CN117497585B - 一种半导体器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体器件及其制备方法，半导体器件包括：衬底；半导体外延层，位于衬底的一侧；其中，半导体外延层内具有二维电子气的异质结；半导体外延层包括栅极区以及位于栅极区相对两侧的漂移区；栅极结构，位于半导体外延层的栅极区；间隔层，位于半导体外延层的漂移区；硅元素供给层，位于间隔层远离衬底的一侧；阻挡层，位于栅极结构远离衬底的一侧以及栅极结构的侧壁；阻挡层用于阻挡硅元素供给层中的硅向栅极结构扩散。本发明提供的技术方案，有效的提高了2DEG浓度，减少导通电阻，提高器件工作效率的同时，降低了栅极泄露的概率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件及其制备方法。
背景技术
氮化物基半导体器件利用具有不同带隙的两种材料之间的异质结界面来形成量子阱类结构，所述量子阱类结构容纳二维电子气体区，从而满足高功率/频率器件的需求。
尽管如此，依然有一些可靠性问题值得关注。图1是现有技术中提供的一种半导体器件的剖面结构示意图，参考图1，半导体器件包括带隙不同的第一氮化物半导体层1和第二氮化物半导体层2，第二氮化物半导体层2上设置有栅极结构4，以及覆盖在栅极结构的表面和第二氮化物半导体层2表面的SiN 钝化层3。SiN 钝化层3中的Si含量会影响半导体器件的性能。如果SIN 中Si的含量偏高，Si向栅极结构4扩散，会在栅极结构4的侧壁区域形成栅极泄露；如果SIN 中Si的含量偏低，Si不能有效的向下扩散，从而无法有效增加2DEG（TwoDimensional Electron Gas，二维电子气体）浓度。因此如何有效增加2DEG 的浓度，以减少导通电阻，提高器件工作效率的同时，降低栅极泄露的概率，成为本领域人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种半导体器件及其制备方法，以有效提高2DEG浓度，减少导通电阻，提高器件工作效率的同时，降低栅极泄露的概率。
根据本发明的一方面，提供了一种半导体器件，包括：
衬底；
半导体外延层，位于所述衬底的一侧；其中，所述半导体外延层内具有二维电子气的异质结；所述半导体外延层包括栅极区以及位于所述栅极区相对两侧的漂移区；
栅极结构，位于所述半导体外延层的栅极区；
间隔层，位于所述半导体外延层的漂移区；
硅元素供给层，位于所述间隔层远离所述衬底的一侧；
阻挡层，位于所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁；所述阻挡层用于阻挡所述硅元素供给层中的硅向所述栅极结构扩散。
可选的，所述硅元素供给层在所述半导体外延层上的垂直投影位于所述半导体外延层的漂移区；
且所述硅元素供给层在所述半导体外延层上的垂直投影的面积小于或等于所述间隔层在所述半导体外延层上的垂直投影的面积。
可选的，所述间隔层还位于所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁；
且位于所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁的间隔层在所述阻挡层与所述栅极结构之间。
可选的，所述阻挡层的材料包括氧化硅；所述硅元素供给层的材料为硅。
可选的，所述间隔层的材料包括氮化硅；且所述间隔层的材料中硅含量的范围为20%~40%。
可选的，所述半导体器件还包括：
应变层，位于所述间隔层和所述半导体外延层之间，以及所述间隔层和所述栅极结构之间；并且，所述应变层覆盖所述半导体外延层的表面以及所述栅极结构的表面；其中，所述应变层的材料包括氮化铝。
可选的，所述半导体器件还包括源极电极和漏极电极，位于所述半导体外延层远离所述衬底的一侧；且所述源极电极和所述漏极电极位于所述栅极结构的相对两侧；
其中，所述硅元素供给层位于所述栅极结构与所述漏极电极之间以及所述栅极结构与所述源极电极之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件的制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底的一侧形成半导体外延层；其中，所述半导体外延层内具有二维电子气的异质结；所述半导体外延层包括栅极区以及位于所述栅极区相对两侧的漂移区；
于所述半导体外延层的栅极区形成栅极结构；
于所述半导体外延层的漂移区形成间隔层；
在所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁形成阻挡层；
在所述间隔层远离所述衬底的一侧形成硅元素供给层；其中，所述阻挡层用于阻挡所述硅元素供给层中的硅向所述栅极结构扩散。
可选的，于所述半导体外延层的漂移区形成间隔层时，还包括：
于所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁形成间隔层；
在所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁形成阻挡层，包括：
在所述间隔层远离所述衬底一侧的表面沉积氧化硅材料形成所述阻挡层，并刻蚀掉位于所述漂移区的阻挡层，暴露出所述间隔层；
在所述间隔层远离所述衬底的一侧形成硅元素供给层，包括：
在所述阻挡层远离所述衬底一侧的表面以及暴露出的所述间隔层的表面沉积硅材料形成硅元素供给层，并刻蚀掉位于所述阻挡层远离所述衬底一侧的硅元素供给层。
可选的，于所述半导体外延层的栅极区形成栅极结构之后，还包括：
于所述半导体外延层的表面以及所述栅极结构的表面形成应变层；其中，所述应变层的材料包括氮化铝；所述间隔层位于所述应变层远离所述衬底的一侧。
有益效果：本发明实施例提供了一种半导体器件及其制备方法，其中半导体器件包括：衬底；半导体外延层，位于衬底的一侧；其中，半导体外延层内具有二维电子气的异质结；半导体外延层包括栅极区以及位于栅极区相对两侧的漂移区；栅极结构，位于半导体外延层的栅极区；间隔层，位于半导体外延层的漂移区；硅元素供给层，位于间隔层远离衬底的一侧；阻挡层，位于栅极结构远离衬底的一侧以及栅极结构的侧壁；阻挡层用于阻挡硅元素供给层中的硅向栅极结构扩散。本发明实施例提供的技术方案，将硅元素供给层和阻挡层分开设置，通过含硅元素高的硅元素供给层可以向漂移区的半导体外延层提供硅，从而有效的提高2DEG浓度，减少导通电阻，提高器件工作效率；通过对硅阻挡性好的阻挡层包裹住栅极结构的侧壁和上表面，防止阻挡硅元素供给层中的硅向栅极结构扩散，从而可以有效的降低栅极泄露的概率。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是现有技术中提供的一种半导体器件的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种半导体器件的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种半导体器件的剖面结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种半导体器件的俯视图；
图5是图4所示结构沿剖线AA1的剖面结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种半导体器件的制备方法的流程图；
图7是本发明实施例提供的一种半导体器件的制备方法的流程图；
图8至图13是本发明实施例提供一种半导体器件的制备方法中步骤S220至步骤S260的剖面结构示意图；
图14是本发明实施例提供的另一种半导体器件的制备方法的流程图；
图15至图19是本发明实施例提供一种半导体器件的制备方法中步骤S340至步骤S370的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供了一种半导体器件，图2是本发明实施例提供的一种半导体器件的剖面结构示意图，参考图2，半导体器件包括：
衬底10；
半导体外延层20，位于衬底10的一侧；其中，半导体外延层20内具有二维电子气的异质结；半导体外延层20包括栅极区Q1以及位于栅极区Q1相对两侧的漂移区Q2；
栅极结构30，位于半导体外延层20的栅极区Q1；
间隔层40，至少位于半导体外延层20的漂移区Q2；
硅元素供给层50，位于漂移区Q2的间隔层40远离衬底10的一侧；
阻挡层60，位于栅极结构30远离衬底10的一侧以及栅极结构30的侧壁；阻挡层60用于阻挡硅元素供给层50中的硅向栅极结构30扩散。
具体的，衬底10可以是半导体衬底。衬底10的材料可包含但不限于Si、SiGe、SiC、砷化镓、p掺杂Si、n掺杂Si、蓝宝石、绝缘体上半导体(如绝缘体上硅(SOI)或其它合适的衬底10材料。在一些实施例中，衬底10可包含例如但不限于III族元素、IV族元素、V族元素或其组合(例如，III-V化合物)。在其它实施例中，衬底10的材料可包含具有<111>定向的硅衬底。
在一些实施例中，衬底10可以包含缓冲层，缓冲层可与半导体外延层20接触，缓冲层用于减小衬底10与半导体外延层20之间的晶格和热失配，由此解决归因于失配/差异的缺陷。缓冲层可包含III-V化合物。III-V化合物可包含但不限于铝、镓、铟、氮或其组合。因此，缓冲层的示例性材料可进一步包含例如但不限于GaN、AlN、AlGaN、InAlGaN或其组合。在一些实施例中，衬底10可进一步包含成核层。成核层可形成于缓冲层下方。成核层用于提供过渡以适应衬底10与缓冲层的III-氮化物层之间的失配/差异。成核层的示例性材料可包含但不限于AlN或其合金中的任一种。
半导体外延层20可以包括第一氮化物半导体层21和第二氮化物半导体层22。第一氮化物半导体层21位于衬底10的一侧，第二氮化物半导体层22位于第一氮化物半导体层21远离衬底10的一侧，且具有与第一氮化物半导体层21不同的带隙。在第一氮化物半导体层21和第二氮化物半导体层22之间具有二维电子气的异质结。第一氮化物半导体层21的材料可包含但不限于氮化物或III-V族化合物，如GaN、AlN、InN、InxAlyGa(1-x-y)N(其中x+y≤1)、AlyGa(1-y)N(其中y≤1)。第二氮化物半导体层22的材料可包含但不限于III-V族氮化物半导体材料，如GaN、AlGaN、InN、AlInN、InGaN、AlInGaN或其组合。选择第一氮化物半导体层21的材料的带隙(即，禁带宽度)和第二氮化物半导体层22的材料的带隙不同，使得二者电子亲和力彼此不同且在其间形成异质结。
设置第一氮化物半导体层21的材料的带隙小于第二氮化物半导体层22的材料的带隙，举例来说，第一氮化物半导体层21可选择为具有大约3.4eV的带隙的GaN层，第二氮化物半导体层22可选择为具有大约4 .0eV的带隙的AlGaN层，由此，第一氮化物半导体层21和第二氮化物半导体层22可分别充当沟道层和势垒层。在沟道层与势垒层之间的接合界面处产生三角阱势，使得电子积聚在三角阱中，由此产生邻近于异质结的二维电子气(2DEG)区。因此，氮化物基半导体器件能够包含至少一个基于GaN的高电阻迁移率晶体管(HEMT)。应注意，2DEG区的形成同沟道与势垒层之间的极化效应的程度正相关。
栅极结构30设置在半导体外延层20上/上方/之上。栅极结构30包括掺杂的III-V族半导体层31和栅极电极32。掺杂的III-V族半导体层设置在半导体外延层20上并与其接触。掺杂的III-V族半导体层31设置/夹设于半导体外延层20和栅极电极32之间。栅极电极32设置在掺杂的III-V族半导体层31上并与其接触。掺杂的III-V族半导体层31可以是p型掺杂的III-V族半导体层。掺杂的III-V族半导体层31的示例性材料可包括，例如但不限于，p掺杂的III-V族氮化物半导体材料，例如p型氮化镓、p型氮化铝镓、p型氮化铟、p型氮化铝铟、p型氮化铟镓、p型氮化铝铟镓或其组合。在一些实施例中，通过使用p型杂质(例如铍(Be)、锌(Zn)、镉(Cd)和镁(Mg))来实现p型掺杂材料。栅极电极32的示例性材料可包括金属或金属化合物。栅极电极32可以形成为具有相同或不同组成的单层或多层。金属或金属化合物的示例性材料可包括，例如但不限于，钨(W)、金(Au)、钯(Pd)、钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、镍(Ni)、铂(Pt)、钼(Mo)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、金属合金或其化合物或其他金属化合物。
间隔层40至少位于半导体外延层20的漂移区Q2，硅元素供给层50位于漂移区Q2的间隔层40远离衬底10的一侧。硅元素供给层50中含有硅，且硅的含量大于预设值。硅元素供给层50中的硅在后续热处理后，会经过间隔层40，持续的向第一氮化物半导体层21和第二氮化物半导体层22的界面扩散，从而有效提高2DEG浓度，减少导通电阻，提高器件工作效率。间隔层40用于防止硅元素供给层50与半导体外延层20的直接接触，从而防止硅元素供给层50与半导体外延层20之间产生化学反应，对硅元素供给层50中可移动扩散的硅造成损耗。阻挡层60包裹住栅极结构30的侧壁和上表面，通过对硅阻挡性好的阻挡层60，可以有效的阻挡硅元素供给层50中的硅向栅极结构30扩散，从而降低栅极泄露的概率。
本发明实施例提供的半导体器件，将硅元素供给层50和阻挡层60分开设置，通过含硅元素高的硅元素供给层50向漂移区Q2的半导体外延层20提供硅，从而有效的提高2DEG浓度，减少导通电阻，提高器件工作效率；通过对硅阻挡性好的阻挡层60包裹住栅极结构30的侧壁和上表面，防止阻挡硅元素供给层50中的硅向栅极结构30扩散，从而可以有效的降低栅极泄露的概率。
在上述各实施例的基础上，参考图2，在本发明的一个实施例中，阻挡层60的材料包括氧化硅；硅元素供给层50的材料为硅。
具体的，将硅元素供给层50设置为纯硅层，可以使得硅元素供给层50的硅含量达到最大化，从而可以进一步的提高2DEG浓度，减少导通电阻，提高器件工作效率。可以使用炉管批量生长器件中的纯硅层，也可以使用单片机单个生长器件中的纯硅层。硅元素供给层50中的硅可为非晶硅或多晶硅。可根据实际需要进行设置。氧化硅(SiO2)对硅的扩散具有较高的阻挡性，通过氧化硅层作为阻挡层60，可以进一步的防止阻挡硅元素供给层50中的硅向栅极结构30扩散，从而进一步的降低栅极泄露的概率。在本发明的其它实施例中，阻挡层60可以为其它的具有阻挡硅扩散性质的材料。
在上述各实施例的基础上，请继续参考图2，在本发明的一个实施例中，硅元素供给层50在半导体外延层20上的垂直投影位于半导体外延层20的漂移区Q2；
且硅元素供给层50在半导体外延层20上的垂直投影的面积小于或等于间隔层40在半导体外延层20上的垂直投影的面积。
具体的，设置硅元素供给层50在半导体外延层20上的垂直投影位于半导体外延层20的漂移区Q2，可以保证硅元素供给层50中向下扩散的硅进入位于漂移区Q2的半导体外延层20中，缩短硅元素扩散的路径。设置硅元素供给层50在半导体外延层20上的垂直投影的面积小于或等于间隔层40在半导体外延层20上的垂直投影的面积，可以满足整个硅元素供给层50与下方的第二氮化物半导体层22完全隔开的需求，避免硅元素供给层50中可移动扩散的硅的损耗。
在上述各实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，参考图2，间隔层40还位于栅极结构30远离衬底10的一侧以及栅极结构30的侧壁；
且位于栅极结构30远离衬底10的一侧以及栅极结构30的侧壁的间隔层40在阻挡层60与栅极结构30之间。
具体的，在半导体外延层20的漂移区Q2设置有间隔层40外，还在栅极结构30远离衬底10的一侧以及栅极结构30的侧壁设置有间隔层40。位于半导体外延层20漂移区Q2的间隔层40，以及位于栅极结构30远离衬底10的一侧和栅极结构30的侧壁的间隔层40同时制备，并且一体设置。可以将间隔层40作为钝化层，保护栅极结构30的表面和半导体外延层20的表面。间隔层40的材料可以包括氮化硅（SiN），具有成本低且制备难度小的特点。间隔层40的材料中硅含量的范围为20%~40%。可以防止间隔层40中硅含量过高而造成栅极泄露的问题。另外，设置间隔层40的材料中硅含量的范围大于20%，可以防止间隔层40中硅含量过低而使得氮含量过高，而氮含量过高同样存在栅极泄露的问题。
在上述各实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，图3是本发明实施例提供的另一种半导体器件的剖面结构示意图，参考图3，半导体器件还包括：
应变层70，位于间隔层40和半导体外延层20之间，以及间隔层40和栅极结构30之间；并且，应变层70覆盖半导体外延层20的表面以及栅极结构30的表面；其中，应变层70的材料包括氮化铝（AlN）。
具体的，应变层70的材料的晶格常数小于第二氮化物半导体层22的材料的晶格常数，以及小于栅极结构30中P型III-V族半导体层31的材料的晶格常数，使得应变层70可以提供拉应力，增大2DEG的迁移速率。例如，应变层70的AlN材料的晶格常数小于第二氮化物半导体层22的AlGaN材料的晶格常数，以及小于栅极结构30中p-GaN材料的晶格常数。由于在间隔层40和半导体外延层20之间增设了应变层70，因此可以增大间隔层40材料中的硅含量，间隔层40材料中的硅含量的范围可以为20%~40%。
在上述各实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，图4是本发明实施例提供的一种半导体器件的俯视图，图5是图4所示结构沿剖线AA1的剖面结构示意图，参考图4和图5，半导体器件还包括源极电极S和漏极电极D，位于半导体外延层20远离衬底10的一侧；且源极电极S和漏极电极D位于栅极结构30 (G)的相对两侧；其中，硅元素供给层50位于栅极结构30与漏极电极D之间以及栅极结构30与源极电极S之间。
具体的，源极电极S位于第二氮化物半导体层22远离衬底10的一侧，并与第二氮化物半导体层22接触。漏极电极D位于第二氮化物半导体层22远离衬底10的一侧，并与第二氮化物半导体层22接触。源极电极S和漏极电极D位于栅极结构30的相对两侧。源极电极S和漏极电极D可包含但不限于金属、合金、掺杂半导体材料(例如掺杂结晶硅)、例如硅化物和氮化物的化合物、其它导体材料或其组合。源极电极S和漏极电极D可以是单个层，或者是具有相同或不同组成的多个层。在一些实施例中，源极电极S和漏极电极D与第二氮化物半导体层22形成欧姆接触。欧姆接触可通过将Ti、Al或其它合适的材料应用于源极电极S和漏极电极D来实现。
参考图4，半导体器件多采用多栅指结构，栅极结构30、源极电极S和漏极电极D呈条状，栅极结构30、源极电极S和漏极电极D之间的间距在进行版图设计时可以自行调节。但是条状的栅极结构30、源极电极S和漏极电极D在有源区外具有裸露的端面，进而引起边缘效应导致栅极关态下的漏电。可以增加IMP（Implant，离子注入）制程形成如图4中的离子注入层01，将边缘的2DEG打断以阻止漏电，降低边缘效应。
本发明实施例还提供了一种半导体器件的制备方法，用于制备上述任意实施例所述的半导体器件，图6是本发明实施例提供的一种半导体器件的制备方法的流程图，参考图6，半导体器件的制备方法包括：
S110、提供衬底。
S120、在衬底的一侧形成半导体外延层；其中，半导体外延层内具有二维电子气的异质结；半导体外延层包括栅极区以及位于栅极区相对两侧的漂移区。
S130、于半导体外延层的栅极区形成栅极结构。
S140、于半导体外延层的漂移区形成间隔层。
S150、在栅极结构远离衬底的一侧以及栅极结构的侧壁形成阻挡层。
S160、在间隔层远离衬底的一侧形成硅元素供给层；其中，阻挡层用于阻挡硅元素供给层中的硅向栅极结构扩散。
本发明实施例提供的半导体器件制备方法，将硅元素供给层和阻挡层分开设置，通过含硅元素高的硅元素供给层向漂移区的半导体外延层提供硅，从而有效的提高2DEG浓度，减少导通电阻，提高器件工作效率；通过对硅阻挡性好的阻挡层包裹住栅极结构的侧壁和上表面，防止阻挡硅元素供给层中的硅向栅极结构扩散，从而可以有效的降低栅极泄露的概率。
图7是本发明实施例提供的一种半导体器件的制备方法的流程图；图8至图13是本发明实施例提供一种半导体器件的制备方法中步骤S220至步骤S260的剖面结构示意图，参考图7~图13，半导体器件的制备方法包括：
S210、提供衬底。
S220、在衬底的一侧形成半导体外延层；其中，半导体外延层内具有二维电子气的异质结；半导体外延层包括栅极区以及位于栅极区相对两侧的漂移区。
具体的，参考图8，在衬底10的一侧形成半导体外延层20包括：在衬底10的一侧依次形成第一氮化物半导体层21和第二氮化物半导体层22。第二氮化物半导体层22具有与第一氮化物半导体层21不同的带隙，从而可以在第一氮化物半导体层21和第二氮化物半导体层22之间具有二维电子气的异质结。第一氮化物半导体层21的材料可包含但不限于氮化物或III-V族化合物，如GaN、AlN、InN、InxAlyGa(1-x-y)N(其中x+y≤1)、AlyGa(1-y)N(其中y≤1)。第二氮化物半导体层22的材料可包含但不限于III-V族氮化物半导体材料，如GaN、AlGaN、InN、AlInN、InGaN、AlInGaN或其组合。
S230、于半导体外延层的栅极区形成栅极结构。
具体的，参考图9，于半导体外延层20的栅极区Q1形成栅极结构30具体可以包括：在半导体外延层20的表明依次形成一层III-V族半导体层31和栅极电极32；刻蚀III-V族半导体层31和栅极电极32，只保留位于栅极区Q1中的层III-V族半导体层31和栅极电极32，从而形成栅极结构30。
S240、于半导体外延层的漂移区、栅极结构远离衬底的一侧以及栅极结构的侧壁形成间隔层。
具体的，参考图10，于半导体外延层20的漂移区Q2形成间隔层40时，还包括：于栅极结构30远离衬底10的一侧以及栅极结构30的侧壁形成间隔层40。将间隔层40作为钝化层，保护栅极结构30的表面和半导体外延层20的表面。间隔层40的材料可以包括氮化硅（SiN），具有成本低且制备难度小的特点。间隔层40的材料中硅含量的范围为20%~40%。可以防止间隔层40中硅含量过高而造成栅极泄露的问题。另外，设置间隔层40的材料中硅含量的范围大于20%，可以防止间隔层40中硅含量过低而使得氮含量过高，而氮含量过高同样存在栅极泄露的问题。
S250、在间隔层远离衬底一侧的表面沉积氧化硅材料形成阻挡层，并刻蚀掉位于漂移区的阻挡层，暴露出间隔层40。
具体的，参考图11和图12，在栅极结构30远离衬底10的一侧以及栅极结构30的侧壁形成阻挡层60，包括：在间隔层40远离衬底10一侧的表面沉积氧化硅材料形成阻挡层60，并刻蚀掉位于漂移区Q2的阻挡层60，暴露出间隔层40。氧化硅(SiO2)对硅的扩散具有较高的阻挡性，通过氧化硅层作为阻挡层60，可以进一步的防止阻挡硅元素供给层50中的硅向栅极结构30扩散，从而进一步的降低栅极泄露的概率。在本发明的其它实施例中，阻挡层60可以为其它的具有阻挡硅扩散性质的材料。
S260、在阻挡层60远离衬底10一侧的表面以及暴露出的间隔层40的表面沉积硅材料形成硅元素供给层50，并刻蚀掉位于阻挡层60远离衬底10一侧的硅元素供给层50。
具体的，参考图13和图2，在间隔层40远离衬底10的一侧形成硅元素供给层50，包括：在阻挡层60远离衬底10一侧的表面以及暴露出的间隔层40的表面沉积硅材料形成硅元素供给层50，并刻蚀掉位于阻挡层60远离衬底10一侧的硅元素供给层50。其中，硅元素供给层50用于向漂移区Q2的半导体外延层20提供硅。将硅元素供给层50设置为纯硅层，可以使得硅元素供给层50的硅含量达到最大化，从而可以进一步的提高2DEG浓度，减少导通电阻，提高器件工作效率。可以使用炉管批量生长器件中的纯硅层，也可以使用单片机单个生长器件中的纯硅层。
图14是本发明实施例提供的另一种半导体器件的制备方法的流程图；图15至图19是本发明实施例提供一种半导体器件的制备方法中步骤S340至步骤S370的剖面结构示意图，参考图14~图19，半导体器件的制备方法包括：
S310、提供衬底。
S320、在衬底的一侧形成半导体外延层；其中，半导体外延层内具有二维电子气的异质结；半导体外延层包括栅极区以及位于栅极区相对两侧的漂移区。具体可参考步骤S220，这里不再赘述。
S330、于半导体外延层的栅极区形成栅极结构。具体可参考步骤S230，这里不再赘述。
S340、于半导体外延层的表面以及栅极结构的表面形成应变层；应变层的材料包括氮化铝。
具体的，参考图15，半导体外延层20的栅极区Q1形成栅极结构30之后，还包括：于半导体外延层20的表面以及栅极结构30的表面形成应变层70；其中，应变层70的材料包括氮化铝；间隔层40位于应变层70远离衬底10的一侧。应变层70的材料的晶格常数小于第二氮化物半导体层22的材料的晶格常数，以及小于栅极结构30中P型III-V族半导体层31的材料的晶格常数，使得应变层70可以提供拉应力，增大2DEG的迁移速率。
S350、于应变层远离衬底的一侧形成间隔层。具体可以参考图16，这里不再赘述。
S360、在间隔层远离衬底一侧的表面沉积氧化硅材料形成阻挡层，并刻蚀掉位于漂移区的阻挡层，暴露出间隔层。具体可以参考图17和图18，这里不再赘述。
S370、在阻挡层远离衬底一侧的表面以及暴露出的间隔层的表面沉积硅材料形成硅元素供给层，并刻蚀掉位于阻挡层远离衬底一侧的硅元素供给层。
其中，硅元素供给层用于向漂移区的半导体外延层提供硅，阻挡层用于阻挡硅元素供给层中的硅向栅极结构扩散。具体可以参考图19和图3，这里不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：
衬底；
半导体外延层，位于所述衬底的一侧；其中，所述半导体外延层内具有二维电子气的异质结；所述半导体外延层包括栅极区以及位于所述栅极区相对两侧的漂移区；
栅极结构，位于所述半导体外延层的栅极区；
间隔层，位于所述半导体外延层的漂移区；
硅元素供给层，位于所述间隔层远离所述衬底的一侧；
阻挡层，位于所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁；所述阻挡层用于阻挡所述硅元素供给层中的硅向所述栅极结构扩散。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，
所述硅元素供给层在所述半导体外延层上的垂直投影位于所述半导体外延层的漂移区；
且所述硅元素供给层在所述半导体外延层上的垂直投影的面积小于或等于所述间隔层在所述半导体外延层上的垂直投影的面积。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述间隔层还位于所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁；
且位于所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁的间隔层在所述阻挡层与所述栅极结构之间。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述阻挡层的材料包括氧化硅；所述硅元素供给层的材料为硅。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述间隔层的材料包括氮化硅；且所述间隔层的材料中硅含量的范围为20%~40%。
6.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
应变层，位于所述间隔层和所述半导体外延层之间，以及所述间隔层和所述栅极结构之间；并且，所述应变层覆盖所述半导体外延层的表面以及所述栅极结构的表面；其中，所述应变层的材料包括氮化铝。
7.根据权利要求1~6任一所述的半导体器件，其特征在于，还包括源极电极和漏极电极，位于所述半导体外延层远离所述衬底的一侧；且所述源极电极和所述漏极电极位于所述栅极结构的相对两侧；
其中，所述硅元素供给层位于所述栅极结构与所述漏极电极之间以及所述栅极结构与所述源极电极之间。
8.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底的一侧形成半导体外延层；其中，所述半导体外延层内具有二维电子气的异质结；所述半导体外延层包括栅极区以及位于所述栅极区相对两侧的漂移区；
于所述半导体外延层的栅极区形成栅极结构；
于所述半导体外延层的漂移区形成间隔层；
在所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁形成阻挡层；
在所述间隔层远离所述衬底的一侧形成硅元素供给层；其中，所述阻挡层用于阻挡所述硅元素供给层中的硅向所述栅极结构扩散。
9.根据权利要求8所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，于所述半导体外延层的漂移区形成间隔层时，还包括：
于所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁形成间隔层；
在所述栅极结构远离所述衬底的一侧以及栅极结构的侧壁形成阻挡层，包括：
在所述间隔层远离所述衬底一侧的表面沉积氧化硅材料形成所述阻挡层，并刻蚀掉位于所述漂移区的阻挡层，暴露出所述间隔层；
在所述间隔层远离所述衬底的一侧形成硅元素供给层，包括：
在所述阻挡层远离所述衬底一侧的表面以及暴露出的所述间隔层的表面沉积硅材料形成硅元素供给层，并刻蚀掉位于所述阻挡层远离所述衬底一侧的硅元素供给层。
10.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，于所述半导体外延层的栅极区形成栅极结构之后，还包括：
于所述半导体外延层的表面以及所述栅极结构的表面形成应变层；其中，所述应变层的材料包括氮化铝；所述间隔层位于所述应变层远离所述衬底的一侧。
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- 2023-12-29 CN CN202311843701.7A patent/CN117497585B/zh active Active
Patent Citations (2)
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