本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件及制造方法。

背景技術(shù)：

隨著高效完備的功率轉(zhuǎn)換電路和系統(tǒng)需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多關(guān)注。氮化鎵(gan)作為一種第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其具有大禁帶寬度(3.4ev)、高電子飽和速率(2×10⁷cm/s)、高擊穿電場(chǎng)(1×10¹⁰--3×10¹⁰v/cm)，較高熱導(dǎo)率，耐腐蝕和抗輻射性能，在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料。

尤其是gan基氮化鎵鋁(algan)/gan高遷移率晶體管成為功率器件中的研究熱點(diǎn)。algan/gan抑制結(jié)處能夠形成高濃度、高遷移率的二維電子氣(2deg)，同時(shí)異質(zhì)結(jié)對(duì)2deg具有良好的調(diào)節(jié)作用。但是通常，gan高遷移率晶體管的柵漏電較大，減小器件的擊穿電壓和功率附加效率，影響器件的電學(xué)特性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及制造方法，用于解決現(xiàn)有的gan高遷移率晶體管的柵漏電較大的問題。

本發(fā)明的第一方面提供一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底、位于所述襯底上的氮化鎵gan層、位于所述gan層上的氮化鎵鋁algan層、開設(shè)有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔的介質(zhì)層、柵極、源極、以及漏極；所述介質(zhì)層位于algan層的表面上，所述柵極接觸孔位于所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔之間；所述柵極包括自下向上依次填充所述柵極接觸孔的氧化鋁al2o3層和金屬層，所述源極包括填充所述源極接觸孔的金屬層，所述漏極包括填充所述漏極接觸孔的金屬層。

本發(fā)明的第二方面提供一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括：在襯底上自下向上依次形成氮化鎵gan層、氮化鎵鋁algan層和介質(zhì)層；去除預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)層，直至露出所述algan層的表面，形成源極接觸孔和漏極接觸孔；在器件表面沉積第一金屬層，對(duì)所述第一金屬層進(jìn)行刻蝕，直至露出所述介質(zhì)層的表面，形成源極和漏極；對(duì)位于所述源極和所述漏極之間的部分介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成柵極接觸孔；在所述柵極接觸孔內(nèi)依次填充氧化鋁al2o3層和第二金屬層，形成柵極。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件及制造方法中，在襯底上依次形成gan層、algan層和介質(zhì)層，介質(zhì)層開設(shè)有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔，自下向上依次填充柵極接觸孔的氧化鋁層和金屬層形成柵極，填充源極接觸孔的金屬層形成源極，填充漏極接觸孔的金屬層形成漏極，本方案中采用al2o3作為柵介質(zhì)，具有更大的禁帶寬度、更高的介電常數(shù)、以及更高的擊穿電場(chǎng)和熱穩(wěn)定性，從而減小器件的柵漏電，提高器件的擊穿特性和可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖；

圖2b為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極接觸孔的流程示意圖；

圖2c為本發(fā)明實(shí)施例二中沉積第一金屬層的流程示意圖；

圖2d為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極的流程示意圖；

圖2e為本發(fā)明實(shí)施例二提供的另一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖；

圖2f為本發(fā)明實(shí)施例二提供的又一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖；

圖3a為本發(fā)明實(shí)施例二中形成gan層、algan層和介質(zhì)層之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b為本發(fā)明實(shí)施例二中形成源極接觸孔和漏極接觸孔之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3c為本發(fā)明實(shí)施例二中在器件表面沉積第一金屬層之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3d為本發(fā)明實(shí)施例二中對(duì)第一金屬層進(jìn)行刻蝕之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3e為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極接觸孔之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

11-襯底；12-gan層；13-algan層；

14-介質(zhì)層；141-柵極接觸孔；142-源極接觸孔；

143-漏極接觸孔；15-柵極；151-al2o3層；

152-金屬層；16-源極；17-漏極；

18-第一金屬層。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。為了方便說明，放大或者縮小了不同層和區(qū)域的尺寸，所以圖中所示大小和比例并不一定代表實(shí)際尺寸，也不反映尺寸的比例關(guān)系。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該器件包括：襯底11、位于襯底11上的氮化鎵(gan)層12、位于gan層12上的氮化鎵鋁(algan)層13、開設(shè)有柵極接觸孔141、源極接觸孔142和漏極接觸孔143的介質(zhì)層14、柵極15、源極16、以及漏極17；

介質(zhì)層14位于algan層13的表面上，柵極接觸孔141位于源極接觸孔142和漏極接觸孔143之間；

柵極15包括自下向上依次填充柵極接觸孔141的氧化鋁al2o3層151和金屬層152，源極16包括填充源極接觸孔142的金屬層，漏極17包括填充漏極接觸孔143的金屬層。

其中，襯底11可以為半導(dǎo)體元素，例如單晶硅、多晶硅或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(sige)，也可以為混合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導(dǎo)體或其組合。在實(shí)際應(yīng)用中，襯底11具體還可以為在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)的一層或多層半導(dǎo)體薄膜的外延片?？蛇x的，本實(shí)施例中的襯底11可以為硅襯底。

可選的，介質(zhì)層14可以為氮化硅(si3n4)層。具體的，實(shí)際工藝中，可以在襯底11上依次疊加形成gan層12和algan層13，進(jìn)一步的，在algan層13表面沉積si3n4層。

其中，柵極接觸孔141的深度可以大于介質(zhì)層14的厚度，也就是說，柵極接觸孔141可以延伸至algan層13，但不穿透algan層，以形成較好的歐姆接觸。

實(shí)際應(yīng)用中，金屬層的材料可以為金、銀、鋁、鉑或鉬，具體材料的選擇可根據(jù)實(shí)際情況而定。

本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件，在襯底上依次形成gan層、algan層和介質(zhì)層，介質(zhì)層開設(shè)有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔，自下向上依次填充柵極接觸孔的氧化鋁層和金屬層形成柵極，填充源極接觸孔的金屬層形成源極，填充漏極接觸孔的金屬層形成漏極，本方案中采用al2o3作為柵介質(zhì)，具有更大的禁帶寬度、更高的介電常數(shù)、以及更高的擊穿電場(chǎng)和熱穩(wěn)定性，從而減小器件的柵漏電，提高器件的擊穿特性和可靠性。

圖2a為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖，如圖2a所示，所述方法包括：

201、在襯底上自下向上依次形成gan層、algan層和介質(zhì)層。

具體地，執(zhí)行201之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3a所示，其中，所述襯底用標(biāo)號(hào)11表示，所述gan層用標(biāo)號(hào)12表示，所述algan層用標(biāo)號(hào)13表示，所述介質(zhì)層用標(biāo)號(hào)14表示。

202、去除預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)層，直至露出algan層的表面，形成源極接觸孔和漏極接觸孔。

具體地，執(zhí)行202之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3b所示，其中，所述源極接觸孔用標(biāo)號(hào)142表示，所述漏極接觸孔用標(biāo)號(hào)143表示。

203、在器件表面沉積第一金屬層，對(duì)第一金屬層進(jìn)行刻蝕，直至露出介質(zhì)層的表面，形成源極和漏極。

具體地，執(zhí)行203中在器件表面沉積第一金屬層之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3c所示，其中，所述第一金屬層用標(biāo)號(hào)18表示。執(zhí)行203中對(duì)第一金屬層進(jìn)行刻蝕之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3d所示，其中，所述源極用標(biāo)號(hào)16表示，所述漏極用標(biāo)號(hào)17表示。

實(shí)際工藝中，可以通過涂膠、曝光、顯影等工藝對(duì)第一金屬層進(jìn)行光刻刻蝕，從而形成源極和漏極。

204、對(duì)位于源極和漏極之間的部分介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成柵極接觸孔。

具體地，執(zhí)行204之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3e所示，其中，所述柵極接觸孔用標(biāo)號(hào)141表示。

205、在柵極接觸孔內(nèi)依次填充氧化鋁al2o3層和第二金屬層，形成柵極。

具體地，執(zhí)行205之后的所述半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中，所述柵極用標(biāo)號(hào)15表示，所述al2o3層用標(biāo)號(hào)151表示，所述第二金屬層，即圖1中位于al2o3層上方的金屬層，用標(biāo)號(hào)152表示。

其中，襯底可以為半導(dǎo)體元素，例如單晶硅、多晶硅或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(sige)，也可以為混合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導(dǎo)體或其組合。在實(shí)際應(yīng)用中，襯底具體還可以為在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)的一層或多層半導(dǎo)體薄膜的外延片。可選的，本實(shí)施例中的襯底11可以為硅襯底。介質(zhì)層14可以為氮化硅(si3n4)層。

在一種可實(shí)施方式中，如圖2b所示，圖2b為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極接觸孔的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，204具體可以包括：

301、對(duì)位于源極和漏極之間的介質(zhì)層和部分algan層進(jìn)行刻蝕，以暴露algan層的表面，形成柵極接觸孔。

具體的，刻蝕的方式可以有多種，例如，采用干法刻蝕，對(duì)介質(zhì)層和algan層進(jìn)行刻蝕，在此不對(duì)其進(jìn)行限制。

在另一種可實(shí)施方式中，如圖2c所示，圖2c為本發(fā)明實(shí)施例二中沉積第一金屬層的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，203中所述在器件表面沉積第一金屬層，具體可以包括：

401、采用磁控濺射鍍膜工藝，依次沉積第一鈦ti層、鋁al層、第二鈦ti層和氮化鈦tin層，其中，第一ti層的厚度為200埃，al層的厚度為1200埃，第二ti層的厚度為200埃，tin層的厚度為200埃。

具體的，第一金屬層由自下向上疊加設(shè)置的ti層、al層、ti層和tin層通過磁控濺射鍍膜工藝形成，以優(yōu)化電極特性。

同樣的，為了進(jìn)一步優(yōu)化柵極特性，減小柵漏電，如圖2d所示，圖2d為本發(fā)明實(shí)施例二中形成柵極的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，205具體可以包括：

501、在柵極接觸孔內(nèi)填充al2o3層；

502、在al2o3層上依次沉積鎳ni層和金au層，形成柵極。

具體的，柵極由自下向上疊加設(shè)置的al2o3層和金屬層構(gòu)成，進(jìn)一步的，柵極的金屬層由自下向上依次疊加的ni層和au層構(gòu)成。

此外，在實(shí)際工藝中，還可以通過進(jìn)行表面處理、退火等工藝提高器件特性。

可選的，如圖2e所示，圖2e為本發(fā)明實(shí)施例二提供的另一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，在203之后，所述方法還可以包括：

601、在840攝氏度(℃)的條件下，在氮?dú)?n2)氛圍內(nèi)退火30秒(s)。

本實(shí)施方式通過在形成源極和漏極后進(jìn)行退火工藝，進(jìn)一步優(yōu)化源極和漏極與半導(dǎo)體之間的歐姆接觸，進(jìn)而提高器件特性。

再可選的，如圖2f所示，圖2f為本發(fā)明實(shí)施例二提供的又一種半導(dǎo)體器件制造方法的流程示意圖，在前述任一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，在205之前，所述方法還可以包括：

701、利用氯化氫(hcl)清洗柵極接觸孔。

本實(shí)施方式中，在進(jìn)行氧化鋁層的淀積前，先采用hcl對(duì)柵極接觸孔進(jìn)行清洗，以對(duì)柵極接觸孔的表面進(jìn)行優(yōu)化處理，以提高后續(xù)淀積氧化鋁層和金屬層的質(zhì)量，進(jìn)而提高器件特性。

此外，在沉積第一金屬層之前，還可以利用稀氟氫酸(dhf)、sc1、和sc2的混合物，對(duì)器件表面進(jìn)行表面處理，以提高后續(xù)淀積第一金屬層的質(zhì)量，提高器件特性。

本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件制作方法中，在襯底上依次形成gan層、algan層和介質(zhì)層，介質(zhì)層開設(shè)有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔，自下向上依次填充柵極接觸孔的氧化鋁層和金屬層形成柵極，填充源極接觸孔的金屬層形成源極，填充漏極接觸孔的金屬層形成漏極，本方案中采用al2o3作為柵介質(zhì)，具有更大的禁帶寬度、更高的介電常數(shù)、以及更高的擊穿電場(chǎng)和熱穩(wěn)定性，從而減小器件的柵漏電，提高器件的擊穿特性和可靠性。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。