半导体结构及其制备方法技术

一种半导体结构，包括：衬底和设置在衬底上的外延层。外延层的至少一部分掺杂有金属原子，靠近衬底的外延层的下表面的金属的掺杂浓度高于1×10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体技术，尤其涉及一种具有金属掺杂层的半导体结构及其形成方法。
技术介绍
III-V族半导体材料(例如GaN、AlGaN等)在电、物理和化学特性方面具有许多优势，例如宽带隙、高电子迁移率、高击穿电压和出色的化学稳定性。因此，这种材料特别适合大功率、高频和高温应用。用于这些应用类型的半导体器件具有高电子迁移率，并且可以在高频工作时承受高压。例如，这些器件可以包括高电子迁移率晶体管(HEMTs)、异质结场效应晶体管(HFETs)或调制掺杂场效应晶体管(MODFETs)。
技术实现思路
在本专利技术的一些实施例中，提供了一种形成半导体结构的方法。该形成半导体结构的方法包括：提供衬底；在衬底上形成不连续金属原子层；在所述不连续金属原子层上形成外延层，其中，在外延层的生长过程中，将不连续金属原子层中的金属原子驱入到外延层中，使得外延层的至少一部分掺杂有金属原子。由于不连续金属原子层，与原子从衬底扩散相对应的电流漏泄现象消除，外延层由于掺杂了金属原子而具有更平滑的表面形态、更好的晶体质量和更高的电阻率。在本专利技术的一些实施例中，该方法还包括在衬底与不连续金属原子层之间形成成核层。在本专利技术的一些实施例中，成核层包括GaN、AlN、AlGaN、AlInGaN或其组合。在本专利技术的一些实施例中，外延层包括GaN、AlN、AlGaN、AlInGaN或其组合。在本专利技术的一些实施例中，不连续金属原子层中的金属包括Fe、Mn、Sb、Bi、Cd、Zn、Mg、Na或其组合。在本专利技术的一些实施例中，该方法还包括在外延层上形成异质结，在异质结上形成栅极结构、源极接触和漏极接触。在本专利技术的一些实施例中，提供了一种半导体结构，该半导体结构包括：衬底；以及设置在该衬底上的外延层，其中该外延层包括设置在该衬底上的掺杂有金属原子的金属掺杂层，金属原子的掺杂浓度从金属掺杂层的下表面到上表面逐渐降低，金属掺杂层的下表面的金属原子的掺杂浓度高于1×1017atoms/cm3。在本专利技术的一些实施例中，半导体结构还包括设置在衬底与金属掺杂层之间的成核层。在本专利技术的一些实施例中，成核层包括GaN、AlN、AlGaN、AlInGaN或其组合。在本专利技术的一些实施例中，外延层包括AlN、AlGaN、AlInN、AlInGaN或其组合。在本专利技术的一些实施方式中，金属原子包括Fe、Mn、Sb、Bi、Cd、Zn，Mg、Na或其组合。在本专利技术的一些实施例中，半导体结构包括设置在外延层上的异质结；以及设置在异质结上的栅极结构、源极接触和漏极接触。附图说明通过参考附图阅读下面的详细描述和示例，可以进一步理解本专利技术，其中：图1A至图1E所示为本专利技术实施例提供的与方法200的各个阶段相对应的半导体结构。图2所示为本专利技术实施例提供的形成半导体结构的方法200。图3所示为金属掺杂的掺杂浓度与传统金属掺杂层的总厚度之间的关系。图4所示为金属掺杂的掺杂浓度与如图1D所示实施例中的金属掺杂层的总厚度之间的关系。图5A所示为无金属掺杂的外延层的5×5μm2AFM扫描。图5B所示为有金属掺杂的外延层的5×5μm2AFM扫描。图6A所示为本专利技术一实施例提供的无金属掺杂的GaN外延层(002)面的X射线衍射(XRD)欧米伽(omega)摇摆曲线(RockingCurve)。图6B所示为本专利技术一实施例提供的有金属掺杂的GaN外延层(002)面的XRDomega摇摆曲线。具体实施方式以下描述是实施本专利技术的最佳设想的模式。该描述出于说明本专利技术的一般原理的目的，不应该被视为具有限定意义。当然，这些仅仅是示例，无意于限制本专利技术。另外，本专利技术可能在各个示例中重复参考数字和/或字母，该重复是出于简单和清楚的目的，其本身并不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。参照图1A至图1E和图2，图2所示为本专利技术实施例提供的形成半导体结构的方法200，图1A至图1E所示为本专利技术实施例提供的与方法200的各个阶段相对应的半导体结构。在图2描述的步骤之前、之时和/或之后可以进行其他操作步骤。此外，在不同的实施例中，图2中描述的一些步骤可以被替换或省略。在一些实施例中，半导体器件200为晶体管(例如，HEMT、HFET或MOSFET)。如图2和图1A所示，方法200包括步骤202：在衬底100上形成成核层102。在一些实施例中，衬底100由适合生长包括Ⅲ族氮化物材料(例如，GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN)的半导体结构的材料制成。例如，衬底100可以由Si、蓝宝石(Al2O3)、SiC或其他合适的材料制成。在一些实施例中，成核层102是可选的，其可以包括AlN，GaN，AlGaN，AlInGaN或其组合，其厚度范围大约在0.1纳米至500纳米之间。在一些实施例中，成核层102可以通过金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、液相外延法(LPE)、分子束外延法(MBE)、金属有机气相外延法(MOVPE)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或类似方法生长在蓝宝石、碳化硅或硅基衬底上。参照图2和图1B，方法200包括步骤204：在成核层102的上表面109上形成不连续金属原子层104。在一些实施例中，不连续金属原子层104可以用于提供掺杂杂质(即金属原子)，以获得具有高电阻率的半导体材料层。在一些实施例中，不连续金属原子层104可以由包含Fe、Mn、Sb、Bi、Cd、Zn、Mg和Na中的至少一种金属的材料形成。在一些实施例中，不连续金属原子层104通过原子层沉积(ALD)工艺、MOCVD工艺或其他合适的沉积工艺形成。在这些情况下，不连续的金属原子层104可以是单个原子层，并可以暴露成核层102的一部分。参照图1C和图2，方法200包括步骤206：在不连续金属原子层104和成核层102的未被不连续金属原子层104覆盖的部分上形成外延层(例如，半导体材料)110。在一些实施例中，外延层110包括Ⅲ族氮化物材料(例如，GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN)。在一些实施例中，外延层110可以是缓冲层。在一些实施例中，外延层110是通过MOCVD、HVPE、LPE、MBE、MOVPE、PECVD或其他合适的沉积方法形成的。在一些实施例中，由于自掺杂效应，在外延层110的生长期间，不连续金属原子层104中的金属原子(例如，Fe、Mn、Sb、Bi、Cd、Zn、Mg、Na或其组合)可以被驱入(由图1C所示的箭头指示)到外延层110中，使得外延层100的至少一部分掺杂有金属。如图1D所示，由于非故意自掺杂效应(unintentionalauto-dopingeffect)，不连续金属原子层104中的一些金属原子被驱入到部分外延层110中(如图1C所示)，因此金属掺杂层110a中掺杂有金属原子，上覆(overlying)外延层110b中未掺杂金属原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成半导体结构的方法，其特征在于，包括：/n提供衬底；/n在所述衬底上形成不连续金属原子层；/n在所述不连续金属原子层上形成外延层，其中，在所述外延层的生长过程中，将所述不连续金属原子层中的金属原子驱入到所述外延层中，使得所述外延层的至少一部分掺杂有金属原子。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成半导体结构的方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成不连续金属原子层；
在所述不连续金属原子层上形成外延层，其中，在所述外延层的生长过程中，将所述不连续金属原子层中的金属原子驱入到所述外延层中，使得所述外延层的至少一部分掺杂有金属原子。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述衬底和所述不连续金属原子层之间形成成核层。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述成核层包括GaN、AlN、AlGaN、AlInGaN或其组合。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外延层包括GaN、AlN、AlGaN、AlInGaN或其组合。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不连续金属原子层中的金属包括Fe、Mn、Sb、Bi、Cd、Zn、Mg、Na或其组合。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述外延层上形成异质结，以及
在所述异质结上形成栅极结构，源极接触和漏极接触。


7.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：程凯，刘凯，
申请(专利权)人：苏州晶湛半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32