量子阱器件及其形成方法技术

本发明专利技术提出了一种量子阱器件及其形成方法，能够形成具有高迁移率的量子阱器件，并且形成的量子阱器件具有较高的击穿电压，从而获得具有较好的性能及可靠性的量子阱器件。

Quantum well device and method of forming the same

The invention provides a device and method for forming quantum well, quantum well devices can be formed with high mobility, the breakdown voltage of quantum well devices and formation is high, so as to obtain quantum well devices with better performance and reliability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种量子阱器件及其形成方法。
技术介绍
高电子迁移率晶体管(HEMT)的基本结构由一个调制掺杂异质结及其源漏结构组成。存在于调制掺杂异质结中的二维电子气(2-DEG)，由于不受电离杂质离子散射的影响，其迁移率非常高。HEMT是电压控制器件，栅极电压Vg可控制异质结势阱的深度，从而控制势阱中2-DEG的面密度，进而控制器件的工作电流。对于GaAs体系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制层应该是耗尽的。若n-AlxGa1-xAs层厚度较大、掺杂浓度又高，则在Vg＝0时就存在有2-DEG，为耗尽型器件，反之则为增强型器件(Vg＝0时，肖特基耗尽层即延伸到本征GaAs层内部)；对于HEMT，主要是要控制好宽禁带半导体层(控制层)的掺杂浓度和厚度，特别是厚度。在考虑HEMT中的2-DEG面密度Ns时，通常只需要考虑异质结势阱中的两个二维子能带(i＝0和1)即可。2-DEG面电荷密度Ns将受到栅极电压Vg的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种量子阱器件及其形成方法，能够获得具有高迁移率的量子阱器件。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种量子阱器件的形成方法，包括步骤：提供图形化的衬底；在图形化的所述衬底表面形成缓冲层；对所述缓冲层进行刻蚀处理，形成鱼鳍状结构；在所述缓冲层及鱼鳍状结构表面上依次沉积量子阱层、阻挡层、覆盖层及介质层；在所述介质层表面形成金属层；对所述金属层和介质层进行刻蚀，形成金属栅极和栅介质层；在所述金属栅极和栅介质层的两侧形成侧墙；依次刻蚀所述覆盖层、阻挡层及量子阱层形成源漏凹陷区，所述凹陷区暴露出所述缓冲层并延伸至所述侧墙的下方；在所述源漏凹陷区中形成掺杂的源漏区。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述图形化的衬底为设有Σ型凹槽的衬底。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述Σ型凹槽的衬底的形成步骤包括：提供衬底；在所述衬底上形成图案化的掩模层，所述图案化的掩模层暴露出部分衬底；采用干法刻蚀刻蚀暴露出的衬底，形成圆弧状凹槽；采用湿法刻蚀对所述圆弧状凹槽进行刻蚀，形成Σ型凹槽；去除所述图案化的掩模层。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述湿法刻蚀采用KOH溶液或者TMAH溶液。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述衬底材质为硅、蓝宝石或者SiC。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述缓冲层材质为AlN或AlGaN，其厚度范围是1μm～10μm。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述缓冲层采用MOCVD、ALD或者MBE工艺形成。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，采用BCl3对所述缓冲层进行刻蚀处理，形成鱼鳍状结构。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述量子阱层材质为GaN、InGaN、AlGaN、锗、III-V或者II-VI族元素，其厚度范围是10nm～100nm。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述阻挡层材质为AlN、InGaN、AlGaN、III-V或者II-VI族元素，其厚度范围是10nm～100nm。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述覆盖层为GaN，其厚度范围为10nm～50nm。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述介质层的材质为二氧化硅、氧化铝、氧化锆或氧化铪，其厚度范围是1nm～5nm。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，量子阱层、阻挡层、覆盖层及介质层采用MOCVD、ALD或MBE工艺形成。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述金属层的材质为NiAu或CrAu。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述金属层采用PVD、MOCVD、ALD或MBE工艺形成。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述侧墙的材质为氮化硅。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述源漏凹陷区的形成步骤包括：采用干法刻蚀依次去除位于所述侧墙两侧暴露出的覆盖层、阻挡层及量子阱层，暴露出所述缓冲层；采用湿法刻蚀去除位于所述侧墙下方的覆盖层、阻挡层及量子阱层，形成源漏凹陷区，所述源漏凹陷区与所述金属栅极和栅介质层不存在重叠部分。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述干法刻蚀采用的气体为BCl3。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述湿法刻蚀采用质量分数为30％～50％的NaOH溶液刻蚀去除所述量子阱层和覆盖层。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述湿法刻蚀采用HF溶液刻蚀去除所述阻挡层。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述源漏区材质为掺杂硅的GaN。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述源漏区采用MOCVD、ALD或者MBE工艺形成。进一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，在形成源漏区后，在所述源漏区上形成源漏区电极。本专利技术提出了一种量子阱器件，采用如上文所述的量子阱器件的形成方法形成，包括：图形化的衬底、设有鱼鳍状结构的缓冲层、量子阱层、阻挡层、覆盖层、金属栅极、栅介质层、侧墙及源漏区，其中，所述设有鱼鳍状结构的缓冲层形成在所述图形化的衬底上，所述量子阱层、阻挡层、覆盖层、金属栅极及栅介质层依次形成在所述设有鱼鳍状结构的缓冲层上，所述侧墙形成在所述金属栅极及栅介质层的两侧，所述源漏区形成在所述缓冲层上，位于所述金属栅极及栅介质层的两侧，并延伸一部分至所述侧墙的下方。进一步的，在所述的量子阱器件中，还包括源漏区电极，所述源漏区电极形成在所述源漏区上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：提出了一种量子阱器件的形成方法，能够形成具有高迁移率的量子阱器件，并且形成的量子阱器件具有较高的击穿电压，从而获得具有较好的性能及可靠性的量子阱器件。附图说明图1为本专利技术一实施例中量子阱器件的形成方法的流程图；图2a至图2c为本专利技术一实施例中图形化衬底的形成方法；图3为本专利技术一实施例中形成缓冲层后的剖面示意图；图4a至图13a为本专利技术一实施例中形成量子阱器件过程中沿着与沟道垂直方向的剖面示意图；图4b至图13b为本专利技术一实施例中形成量子阱器件过程中沿着沟道方向的剖面示意图。具体实施方式下面将结合示意图对本专利技术的量子阱器件及其形成方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本专利技术由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。请参考图1，在本专利技术中，提出了一种量子阱器件的形成方法，包括步骤：S100：提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子阱器件的形成方法，其特征在于，包括步骤：提供图形化的衬底；在图形化的所述衬底表面形成缓冲层；对所述缓冲层进行刻蚀处理，形成鱼鳍状结构；在所述缓冲层及鱼鳍状结构表面上依次沉积量子阱层、阻挡层、覆盖层及介质层；在所述介质层表面形成金属层；对所述金属层和介质层进行刻蚀，形成金属栅极和栅介质层；在所述金属栅极和栅介质层的两侧形成侧墙；依次刻蚀所述覆盖层、阻挡层及量子阱层形成源漏凹陷区，所述源漏凹陷区暴露出所述缓冲层并延伸至所述侧墙的下方；在所述源漏凹陷区中形成掺杂的源漏区。

【技术特征摘要】
1.一种量子阱器件的形成方法，其特征在于，包括步骤：提供图形化的衬底；在图形化的所述衬底表面形成缓冲层；对所述缓冲层进行刻蚀处理，形成鱼鳍状结构；在所述缓冲层及鱼鳍状结构表面上依次沉积量子阱层、阻挡层、覆盖层及介质层；在所述介质层表面形成金属层；对所述金属层和介质层进行刻蚀，形成金属栅极和栅介质层；在所述金属栅极和栅介质层的两侧形成侧墙；依次刻蚀所述覆盖层、阻挡层及量子阱层形成源漏凹陷区，所述源漏凹陷区暴露出所述缓冲层并延伸至所述侧墙的下方；在所述源漏凹陷区中形成掺杂的源漏区。2.如权利要求1所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述图形化的衬底为设有Σ型凹槽的衬底。3.如权利要求2所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述Σ型凹槽的衬底的形成步骤包括：提供衬底；在所述衬底上形成图案化的掩模层，所述图案化的掩模层暴露出部分衬底；采用干法刻蚀刻蚀暴露出的衬底，形成圆弧状凹槽；采用湿法刻蚀对所述圆弧状凹槽进行刻蚀，形成Σ型凹槽；去除所述图案化的掩模层。4.如权利要求3所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀采用KOH溶液或者TMAH溶液。5.如权利要求1所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述衬底材质为硅、蓝宝石或者SiC。6.如权利要求1所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述缓冲层材质为AlN或AlGaN，其厚度范围是1μm～10μm。7.如权利要求6所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述缓冲层采用MOCVD、ALD或者MBE工艺形成。8.如权利要求1所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，采用BCl3对所述缓冲层进行刻蚀处理，形成鱼鳍状结构。9.如权利要求1所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述量子阱层材质为GaN、InGaN、AlGaN、锗、III-V或者II-VI族元素，其厚度范围是10nm～100nm。10.如权利要求1所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述阻挡层材质为AlN、InGaN、AlGaN、III-V或者II-VI族元素，其厚度范围是10nm～100nm。11.如权利要求1所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述覆盖层为GaN，其厚度范围为10nm～50nm。12.如权利要求1所述的量子阱器件的形成方法，其特征在于，所述介质层的材质为二氧化硅、氧化铝、氧化锆或氧化铪，其厚度范围是1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，张汝京，
申请(专利权)人：上海新昇半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31