一种半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体器件的制造方法，提供一衬底；在衬底上依次形成半导体层、硅附加层和光刻掩膜层；在硅附加层上部分区域刻蚀，沿硅（111）晶面形成斜截面，与未被刻蚀的硅（100）晶面构成梯形凹槽，直至暴露出所述半导体层；最后在上述凹槽中沉积金属形成电极。本发明专利技术的方法制造的半导体器件利用硅附加层所具有的刻蚀过程中各向异性的特点来控制和优化电极结构和形状，可以改善半导体层的电场分布，从而提高器件的击穿电压；同时，也可以有效的减小器件的电极尺寸，进一步改善器件的频率特性等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，具体涉及一种半导体器件的制造方法，以及通过该方法制得的半导体器件。
技术介绍
在半导体器件包括三极管和二极管的制造过程中，三极管栅极或二极管正极的形状和结构往往对器件的许多重要特性起着非常关键的作用。在场效应晶体管中，栅极的形状和结构对半导体层内电荷的分布有着重要影响，因而对电场强度的大小以及电势的分布产生重要影响。例如，在氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)中，当源漏电压较高时(如超过100V)，在栅极靠近漏端的边缘处存在一个电场强度的峰值，在这个位置极易发生器件击穿现象，这大大降低了器件的击穿电压，影响器件的工作电压范围，甚至会严重影响器件的可靠性。为了解决这个问题，通常采用两种方法:制作场板结构的栅极和T型栅极。但是这两种栅极形状都需要复杂的工艺，并且更多的栅极形状的形成也需要更为复杂的工艺，这使得栅极形状和结构成为限制器件性能和可靠性的一大问题。另一方面，为了提高半导体器件的工作性能，随着半导体制造工艺的进步，器件的特征尺寸在逐渐缩小。在应用于高频领域的氮化镓高电子迁移率场效应晶体管中，栅极的尺寸对器件的频率特性有着重要的影响，为了提高器件的工作频率，往往要求栅极具有尽可能小的尺寸，以减少棚极的寄生效应(如寄生电容和寄生电感)，进而减少由棚极导致的延迟，提高器件的响应速度和工作频率。同时为了提高器件的工作频率，要求栅极具有极小的尺寸，可以达到深亚微米级别。然而，如此精细的尺寸，大大增加了光刻工艺的难度，普通光刻机无法满足工艺要求，而需要采用电子束光刻机来实现更小的线宽。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的半导体器件，以克服上述缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种半导体器件的制造方法，该方法制得的半导体器件通过增加具有在刻蚀过程中各向异性的硅附加层，来控制和优化电极结构和形状，并进一步减小光刻时器件的特征尺寸。如图1 (a)所示的硅晶格立方结构中，硅(111)边的长度是硅(100)边长度的1.^.倍，计算可得硅(100)晶向与硅(111)晶向之间的角度0 = arccos (-^) = 55。，同理，硅(100)晶面与硅(111)晶面之间的角度也是Θ =55°。如图1 (b)所示为硅半导体层在使用氢氧化钾溶液进行腐蚀时形成的梯形凹槽的剖面结构示意图，由于硅(100)晶面为水平方向，在湿法腐蚀时在`硅(111)会形成斜截面，如图1 (b)梯形的两腰所示。斜截面与水平面之间的角度为Θ = 55°。图2 (b)中，a为梯形凹槽的上边，是硅(100)半导体与氢氧化钾溶液接触并进行腐蚀的开口宽度；b为电极凹槽的高度，表示硅(100)半导体层被腐蚀的厚度；c为梯形凹槽的下边，是硅(100)半导体层经过腐蚀后形成的与有源半导体层接触的宽度，也是金属电极与有源半导体层相接触的宽度。结合图1 (a)中硅(100)面与硅(111)面的关系,可以计算得出c = a - V2bo例如，如果娃腐蚀的开口宽度a=500nm,那么当硅的厚度b=100nm时，可以得到与有源半导体层相接触的金属电极宽度为c=358nm，即通过这种方法将刻蚀开口的宽度从500nm降为358nm ;如果硅的厚度b变为300nm时，与有源半导体层相接处的金属电极宽度c=75nm，即将刻蚀开口的宽度从500nm降为75nm，这样就通过增加腐蚀工艺大大降低了金属电极的有效宽度。这种方法不仅不对光刻机做出严格的要求，而且通过增加硅腐蚀厚度，可以进一步降低金属电极的有效宽度，甚至突破光刻机的极限。需要指明，这种方法对硅厚度提出了一定限制，在上述例子中，当硅厚度达到或超过353nm时，上述梯形凹槽将变为三角形凹槽，即与有源半导体层接触的金属电极宽度将降为0o以上是基于硅(100)晶向与水平面水平而计算得到斜截面与水平面之间的角度为Θ =55°，为了保证刻蚀形成上述的梯形凹槽，硅(100)晶向与水平面可以成-35?35度的夹角。为实现上述目的，本专利技术提供了一种半导体器件的制造方法，包括下述步骤:1、提供一衬底；2、在上述衬底上形成半导体层；3、在上述半导体层上形成硅附加层；4、在上述硅附加层上形成光刻掩膜层；5、在上述硅附加层上部分区域刻蚀，沿硅(111)晶面形成斜截面，与未被刻蚀的硅(100)晶面构成梯形凹槽，刻蚀直至暴露出所述半导体层；6、在上述凹槽上沉积金属形成电极。优选的，步骤3中，所述硅附加层的(100)晶面与半导体层的水平平面成-35?35度的夹角。优选的，步骤3中，硅附加层通过沉积、外延生长和晶片键合中的一种或几种方法形成。优选的，在步骤3前，在硅附加层和半导体层之间插入介质层，包括氮化硅、硅锗氮、硅铝镓氮、硅铝氧、铝镁氧氮、硅铝氮和二氧化硅中的一种或几种。优选的，步骤4中，所述光刻掩膜层为光刻胶、氮化硅、硅锗氮、硅铝镓氮、硅铝氧、铝镁氧氮、硅铝氮和二氧化硅中的一种或几种。优选的，步骤6中，先在梯形凹槽中通过沉积金属形成电极，再去除硅附加层；或先将硅附加层氧化或氮化，把硅附加层完全转化成二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅绝缘介质，再在梯形凹槽中形成电极。进一步的，步骤3形成硅附加层之后，在硅附加层上形成钝化介质层，再在钝化介质层上形成光刻掩膜层，并在附加层刻蚀形成梯形凹槽后对钝化介质层进行刻蚀。进一步的，步骤6中，在沉积金属形成电极之前，先沉积介质层形成作为金属电极与半导体层之间的绝缘介质层。一种通过上述方法制造的半导体器件，包括:衬底；位于所述衬底上的半导体层；位于所述半导体层上的刻蚀时各向异性的硅附加层；以及在所述硅附加层上刻蚀形成的梯形凹槽和沉积在所述梯形凹槽内的电极。优选的，在所述半导体层和硅附加层之间还设有钝化介质层。优选的，所述钝化介质层为氮化硅、硅锗氮、硅铝镓氮、硅铝氧、铝镁氧氮、硅铝氮和二氧化硅中的一种或几种。优选的，所述衬底为硅、碳化硅、锗、蓝宝石上硅或蓝宝石。优选的，所述半导体层为硅、锗、锗硅、III族砷化物、III族磷化物和III族氮化物中的一种或几种。优选的，所述电极形状为T型或gamma型。优选的，所述电极具有场板结构。从上述技术方案可以看出，本专利技术的半导体器件利用硅附加层所具有的刻蚀过程中各向异性的特点来控制和优化电极结构和形状，可以改善半导体层的电场分布，从而提高器件的击穿电压；同时，也可以有效的减小器件的电极尺寸，进一步改善器件的频率特性坐寸。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本专利技术的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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的附图。图1 (a)是硅(100)晶向与硅(111)晶向的结构示意图，图1 (b)是梯形凹槽剖面结构示意图；图2 (a)和图2 (b)~2 (h)是本专利技术实施例1具有硅(100)薄膜半导体掩膜层的半导体器件的剖面结构示意图及其制作流程图；图3 (a)、图3 (b)、图3 (c)和图3 (d)是本专利技术实施例2具有硅(100)薄膜半导体层和钝化介质层的半导体器件的制作流程剖面结构变化示意图；图4是本专利技术实施例3包含钝化介质层和氧化后的附加层的半导体器件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：（1）提供一衬底；（2）在上述衬底上形成半导体层；（3）在上述半导体层上形成硅附加层；（4）在上述硅附加层上形成光刻掩膜层；（5）在上述硅附加层上部分区域刻蚀，沿硅（111）晶面形成斜截面，与未被刻蚀的硅（100）晶面构成梯形凹槽，刻蚀直至暴露出所述半导体层；（6）在上述凹槽中沉积金属形成电极。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括下述步骤:(1)提供一衬底；(2)在上述衬底上形成半导体层；(3)在上述半导体层上形成硅附加层；(4)在上述硅附加层上形成光刻掩膜层；(5)在上述硅附加层上部分区域刻蚀，沿硅(111)晶面形成斜截面，与未被刻蚀的硅(100)晶面构成梯形凹槽，刻蚀直至暴露出所述半导体层；(6)在上述凹槽中沉积金属形成电极。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:步骤(3)中，所述硅附加层的(100)晶面与半导体层的水平平面成-35~35度的夹角。3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:步骤(3)中，所述硅附加层通过沉积、外延生长和晶片键合中的一种或几种方法形成。4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:在步骤(3)前，在硅附加层和半导体层之间插入介质层，包括氮化硅、硅锗氮、硅铝镓氮、硅铝氧、铝镁氧氮、硅铝氮和二氧化硅中的一种或几种。5.根据权利要求1 所述的制造方法，其特征在于:步骤(3)形成硅附加层之后，在硅附加层上形成钝化介质层，再在钝化介质层上形成光刻掩膜层，并在硅附加层刻蚀形成梯形凹槽后对钝化介质层进行刻蚀。6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:步骤(4)中，所述光刻掩膜层为光刻胶、氮化硅、硅锗氮、硅铝镓氮、硅铝氧、铝镁氧氮、硅铝氮和二氧化硅中的一种或几...

【专利技术属性】
技术研发人员：程凯，
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：