结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构及制备方法技术

本发明专利技术提供一种结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构及制备方法，制备方法包括：提供半导体衬底，形成包括氮化镓层的外延结构，通过掩膜层保护，外延生长源极结构及漏极结构，形成栅极侧墙，形成栅极结构。本发明专利技术通过二次外延生长形成源极结构及漏极结构，可以有效降低欧姆接触电阻，在二次外延之前，通过多步离子刻蚀、氧化及酸溶剂数字刻蚀，平衡了刻蚀速率与刻蚀带来的材料损伤，在保证材料质量的同时，考虑了工艺成本。利用自对准技术，避免光刻过程中对准工艺带来的误差，精确定义了栅极尺寸。利用隔离侧墙厚度控制栅极尺寸，省去栅脚光刻步骤，简化工艺制程。本发明专利技术可在大尺寸晶圆上实现GaN材料的异质外延，节省了单位尺寸外延成本。

【技术实现步骤摘要】
结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构及制备方法
本专利技术属于集成电路制造
，特别是涉及一种结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构及其制备方法。
技术介绍
目前，一些半导体器件结构的制备中得到的欧姆接触电阻不够理想，例如，现有的GaNHEMT(高电子迁移率晶体管)器件，得到的欧姆接触电阻不够理想。另外，在器件制备过程中，离子注入技术需要后续高温退火处理来激活注入离子，同时恢复因离子注入带来的材料晶格损伤，对材料会有损伤，而且离子激活率也不够高，所以欧姆接触电阻一直制约着GaN器件往更高频方向发展。同时，GaN器件栅极制备通常通过光刻、对准工艺实现，要提高器件的频率特性，栅极尺寸、栅源、栅漏距离都要进行严格控制，对准要求随着器件小尺寸化变得越为苛刻，因此产生的误差就变得致命，所以光刻对准误差也制约着GaN器件往更高频方向发展。因此，如何提供一种半导体器件结构及制备方法，以解决现有技术中上述问题实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构及其制备方法，用于解决现有技术中欧姆接触电阻不够理想及光刻尺寸要求苛刻等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：提供半导体衬底；于所述半导体衬底上形成外延结构，所述外延结构包括氮化镓层；于所述外延结构上形成刻蚀掩膜层，所述刻蚀掩膜层具有至少覆盖待形成栅极结构的栅极区域的覆盖部以及显露所述外延结构的第一开口和第二开口；基于所述刻蚀掩膜层于所述第一开口及所述第二开口对应的位置外延生长源极结构及漏极结构，其中，所述源极结构及所述漏极结构均生长于所述氮化镓层表面；于所述源极结构与所述漏极结构之间形成栅极侧墙，所述栅极侧墙限定出栅极区域；于所述栅极区域对应的所述外延结构上形成栅极结构，以制备氮化镓器件。可选地，于所述半导体衬底上形成所述外延结构的步骤包括：于所述半导体衬底上外延形成缓冲层，于所述缓冲层上外延形成所述氮化镓层，于所述氮化镓层上外延形成势垒层。可选地，于所述外延结构上外延生长所述源极结构及所述漏极结构的步骤包括：基于所述刻蚀掩膜层刻蚀所述外延结构，对应所述第一开口及所述第二开口分别形成源极开口及漏极开口，且所述源极开口及所述漏极开口显露所述氮化镓层；于所述源极开口对应的所述氮化镓层表面外延生长掺杂的所述源极结构，于所述漏极开口对应的所述氮化镓层表面外延生长掺杂的所述漏极结构。可选地，基于所述刻蚀掩膜层刻蚀所述外延结构包括对所述外延结构依次进行第一刻蚀及第二刻蚀的步骤，其中，所述第一刻蚀包括多步离子刻蚀的步骤，所述第二刻蚀包括氧化结合酸溶剂进行刻蚀的步骤。可选地，进行所述多步离子刻蚀的工艺过程中，各步所述离子刻蚀的刻蚀功率逐渐降低；进行所述酸洗溶剂刻蚀的工艺过程中，所述酸洗溶剂刻蚀工艺停止于所述氮化镓层的二维电子气表面。可选地，于所述氮化镓层表面生长所述源极结构及所述漏极结构的步骤包括：将对所述外延结构进行所述刻蚀后得到的结构置于外延设备的反应腔室中；将所述反应腔室中的温度升高至1200℃-1250℃之间，通入除杂气体；控制所述反应腔室中的温度在1150℃-1170℃之间，并通入气体源以生长掺杂的所述源极结构及掺杂的所述漏极结构，所述源极结构及所述漏极结构均包括掺杂的氮化镓层。可选地，生长完所述源极结构及所述漏极结构后依次采用湿法腐蚀及干法刻蚀的工艺去除所述覆盖部。可选地，形成所述栅极侧墙的步骤包括：于形成所述源极结构及所述漏极结构的结构上形成连续的侧墙材料层，采用各向异性刻蚀工艺去除所述源极结构、所述漏极结构上方以及部分所述外延结构上方的所述侧墙材料层，保留所述源极结构及所述漏极结构侧部的所述侧墙材料层，以形成所述栅极侧墙并通过所述栅极侧墙限定出所述栅极区域。可选地，所述半导体器件结构的制备方法还包括制备源极电极及漏极电极的步骤，所述源极电极形成于所述源极结构的部分表面，所述漏极电极形成于所述漏极结构的部分表面。可选地，所述半导体器件结构的制备方法还包括步骤：于所述源极结构、所述漏极结构及二者周围的所述外延结构的表面形成介质钝化层。可选地，采用原子层沉积工艺形成所述介质钝化层，所述介质钝化层的材料包括高介电常数介质层，所述介质钝化层的厚度介于10nm-50nm之间。本专利技术还提供一种结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构，其中，所述半导体器件结构优选采用本专利技术的半导体器件结构的制备方法制备得到，当然也可以采用其他方式，所述结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构包括：半导体衬底；外延结构，形成于所述半导体衬底上，所述外延结构包括氮化镓层；源极结构及漏极结构，均外延生长于所述氮化镓层的表面；栅极侧墙，形成于所述源极结构及所述漏极结构之间，且限定出栅极区域；栅极结构，形成于所述栅极区域对应的所述外延结构上，以形成氮化镓器件。可选地，所述外延结构自下而上依次包括：缓冲层、所述氮化镓层以及势垒层，其中，所述源极结构及所述漏极结构穿过所述势垒层形成于所述氮化镓层表面。可选地，所述缓冲层包括AlxGa1-xN层，所述势垒层包括AlyGa1-yN层，所述势垒层的厚度介于20-100nm之间，所述氮化镓层的厚度介于0.5um-2um之间，其中，0<x<1，0<y<1。可选地，所述源极结构包括掺杂的氮化镓层，所述漏极结构包括掺杂的氮化镓层；所述半导体器件结构还包括漏极电极及源极电极，所述源极电极形成于所述源极结构的表面，所述漏极电极形成于所述漏极结构的表面。可选地，所述栅极侧墙与所述外延结构之间还形成有介质钝化层，所述栅极结构形成于所述介质钝化层上，所述介质钝化层还延伸至所述源极结构及所述漏极结构的侧部及部分上表面。可选地，所述介质钝化层的材料包括高介电常数介质层，所述介质钝化层的厚度介于10nm-50nm之间。如上所述，本专利技术的结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构及其制备方法，通过二次外延生长形成源极结构及漏极结构的方法，可以有效降低欧姆接触电阻，同时，在二次外延之前，通过多步离子刻蚀、氧化及酸溶剂数字刻蚀的步骤，平衡了刻蚀速率与刻蚀带来的材料损伤，在保证材料质量的同时，考虑了工艺成本。另外，利用自对准技术，避免了光刻过程中对准工艺带来的误差，精确定义了栅极尺寸。同时利用隔离侧墙厚度控制栅极尺寸，省去了栅脚光刻步骤，简化了工艺制程。本专利技术的方案可在大尺寸晶圆上实现GaN材料的异质外延，节省了单位尺寸外延成本。附图说明图1显示为本专利技术氮化镓器件结构制备的工艺流程图。图2显示为本专利技术实施例中氮化镓器件结构制备中提供半导体衬底的结构示意图。图3显示为本专利技术实施例中氮化镓器件结构制备中形成外延结构的结构示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n提供半导体衬底；/n于所述半导体衬底上形成外延结构，所述外延结构包括氮化镓层；/n于所述外延结构上形成刻蚀掩膜层，所述刻蚀掩膜层具有至少覆盖待形成栅极结构的栅极区域的覆盖部以及显露所述外延结构的第一开口和第二开口；/n基于所述刻蚀掩膜层于所述第一开口及所述第二开口对应的位置外延生长源极结构及漏极结构，其中，所述源极结构及所述漏极结构均生长于所述氮化镓层表面；/n于所述源极结构与所述漏极结构之间形成栅极侧墙，所述栅极侧墙限定出栅极区域；/n于所述栅极区域对应的所述外延结构上形成栅极结构，以制备氮化镓器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
提供半导体衬底；
于所述半导体衬底上形成外延结构，所述外延结构包括氮化镓层；
于所述外延结构上形成刻蚀掩膜层，所述刻蚀掩膜层具有至少覆盖待形成栅极结构的栅极区域的覆盖部以及显露所述外延结构的第一开口和第二开口；
基于所述刻蚀掩膜层于所述第一开口及所述第二开口对应的位置外延生长源极结构及漏极结构，其中，所述源极结构及所述漏极结构均生长于所述氮化镓层表面；
于所述源极结构与所述漏极结构之间形成栅极侧墙，所述栅极侧墙限定出栅极区域；
于所述栅极区域对应的所述外延结构上形成栅极结构，以制备氮化镓器件。


2.根据权利要求1所述的结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，于所述半导体衬底上形成所述外延结构的步骤包括：于所述半导体衬底上外延形成缓冲层，于所述缓冲层上外延形成所述氮化镓层，于所述氮化镓层上外延形成势垒层。


3.根据权利要求2所述的结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，于所述外延结构上外延生长所述源极结构及所述漏极结构的步骤包括：
基于所述刻蚀掩膜层刻蚀所述外延结构，对应所述第一开口及所述第二开口分别形成源极开口及漏极开口，且所述源极开口及所述漏极开口显露所述氮化镓层；
于所述源极开口对应的所述氮化镓层表面外延生长掺杂的所述源极结构，于所述漏极开口对应的所述氮化镓层表面外延生长掺杂的所述漏极结构。


4.根据权利要求3所述的结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，基于所述刻蚀掩膜层刻蚀所述外延结构包括对所述外延结构依次进行第一刻蚀及第二刻蚀的步骤，其中，所述第一刻蚀包括多步离子刻蚀的步骤，所述第二刻蚀包括氧化结合酸溶剂进行刻蚀的步骤。


5.根据权利要求4所述的结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，进行所述多步离子刻蚀的工艺过程中，各步所述离子刻蚀的刻蚀功率逐渐降低；进行所述酸洗溶剂刻蚀的工艺过程中，所述酸洗溶剂刻蚀工艺停止于所述氮化镓层的二维电子气表面。


6.根据权利要求3所述的结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，于所述氮化镓层表面生长所述源极结构及所述漏极结构的步骤包括：
将对所述外延结构进行所述刻蚀后得到的结构置于外延设备的反应腔室中；
将所述反应腔室中的温度升高至1200℃-1250℃之间，通入除杂气体；
控制所述反应腔室中的温度在1150℃-1170℃之间，并通入气体源以生长掺杂的所述源极结构及掺杂的所述漏极结构，所述源极结构及所述漏极结构均包括掺杂的氮化镓层。


7.根据权利要求3所述的结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，生长完所述源极结构及所述漏极结构后依次采用湿法腐蚀及干法刻蚀的工艺去除所述覆盖部。


8.根据权利要求1所述的结合二次外延及自对准工艺的氮化镓器件结构的制备方法，其特征在于，形成所述栅极侧墙的步骤包括：于...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫炯炯，王志宇，陈华，刘家瑞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33