將摻雜劑注入到iii族氮化物結(jié)構(gòu)中的方法及形成的器件的制作方法
【專利摘要】一種方法包括在襯底上形成III-V族化合物層并且將主摻雜劑注入到III-V族化合物層以形成源極區(qū)和漏極區(qū)。方法進一步包括將V族物質(zhì)注入到源極區(qū)和漏極區(qū)。一種半導(dǎo)體器件包括襯底和襯底上方的III-V族化合物層。半導(dǎo)體器件進一步包括III-V族層中的源極區(qū)和漏極區(qū)，其中，源極區(qū)和漏極區(qū)包括第一摻雜劑和第二摻雜劑，并且第二摻雜劑包括V族材料。本發(fā)明還提供了將摻雜劑注入到III族氮化物結(jié)構(gòu)中的方法及形成的器件。
【專利說明】將摻雜劑注入到11 I族氮化物結(jié)構(gòu)中的方法及形成的器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種半導(dǎo)體器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]包括諸如氮化鎵的III族氮化物的半導(dǎo)體器件用于在高頻下工作或使用高工作電壓的器件中。III族氮化物也用于諸如發(fā)光二極管(LED)的光電子器件中。為了提高III族氮化物的導(dǎo)電性，硅或鎂注入到III族氮化物的源極區(qū)和漏極區(qū)中，并且使用退火工藝激活摻雜劑。注入工藝和退火工藝增加了 III族氮化物中的電荷載流子的數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括:在襯底上形成II1-V族化合物層；
[0004]將主摻雜劑注入到所述II1-V族化合物層中以形成源極區(qū)和漏極區(qū)；以及將V族物質(zhì)注入到所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)中。
[0005]該方法進一步包括:實施退火工藝以激活所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)中的所述摻雜劑和所述V族物質(zhì)的組合。
[0006]在該方法中，實施所述退火工藝包括:在約800°C至約1，2000C的范圍內(nèi)的溫度下實施所述退火工藝。
[0007]在該方法中，注入所述主摻雜劑包括:注入硅、鎂、鈹、鈣、鋅、鍺或硫中的至少一種。
[0008]在該方法中，注入所述V族物質(zhì)包括:以所述主摻雜劑與所述V族物質(zhì)的比率在約
1,000: I至約10: I的范圍內(nèi)來注入所述V族物質(zhì)。
[0009]該方法進一步包括:形成與所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)電連接的源極接觸件和漏極接觸件。
[0010]在該方法中，形成所述源極接觸件和所述漏極接觸件包括:形成與所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)的歐姆接觸。
[0011]該方法進一步包括:在所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)上方形成保護層；以及在所述II1-V族化合物層上方形成柵極結(jié)構(gòu)。
[0012]在該方法中，在注入所述主摻雜劑之后，實施注入所述V族物質(zhì)。
[0013]在該方法中，注入所述主摻雜劑包括:將所述主摻雜劑注入到約5納米(nm)至約IOOnm的范圍內(nèi)的深度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:襯底；II1-V族化合物層，位于所述襯底上方；源極區(qū)和漏極區(qū)，位于所述II1-V族層中，所述源極區(qū)和漏極區(qū)包括第一摻雜劑和第二摻雜劑，并且所述第二摻雜劑包括V族材料，其中，所述第一摻雜劑與所述第二摻雜劑的比率在約1,000: I至約10: I的范圍內(nèi)。[0015]在該半導(dǎo)體器件中，所述源極區(qū)和漏極區(qū)的深度在約5納米(nm)至約IOOnm的范圍內(nèi)。
[0016]在該半導(dǎo)體器件中，所述II1-V族化合物層包括多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包括:第一緩沖層，位于所述襯底上方；第二緩沖層，位于所述第一緩沖層上方；主化合物層，位于所述第二緩沖層上方；以及頂部化合物層，位于所述主化合物層上方。
[0017]在該半導(dǎo)體器件中，所述第一緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)不同于所述襯底的晶體結(jié)構(gòu)不同，并且所述第二緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)不同于所述第一緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)。
[0018]在該半導(dǎo)體器件中，所述第一緩沖層包括氮化鋁(AlN)，所述第二緩沖層包括氮化鋁鎵(AlGaN)，所述主化合物層包括氮化鎵(GaN)，以及所述頂部化合物層包括鋁鎵氮化物(AlxGa1^xN)。
[0019]在該半導(dǎo)體器件中，所述第一緩沖層的厚度在約20埃(人)至約100A的范圍內(nèi)，所述第二緩沖層的厚度在約30人至約500A的范圍內(nèi)，所述主化合物層的厚度在約I微米(μL?)至約?ο μ m的范圍內(nèi)，以及所述頂部化合物層的厚度在約20人至約100人的范圍內(nèi)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括:在襯底上方形成III族氮化物層；在所述III族氮化物層上方形成鈍化層；將主摻雜劑注入到所述III族氮化物層中以形成源極區(qū)和漏極區(qū)Jfv族物質(zhì)注入到所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)中；激活所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)；在所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)上方形成保護層；以及在所述III族氮化物層上方形成柵極結(jié)構(gòu)。
[0021]在該方法中，激活所述源極區(qū)和漏極區(qū)包括:在約800°C至約1，200°C的范圍內(nèi)的溫度下實施所述退火工藝。
[0022]在該方法中，注入所述V族物質(zhì)包括:以所述主摻雜劑與所述V族物質(zhì)的比率在約
1,000: I至約10: I的范圍內(nèi)來注入所述V族物質(zhì)。
[0023]在該方法中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括:在所述III族氮化物層上方形成柵極介電層；以及在所述柵極介電層上方形成柵電極層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]在附圖中通過示例示出了一個或多個實施例，而不是進行限定，其中，在通篇描述中，具有相同參考標號的元件表示類似的元件。應(yīng)該強調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，各種部件沒有被按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實際上，為了清楚的討論，附圖中各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。
[0025]圖1是根據(jù)一個或多個實施例形成半導(dǎo)體器件的方法的流程圖；以及
[0026]圖2A至圖2G是根據(jù)一個或多個實施例使用圖1的方法所形成的半導(dǎo)體器件的截面圖。
【具體實施方式】
[0027]為了實施本發(fā)明的不同部件，以下公開內(nèi)容提供了許多不同的實施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以簡化本發(fā)明。這些僅僅是示例并不打算限定。
[0028] 圖1是根據(jù)一個或多個實施例形成半導(dǎo)體器件的方法100的流程圖。在操作102中，在襯底上方形成II1-V族層。在一些實施例中，II1-V族層包括III族氮化物層。在一些實施例中，通過外延工藝生長III族氮化物層。在一些實施例中，外延工藝是分子束外延工藝。在一些實施例中，通過金屬有機物化學(xué)汽相沉積(MOCVD)來形成III族氮化物層。在一些實施例中，通過形成介于主III族氮化物層和襯底之間的至少一個緩沖層來形成III族氮化物層。在一些實施例中，形成氮化物層以在主III族氮化物層上方具有頂部III族氮化物層。
[0029]圖2A是根據(jù)一個或多個實施例在操作102之后的半導(dǎo)體器件200的截面圖。在襯底202上方形成II1-V族層204。II1-V族層204也被稱為III族氮化物層204。III族氮化物層204包括多層結(jié)構(gòu)。III族氮化物層204包括:位于襯底202上方的第一緩沖層206、位于第一緩沖層上方的第二緩沖層208、位于第二緩沖層上方的主III族氮化物層210以及位于主III族氮化物層上方的頂部III族氮化物層212。在一些實施例中，III族氮化物層204僅包括一個緩沖層。在一些實施例中，省略頂部III族氮化物層212。
[0030]在一些實施例中，襯底202包括:元素半導(dǎo)體，包括晶體或多晶結(jié)構(gòu)的硅或鍺；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和銻化銦；合金半導(dǎo)體，包括SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP 和 GaInAsP ;任何其他合適的材料；或者它們的組合。在一些實施例中，合金半導(dǎo)體襯底具有階梯式SiGe部件，其中，Si和Ge的組分從階梯式SiGe部件的一個位置處的一種比率改變?yōu)榱硪粋€位置處的另一種比率。在一些實施例中，在硅襯底上方形成合金SiGe。在一些實施例中，襯底202是應(yīng)變的SiGe襯底。在一些實施例中，半導(dǎo)體襯底具有絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，諸如絕緣體上娃(SOI)結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，半導(dǎo)體襯底包括摻雜的外延層或隱埋層。在一些實施例中，化合物半導(dǎo)體襯底具有多層結(jié)構(gòu)，或襯底包括多層化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0031]與襯底202的晶體結(jié)構(gòu)類似于主III族氮化物層相比較，第一緩沖層206的晶體結(jié)構(gòu)更類似于主III族氮化物層210。晶體結(jié)構(gòu)的提高的相似性有利于在襯底202上方形成主III族氮化物層210。在一些實施例中，第一緩沖層206包括氮化鋁(AlN)。在一些實施例中，第一緩沖層206的厚度在從約20埃(A )至約500A的范圍內(nèi)。在一些實施例中，如果第一緩沖層206的厚度小于約20A,則第一緩沖層不能提供主III族氮化物層210和襯底202之間的足夠電阻，并且不能提供足夠的潤濕增強。此外，在一些實例中，如果第一緩沖層206的厚度超出這個指定的范圍，則第二緩沖層208和襯底202的晶格結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力保持很高并會導(dǎo)致第二緩沖層的裂縫或分層。
[0032]第二緩沖層208的晶體結(jié)構(gòu)比第一緩沖層206更類似于主III族氮化物層210。更類似的晶體結(jié)構(gòu)有助于主III族氮化物層210的形成。第一緩沖層206和第二緩沖層208的組合將襯底202表面處的晶體結(jié)構(gòu)改變?yōu)楦愃朴谥鱅II族氮化物層210的晶體結(jié)構(gòu)，因此，提高了形成主III族氮化物層的能力。在一些實施例中，第二緩沖層208包括氮化鋁鎵(AlGaN)。在一些實施例中，第二緩沖層208的厚度在約20A至約500A的范圍內(nèi)。此外，在某些情況下，如果第二緩沖層208的厚度超出這個指定范圍，則第二緩沖層208和主III族氮化物層210的晶格結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力保持很高并導(dǎo)致主III族氮化物層210的裂縫、分層或主III族氮化物層210的晶體質(zhì)量劣化。注意，晶體質(zhì)量的定義這里是指晶體層中的點缺陷總量或位錯密度；而良好的晶體質(zhì)量具有較低的點缺陷或位錯密度(對于GaN晶體，〈IO8Cm 3) ο
[0033]主III族氮化物層210提供了用于半導(dǎo)體器件的電荷傳輸層。在一些實施例中，主III族氮化物層210包括氮化鎵(GaN)。在一些實施例中，主III族氮化物層210可能被其他合適的II1-V族層取代，該其他合適的II1-V族層包括砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、砷化銦鎵(InGaAs)、砷化銦鋁(InAlAs)、銻化鎵(GaSb)、銻化鋁(AlSb)、砷化鋁(AlAs)、磷化鋁(AlP)或磷化鎵(GaP)。主氮化物層210具有類似于第二緩沖層208的晶體結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，主III族氮化物層210的厚度在約I微米(μ m)至約10 μ m的范圍內(nèi)。
[0034]在后序工藝過程中在主III族氮化物層210上方形成頂部III族氮化物層212作為應(yīng)變層。在頂部III族氮化物層212和主III族氮化物層210之間存在帶隙不連續(xù)性。頂部III族氮化物層212具有高于主III族氮化物層210的帶隙。由于壓電效應(yīng)，在主III族氮化物層210的頂部形成電子，以創(chuàng)建高遷移率導(dǎo)電電子的薄層。該薄層被稱為二維電子氣(2-DEG)，以形成載流子溝道。2-DEG的載流子溝道緊鄰頂部III族氮化物層212和主III族氮化物層210的界面位于主III族氮化物層210處。因為主III族氮化物層210為未摻雜或非故意摻雜，所以與摻雜層相比，載流子溝道具有高電子遷移率，并且電子自由地移動，而不會與雜質(zhì)碰撞或大幅減少與雜質(zhì)的碰撞。在一些實施例中，頂部III族氮化物層212包括鋁鎵氮化物(AlxGahN)。在一些實施例中，頂部III族氮化物層212的厚度在約2OA至約300人的范圍內(nèi)。在該厚度的范圍內(nèi)，頂部III族氮化物層212可以提供足夠的壓電效應(yīng)以在III族氮化物層210頂部上形成2-DEG。
[0035]再次參照圖1，在操作104中，在III族氮化物層上方形成鈍化層。在一些實施例中，通過化學(xué)汽相沉積(CVD)、原子層沉積、物理汽相沉積(PVD)、濺射、它們的組合或其他合適的工藝來形成鈍化層。
[0036]在操作106中，將源極區(qū)和漏極區(qū)的主摻雜劑注入到II1-V族層中。在一些實施例中，通過離子穿過鈍化層注入到II1-V族層中來形成源極區(qū)和漏極區(qū)。在一些實施例中，源極區(qū)和漏極區(qū)包括P型摻雜劑。在一些實施例中，源極區(qū)和漏極區(qū)包括η型摻雜劑。
[0037]圖2Β是根據(jù)一個或多個實施例在操作104和操作106之后的半導(dǎo)體器件200的截面圖。鈍化層214位于III族氮化物層204上方。在一些實施例中，鈍化層214用作III族氮化物層204上方的蝕刻停止層。例如，在頂部III族氮化物層212上形成柵極結(jié)構(gòu)的過程中，鈍化層214用作蝕刻停止層。在一些實施例中，鈍化層214包括氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO)、氮氧化硅(SiON)、氧化鋁(Al2O3)或其他合適的材料。在一些實施例中，鈍化層214的厚度在約10納米(nm)至約800nm的范圍內(nèi)。在一些實施例中，如果鈍化層214的厚度小于約10nm，則鈍化層不能有效地阻止蝕刻III族氮化物層204。在一些實施例中，如果鈍化層214的厚度大于約800nm，則在沒有顯著收益的情況下，鈍化層的尺寸增加，從而降低了生產(chǎn)成本效益。
[0038]通過注入工藝，將主摻雜劑注入到III族氮化物層204中以形成源極區(qū)和漏極區(qū)216。在一些實施例中，主摻雜劑包括硅、鎂、鈹、鈣、鋅、鍺、硫、硒或它們的組合。基于源極區(qū)和漏極區(qū)是P型摻雜區(qū)還是η型摻雜區(qū)來選擇特定主摻雜劑。在一些實施例中，摻雜劑包括硅或其他合適的η型摻雜劑。在一些實施例中，摻雜劑包括鎂或其他合適的P型摻雜劑。在一些實施例中，源極區(qū)和漏極區(qū)216中的摻雜濃度在約IX IO18原子/立方厘米(atoms/cm3)至約I X IO21原子/立方厘米的范圍內(nèi)。在一些實施例中，如果摻雜濃度小于約IXlO18原子/立方厘米，則源極區(qū)和漏極區(qū)216不能夠提供足夠的電荷載流子以用于半導(dǎo)體器件200正常工作。在一些實施例中，如果摻雜濃度超過約I X IO21原子/立方厘米，則源極區(qū)和漏極區(qū)216會飽和。如果半導(dǎo)體器件200飽和，則因為沒有阻止電荷載流子流經(jīng)半導(dǎo)體器件，所以半導(dǎo)體器件以類似于恒流源的方式運轉(zhuǎn)。在一些實施例中，源極區(qū)和漏極區(qū)216在III族氮化物層204中延伸到在約5nm至約IOOnm的范圍內(nèi)的深度。在一些實施例中，源極區(qū)和漏極區(qū)216的深度穿過頂部III族氮化物層212延伸到主III族氮化物層210中。在一些實施例中，如果深度小于約5nm，則源極區(qū)和漏極區(qū)216形成具有高阻抗的溝道層，從而對半導(dǎo)體器件200的性能具有負面影響。在一些實施例中，如果深度超過約lOOnm，則源極區(qū)和漏極區(qū)216增加了穿過III族氮化物層204到達襯底202中的漏電流(leakage)。
[0039]再次參考圖1，在操作108中，將V族物質(zhì)注入到源極區(qū)和漏極區(qū)中。在一些實施例中，與操作106同步地或在操作106之前實施操作108。在一些實施例中，使用離子注入工藝注入V族物質(zhì)。V族物質(zhì)包括f凡、銀、鉭、鏷、氮、磷、砷、鋪和秘或它們的組合。與不合有V族物質(zhì)的半導(dǎo)體器件相比，通過將V族物質(zhì)與主摻雜劑結(jié)合提高了摻雜劑活化效率。摻雜劑活化效率是半導(dǎo)體器件中能夠用作電荷載流子的摻雜劑與現(xiàn)有的摻雜劑總數(shù)的比率。在一些實施例中，該摻雜劑活化效率與用于不含有V族物質(zhì)的半導(dǎo)體器件的摻雜劑活化效率相比，增加了約10%。在一些實施例中，摻雜劑活化效率大于約60%。
[0040]圖2C是根據(jù)一些實施例在操作108之后的半導(dǎo)體器件200的截面圖。通過注入工藝220將V族物質(zhì)注入到源極區(qū)和漏極區(qū)216中以形成源極區(qū)和漏極區(qū)216’。由于源極區(qū)和漏極區(qū)216’的摻雜濃度增加，所以半導(dǎo)體器件200的電阻率減小。例如，如果摻雜濃度為大約9X 102°原子/立方厘米，則半導(dǎo)體器件200的電阻率為大約1.8X 10_3Ω cm。如果摻雜濃度為大約1.5Χ1019原子/立方厘米，則半導(dǎo)體器件200的電阻率為大約
1.8 X 10_2 Ω cm。如果摻雜濃度為大約I X IO18原子/立方厘米，半導(dǎo)體器件200的電阻率為大約 1.5 X 10 1 Ω cm。
[0041]在一些實施例中，主摻雜劑與V族物質(zhì)的比率在約1,000: I至約10: I的范圍內(nèi)。在一些實施例中，如果比率小于約1，000: 1，則V族物質(zhì)的總量不足以影響摻雜劑活化效率和摻雜劑活化溫度。在一些實施例中，如果比率大于10: 1，則源極區(qū)和漏極區(qū)216’中的P型摻雜劑或η型摻雜劑的數(shù)量不足以使半導(dǎo)體器件200正常工作。
[0042]再次參考圖1，在操作110中，激活源極區(qū)和漏極區(qū)中的摻雜劑(也被稱為摻雜劑活化工藝)。在一些實施例中，通過退火工藝來激活摻雜劑。在一些實施例中，退火工藝是快速熱退火工藝、快速退火工藝、激光退火工藝、爐退火工藝或其他合適的退火工藝。在一些實施例中，使用正面加熱、背面加熱或它們的組合來實施退火工藝。在一些實施例中，摻雜劑活化工藝的溫度在約800°C至約1，200°C的范圍內(nèi)。在一些實施例中，如果溫度小于約800°C，則被激活的摻雜劑的數(shù)量不足以使半導(dǎo)體器件正常工作。在一些實施例中，如果溫度大于約1，200°C，則半導(dǎo)體器件的多部分會損壞或昂貴的高溫材料用于形成半導(dǎo)體器件以避免損壞。在一些實施例中，退火工藝持續(xù)時間在約10μ s至約20分鐘的范圍內(nèi)。在未包括V族物質(zhì)的半導(dǎo)體器件中，活化工藝的溫度大于約1，350°C。因為能源成本增加，所以用于未包括V族物質(zhì)的半導(dǎo)體器件的較高溫度增加了生產(chǎn)成本，并且昂貴的高溫材料用于形成半導(dǎo)體器件。相反，在較低溫度下處理包括V族物質(zhì)的半導(dǎo)體器件并且能夠使用較便宜的材料來形成包括V族物質(zhì)的半導(dǎo)體器件。在退火工藝過程中較低的處理溫度也降低了半導(dǎo)體器件的部件的損壞風險。
[0043]圖2D是根據(jù)一個或多個實施例在操作110之后的半導(dǎo)體器件200的截面圖。摻雜劑活化工藝230用于激活源極區(qū)和漏極區(qū)216’中的摻雜劑以形成源極區(qū)和漏極區(qū)216”。
[0044]再次參考圖1，在操作112中，形成源極接觸件和漏極接觸件。在一些實施例中，通過在鈍化層中蝕刻開口并且在開口中形成與源極區(qū)和漏極區(qū)接觸導(dǎo)電層來形成源極接觸件和漏極接觸件。
[0045]圖2E是根據(jù)一個或多個實施例在操作112之后的半導(dǎo)體器件200的截面圖。以與源極區(qū)和漏極區(qū)216”接觸的方式形成源極接觸件和漏極接觸件240。在一些實施例中，源極接觸件和漏極接觸件240是銅、鋁、鎢、它們的組合或其他金屬化合物。在一些實施例中，源極接觸件和漏極接觸件240與源極區(qū)和漏極區(qū)216”形成歐姆接觸。在源極接觸件和漏極接觸件240與源極區(qū)和漏極區(qū)216”之間的歐姆接觸比源極區(qū)和漏極區(qū)中不包含V族物質(zhì)的半導(dǎo)體器件具有更高的質(zhì)量。更高質(zhì)量的歐姆接觸是由包括V族物質(zhì)而引起的源極區(qū)和漏極區(qū)216”中的較低電阻的產(chǎn)物。在一些實施例中，源極接觸件和漏極接觸件240包括多晶硅或其他導(dǎo)電材料。
[0046]再次參考圖1，在操作114中，保護層形成在源極接觸件和漏極接觸件上方以及鈍化層上方。在一些實施例中，通過CVD、PVD、濺射或其他合適的形成工藝來形成保護層。在一些實施例中，在保護層和鈍化層中形成開口以暴露源極區(qū)和漏極區(qū)之間的氮化物層的一部分。在一些實施例中，鈍化層在保護層中形成開口的過程中用作蝕刻停止層。
[0047]圖2F是根據(jù)一個或多個實施例在操作114之后的半導(dǎo)體器件200的截面圖。保護層250位于源極接觸件和漏極接觸件240以及鈍化層214上方。開口 252形成在保護層250和鈍化層214中以暴露源極區(qū)和漏極區(qū)216”之間的頂部III族氮化物層212的一部分。在一些實施例中，在多步驟工藝過程中形成開口 252，其中，在保護層250中形成第一開口，然后，在鈍化層214中形成第二開口。在一些實施例中，鈍化層214在形成第一開口的過程中用作蝕刻停止層。保護層250限制原子從源極區(qū)和漏極區(qū)216”擴散至半導(dǎo)體器件200的其他部分。在一些實施例中，保護層250包括SiO、SiN、SiON、碳化硅(SiC)、低k介電材料或其他合適的介電材料。在一些實施例中，低k介電材料的介電常數(shù)低于二氧化硅的介電常數(shù)。在一些實施例中，保護層250的厚度在約20nm至約1，OOOnm的范圍內(nèi)。在一些實施例中，如果厚度小于約20nm，則保護層250不能有效地阻止原子從源極區(qū)和漏極區(qū)216”擴散。如果厚度大于約1，OOOnm，則保護層250的尺寸增加而沒有提供顯著優(yōu)點，從而不必要地增加了生產(chǎn)成本。
[0048]再次參考圖1，在操作116中，形成柵極結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介電層和柵電極。在一些實施例中，柵極結(jié)構(gòu)不包括柵極介電層。在一些實施例中，通過在源極區(qū)和漏極區(qū)之間的保護層和鈍化層中蝕刻開口形成柵極結(jié)構(gòu)。柵極介電層和柵電極形成在開口中。在一些實施例中，通過CVD、PVD、濺射或其他合適的方法來形成柵極介電層和柵電極。
[0049]圖2G是根據(jù)一個或多個實施例在操作116之后的半導(dǎo)體器件200的截面圖。在一些實施例中，柵極結(jié)構(gòu)260位于保護層250上方。柵極結(jié)構(gòu)260與源極區(qū)和漏極區(qū)216”之間的III族氮化物層204接觸。在半導(dǎo)體器件200是高電子遷移率晶體管(HEMT)的一些實施例中，柵極結(jié)構(gòu)260包括柵電極262。在一些實施例中，柵電極262包括多晶娃、銅、鋁或其他合適的導(dǎo)電材料。在半導(dǎo)體器件200是金屬絕緣體半導(dǎo)體HEMT(MIS-HEMT)的一些實施例中，柵極結(jié)構(gòu)260包括柵電極262和柵極介電層264。柵極介電層264介于柵電極262和III族氮化物層204之間。在一些實施例中，柵極介電層264包括高k介電材料。高k介電材料的介電常數(shù)(k)高于二氧化硅的介電常數(shù)。在一些實施例中，高k介電材料具有大于3.9的k值。在一些實施例中，高k介電材料具有大于8.0的k值。在一些實施例中，柵極介電層包括二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)或其他合適的材料。
[0050]本描述的一個方面涉及形成半導(dǎo)體器件的方法。方法包括在襯底上形成II1-V族化合物層并且將主摻雜劑注入到II1-V族化合物層中以形成源極區(qū)和漏極區(qū)。方法進一步包括將V族物質(zhì)注入到源極區(qū)和漏極區(qū)中。
[0051]本描述的另一個方面涉及半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括襯底和位于襯底上方的II1-V族化合物層。半導(dǎo)體器件進一步包括在II1-V族化合物層中的源極區(qū)和漏極區(qū)，其中，源極區(qū)和漏極區(qū)包括第一摻雜劑和第二摻雜劑，并且第二摻雜劑包括V族材料
[0052]本描述的又一個方面涉及形成半導(dǎo)體器件的方法。方法包括在襯底上方形成III族氮化物層并且在III族氮化物層上方形成鈍化層。方法進一步包括將主摻雜劑注入到III族氮化物層中以形成源極區(qū)和漏極區(qū)并且將V族物質(zhì)注入到源極區(qū)和漏極區(qū)中。方法進一步包括激活源極區(qū)和漏極區(qū)。方法進一步包括在源極區(qū)和漏極區(qū)上方形成保護層并且在III族氮化物層上方形成柵極結(jié)構(gòu)。
[0053]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該很容易理解，公開的實施例實現(xiàn)了上文所闡述的一個或多個優(yōu)點。在閱讀了上述說明書之后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該能夠?qū)Ρ疚闹兴_的等同物和各種其他實施例進行各種改變、替換。因此，其意圖是僅通過所附權(quán)利要求及其等同物中所包含的定義來限制對于本發(fā)明所授予的保護。
【權(quán)利要求】
1.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 在襯底上形成II1-V族化合物層； 將主摻雜劑注入到所述II1-V族化合物層中以形成源極區(qū)和漏極區(qū)；以及 將V族物質(zhì)注入到所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括:實施退火工藝以激活所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)中的所述摻雜劑和所述V族物質(zhì)的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，實施所述退火工藝包括:在約800°C至約1，200°C的范圍內(nèi)的溫度下實施所述退火工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，注入所述主摻雜劑包括:注入硅、鎂、鈹、鈣、鋅、鍺或硫中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，注入所述V族物質(zhì)包括:以所述主摻雜劑與所述V族物質(zhì)的比率在約1，OOO: I至約10: I的范圍內(nèi)來注入所述V族物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括:形成與所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)電連接的源極接觸件和漏極接觸件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，形成所述源極接觸件和所述漏極接觸件包括:形成與所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)的歐姆接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括: 在所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)上方形成保護層；以及 在所述II1-V族化合物層上方形成柵極結(jié)構(gòu)。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括: 襯底； II1-V族化合物層，位于所述襯底上方； 源極區(qū)和漏極區(qū)，位于所述II1-V族層中，所述源極區(qū)和漏極區(qū)包括第一摻雜劑和第二摻雜劑，并且所述第二摻雜劑包括V族材料，其中，所述第一摻雜劑與所述第二摻雜劑的比率在約1,000: I至約10: I的范圍內(nèi)。
10.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 在襯底上方形成III族氮化物層； 在所述III族氮化物層上方形成鈍化層； 將主摻雜劑注入到所述III族氮化物層中以形成源極區(qū)和漏極區(qū)； 將V族物質(zhì)注入到所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)中； 激活所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)； 在所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)上方形成保護層；以及 在所述III族氮化物層上方形成柵極結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L29/778GK103972061SQ201310162628
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月30日
【發(fā)明者】邱漢欽, 江振豪, 陳祈銘, 喻中一 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司