半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种半导体装置及其制造方法，其包含沟道层，设置于衬底上方；阻挡层，设置于沟道层上方；化合物半导体层，设置于阻挡层上方；一对源极/漏极，设置于衬底上方且分别位于化合物半导体层的两侧；氟化区，设置于化合物半导体层内；以及栅极，设置于化合物半导体层上。本发明专利技术在半导体装置的化合物半导体层中导入氟，形成氟化区，以提升表面电位并改变能带，进而改善阈值电压和栅极摆幅。

Semiconductor device and manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本专利技术实施例是关于半导体制造技术，特别是有关于半导体装置及其制造方法。
技术介绍
高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor，HEMT)，又称为异质结场效应晶体管(heterostructureFET，HFET)或调制掺杂场效应晶体管(modulation-dopedFET，MODFET)，为一种场效应晶体管(fieldeffecttransistor，FET)，其由具有不同能隙(energygap)的半导体材料组成。在邻近不同半导体材料的所形成界面处会产生二维电子气(twodimensionalelectrongas，2DEG)层。由于二维电子气的高电子移动性，高电子迁移率晶体管可以具有高击穿电压、高电子迁移率、低导通电阻与低输入电容等优点，因而适合用于高功率元件上。然而，现有的高电子迁移率晶体管虽大致符合需求，但并非在每个方面皆令人满意，仍需进一步改良，以提升效能并具有更广泛的应用。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施例，提供半导体装置。此半导体装置包含沟道层，设置于衬底上方；阻挡层，设置于沟道层上方；化合物半导体层，设置于阻挡层上方；一对源极/漏极，设置于衬底上方且分别位于化合物半导体层的两侧；氟化区，设置于化合物半导体层内；以及栅极，设置于化合物半导体层上。在一些实施例中，氟化区从化合物半导体层的顶部延伸至阻挡层中。在一些实施例中，半导体装置更包含氟化区更设置于化合物半导体层周围的阻挡层中。>在一些实施例中，半导体装置更包含第一氟保持层，设置于化合物半导体层顶部、内部或底部；及/或第二氟保持层，覆盖化合物半导体层的侧壁且延伸至这对源极/漏极与阻挡层之间。在一些实施例中，这对源极/漏极穿过阻挡层且延伸至沟道层中，且第二氟保持层更设置在这对源极/漏极与沟道层之间。在一些实施例中，在第一氟保持层和第二氟保持层内的氟含量大于在第一氟保持层和第二氟保持层外的氟含量。在一些实施例中，第二氟保持层具有开口，此开口的面积小于或等于氟化区在化合物半导体层的顶部的面积，且栅极设置于此开口。在一些实施例中，第一氟保持层与第二氟保持层各自独立地包含氮化铝、氮化铝镓、氮化铟镓或前述的组合。在一些实施例中，第一氟保持层的厚度与第二氟保持层的厚度各自独立地在0.5nm至5nm的范围。在一些实施例中，半导体装置更包含二维电子气回复层，覆盖化合物半导体层的侧壁且延伸至这对源极/漏极与阻挡层之间。根据本专利技术的另一些实施例，提供半导体装置的制造方法。此方法包含在衬底上方形成沟道层；在沟道层上方形成阻挡层；在阻挡层上方形成化合物半导体层；在衬底上方且在化合物半导体层的两侧形成一对源极/漏极；在化合物半导体层内导入氟；以及在化合物半导体层上方形成栅极。在一些实施例中，氟的导入包含使用刻蚀设备。在一些实施例中，氟的导入包含使用反应性离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀或前述的组合。在一些实施例中，导入氟的范围从化合物半导体层的顶部延伸至阻挡层中。在一些实施例中，半导体装置的制造方法更包含在导入氟之后且在形成栅极之前，执行第一热处理。在一些实施例中，半导体装置的制造方法更包含在形成栅极之后，执行第二热处理。在一些实施例中，半导体装置的制造方法更包含在化合物半导体层周围的阻挡层导入氟。在一些实施例中，氟在化合物半导体层周围的阻挡层的导入包含使用升温设备、刻蚀设备或前述的组合。在一些实施例中，半导体装置的制造方法更包含在形成化合物半导体层期间，原位形成第一氟保持层；及/或在形成化合物半导体层之后且在形成栅极之前，在化合物半导体层的侧壁上形成第二氟保持层，且第二氟保持层延伸至这对源极/漏极与沟道层之间。在一些实施例中，半导体装置的制造方法更包含这对源极/漏极穿过阻挡层且延伸至沟道层中，且第二氟保持层延伸至这对源极/漏极与阻挡层之间。在一些实施例中，半导体装置的制造方法更包含在化合物半导体层上方形成第二氟保持层的开口，从开口导入氟；以及在开口处形成栅极。在一些实施例中，半导体装置的制造方法更包含在化合物半导体层的侧壁上形成二维电子气回复层，且二维电子气回复层延伸至这对源极/漏极与沟道层之间。本专利技术实施例涉及的半导体装置及其制造方法，适用于高电子迁移率晶体管(HEMT)。本专利技术实施例在半导体装置的化合物半导体层中导入氟，形成氟化区，以提升表面电位并改变能带，进而改善阈值电压和栅极摆幅。附图说明以下将配合所附图式详述本专利技术的实施例。应注意的是，依据产业上的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本专利技术的特征。图1A-图1F是根据一些实施例绘示在制造半导体装置的各个阶段的剖面示意图。图2是根据一些实施例绘示半导体装置的剖面示意图。图3是根据一些实施例绘示半导体装置的剖面示意图。图4A-图4D是根据一些实施例绘示在制造半导体装置的各个阶段的剖面示意图。图5是根据一些实施例绘示半导体装置的剖面示意图。图6是根据一些实施例绘示半导体装置的剖面示意图。附图标号：100、200、300、400、500、600～半导体装置；110～衬底；120～成核层；130～缓冲层；140～沟道层；150～阻挡层；160、160a～化合物半导体层；170～源极/漏极；180、180’～氟化区；190～栅极；310～第一氟保持层；410～第二氟保持层；420～开口；610～二维电子气回复层；T1、T2、T3～厚度。具体实施方式以下概述一些实施例，以使得本领域技术人员可以更容易理解本专利技术。然而，这些实施例只是范例，并非用于限制本专利技术。可以理解的是，本领域技术人员可以根据需求，调整以下描述的实施例，例如改变工艺顺序及/或包含比在此描述的更多或更少步骤。此外，可以在以下叙述的实施例的基础上添加其他元件。举例来说，“在第一元件上形成第二元件”的描述可能包含第一元件与第二元件直接接触的实施例，也可能包含第一元件与第二元件之间具有其他元件，使得第一元件与第二元件不直接接触的实施例，并且第一元件与第二元件的上下关系可能随着装置在不同方位操作或使用而改变。以下根据本专利技术的一些实施例，描述半导体装置及其制造方法，且特别适用于高电子迁移率晶体管(HEMT)。本专利技术在半导体装置的化合物半导体层中导入氟，形成氟化区，以提升表面电位并改变能带，进而改善阈值电压(thresholdvoltage，Vth)和栅极摆幅(gateswing)。图1A-图1F是根据一些实施例绘示在制造半导体装置100的各个阶段的剖面示意图。如图1A所示，半导体装置100包含衬底110。可以使用任何适用于半导体装置的衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，包括：/n一沟道层，设置于一衬底上方；/n一阻挡层，设置于该沟道层上方；/n一化合物半导体层，设置于该阻挡层上方；/n一对源极/漏极，设置于该衬底上方且分别位于该化合物半导体层的两侧；/n一氟化区，设置于该化合物半导体层内；以及/n一栅极，设置于该化合物半导体层上。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其特征在于，包括：
一沟道层，设置于一衬底上方；
一阻挡层，设置于该沟道层上方；
一化合物半导体层，设置于该阻挡层上方；
一对源极/漏极，设置于该衬底上方且分别位于该化合物半导体层的两侧；
一氟化区，设置于该化合物半导体层内；以及
一栅极，设置于该化合物半导体层上。


2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该氟化区从该化合物半导体层的一顶部延伸至该阻挡层中。


3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，更包括该氟化区更设置于该化合物半导体层周围的该阻挡层中。


4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，更包括：
一第一氟保持层，设置于该化合物半导体层顶部、内部或底部；及/或
一第二氟保持层，覆盖该化合物半导体层的侧壁且延伸至该对源极/漏极与该阻挡层之间。


5.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，该对源极/漏极穿过该阻挡层且延伸至该沟道层中，且该第二氟保持层更设置在该对源极/漏极与该沟道层之间。


6.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，在该第一氟保持层和该第二氟保持层内的氟含量大于在该第一氟保持层和该第二氟保持层外的氟含量。


7.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，该第二氟保持层具有一开口，该开口的面积小于或等于该氟化区在该化合物半导体层的该顶部的面积，且该栅极设置于该开口。


8.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，该第一氟保持层与该第二氟保持层各自独立地包括氮化铝、氮化铝镓、氮化铟镓或前述的组合。


9.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，该第一氟保持层的厚度与该第二氟保持层的厚度各自独立地在0.5nm至5nm的范围。


10.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，更包括一二维电子气回复层，覆盖该化合物半导体层的侧壁且延伸至该对源极/漏极与该阻挡层之间。


11.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
在一衬底上方形成一沟道层；
在该沟道层上方形成一阻挡层；
在该阻挡层上方形成一化合物半导体层；
在该衬底上方且...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志谚，
申请(专利权)人：世界先进积体电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71