具有漸變溝道的高壓無結場效應器件及其形成方法技術

本發明專利技術提出了一種具有漸變溝道的高壓無結場效應器件及其形成方法，在半導體溝道層上和介質層之間形成有漂移區，能夠使形成的高壓無結場效應器件具有較高的擊穿電壓，并且在半導體溝道層表面形成有漸變的注入雜質，能夠使器件的開啟速率更快，此外，形成的高壓無結場效應器件具有高遷移率，具有較好的性能及可靠性。

High voltage free field effect device with graded channel and method of forming the same

The invention provides a high pressure gradient has no channel junction field-effect device and its forming method, a drift region formed between the semiconductor channel layer and dielectric layer, to enable the formation of a high-pressure junction field effect devices with high breakdown voltage, and impurity injection gradient in the semiconductor channel layer formed on the surface of the device can make the opening rate faster, in addition, the formation of high pressure junction field effect devices with high mobility, with good performance and reliability.

【技術實現步驟摘要】
具有漸變溝道的高壓無結場效應器件及其形成方法
本專利技術涉及半導體制造領域，尤其涉及一種具有漸變溝道的高壓無結場效應器件及其形成方法。
技術介紹
作為第三代半導體材料的典型代表寬禁帶半導體，氮化鎵(GaN)具有許多硅(Si)材料所不具備的優異性能，GaN是高頻、高壓、高溫和大功率應用的優良半導體材料，在民用和軍事領域具有廣闊的應用前景。隨著GaN技術的進步，特別是大直徑硅基GaN外延技術的逐步成熟并商用化GaN功率半導體技術有望成為高性能低功耗技術解決方案，從而GaN的功率器件受到國際著名半導體廠商和研究單位的關注。與傳統的MOSFET不同，無結場效應晶體管(JunctionlessTransistor,JLT)由源區、溝道、漏區，柵氧化層及柵極組成，從源區至溝道和漏區，其雜質摻雜類型相同，沒有PN結，屬于多數載流子導電的器件。通過柵極偏置電壓使器件溝道內的多數載流子累積或耗盡，從而可以調制溝道電導進而控制溝道電流。當柵極偏置電壓大到將溝道靠近漏極某一截面處的載流子耗盡掉，在這種情況下，器件溝道電阻變成準無限大，器件處于關閉狀態。由于避開了不完整的柵氧化層與半導體溝道界面，載流子受到界面散射影響有限，提高了載流子遷移率。此外，無結場效應晶體管屬于多數載流子導電器件，器件響應速度快,且沿溝道方向，靠近漏極的電場強度比常規反型溝道的MOS晶體管要來得低，因此，器件的性能及可靠性得以大大提高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種具有漸變溝道的高壓無結場效應器件及其形成方法，能夠獲得具有高遷移率的高壓無結場效應器件。為了實現上述目的，本專利技術提出了一種具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，包括步驟：提供襯底，在所述襯底的表面形成具有鰭狀結構的緩沖層；在所述緩沖層及鰭狀結構表面上沉積半導體溝道層；在所述鰭狀結構兩側的半導體溝道層上形成漂移區；在所述鰭狀結構表面上半導體溝道層中形成漸變的注入雜質；在所述漂移區及暴露出的半導體溝道層上形成介質層；在所述鰭狀結構兩側的介質層表面形成金屬柵極，所述金屬柵極高度低于所述鰭狀結構的高度；在鰭狀結構兩側暴露出的介質層表面及金屬柵極的兩側形成側墻；依次刻蝕位于鰭狀結構及緩沖層表面暴露出的介質層和漂移區，暴露出源漏區域的所述半導體溝道層；在暴露出的源漏區域的半導體溝道層內進行摻雜，形成源極和漏極；在所述源極和漏極上形成源漏電極。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，在所述鰭狀結構表面上半導體溝道層中形成漸變的注入雜質的步驟包括：在所述漂移區及暴露出的半導體溝道層上形成α-Si薄膜；對所述α-Si薄膜進行高溫退火處理，使部分α-Si漸變注入在所述半導體溝道層的表面；去除剩余的α-Si薄膜。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述高溫退火的溫度范圍為1000攝氏度～2000攝氏度。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述α-Si在所述半導體溝道層內的濃度由外及內呈遞減趨勢。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述α-Si薄膜采用ALD、LPCVD或MOCVD工藝形成。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述具有鰭狀結構的緩沖層的形成步驟包括：在所述襯底上形成所述緩沖層；在所述緩沖層表面形成圖案化的光阻；以所述圖案化的光阻作為掩膜，干法刻蝕所述緩沖層，形成鰭狀結構。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述緩沖層的材質為AlN。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述緩沖層采用MOCVD、ALD或者MBE工藝形成。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述半導體溝道層的材質為N-型GaN。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述漂移區的材質為氧化硅或者氮化硅。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述漂移區的形成步驟包括：在所述半導體溝道層表面形成一層薄膜層；采用化學機械研磨及回刻蝕工藝處理所述薄膜層，保留位于所述鰭狀結構兩側的半導體溝道層表面的薄膜層，形成漂移區。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述薄膜層采用ALD、CVD、MOCVD或PVD工藝形成。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述介質層的材質為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述金屬柵極的材質為NiAu或CrAu。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述側墻的材質為氮化硅。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，采用選擇性刻蝕工藝依次刻蝕位于鰭狀結構及緩沖層表面暴露出的介質層，暴露出源漏區域的所述半導體溝道層。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，采用離子注入或離子擴散工藝對所述半導體溝道層進行N+離子注入，形成源極和漏極。進一步的，在所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述源極和漏極的注入為硅原子。在本專利技術中，還提出了一種具有漸變溝道的高壓無結場效應器件，采用如上文所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法形成，包括：襯底、設有鰭狀結構的緩沖層、具有漸變注入雜質的半導體溝道層、漂移區、介質層、金屬柵極、側墻、源極、漏極及源漏極電極，其中，所述設有鰭狀結構的緩沖層形成在所述襯底上，所述具有漸變注入雜質的半導體溝道層形成在所述緩沖層表面，所述漂移區形成在位于所述鰭狀結構兩側的所述半導體溝道層上，所述介質層形成在所述漂移區及鰭狀結構表面的半導體溝道層上，暴露出鰭狀結構頂部暴露出的半導體溝道層，所述金屬柵極形成在位于鰭狀結構兩側的介質層上，所述側墻形成在鰭狀結構兩側暴露出的介質層表面及金屬柵極的兩側，所述源極形成在所述半導體溝道層內并位于金屬柵極的兩側，所述漏極形成在鰭狀結構頂部的半導體溝道層內，所述源漏極電極形成在所述源極和漏極上。與現有技術相比，本專利技術的有益效果主要體現在：提出了一種具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，在半導體溝道層上和介質層之間形成有漂移區，能夠使形成的高壓無結場效應器件具有較高的擊穿電壓，并且在半導體溝道層表面形成有漸變的注入雜質，能夠使器件的開啟速率更快，此外，形成的高壓無結場效應器件具有高遷移率，具有較好的性能及可靠性。附圖說明圖1為本專利技術一實施例中具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法的流程圖；圖2至圖11為本專利技術一實施例中形成具有漸變溝道的高壓無結場效應器件過程中的剖面示意圖。具體實施方式下面將結合示意圖對本專利技術的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件及其形成方法進行更詳細的描述，其中表示了本專利技術的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本專利技術，而仍然實現本專利技術的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本專利技術的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本專利技術由于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，包括步驟：提供襯底，在所述襯底的表面形成具有鰭狀結構的緩沖層；在所述緩沖層及鰭狀結構表面上沉積半導體溝道層；在所述鰭狀結構兩側的半導體溝道層上形成漂移區；在所述鰭狀結構表面上半導體溝道層中形成漸變的注入雜質；在所述漂移區及暴露出的半導體溝道層上形成介質層；在所述鰭狀結構兩側的介質層表面形成金屬柵極，所述金屬柵極高度低于所述鰭狀結構的高度；在鰭狀結構兩側暴露出的介質層表面及金屬柵極的兩側形成側墻；依次刻蝕位于鰭狀結構及緩沖層表面暴露出的介質層和漂移區，暴露出源漏區域的所述半導體溝道層；在暴露出的源漏區域的半導體溝道層內進行摻雜，形成源極和漏極；在所述源極和漏極上形成源漏電極。

【技術特征摘要】
1.一種具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，包括步驟：提供襯底，在所述襯底的表面形成具有鰭狀結構的緩沖層；在所述緩沖層及鰭狀結構表面上沉積半導體溝道層；在所述鰭狀結構兩側的半導體溝道層上形成漂移區；在所述鰭狀結構表面上半導體溝道層中形成漸變的注入雜質；在所述漂移區及暴露出的半導體溝道層上形成介質層；在所述鰭狀結構兩側的介質層表面形成金屬柵極，所述金屬柵極高度低于所述鰭狀結構的高度；在鰭狀結構兩側暴露出的介質層表面及金屬柵極的兩側形成側墻；依次刻蝕位于鰭狀結構及緩沖層表面暴露出的介質層和漂移區，暴露出源漏區域的所述半導體溝道層；在暴露出的源漏區域的半導體溝道層內進行摻雜，形成源極和漏極；在所述源極和漏極上形成源漏電極。2.如權利要求1所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，在所述鰭狀結構表面上半導體溝道層中形成漸變的注入雜質的步驟包括：在所述漂移區及暴露出的半導體溝道層上形成α-Si薄膜；對所述α-Si薄膜進行高溫退火處理，使部分α-Si漸變注入在所述半導體溝道層的表面；去除剩余的α-Si薄膜。3.如權利要求2所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，所述高溫退火的溫度范圍為1000攝氏度～2000攝氏度。4.如權利要求2所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，所述α-Si在所述半導體溝道層內的濃度由外及內呈遞減趨勢。5.如權利要求2所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，所述α-Si薄膜采用ALD、LPCVD或MOCVD工藝形成。6.如權利要求1所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，所述具有鰭狀結構的緩沖層的形成步驟包括：在所述襯底上形成所述緩沖層；在所述緩沖層表面形成圖案化的光阻；以所述圖案化的光阻作為掩膜，干法刻蝕所述緩沖層，形成鰭狀結構。7.如權利要求6所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，所述緩沖層的材質為AlN。8.如權利要求6所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，所述緩沖層采用MOCVD、ALD或者MBE工藝形成。9.如權利要求1所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法，其特征在于，所述半導體溝道層的材質為N-型GaN。10.如權利要求1所述的具有漸變溝道的高壓無結場效應器件的形成方法...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖德元，
申請(專利權)人：上海新昇半導體科技有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31