高电子迁移率晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了高电子迁移率晶体管及其制造方法，其中半导体结构包括第一III-V化合物层。第二III-V化合物层设置在第一III-V化合物层上并且在组成上与第一III-V化合物层不同。第二III-V化合物层具有顶面。源极部件和漏极部件设置在第二III-V化合物层上。栅电极设置在源极部件和漏极部件之间的第二III-V化合物层上方。氟区嵌入栅电极下方的第二III-V化合物层中。氟区的顶面低于第二III-V化合物层的顶面。栅极介电层设置在栅电极的至少一部分的下方以及氟区的上方。

【技术实现步骤摘要】
本申请与共同拥有和共同待批的__提交的标题为“High Electron MobilityTransistor and Method of Forming the Same” 的专利序列号_(代理人案号为 TSM12-0337)相关，其内容结合与此作为参考。
本专利技术总的来说涉及半导体结构，更具体地，涉及高电子迁移率晶体管(HEMT)以及高电子迁移率晶体管的形成方法。
技术介绍
在半导体技术中，III族-V族(或II1-V)半导体化合物由于它们的特性而被用于形成各种集成电路器件，诸如闻功率场效应晶体管、闻频晶体管或闻电子迁移率晶体管(HEMT)。HEMT是代替通常用于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的掺杂区域将结合具有不同带隙的两种材料之间的结(即异质结)作为沟道的场效应晶体管。与MOSFET相比，HEMT具有许多吸引人的性能，包括高电子迁移率以及在高频下传输信号的能力等。从应用的角度看，增强模式(E模式)HEMT具有许多优点。E模式HEMT使得消除了负极性电源，因此降低了电路复杂度且减少了成本。尽管上文提到了许多令人注意的性能，但在发展基于II1-V半导体化合物的器件的过程中存在许多挑战。针对这些II1-V半导体化合物的配置和材料的各种技术已经进行了尝试并进一步提高晶体管器件的性能。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括:第一II1-V化合物层；第二 II1- V化合物层，设置在第一 II1-V化合物层上方并且在组成上与第一 II1-V化合物层不同，第二 II1-V化合物层具有顶面；源极部件和漏极部件，设置在第二II1-V化合物层上；栅电极，设置在源极部件和漏极部件之间的第二 II1-V化合物层上方；氟区，嵌入栅电极下方的第二 II1-V化合物层中，其中，氟区的顶面低于第二 II1-V化合物层的顶面；以及栅极介电层，设置在栅电极的至少一部分的下方以及氟区的上方。优选地，第二 II1-V化合物层的厚度Dl在大约5nm至大约50nm的范围内。优选地，第二 II1-V化合物层的一部分中的氟区具有厚度D2，其中,D1ZiD2的比率在约2.5至约7的范围内。优选地，栅极介电层包括氧化硅、氮化硅、氧化镓、氧化铝、氧化钪、氧化锆、氧化镧或氧化铪。优选地，氟区耗尽位于第一 II1-V化合物层和第二 II1-V化合物层之间的载流子沟道的一部分。优选地，栅电极包括钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钛钨(TiW)、钨(W)、镍(Ni)、金(Au)或铜(Cu)。优选地，该HEMT还包括位于第二 II1-V化合物层上方的介电覆盖层，其中，源极部件和漏极部件延伸穿过介电覆盖层并接触第二 II1-V化合物层。优选地，源极部件和漏极部件的每一个都不包括Au但包括T1、Co、N1、W、Pt、Ta、Pd、Mo、TiN 或 AlCu 合金。根据本专利技术的另一方面，提供了一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括:氮化镓(GaN)层，设置在衬底上；氮化镓铝(AlGaN)层，设置在GaN层上，AlGaN层具有顶面；氟区，嵌入AlGaN层，氟区的顶面低于AlGaN层的顶面；栅电极，设置在氟区上方，栅电极的底面低于AlGaN层的顶面；源极部件和漏极部件，设置在AlGaN层上的栅电极的相对侧，其中，源极部件和漏极部件包括金属间化合物；以及栅极介电层，设置在栅电极和AlGaN层之间。优选地，载流子沟道被定位为靠近GaN层和AlGaN层之间的界面，载流子沟道包括位于栅电极下方的耗尽区。优选地，AlGaN层的厚度D1在大约5nm至大约50nm的范围内。优选地，氟区具有厚度D2, D1ZiD2的比率在约2.5至约7的范围内。优选地，该HEMT还包括位于AlGaN层上方的介电覆盖层，源极部件和漏极部件延伸穿过介电覆盖层并接触AlGaN层。优选地，源极部件和漏极部件的每一个都不包括Au但包括T1、Co、N1、W、Pt、Ta、Pd、Mo、TiN 或 AlCu 合金。优选地，该HEMT还包括位于源极部件和漏极部件上方的保护层，栅电极的一部分嵌入保护层中。根据本专利技术的又一方面，提供了一种形成高电子迁移率晶体管(HEMT)的方法，包括:在第一 II1-V化合物层上外延生长第二 II1-V化合物层；在第二 II1-V化合物层上沉积介电覆盖层；在介电覆盖层中蚀刻通孔以露出第二 II1-V化合物层的一部分；在第二 II1-V化合物层上的对应通孔中形成源极部件和漏极部件；利用氟气在介电覆盖层中蚀刻开口以及在位于开口下方的第二 II1-V化合物层中蚀刻凹槽；以及在第二 II1-V化合物层上方的开口和凹槽中形成栅电极。优选地，在相同的工艺室中以相同的工艺步骤执行蚀刻开口和蚀刻凹槽的步骤。优选地，氟气包括SF6、CF4或C3F8。优选地，第二 II1-V化合物层具有厚度D1，第二 II1-V化合物层位于凹槽下方的剩余部分具有厚度D2，其中，D1ZiD2的比率在约2.5至约7的范围内。优选地，蚀刻开口和蚀刻凹槽的步骤形成嵌入第二 II1-V化合物层的氟区。【附图说明】根据以下详细描述和附图可以理解本
技术实现思路
。需要强调的是，根据行业标准惯例，各个部件没有按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，可以任意增大或减小各个部件的尺寸。图1是根据本公开的一个或多个实施例的具有HEMT的半导体结构的形成方法的流程图；以及图2A至图2G是根据图1方法的一个实施例的处于各个制造阶段的具有HEMT的半导体结构的截面图。【具体实施方式】下面详细讨论说明性实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中具体化的可应用专利技术概念。所讨论的具体实施例仅仅是说明性的而不限制本专利技术的范围。根据本公开的一个多个实施例，半导体结构包括高电子迁移率晶体管(HEMT)。HEMT包括形成在两个不同的半导体材料层(诸如具有不同带隙的材料层)之间的异质结。在至少一个实例中，HEMT包括形成在衬底上的第一 II1-V化合物层(也被称为沟道层)和形成在沟道层上的第二 II1-V化合物层(也称为施体供应层)。沟道层和施体供应层是由元素周期表中的II1-V族构成的化合物。然而，沟道层和施体供应层在组成上彼此不同。第一 II1-V化合物层非掺杂或非故意掺杂(UID)。第二 II1-V化合物层是有意掺杂的。第二 II1-V化合物层和第一 II1-V化合物层之间存在带隙间断。由第二 II1-V化合物层中的压电效应产生的电子进入第一 II1-V化合物层，在第一 II1-V化合物层中生成高速移动传导电子的非常薄的层。该薄层被称为二维电子气(2-DEG)，形成载流子沟道。2-DEG的载流子沟道被定位于第二 II1-V化合物层和第一 II1-V化合物层的界面附近的第一 II1-V化合物层处。因此，由于第一 II1-V化合物层非掺杂或非故意掺杂并且电子可自由移动而不碰撞杂质或者大大减少与杂质的碰撞，所以载流子沟道具有高电子迁移率。根据本公开的一个或多个实施例，半导体结构形成在衬底的芯片区内。通过芯片区之间的划线在衬底上标记出多个半导体芯片区。衬底将经受各种清洗、分层、图案化、蚀刻以及掺杂步骤以形成半导体结构。这里的术语“衬底”通常是指其上形成各种层和器件结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括：第一III?V化合物层；第二III?V化合物层，设置在所述第一III?V化合物层上方并且在组成上与所述第一III?V化合物层不同，所述第二III?V化合物层具有顶面；源极部件和漏极部件，设置在所述第二III?V化合物层上；栅电极，设置在所述源极部件和所述漏极部件之间的所述第二III?V化合物层上方；氟区，嵌入所述栅电极下方的第二III?V化合物层中，其中，所述氟区的顶面低于所述第二III?V化合物层的顶面；以及栅极介电层，设置在所述栅电极的至少一部分的下方以及所述氟区的上方。

【技术特征摘要】
2012.08.09 US 13/571,1361.一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括: 第一 II1-V化合物层； 第二 II1-V化合物层，设置在所述第一 II1-V化合物层上方并且在组成上与所述第一II1-V化合物层不同，所述第二 II1-V化合物层具有顶面； 源极部件和漏极部件，设置在所述第二 II1-V化合物层上； 栅电极，设置在所述源极部件和所述漏极部件之间的所述第二 II1-V化合物层上方；氟区，嵌入所述栅电极下方的第二 II1-V化合物层中，其中，所述氟区的顶面低于所述第二 II1-V化合物层的顶面；以及 栅极介电层，设置在所述栅电极的至少一部分的下方以及所述氟区的上方。2.根据权利要求1所述的HEMT，其中，所述氟区耗尽位于所述第一II1-V化合物层和所述第二 II1-V化合物层之间的载流子沟道的一部分。3.根据权利要求1所述的HEMT，还包括位于所述第二II1-V化合物层上方的介电覆盖层，其中，所述源极部件和所述漏极部件延伸穿过所述介电覆盖层并接触所述第二 II1-V化合物层。4.一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括: 氮化镓(GaN)层，设置在衬底上； 氮化镓铝(AlGaN)层，设置在所述GaN层上，所述AlGaN层具有顶面； 氟区，嵌入所述AlGaN层，所述氟区的顶面低于所述AlGaN层的顶面； 栅电极，设置在所述氟区上方，所述栅电极的底面低于所述AlGaN层的顶面； 源极部件和漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敬源，游承儒，姚福伟，余俊磊，陈柏智，杨富智，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：