一种半导体器件及其制作方法与流程

专利2025-06-11  28


本发明属于集成电路器件与制作,涉及一种半导体器件及其制作方法。


背景技术:

1、gan hemt(高电子迁移率晶体管)是一种利用宽禁带半导体材料氮化镓(gan)制成的半导体器件,因其出色的电子迁移率而广泛应用于高频放大器、振荡器以及电力电子全控型器件中,在其结构中,栅极的结构对于器件的性能至关重要,栅极不仅控制着器件的导电状态,还影响器件的阈值电压、栅极摆副以及长期稳定性。

2、目前,栅极金属通常是通过在栅槽内使用光刻技术和显影工艺来实现的,但是,在进行光刻工艺的过程中,光刻胶会填充进栅槽内部,而对光刻胶进行显影时,显影液也会进入栅槽内,其中的化学成分可能与栅槽内壁发生氧化反应以及改变栅槽内壁形貌,并且在光刻工艺完成后进行清洗的过程中,由于栅槽内部区域的局限性而影响清洗洁净度,光刻胶残留物及显影液残留物附着于栅槽内部对栅槽内部区域造成污染,而影响后续栅极金属的填充环境,最终影响栅极金属的电学特性,进而劣化器件的性能。

3、因此,如何提供一种半导体器件及其制作方法,以实现栅极金属在栅槽内的良好填充,提升器件的工作性能,成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

4、应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制作方法,用于解决现有技术中栅槽内部区域因光刻工艺产生的污染影响栅极金属填充环境而劣化器件性能的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种半导体器件的制作方法,包括以下步骤:

3、提供一晶圆;

4、于所述晶圆上方形成介质层并于所述介质层中形成第一凹槽,所述第一凹槽显露所述晶圆的至少一部分;

5、于所述介质层上方整面形成第一金属层,所述第一金属层还覆盖所述第一凹槽的内壁;

6、采用剥离工艺于所述第一金属层上方形成第一栅金属,所述第一栅金属还填充进所述第一凹槽内;

7、对所述第一金属层进行湿法刻蚀并保留所述第一金属层的位于所述第一栅金属下方的部分作为第二栅金属,所述第二栅金属的垂向投影落入所述第一栅金属的垂向投影范围之内,所述第一栅金属与所述第二栅金属构成栅极金属。

8、可选地,采用剥离工艺于所述第一金属层上方形成第一栅金属包括以下步骤:

9、于所述第一金属层上方形成光刻胶层;

10、图形化所述光刻胶层以形成第二凹槽,所述第二凹槽的宽度大于所述第一凹槽的宽度且所述第二凹槽显露覆盖有所述第一金属层后的第一凹槽;

11、于所述光刻胶层上方形成第二金属层,所述第二金属层还填充进所述第二凹槽内及覆盖有所述第一金属层后的第一凹槽内;

12、剥离所述光刻胶层以去除所述第二金属层的位于所述光刻胶层上方的部分,并以所述第二金属层保留下来的部分作为第一栅金属。

13、可选地,形成所述第一金属层的方法包括原子层沉积法及磁控溅射法中的至少一种,所述第一金属层的材料包括ni、ti、tin、al及w中至少一种,所述第一金属层的厚度范围小于或等于10nm;形成所述第二金属层的方法包括原子层沉积法及磁控溅射法中的至少一种,所述第二金属层的材料包括pt、au、al、ti及ta中的至少一种。

14、可选地,所述晶圆包括衬底及位于所述衬底上的外延层,其中,所述衬底的材料包括硅、碳化硅、蓝宝石及金刚石中的至少一种,所述外延层包括自下而上依次叠置的过渡层、沟道层及势垒层,所述过渡层包括aln成核层、多量子阱缓冲层、al组分渐变缓冲层及gan缓冲层的至少一种。

15、可选地,所述介质层的材料包括sin、sio2、sion、aln及al2o3中的至少一种,所述介质层的形成方法包括等离子体增强化学气相沉积法、物理气相沉积法及原子层沉积法中的至少一种。

16、可选地,所述制作方法还包括于所述晶圆上方形成源极金属及漏极金属的步骤,所述源极金属及所述漏极金属嵌入所述介质层中且分列于所述栅极金属的两侧。

17、可选地,于所述晶圆上方形成介质层包括以下步骤:

18、于所述晶圆上方形成第一介质层;

19、于所述第一介质层中形成源极接触孔与漏极接触孔,所述源极接触孔及所述漏极接触孔分别显露所述晶圆的一部分;

20、于所述第一介质层上方形成金属材料层,所述金属材料层还填充进所述源极接触孔及所述漏极接触孔中;

21、刻蚀所述金属材料层以得到分立设置的源极金属及漏极金属,其中,所述源极金属至少填充于所述源极接触孔内,所述漏极金属至少填充于所述漏极接触孔内;

22、于所述第一介质层上方形成第二介质层,所述第二介质层覆盖所述源极金属及所述漏极金属以与所述第一介质层构成介质层。

23、可选地,所述制作方法还包括于所述晶圆上方形成互联金属层的步骤,所述互连金属层与所述源极金属、所述漏极金属及所述栅极金属分别电连接。

24、本发明还提供一种半导体器件,包括:

25、晶圆;

26、介质层,位于所述晶圆上方,且所述介质层中形成第一凹槽,所述第一凹槽显露所述晶圆的至少一部分;

27、栅极金属,位于所述介质层上方且填充进所述第一凹槽内,所述栅极金属包括第二栅金属及位于所述第二栅金属上方的第一栅金属,其中,所述第二栅金属覆盖所述第一凹槽的内壁,所述第一栅金属填充进所述第一凹槽内,且所述第二栅金属的垂向投影落入所述第一栅金属的垂向投影范围之内。

28、可选地,所述第一金属层的形成方法包括原子层沉积法及磁控溅射法中的至少一种,所述第一金属层的材料包括ni、ti、tin、al及w中至少一种,所述第一金属层的厚度范围小于或等于10nm。

29、如上所述,本发明的半导体器件的制作方法,在栅极金属的制作过程中,在形成用于填充栅极金属的第一凹槽后,采用整面沉积第一金属层的方法,使得栅极金属与外延层及介质层之间的区域接触覆盖良好,能够避免传统栅极金属制作过程中光刻工艺影响栅极金属填充环境的问题发生,有效提升器件的性能,而后采用湿法刻蚀工艺对第一金属层进行刻蚀以得到第二栅金属,避免了干法刻蚀对介质层造成损耗或者在第二栅金属附近存在金属碎屑残留而影响器件的性能,提升器件电学性能与可靠性,还基于湿法刻蚀的侧向腐蚀作用使得第二栅金属的垂向投影落入第一栅金属的垂向投影范围之内,进一步降低寄生电容,实现器件性能的显著提升。本发明的半导体器件,在栅极金属结构中,第二栅金属的垂向投影落入所述第一栅金属的垂向投影范围之内,有效降低器件的寄生电容,从而提升器件的可靠性与稳定性。



技术特征:

1.一种半导体器件的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法,其特征在于:采用剥离工艺于所述第一金属层上方形成第一栅金属包括以下步骤:

3.根据权利要求2所述的半导体器件的制作方法,其特征在于:形成所述第一金属层的方法包括原子层沉积法及磁控溅射法中的至少一种,所述第一金属层的材料包括ni、ti、tin、al及w中至少一种,所述第一金属层的厚度范围小于或等于10nm;形成所述第二金属层的方法包括原子层沉积法及磁控溅射法中的至少一种,所述第二金属层的材料包括pt、au、al、ti及ta中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法,其特征在于:所述晶圆包括衬底及位于所述衬底上的外延层,其中,所述衬底的材料包括硅、碳化硅、蓝宝石及金刚石中的至少一种,所述外延层包括自下而上依次叠置的过渡层、沟道层及势垒层,所述过渡层包括aln成核层、多量子阱缓冲层、al组分渐变缓冲层及gan缓冲层的至少一种。

5.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法,其特征在于:所述介质层的材料包括sin、sio2、sion、aln及al2o3中的至少一种,所述介质层的形成方法包括等离子体增强化学气相沉积法、物理气相沉积法及原子层沉积法中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法,其特征在于:所述制作方法还包括于所述晶圆上方形成源极金属及漏极金属的步骤,所述源极金属及所述漏极金属嵌入所述介质层中且分列于所述栅极金属的两侧。

7.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法,其特征在于:于所述晶圆上方形成介质层包括以下步骤:

8.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法,其特征在于:所述制作方法还包括于所述晶圆上方形成互联金属层的步骤,所述互连金属层与所述源极金属、所述漏极金属及所述栅极金属分别电连接。

9.一种半导体器件,其特征在于,包括:

10.根据权利要求9所述的半导体器件,其特征在于:所述第一金属层的形成方法包括原子层沉积法及磁控溅射法中的至少一种,所述第一金属层的材料包括ni、ti、tin、al及w中至少一种,所述第一金属层的厚度范围小于或等于10nm。


技术总结
本发明提供一种半导体器件及其制作方法,包括以下步骤:提供一晶圆;于晶圆上方形成介质层并于其中形成显露晶圆至少一部分的第一凹槽;于介质层上方整面形成覆盖第一凹槽内壁的第一金属层,有效地改善了栅极金属的填充环境使之与附近区域的接触覆盖性良好;采用剥离工艺于第一金属层上方形成填充进第一凹槽的第一栅金属;对第一金属层进行湿法刻蚀以得到位于第一栅金属下方且垂向投影落入第一栅金属的垂向投影范围之内的第二栅金属,构成栅极金属,采用湿法刻蚀一方面能够避免在栅极金属附近存在金属碎屑残留,降低栅极金属与半导体材料接触的面以降低寄生电容,另一方面基于其侧向腐蚀作用以得到上述特定形貌的栅极金属,进一步降低寄生电容。

技术研发人员:张安邦
受保护的技术使用者:上海新微半导体有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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