
[0078](I)參見(jiàn)圖7A，提供一襯底1，在襯底I中制作矩形凸起，該襯底的材料可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鈮酸鋰、SO1、氮化鎵和氮化鋁等。
[0079](2)參見(jiàn)圖7B，在襯底I上沉積氮化物成核層2，如AlN等。
[0080](3)參見(jiàn)圖7C，在氮化物成核層2上沉積氮化物緩沖層3，如AlGaN等。
[0081](4)參見(jiàn)圖7D，在氮化物緩沖層3上沉積氮化物溝道層4，如GaN等，該氮化物溝道層4中有從襯底的凸起中轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的凸起42，該凸起42的位置對(duì)應(yīng)定義在外延多層結(jié)構(gòu)上的柵極區(qū)域。根據(jù)III族氮化物的自發(fā)極化效應(yīng)和壓電效應(yīng)，該氮化物溝道層4的表面為極性面，即(0002)面，而凸起42的至少兩個(gè)側(cè)面與氮化物溝道層4的表面形成一定的角度，即這些側(cè)面處于非〈0002〉方向上，比如(1-100)面、(11-20)面、(1-101)面、(11-22)面等等。
[0082](5)參見(jiàn)圖7E，在氮化物溝道層4上沉積氮化物勢(shì)壘層5，氮化物勢(shì)壘層5位于該凸起42上方的部分也具有與該凸起42對(duì)應(yīng)的凸起52，根據(jù)上述分析，凸起處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，這樣一來(lái)，形成在氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣在柵極區(qū)域形成中斷，因而在柵壓為零時(shí)，能夠使柵極的載流子濃度得到有效的控制。
[0083](6)參見(jiàn)圖7F，在氮化物勢(shì)壘層5上沉積介質(zhì)層6，介質(zhì)層6的選擇可以是SiN、SiCN, SiO2, SiAlN, Al2O3' A10N、SiON、HfO2, HfAlO 中的一種或多種的組合。該介質(zhì)層 6 可以起到鈍化層的作用。
[0084](7)參見(jiàn)圖7G，柵極7形成在該柵極區(qū)的介質(zhì)層6之上，該柵極6的至少部分可以形成在溝道之中，使柵極7具有T型結(jié)構(gòu)，通常柵極7需要與氮化物勢(shì)壘層5形成MIS或者M(jìn)OSFET結(jié)構(gòu)。源極8和漏極9則分別形成在源極區(qū)和漏極區(qū)，該源極8和漏極9則與氮化物勢(shì)壘層5形成歐姆接觸。
[0085]在本實(shí)施方式中，凸起42為矩形凸起，在其他實(shí)施方式中凸起42也可以為其它形狀，比如截面形狀為三角形、梯形、鋸齒形、多邊形、半圓形、U形中的一種或多種的組合等
坐寸ο
[0086]本實(shí)施方式中的氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6為可選的，在其他實(shí)施方式中可以不生長(zhǎng)氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6或僅生長(zhǎng)氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6中的部分。進(jìn)一步地，氮化物勢(shì)壘層上還可以生長(zhǎng)氮化物冒層，氮化物冒層可為氮化鎵或鋁鎵氮；氮化物勢(shì)壘層和氮化物溝道層之間還可生長(zhǎng)氮化鋁中間層。
[0087]請(qǐng)參見(jiàn)圖8，圖8A-8G本發(fā)明第三實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的制造流程示意圖，其中圖SG為第三實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0088]參圖SG所示，本實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件包括:
[0089]襯底I ;
[0090]位于襯底I上的氮化物成核層2 ；
[0091 ] 位于氮化物成核層2上的氮化物緩沖層3 ；
[0092]位于氮化物緩沖層3上的氮化物溝道層4 ；[0093]位于氮化物溝道層4上的氮化物勢(shì)壘層5，氮化物溝道層4和氮化物勢(shì)壘層5形成氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)；
[0094]位于氮化物勢(shì)壘層5上的介質(zhì)層6，介質(zhì)層6為SiN、SiCN、Si02、SiAlN、Al203、A10N、SiON、HfO2、HfAlO中的一種或多種的組合；
[0095]位于介質(zhì)層6上的柵極7、氮化物勢(shì)魚層5上的源極8和漏極9,柵極8位于源極8和漏極9之間；
[0096]其中，氮化物溝道層4和氮化物勢(shì)壘層5上位于柵極下方區(qū)域設(shè)有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)，非平面結(jié)構(gòu)處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣在柵極下方區(qū)域至少部分形成中斷。
[0097]在本實(shí)施方式中，襯底1、氮化物成核層2、氮化物緩沖層3、氮化物溝道層4、氮化物勢(shì)壘層5以及介質(zhì)層6上均設(shè)有非平面結(jié)構(gòu)，且非平面結(jié)構(gòu)設(shè)置為臺(tái)階。
[0098]參圖8A-8G所示，該實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的制造方法包括步驟:
[0099](I)參見(jiàn)圖8A，提供一襯底1，在襯底I中制作臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，使襯底I的表面呈臺(tái)階狀，該襯底的材料可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鈮酸鋰、SO1、氮化鎵和氮化鋁等。
[0100](2)參見(jiàn)圖8B，在襯底I上沉積氮化物成核層2，如AlN等。
[0101](3)參見(jiàn)圖8C，在氮化物成核層2上沉積氮化物緩沖層3，如AlGaN等。
[0102](4)參見(jiàn)圖8D，在氮化物緩沖層3上沉積氮化物溝道層4，如GaN等，該氮化物溝道層4中有從襯底的臺(tái)階中轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的臺(tái)階，該臺(tái)階狀的氮化物溝道層4具有位于不同高度上的第一平面43和第二平面44，第一平面43和第二平面44之間連接有銜接面45，本實(shí)施方式中銜接面45為呈一定角度的坡面。
[0103](5)參見(jiàn)圖8E，在氮化物溝道層4上沉積氮化物勢(shì)壘層5，臺(tái)階處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，這樣以來(lái)，形成在氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣在柵極區(qū)域形成中斷，因而在柵壓為零時(shí)，能夠使柵極的載流子濃度得到有效的控制。
[0104](6)參見(jiàn)圖8F，在氮化物勢(shì)壘層5上沉積介質(zhì)層6，介質(zhì)層6的選擇可以是SiN、SiCN, SiO2, SiAlN, Al2O3' A10N、SiON、HfO2, HfAlO 中的一種或多種的組合。該介質(zhì)層 6 可以起到鈍化層的作用。
[0105](7)參見(jiàn)圖SG，柵極7形成在該柵極區(qū)的介質(zhì)層6之上，該柵極6的至少部分可以形成在溝道之中，使柵極7具有T型結(jié)構(gòu)，通常柵極7需要與氮化物勢(shì)壘層5形成MIS或者M(jìn)OSFET結(jié)構(gòu)。源極8和漏極9則分別形成在源極區(qū)和漏極區(qū)，該源極8和漏極9則與氮化物勢(shì)壘層5形成歐姆接觸。
[0106]在本實(shí)施方式中，臺(tái)階的銜接面為呈一定角度的坡面，在其他實(shí)施方式中該臺(tái)階的截面也可以為其它形狀，比如垂直面、或弧形面、或非規(guī)則形狀的面等等。
[0107]本實(shí)施方式中的氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6為可選的，在其他實(shí)施方式中可以不生長(zhǎng)氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6或僅生長(zhǎng)氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6中的部分。進(jìn)一步地，氮化物勢(shì)壘層上還可以生長(zhǎng)氮化物冒層，氮化物冒層可為氮化鎵或鋁鎵氮；氮化物勢(shì)壘層和氮化物溝道層之間還可生長(zhǎng)氮化鋁中間層。
[0108]請(qǐng)參見(jiàn)圖9，圖9A-9G本發(fā)明第四實(shí)施方式的增強(qiáng)型器件的制造流程示意圖，其中圖9G為第四實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0109]參圖9G所示，本實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件包括:
[0110]襯底I ;
[0111]位于襯底I上的氮化物成核層2 ；
[0112]位于氮化物成核層2上的氮化物緩沖層3 ；
[0113]位于氮化物緩沖層3上的氮化物溝道層4 ；
[0114]位于氮化物溝道層4上的氮化物勢(shì)壘層5，氮化物溝道層4和氮化物勢(shì)壘層5形成氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)；
[0115]位于氮化物勢(shì)壘層5上的介質(zhì)層6，介質(zhì)層6為SiN、SiCN、Si02、SiAlN、Al203、A10N、SiON、HfO2、HfAlO中的一種或多種的組合；
[0116]位于介質(zhì)層6上的柵極7、氮化物勢(shì)壘層5上的源極8和漏極9，柵極8位于源極8和漏極9之間；
[0117]其中，氮化物溝道層4和氮化物勢(shì)壘層5上位于柵極下方區(qū)域設(shè)有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)，非平面結(jié)構(gòu)處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣在柵極下方區(qū)域至少部分形成中斷。
[0118]在本實(shí)施方式中，襯底1、氮化物成核層2、氮化物緩沖層3、氮化物溝道層4、氮化物勢(shì)壘層5以及介質(zhì)層6上均設(shè)有非平面結(jié)構(gòu)，且襯底1、氮化物成核層2和氮化物緩沖層3上的非平面結(jié)構(gòu)設(shè)置為矩形凹槽，氮化物溝道層4、氮化物勢(shì)壘層5以及介質(zhì)層6上的非平面結(jié)構(gòu)設(shè)置為三角形凹槽。
[0119]參圖9A-9G所示，該實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的制造方法包括步驟:
[0120](I)參見(jiàn)圖9A，提供一襯底1，在襯底I中制作矩形凹槽，該襯底的材料可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鈮酸鋰、SO1、氮化鎵和氮化鋁等。
[0121](2)參見(jiàn)圖9B，在襯底I上沉積氮化物成核層2，如AlN等，該氮化物成核層2中有從襯底的凹槽中轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的凹槽。
[0122](3)參見(jiàn)圖9C，在氮化物成核層2上沉積氮化物緩沖層3，如AlGaN等，該氮化物緩沖層3中有從襯底的凹槽中轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的凹槽。
[0123](4)參見(jiàn)圖9D，在氮化物緩沖層3上沉積氮化物溝道層4，如GaN等，氮化物溝道層4中有從襯底的凹槽中轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的凹槽46，凹槽46的形狀為三角形，凹槽46的轉(zhuǎn)移方法是通過(guò)控制生長(zhǎng)的條件，在生長(zhǎng)的過(guò)程中把氮化物緩沖層3中的矩形凹槽轉(zhuǎn)換成氮化物溝道層4中的三角形凹槽46，該凹槽46的位置對(duì)應(yīng)定義在外延多層結(jié)構(gòu)上的柵極區(qū)域。根據(jù)III族氮化物的自發(fā)極化效應(yīng)和壓電效應(yīng)，該氮化物溝道層4的表面為極性面，即(0002)面，而凹槽46的至少兩個(gè)側(cè)面與氮化物溝道層4的表面形成一定的角度，即這些側(cè)面處于非〈0002〉方向上，比如(1-100)面、(11-20)面、(1-101)面、(11-22)面等等。
[0124](5)參見(jiàn)圖9E，在氮化物溝道層4上沉積氮化物勢(shì)壘層5，氮化物勢(shì)壘層5位于該凹槽46上方的部分也具有與該凹槽46對(duì)應(yīng)的凹槽56，根據(jù)上述分析，凹槽處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，這樣一來(lái)，形成在氮化物溝道層4/氮化物勢(shì)壘層5異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣在柵極區(qū)域形成中斷，因而在柵壓為零時(shí)，能夠使柵極的載流子濃度得到有效的控制。
[0125](6)參見(jiàn)圖9F，在氮化物勢(shì)壘層5上沉積介質(zhì)層6，介質(zhì)層6的選擇可以是SiN、SiCN、SiO2, SiAIN、Al2O3' A10N、SiON、HfO2, HfAlO 中的一種或多種的組合。該介質(zhì)層 6 可以起到鈍化層的作用。
[0126](7)參見(jiàn)圖9G，柵極7形成在該柵極區(qū)的介質(zhì)層6之上，該柵極6的至少部分可以形成在溝道之中，使柵極7具有T型結(jié)構(gòu)，通常柵極7需要與氮化物勢(shì)壘層5形成MIS或者M(jìn)OSFET結(jié)構(gòu)。源極8和漏極9則分別形成在源極區(qū)和漏極區(qū)，該源極8和漏極9則與氮化物勢(shì)壘層5形成歐姆接觸。
[0127]在本實(shí)施方式中，凹槽46為三角形凹槽，在其他實(shí)施方式中凹槽46也可以為其它形狀，比如矩形、梯形、鋸齒形、多邊形、半圓形、U形中的一種或多種的組合等等。
[0128]本實(shí)施方式中的氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6為可選的，在其他實(shí)施方式中可以不生長(zhǎng)氮化物成核層2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6或僅生長(zhǎng)氮化物成核層
2、氮化物緩沖層3和介質(zhì)層6中的部分。進(jìn)一步地，氮化物勢(shì)壘層上還可以生長(zhǎng)氮化物冒層，氮化物冒層可為氮化鎵或鋁鎵氮；氮化物勢(shì)壘層和氮化物溝道層之間還可生長(zhǎng)氮化鋁中間層。
[0129]請(qǐng)參見(jiàn)圖10，圖10是本發(fā)明的第五實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖，在本實(shí)施方式中，襯底I上的凹槽為矩形，氮化物成核層2和氮化物緩沖層3中的凹槽為梯形，氮化物溝道層4、氮化物勢(shì)壘層5和介質(zhì)層6中的凹槽為三角形，其他制造方法均與第一實(shí)施方式相同。
[0130]請(qǐng)參見(jiàn)圖11，圖11是本發(fā)明的第六實(shí)施方式中增強(qiáng)型器件的結(jié)構(gòu)示意圖，在本實(shí)施方式中，襯底I上的凹槽為梯形，氮化物成核層2、氮化物緩沖層3、氮化物溝道層4、氮化物勢(shì)魚層5和介質(zhì)層6中的凹槽都為梯形,其他制造方法均與第一實(shí)施方式相同。
[0131]由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)型器件的制造方法，由于這種增強(qiáng)型器件在制造時(shí)，把襯底的形狀轉(zhuǎn)移到了氮化物溝道層，使得氮化物溝道層的柵極區(qū)域形成了非平面結(jié)構(gòu)，非平面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的氮化物非極性面、半極性面或者二者組合會(huì)引起二維電子氣的中斷，所以不需要對(duì)氮化物勢(shì)壘層做刻蝕，避免了有源區(qū)的損傷帶來(lái)的器件性能下降，如低電流密度或者電流崩塌等效應(yīng)。另外，也不需要用到引入Mg原子實(shí)現(xiàn)P型氮化物，避免了對(duì)MOCVD或者M(jìn)BE腔體的污染。
[0132]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0133]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括: 51、提供一襯底； 52、在所述襯底上沉積氮化物溝道層，所述氮化物溝道層上定義有柵極區(qū)、源極區(qū)和漏極區(qū)，所述氮化物溝道層的柵極區(qū)形成有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)； 53、在所述氮化物溝道層上沉積氮化物勢(shì)壘層，所述氮化物勢(shì)壘層形成有至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)，形成氮化物溝道層/氮化物勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)，所述非平面結(jié)構(gòu)處存在氮化物的非極性面或半極性面或其組合，氮化物溝道層/氮化物勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣至少部分形成中斷； 54、在所述氮化物勢(shì)壘層上形成柵極、源極和漏極，柵極、源極和漏極分別位于氮化物溝道層上柵極區(qū)、源極區(qū)和漏極區(qū)的上方，所述柵極位于源極和漏極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述步驟SI還包括: 在襯底中制作至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述步驟SI還包括: 在所述襯底上沉積氮化物緩沖層，在氮化物緩沖層上制作至少一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述非平面結(jié)構(gòu)包括凹槽、凸起和臺(tái)階。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述凹槽的截面形狀包括矩形、三角形、梯形、鋸齒形、多邊形、半圓形、U形中的一種或多種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述凸起的截面形狀包括矩形、三角形、梯形、鋸齒形、多邊形、半圓形、U形中的一種或多種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述臺(tái)階的截面為垂直面、或斜坡面、或弧形面、或非規(guī)則形狀的面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述步驟SI還包括:在襯底上沉積氮化物成核層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述步驟S3后還包括:在氮化物勢(shì)壘層上沉積介質(zhì)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述介質(zhì)層為SiN、SiCN, SiO2, SiAlN, A1203、A10N、SiON、HfO2, HfAlO 中的一種或多種的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述步驟S3后還包括:在氮化物勢(shì)壘層上沉積氮化物冒層，所述氮化物冒層為氮化鎵或鋁鎵氮。
12.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)型器件的制造方法，其特征在于，所述步驟S2后還包括:在氮化物溝道層上沉積氮化鋁中間層。
【文檔編號(hào)】H01L21/335GK103715086SQ201310738667
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】程凱 申請(qǐng)人:蘇州晶湛半導(dǎo)體有限公司