半导体结构及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体结构及其形成方法，该结构包含：衬底、栅极电极、第一介电层、栅极金属层、源极结构、以及漏极结构。第一介电层具有露出栅极电极的第一开口及第二开口，并且第二开口的深度大于第一开口的深度。栅极金属层顺应覆盖第一介电层的顶面、第一开口、以及第二开口并作为栅极场板。栅极金属层位于第一开口的底部的第一部分高于栅极金属层位于第二开口的底部的第二部分。源极结构及漏极结构设置于栅极结构的相对侧，其中第二开口设置于栅极电极与漏极结构之间。本发明专利技术实可在不增加额外工艺成本的情况下，藉由所形成的栅极场板来改善半导体结构的漏电流并提升击穿电压，以允许半导体结构应用于高电压操作。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术是有关于半导体结构，特别是关于具有场板的半导体结构及其形成方法。
技术介绍
氮化镓系(GaN-based)半导体材料具有许多优秀的材料特性，例如高抗热性、宽能隙(band-gap)、高电子饱和速率。因此，氮化镓系半导体材料适合应用于高速与高温的操作环境。近年来，氮化镓系半导体材料已广泛地应用于发光二极管(lightemittingdiode，LED)元件、高频率元件，例如具有异质界面结构的高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor，HEMT)。在高电子迁移率晶体管(HEMT)元件中，通常会将场板结构设置于半导体装置的高电场区，以降低高电场区的峰值电场(peakelectricfield)。其中一种场板是连接至源极的场板(即源极场板)，其可降低栅极至漏极电容(Cgd)，而另一种场板是连接至栅极的场板(即栅极场板)，其可降低栅极在漏极侧上的电场强度。然而，场板结构的效能及工艺成本仍需进一步的改善。随着氮化镓系半导体材料的发展，这些使用氮化镓系半导体材料的半导体装置应用于更严苛工作环境中，例如更高频、更高温或更高电压。因此，具有氮化镓系半导体材料的半导体装置仍需进一步改善来克服所面临的挑战。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例提供一种半导体结构，包含：衬底、设置于衬底上的栅极电极、设置于衬底上的第一介电层、栅极金属层、源极结构、以及漏极结构。第一介电层具有露出栅极电极的第一开口及邻近于第一开口的第二开口，并且第二开口的深度大于第一开口的深度。栅极金属层顺应覆盖第一介电层的顶面、第一开口、以及第二开口并作为栅极场板。栅极金属层位于第一开口的底部的第一部分高于栅极金属层位于第二开口的底部的第二部分。栅极电极与栅极金属层组成栅极结构。源极结构及漏极结构设置于衬底上并设置于栅极结构的相对侧，其中第二开口设置于栅极电极与漏极结构之间。本专利技术的一些实施例提供一种半导体结构的形成方法，包含：提供衬底；形成栅极电极于衬底上；形成第一介电层于衬底上并覆盖栅极电极；执行第一刻蚀步骤以同时形成第一开口以及邻近于第一开口的第二开口于第一介电层中，其中第一开口露出栅极电极；执行第二刻蚀步骤以增加第二开口的深度，其中使用从第一开口露出的栅极电极作为刻蚀停止层；顺应形成栅极金属层覆盖第一介电层的顶面、第一开口、以及第二开口并作为栅极场板，其中栅极金属层位于第一开口的底部的第一部分高于栅极金属层位于第二开口的底部的第二部分，其中栅极电极与栅极金属层组成栅极结构；以及形成源极结构及形成漏极结构于衬底上并于栅极结构的相对侧，其中第二开口设置于栅极电极与漏极结构之间。本专利技术实施例提供的半导体结构及其形成方法，可在不增加额外工艺成本的情况下，藉由所形成的栅极场板来改善半导体结构的漏电流并提升击穿电压(breakdownvoltage)，以允许半导体结构应用于高电压操作。附图说明以下将配合所附图式详述本专利技术实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，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实施例的特征。图1至图3是根据本专利技术的一些实施例，绘示出形成半导体结构在各个阶段的剖面示意图。图4A是根据本专利技术的一些实施例，绘示出形成具有连续的栅极金属层的半导体结构的剖面示意图。图4B是根据本专利技术的其他实施例，绘示出形成具有不连续的栅极金属层的半导体结构的剖面示意图。图5是根据本专利技术的一些实施例，绘示出形成源极结构与漏极结构的半导体结构的剖面示意图。图6是根据本专利技术的一些实施例，绘示出例示性半导体结构的剖面示意图。图7是根据本专利技术的其他实施例，绘示出例示性半导体结构的剖面示意图。附图标号：100、700～半导体结构110、710～衬底111～缓冲层112～沟道层113～阻挡层114～掺杂化合物半导体层115～化合物半导体层120、730～栅极结构121、721～栅极电极122、122’、722～栅极金属层122a～第一部分122b～第二部分130、730～源极结构131～源极电极132、732～源极接触件133、733～源极场板134、734～源极金属层140、740～漏极结构141～漏极电极142、742～漏极接触件143、144、734、744～漏极金属层150、750～第一介电层151、751～第二介电层152、752～第三介电层723～栅极介电层724～栅极间隔物731～源极区741～漏极区D1、D2、D3、D4～深度OP1～第一开口OP2～第二开口W1～宽度具体实施方式以下揭露提供了许多的实施例或范例，用于实施所提供的半导体结构的不同元件。各元件和其配置的具体范例描述如下，以简化本专利技术实施例的说明。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本专利技术实施例。举例而言，叙述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接触的实施例，也可能包含额外的元件形成在第一和第二元件之间，使得它们不直接接触的实施例。此外，本专利技术实施例可能在不同的范例中重复参考数字及/或字母。如此重复是为了简明和清楚，而非用以表示所讨论的不同实施例之间的关系。应可理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，部分的操作步骤可被取代或省略。此外，其中可能用到与空间相对用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相对用词是为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相对用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及图式中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相对形容词也将依转向后的方位来解释。在此，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。应注意的是，说明书中所提供的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。虽然所述的一些实施例中的部件以特定顺序描述，这些描述方式亦可以其他合逻辑的顺序进行。本专利技术实施例中的半导体结构可加入其他的部件。在不同实施例中，可替换或省略一些部件。本专利技术实施例所提供的半导体结构是藉由接近衬底表面且低于栅极电极的顶面的栅极场板(fieldplate)来降低栅极结构遭受高电场的风险。上述的栅极场板与衬底的表面的距离，主要是藉由半导体结构的形成方法中的刻蚀步骤来调整。因此，可在不增加额外工艺成本的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：/n一衬底；/n一栅极电极，设置于该衬底上；/n一第一介电层，设置于该衬底上，其中该第一介电层具有露出该栅极电极的一第一开口及邻近于该第一开口的一第二开口，并且该第二开口的深度大于该第一开口的深度；/n一栅极金属层，顺应覆盖该第一介电层的一顶面、该第一开口、以及该第二开口并作为一栅极场板，其中该栅极金属层位于该第一开口的底部的一第一部分高于该栅极金属层位于该第二开口的底部的一第二部分，其中该栅极电极与该栅极金属层组成一栅极结构；以及/n一源极结构及一漏极结构，设置于该衬底上并设置于该栅极结构的相对侧，其中该第二开口设置于该栅极电极与该漏极结构之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：
一衬底；
一栅极电极，设置于该衬底上；
一第一介电层，设置于该衬底上，其中该第一介电层具有露出该栅极电极的一第一开口及邻近于该第一开口的一第二开口，并且该第二开口的深度大于该第一开口的深度；
一栅极金属层，顺应覆盖该第一介电层的一顶面、该第一开口、以及该第二开口并作为一栅极场板，其中该栅极金属层位于该第一开口的底部的一第一部分高于该栅极金属层位于该第二开口的底部的一第二部分，其中该栅极电极与该栅极金属层组成一栅极结构；以及
一源极结构及一漏极结构，设置于该衬底上并设置于该栅极结构的相对侧，其中该第二开口设置于该栅极电极与该漏极结构之间。


2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该源极结构包括一源极接触件及一源极场板，其中该源极场板以从该栅极电极至该漏极结构的方向延伸。


3.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，更包括一第二介电层，设置于该栅极金属层与该源极场板之间。


4.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第二开口的深度与该第一开口的深度的比值在1.05至1.5的范围。


5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第二部分与该衬底的距离在5纳米至5微米的范围。


6.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第二部分的宽度在5纳米至5微米的范围。


7.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该栅极金属层仅部分覆盖位于该第一开口及该第二开口间的该第一介电层。


8.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，更包括一化合物半导体层设置于该衬底上，其中该化合物半导体层包括：
一缓冲层，设置于该衬底上；
一沟道层，设置于该缓冲层上，其中该源极结构及该漏极结构分别藉由一源极电极及一漏极电极与该沟道层接触；以及
一阻挡层，设置于该沟道层上。


9.如权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，更包括一掺杂化合物半导体层，该掺杂化合物半导体层位于该栅极电极与该阻挡层之间。


10.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该衬底为一硅基板，该硅基板包括一源极区与该源极结构接触以及一漏极区与该漏极结构接触，并且该栅极结构更包括一栅极介电层设置于该栅极电极与该硅基板之间。


11.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
形成一栅极电极于该衬底上；
形成一第一介电层于该衬底上并覆盖该栅极电极；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周钰杰，林信志，洪章响，
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