半导体结构、HEMT结构及其形成方法技术

本揭露提供一种半导体结构、HEMT结构及其形成方法。所述半导体结构包含沟道层；位于所述沟道层上方的有源层，其中所述有源层经配置以形成二维电子气体2DEG，所述二维电子气体沿着所述沟道层与所述有源层之间的界面形成在所述沟道层中；形成在所述有源层的顶表面上方的栅极电极；以及位于所述有源层的所述顶表面上方的源极/漏极电极；其中所述有源层包含从所述顶表面到所述有源层的底表面依序堆栈的第一层与第二层，相较于所述第二层，所述第一层具有较高的铝(Al)原子浓度。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构、HEMT结构及其形成方法
本揭露涉及一种半导体结构、HEMT结构及其形成方法。
技术介绍
由于高电流密度、高崩溃电压以及低OB阻抗，高电子移动性晶体管(HighElectronMobilityTransistors，HEMT)适合用于电力应用。HEMT结构包含沟道层与有源层。二维电子气体(two-dimensionalelectrongas，2DEG)在沟道层中产生，所述沟道层与有源层的界面相邻。2DEG用于HEMT结构中作为电荷载体。HEMT结构的问题为电荷落入栅极的漏极侧，其可造成已知为在高电压操作之下的“电流崩塌(currentcollapse)”现象。因此，需要具有低开启阻抗与低电流崩塌以及改进的界面捕捉密度(interfacetrapdensity)与线性漏极电流退化的装置。本揭露的实施例至少响应这些需求。
技术实现思路
本揭露的一些实施例提供一种半导体结构，所述半导体结构包含沟道层；位于所述沟道层上方的有源层，其中所述有源层经配置以形成二维电子气体(two-dimensionalelectrongas，2DEG)，所述二维电子气体沿着所述沟道层与所述有源层之间的界面形成在所述沟道层中；形成在所述有源层的顶表面上方的栅极电极；以及位于所述有源层的所述顶表面上方的源极/漏极电极；其中所述有源层包含从所述顶表面到所述有源层的底表面依序堆栈的第一层与第二层，相较于所述第二层，所述第一层具有较高的铝(Al)原子浓度。附图说明为协助读者达到最佳理解效果，建议在阅读本揭露时同时参考附件图标及其详细文字叙述说明。请注意为遵循业界标准作法，本专利说明书中的图式不一定按照正确的比例绘制。在某些图式中，尺寸可能刻意放大或缩小，以协助读者清楚了解其中的讨论内容。图1到8(b)是根据本揭露的一些实施例说明各种阶段所制造的III-VHEMT结构的剖面示意图。图9是根据本揭露的一些实施例说明Ga原子与Al原子的X射线能量散射分析(energydispersiveX-ray，EDX)。图10是根据本揭露的一些实施例说明专利技术人进行的实验结果的图表，说明在不同深度有或没有高Al扩散层所制造的III-VHEMT上测量的界面捕捉密度Dit的值。图11是根据本揭露的一些实施例说明专利技术人所进行的实验结果的图表，说明线性漏极电流(lineardraincurrent(Idlin))退化为有或没有高Al扩散层所制造的III-VHEMT上测量的应力时间(stresstime)的函数。图12是根据本揭露的实施例说明专利技术人所进行的实验结果的图表，说明动态最小“开启(on)”阻抗(Rdson)比例为有或没有高Al扩散层所制造的III-VHEMT群组上测量的应力电压的函数。具体实施方式本揭露提供了数个不同的实施方法或实施例，可用于实现本揭露的不同特征。为简化说明起见，本揭露也同时描述了特定零组件与布置的范例。请注意提供这些特定范例的目的仅在于示范，而非予以任何限制。举例来说，在以下说明第一特征如何在第二特征上或上方的叙述中，可能会包括某些实施例，其中第一特征与第二特征为直接接触，而叙述中也可能包括其它不同实施例，其中第一特征与第二特征中间另有其它特征，以致于第一特征与第二特征并不直接接触。此外，本揭露中的各种范例可能使用重复的参考数字和/或文字注记，以使文件更加简单化和明确，这些重复的参考数字与注记不代表不同的实施例与/或配置之间的关联性。另外，本揭露在使用与空间相关的叙述词汇，如“在…之下”，“低”，“下”，“上方”，“之上”，“下”，“顶”，“底”和类似词汇时，为便于叙述，其用法均在于描述图标中一个组件或特征与另一个(或多个)组件或特征的相对关系。除了图标中所显示的角度方向外，这些空间相对词汇也用来描述所述装置在使用中以及操作时的可能角度和方向。所述装置的角度方向可能不同(旋转90度或其它方位)，而在本揭露所使用的这些空间相关叙述可以同样方式加以解释。尽管本揭露的广范围所要求的数值范围与参数是约略值，但在特定范例中所阐述的数值尽可能精准。然而，任何数值本质上含有在个别测试测量中得到的标准偏差所必然造成的一些误差。再者，在本文中，“约”通常是指在给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。或者，“约”是指所属领域的技术人员可接受的平均的标准偏差内。在操作/工作范例之外，除非特别指名，否则本文所揭露的所有的数值范围、数量、值、与比例，例如材料的量、时间期间、温度、操作条件、数量的比例、及其类似者应被理解为受到“约”字修饰。据此，除非有相反的指示，本揭露以及所附随的权利要求书所阐述的数值参数是约略数，其可视需要而变化。至少，应根据所报导的有意义的位数数目并且使用通常的进位技术，解读各个数值参数。本文中，范围可表示为从一端点到另一端点，或是在两个端点之间。除非特别声明，否则本文揭露的所有范围都包含端点。本揭露涉及III-V高电子移动性晶体管(HEMT)及其制造方法。虽然本揭露是以特定实施例描述，然而由权利要求书所定义的本揭露的原理显然可应用于本揭露所述的本揭露的特定实施例之外。再者，在本揭露的说明中，为了不模糊本揭露的专利技术方面，故忽略一些细节。所忽略的细节为所属领域的技术人员的知识范围的内。硅衬底上的III-VHEMT是作为电压转换器应用的功率切换晶体管。相较于硅功率晶体管，III-VHEMT因宽带隙性质而有低开启状态阻抗与低切换损失的特征。在本揭露中，“III-V族半导体(groupIII-Vsemiconductor)”是指包含至少一III族元素与至少一V族元素的化合物半导体，例如但不限于氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、砷化镓(GaAs)、氮化铟铝镓(InAlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、以及类似物。在类似的方式中，“III-氮化物半导体”是指包含氮与至少一III族元素的化合物半导体，例如但不限于GaN、AlGaN、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟铝镓(InAlGaN)、以及类似物。图1到8(b)是根据本揭露的一些实施例说明不同阶段所制造的III-VHEMT结构的剖面示意图。图1为根据本揭露的一实施例说明在初始制造阶段的III-VHEMT的剖面示意图。提供适合作为III-VHEMT的支撑衬底的半导体衬底302。半导体衬底302包含多层。在一些实施例中，半导体衬底302包含大块硅，多个半导体层形成在所述大块硅上。半导体衬底302包括适合作为制造III-V族半导体装置的衬底的任何材料。在一些实施例中，半导体衬底302包含硅(Si)、碳化硅(SiC)、蓝宝石、以及类似物。或者，在一些实施例中，半导体衬底302包括可制造III-V族半导体装置的材料的天然衬底，以及例如可为天然的GaN或其它III-氮化物衬底。再者，虽然半导体衬底302显示为实质单一衬底，然而，在其它实施例中，半导体衬底302相当于绝缘体衬底上半导体，例如绝缘体上硅(silicononinsulator，SOI)或绝缘体上锗(germaniumoninsulator，GOI)衬底。在图2中，在半导体衬底302上方，连续形成过渡结构304与沟道层312。在一些实施例中，过渡结构304包括多个层，媒介从半导体衬底302到沟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：沟道层；有源层，位于所述沟道层上方，所述有源层经配置以形成二维电子气体2DEG，所述二维电子气体沿着所述沟道层与所述有源层之间的界面形成在所述沟道层中；栅极电极，形成在所述有源层的顶表面上方；以及源极/漏极电极，位于所述有源层的所述顶表面上方；其中所述有源层包含从所述顶表面到所述有源层的底表面依序堆栈的第一层与一第二层，相较于所述第二层，所述第一层具有较高的铝(Al)原子浓度。

【技术特征摘要】
2016.06.03 US 15/172,7751.一种半导体结构，包括：沟道层；有源层，位于所述沟道层上方，所述有源层经配置以形成二维电子气体2DEG，所述二维电子气体沿着所述沟道层与所述有源层之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀中，陈柏智，余俊磊，蔡俊琳，
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：中国台湾,71