半导体结构、HEMT结构及其形成方法技术

本揭露涉及一种半导体结构、HEMT结构及其形成方法。本揭露提供一种半导体结构，包含沟道层；位于所述沟道层上方的有源层，其中所述有源层经配置以形成二维电子气体2DEG，所述二维电子气体沿着所述沟道层与所述有源层之间的界面形成在所述沟道层中；形成在所述有源层的顶表面上方的栅极电极；以及位于所述有源层的所述顶表面上方的源极/漏极电极；其中所述有源层包含从所述顶表面到所述有源层的底表面依序堆栈的第一层与第二层，相较于所述第二层，所述第一层具有较高的铝(Al)原子浓度。本揭露还提供HEMT结构以及相关方法。揭露还提供HEMT结构以及相关方法。揭露还提供HEMT结构以及相关方法。

【技术实现步骤摘要】
是指包含氮与至少一III族元素的化合物半导体，例如但不限于GaN、AlGaN、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟铝镓(InAlGaN)、以及类似物。
[0017]图1到8(b)是根据本揭露的一些实施例说明不同阶段所制造的III
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V HEMT结构的剖面示意图。图1为根据本揭露的一实施例说明在初始制造阶段的III
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V HEMT的剖面示意图。提供适合作为III
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V HEMT的支撑衬底的半导体衬底302。半导体衬底302包含多层。在一些实施例中，半导体衬底302包含大块硅，多个半导体层形成在所述大块硅上。半导体衬底302包括适合作为制造III
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V族半导体装置的衬底的任何材料。在一些实施例中，半导体衬底302包含硅(Si)、碳化硅(SiC)、蓝宝石、以及类似物。或者，在一些实施例中，半导体衬底302包括可制造III
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V族半导体装置的材料的天然衬底，以及例如可为天然的GaN或其它III
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氮化物衬底。再者，虽然半导体衬底302显示为实质单一衬底，然而，在其它实施例中，半导体衬底302相当于绝缘体衬底上半导体，例如绝缘体上硅(silicon on insulator，SOI)或绝缘体上锗(germanium on insulator，GOI)衬底。
[0018]在图2中，在半导体衬底302上方，连续形成过渡结构304与沟道层312。在一些实施例中，过渡结构304包括多个层，媒介从半导体衬底302到沟道层312的晶格过渡。在此方式中，可减少半导体衬底302与沟道层312之间的晶格错位。
[0019]在一些实施例中，过渡结构304包含半导体衬底302上方的成核层(nuclear layer)。成核层具有晶格结构与/或热膨胀系数(thermal expansion coefficient，TEC)适合桥接半导体衬底302与上方层之间的晶格错位与/或TEC错配，例如本揭露所述的GaN层。在一些实施例中，成核层包含氮化铝(AlN)。在一些实施例中，成核层厚度为70到300纳米(nm)。在一些实施例中，省略成核层。
[0020]在一或多个实施例中，过渡结构304进一步包含在成核层上方的过渡层。过渡层进一步促使成核层(或半导体衬底302)与沟道层312之间的晶格结构与TEC逐渐变化。在一些实施例中，过渡层包含分级的(graded)氮化铝镓(Al
x
Ga
(1
‑
x)
N，x为铝
‑
镓组成中的铝含量比例，0<x<1)层。在一些实施例中，分级的氮化铝镓层包含多层，由与半导体衬底302相邻的底层到沟道层312，各自具有降低的比例x。在至少一实施例中，分级的氮化铝镓层具有三层，底层的x比例范围为约0.7
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0.9，中间层的范围为约0.4
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0.6，以及顶层的范围为约0.15
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0.3。在一些实施例中，取代具有不同x比例的多层，分级的氮化铝镓层具有连续梯度的比例x。在一些实施例中，过渡层厚度为约500到1050nm。在一些实施例中，省略过渡层。
[0021]在一些实施例中，沟道层312包含一或多个III
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V族化合物层。III
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V族化合物层的例子包含但不限于GaN、AlGaN、InGaN与InAlGaN。在至少一实施例中，一或多个III
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V族化合物层被掺杂。在一或多个实施例中，沟道层312包含交错配置的p掺杂与n掺杂的III
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V族化合物层。在至少一实施例中，沟道层312包含p掺杂的GaN层。P掺杂的GaN层中的p型掺质的例子包含但不限于C、Fe、Mg与Zn。在一实施例中，沟道层312厚度为约100到约200nm。
[0022]可使用一些现有的成长技术，在半导体衬底302上方形成沟道层312。在一些实施例中，可使用分子束外延(molecular
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beam epitaxy，MBE)沟道层312、金属有机化学气相沉积(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)、混合气相外延(hydride vapor phase epitaxy，HVPE)或其它合适的方式，在过渡结构304上方形成沟道层312。
[0023]在图3中，在沟道层312上方形成有源层314。有源层314包含一或多个III
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V族化合物层，其组成不同于沟道层312的III
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V族化合物层。在一些实施例中，有源层314包含AlN、
Al
y
Ga
(1
‑
y)
N(其中y为铝含量比例，0<y<1)，或其组合。有源层314经配置以沿着沟道层312与有源层314之间的界面引起沟道层314中的二维电子气体(2DEG)318。具有两种不同半导体材料的有源层314与沟道层312之间，形成异接合(heterojunction)。有源层314与沟道层312之间存在带隙不连续。由于压电效应(piezoelectric effect)，有源层314中的电子可掉落到沟道层312中，因而产生高移动性传导电子的薄层，即2DEG318，在与有源层314界面相邻的沟道层312中。2DEG 318中的电子为沟道层312中的电荷载体。
[0024]在制造制程过程中，有源层314的表面可被逐渐氧化，造成在其暴露的表面上方形成(天然的)氧化物。所述氧化物包含氧化铝(AlO)、氧化镓(GaO)、氧化氮(NO)、或Al、Ga、N与O的组合。在此实施例中，在移到后续阶段之前，在有源层214的表面上，进行清理步骤与/或退火(annealing)，如图4所示。清理步骤可移除有源层314的表面上的污染。清理步骤还可移除氧化物或减少有源层的表面上吸收的氧化物量。在此实施例中，通过将有源层314的表面暴露于任何合适的湿式清理溶液，进行湿式清理步骤。
[0025]在例示实施例中，在退火制程过程中，对于有源层314的表面提供氮环境气氛(nitrogen
‑
based ambient atmosphere)。使用所述退火，通过修补由高密度的供应型点缺陷存在造成的缺陷，以降低有源层314的阻抗，所述缺陷例如氮空缺(nitrogen vacancies，V
N
)、Ga/N反位(anti
‑
site)，以及其与天然缺陷与受体掺质的复合物，具有相对低的形成能量。已知这些缺陷在GaN中具有供应者作用(donor behavior)，因而限制最大的p型传导。由于植入诱发的破坏产生额外的供应型缺陷，补偿活化孔(activated hole)，因而在离子植入的GaN层中甚至更难以达到高p型传导性。所导入的缺陷在带隙内具有主要的深级(deep level)；因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电子迁移率晶体管HEMT结构，其包括：沟道层；第一额外的铝(Al)扩散有源层，位于所述沟道层上方；栅极电极，位于所述第一额外的Al扩散有源层上方；源极/漏极电极，位于所述第一额外的Al扩散有源层上方；以及第二额外的Al扩散有源层，部分地位于所述第一额外的Al扩散有源层上方，所述第二额外的Al扩散有源层位于所述源极/漏极电极与所述沟道层之间，且所述第二额外的Al扩散有源层未安置在所述栅极电极与所述沟道层之间；其中相比于所述第一额外的Al扩散有源层，所述第二额外的Al扩散有源层的铝(Al)原子浓度更高。2.一种用于形成半导体结构的方法，其包括：提供沟道层，有源层形成于其上；对所述有源层的顶表面执行表面处理；通过原子层沉积ALD在所述有源层的所述顶表面上方沉积氮化铝(AlN)膜；以及对AlN执行退火。3.根据权利要求2所述的方法，其中对所述AlN执行所述退火包括：对所述AlN执行所述退火以使Al原子从所述AlN膜扩散到所述有源层中，其中所述AlN膜中Al的浓度高于所述有源层中Al的浓度。4.一种用于形成半导体结构的方法，其包括：接纳半导体衬底；在所述半导体衬底上方形成有源层；在所述有源层上方沉积氮化铝(AlN)膜，所述AlN膜中Al的浓度高于所述有源层中Al的浓度；对所述AlN膜执行退火，以在所述有源层中形成高Al扩散层；在所述有源层上方形成栅极结构；以及在所述栅极结构的每一侧分别形成源电极和漏电极。5.一种用于形成半导体结构的方法，其包括：接纳半导体衬底；在所述半导体衬底上方形成过渡结构；在所述过渡结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀中，陈柏智，余俊磊，蔡俊琳，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：