半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体器件及其制造方法，涉及微电子技术领域。半导体器件包括衬底、半导体层、源极、漏极和栅极结构，半导体层制作于衬底，源极、漏极和栅极结构制作于半导体层远离衬底的一侧，半导体层包括势垒层，势垒层通过设置凹槽，基于凹槽制作栅极结构中的栅极介质层，并将栅极介质层的厚度设计为大于根据栅极介质层的介电常数、势垒层的介电常数以及凹槽的深度计算得到的预设值。如此，使设置于所述栅极介质层的栅极金属层与沟道层之间的电容降低，从而使阈值电压不变，使转移跨导曲线平坦化，从而改善高电子迁移率晶体管器件的线性度。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及微电子
，具体而言，涉及一种半导体器件及其制造方法。
技术介绍
氮化物半导体材料，包括GaN，具有较高的饱和电子迁移速率，高击穿电压和宽禁带宽度，正因为这些特性，基于GaN的高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor，HEMT)器件吸引了广大研究者与半导体厂商的注意。GaNHEMT器件在未来20年内在高速，高效，高频率通信以及电力电子领域有着极广泛的应用前景。专利技术人经研究发现，在高输出功率时，高电子迁移率晶体管的传输函数变为非线性，输出功率不再随着输入功率的增大而增大，使得通信系统中出现交调失真。这主要是由于高电子迁移率晶体管的阈值电压、高电子迁移率晶体管转移跨导和结电容随着输入功率的变化而变化造成的，因而产生信号失真问题是因为功放器件线性度差，且大功率输出时增益更容易压缩。因此，如何实现使阈值电压不变，进而使转移跨导曲线平坦化，从而改善高电子迁移率晶体管器件的线性度是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种半导体器件及其制造方法。本专利技术提供的技术方案如下：衬底；制作于所述衬底一侧的半导体层，所述半导体层包括势垒层，且所述势垒层远离所述衬底的一侧形成有凹槽；以及制作于所述势垒层远离所述衬底一侧的源极、漏极和栅极结构，所述栅极结构位于所述源极与所述漏极之间，所述栅极结构包括栅极介质层和栅极金属层，所述栅极介质层基于所述凹槽制作形成，所述栅极金属层制作于所述栅极介质层远离所述衬底的一侧，且所述栅极介质层的厚度大于预设值，其中，该预设值根据所述栅极介质层的介电常数、势垒层的介电常数以及所述凹槽的深度计算得到。进一步地，所述预设值为εins为所述栅极介质层的介电常数、εb为所述势垒层的介电常数、trecess为所述凹槽的深度。进一步地，所述半导体器件还包括制作于所述势垒层远离所述衬底一侧的绝缘介质层，所述绝缘介质层与所述凹槽的对应位置处形成开口与所述凹槽连通形成栅槽，所述栅极介质层沉积于所述凹槽并延伸至所述开口内，所述栅极金属层设置于所述栅极介质层远离所述衬底的一侧并延伸至所述栅槽外。进一步地，所述凹槽的深度小于所述栅极介质层的厚度。进一步地，所所述半导体层还包括沟道层和缓冲层，所述缓冲层制作于所述衬底的一侧，所述沟道层制作于所述缓冲层远离所述衬底的一侧，所述势垒层制作于所述沟道层远离所述缓冲层的一侧。进一步地，所述势垒层的介电常数在7-15之间，所述栅极介质层的介电常数在2-15之间。本专利技术还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：提供一衬底；在所述衬底的一侧形成包括势垒层的半导体层；基于所述势垒层制作源极和漏极，在所述源极和漏极之间对所述势垒层进行蚀刻形成凹槽，并基于所述凹槽形成栅极介质层，使所述栅极介质层的厚度大于预设值，其中，该预设值根据所述栅极介质层的介电常数、为所述势垒层的介电常数、以及所述凹槽的深度计算得到；基于所述栅极介质层制作栅极金属层。进一步地，所述预设值为εins为所述栅极介质层的介电常数、εb为所述势垒层的介电常数、trecess为所述凹槽的深度。进一步地，在所述源极和漏极之间对所述势垒层进行蚀刻形成凹槽的步骤包括：基于所述势垒层制作位于所述源极和漏极之间的绝缘介质层；在所述源极和漏极之间对所述绝缘介质层进行蚀刻形成贯穿所述绝缘介质层并与所述凹槽连通的开口，所述凹槽与所述开口共同形成栅槽。进一步地，基于所述栅极介质层制作栅极金属层的步骤包括：从所述栅极介质层远离势垒层的一面沉积金属材料，使该金属材料延伸至所述绝缘介质层的上方并部分覆盖该绝缘介质层，形成栅极金属层。进一步地，基于所述凹槽形成栅极介质层的步骤包括：基于所述凹槽沉积介质材料，使该介质材料延伸至所述绝缘介质层的开口内，使所述栅极介质层的厚度大于所述凹槽的深度。本申请实施例提供的半导体器件及其制造方法中，通过设置势垒层，且势垒层通过设置凹槽，以基于凹槽制作栅极结构中的栅极介质层，并将栅极介质层的厚度制作为大于预设值，且该预设值根据栅极介质层的介电常数、势垒层的介电常数以及凹槽的深度计算得到，以使设置于所述栅极介质层的栅极金属层与沟道层之间的电容降低，从而使阈值电压不变，使转移跨导曲线平坦化，从而改善高电子迁移率晶体管器件的线性度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的另一结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的另一结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的制造流程示意图。图5为本专利技术实施例基于图4中步骤S110-S130制成的半导体器件的结构示意图。图6图4中步骤S130的流程示意图。图7为基于图4中步骤S110-S120以及图6中步骤S132制成的半导体器件的结构示意图。图8为基于图4中步骤S110-S120以及图6中步骤S134制成的半导体器件的结构示意图。图9为基于图4中步骤S110-S130以及图6中步骤S132-S134制成的半导体器件的结构示意图。图标：100-半导体器件；110-衬底；120-半导体层；122-势垒层；122a-凹槽；124-沟道层；126-缓冲层；130-源极；140-漏极；150-栅极结构；152-栅极介质层；154-栅极金属层；160-绝缘介质层；162-开口。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。请结合图1、图2以及图3，本申请实施例提供了一种半导体器件100，包括衬底110、半导体层120、源极130、漏极140和栅极结构150。所述衬底110的材料可以根据实际需要确定。例如，所述衬底110的材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：/n衬底；/n制作于所述衬底一侧的半导体层，所述半导体层包括势垒层，且所述势垒层远离所述衬底的一侧形成有凹槽；以及/n制作于所述势垒层远离所述衬底一侧的源极、漏极和栅极结构，所述栅极结构位于所述源极与所述漏极之间，所述栅极结构包括栅极介质层和栅极金属层，所述栅极介质层基于所述凹槽制作形成，所述栅极金属层制作于所述栅极介质层远离所述衬底的一侧，且所述栅极介质层的厚度大于预设值，其中，该预设值根据所述栅极介质层的介电常数、势垒层的介电常数以及所述凹槽的深度计算得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：
衬底；
制作于所述衬底一侧的半导体层，所述半导体层包括势垒层，且所述势垒层远离所述衬底的一侧形成有凹槽；以及
制作于所述势垒层远离所述衬底一侧的源极、漏极和栅极结构，所述栅极结构位于所述源极与所述漏极之间，所述栅极结构包括栅极介质层和栅极金属层，所述栅极介质层基于所述凹槽制作形成，所述栅极金属层制作于所述栅极介质层远离所述衬底的一侧，且所述栅极介质层的厚度大于预设值，其中，该预设值根据所述栅极介质层的介电常数、势垒层的介电常数以及所述凹槽的深度计算得到。


2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述预设值为εins为所述栅极介质层的介电常数、εb为所述势垒层的介电常数、trecess为所述凹槽的深度。


3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括制作于所述势垒层远离所述衬底一侧的绝缘介质层，所述绝缘介质层与所述凹槽的对应位置处形成开口与所述凹槽连通形成栅槽，所述栅极介质层沉积于所述凹槽并延伸至所述开口内，所述栅极金属层设置于所述栅极介质层远离所述衬底的一侧并延伸至所述栅槽外。


4.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于，所述凹槽的深度小于所述栅极介质层的厚度。


5.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体层还包括沟道层和缓冲层，所述缓冲层制作于所述衬底的一侧，所述沟道层制作于所述缓冲层远离所述衬底的一侧，所述势垒层制作于所述沟道层远离所述缓冲层的一侧。


6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述势垒层的介电常数在7-15之间，所述栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱洪途，
申请(专利权)人：苏州能讯高能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32