本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種高壓無結場效應器件及其形成方法。

背景技術：

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(yōu)異性能，GaN是高頻、高壓、高溫和大功率應用的優(yōu)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(tǒng)的MOSFET不同，無結場效應晶體管(Junctionless Transistor,JLT)由源區(qū)、溝道、漏區(qū)，柵氧化層及柵極組成，從源區(qū)至溝道和漏區(qū)，其雜質摻雜類型相同，沒有PN結，屬于多數(shù)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(shù)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(tài)。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(shù)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(guī)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(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種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(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種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依次沉積半導體溝道層及介質層；

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，暴露出源漏區(qū)域的所述半導體溝道層；

在暴露出的源漏區(qū)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，厚度范圍是100nm～5000nm。

進一步的，在所述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，厚度范圍是1nm～100nm。

進一步的，在所述的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述半導體溝道 層采用外延生長工藝形成。

進一步的，在所述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，厚度范圍是1nm～5nm。

進一步的，在所述的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述介質層采用CVD、MOCVD、ALD、PVD或MBE工藝形成。

進一步的，在所述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，在所述的高壓無結場效應器件的形成方法中，所述金屬層采用CVD、PVD、MOCVD、ALD或MBE工藝形成。

進一步的，在所述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(qū)域的所述半導體溝道層。

進一步的，在所述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。

本發(fā)明還提出了一種高壓無結場效應器件，采用如上文所述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、半導體溝道層、介質層、金屬柵極、側墻及源漏極電極，其中，所述設有鰭狀結構的緩沖層形成在所述襯底上，所述半導體溝道層、介質層及金屬柵極依次形成在所述鰭狀結構的兩側，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，所述源極形成在金屬柵極兩側的半導體溝道層內，所述漏極形成在所述及鰭狀結構頂部暴露出的半導體溝道層內，所述源漏極電極形成在所述源極和漏極上。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：提出了一種高壓無結場效應的形成方法，能夠形成具有高遷移率的高壓無結場效應器件，并且形成的 無結場效應器件具有較高的擊穿電壓，從而獲得具有較好的性能及高可靠性的高壓無結場效應器件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中高壓無結場效應的形成方法的流程圖；

圖2至圖8為本發(fā)明一實施例中形成高壓無結場效應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發(fā)明的高壓無結場效應及其形成方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)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發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。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，而并不作為對本發(fā)明的限制。

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，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參考圖1，在本發(fā)明中，提出了一種高壓無結場效應的形成方法，包括步驟：

S100：提供襯底，在所述襯底的表面形成具有鰭狀結構的緩沖層；

S200：在所述緩沖層及鰭狀結構表面上依次沉積半導體溝道層及介質層；

S300：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；

S400：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；

S500：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(qū)域的所述半導體溝道層；

S600：在暴露出的源漏區(qū)域的半導體溝道層內進行摻雜，形成源極和漏極；

S700：在所述源極和漏極上形成源漏電極。

具體的，請參考圖2，在步驟S100中，所述襯底100可以為硅襯底、藍寶石襯底或者SiC襯底等，其還可以是設有Σ型凹槽等圖形的襯底。

在所述襯底100表面形成緩沖層200；所述緩沖層200材質為AlN，其厚度范圍是100nm～5000nm，例如是3000nm。所述緩沖層200可以采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學氣相沉淀)、ALD(Atomic layer deposition，原子層沉積)或者MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)工藝等形成。

接著，在所述緩沖層200上形成鰭形結構210，其形成步驟包括：

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(Fin)。

接著，請參考圖3，在所述緩沖層200及鰭狀結構210表面上依次沉積半導體溝道層310及介質層320；其中，所述半導體溝道層310材質為N^-型GaN，在本實施例中，其厚度范圍是1nm～100nm，例如是50nm。所述介質層320的材質為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿，其厚度范圍是1nm～5nm，例如是3nm。其中，所述半導體溝道層310采用外延生長工藝形成，所述介質層320可以采用CVD、MOCVD、ALD或MBE等工藝形成。

接著，請參考圖4，在所述鰭狀結構兩側的介質層320表面形成金屬柵極400，所述金屬柵極400高度低于所述鰭狀結構210的高度；其中，所述金屬柵極400的材質為NiAu或CrAu等，其可以采用PVD(Physical Vapor Deposition， 物理氣相沉積)、MOCVD、ALD或MBE工藝形成。

請參考圖5，在鰭狀結構210兩側暴露出的介質層320表面及金屬柵極400的兩側形成側墻500；所述側墻500的材質為氮化硅。

接著，請參考圖6，刻蝕位于鰭狀結構210及緩沖層200表面暴露出的介質層320，暴露出源漏區(qū)域的所述半導體溝道層310；其中，采用選擇性刻蝕工藝進行刻蝕，去除所述部分介質層320，暴露出位于鰭狀結構210頂部的半導體溝道層310，后續(xù)作為漏極，以及位于金屬柵極400兩側緩沖層200上的半導體溝道層310，后續(xù)作為源極。

接著，請參考圖7，采用離子注入或離子擴散工藝對所述半導體溝道層310進行N+離子注入，形成源極311和漏極312。形成的半導體溝道層310、源極311和漏極312結構，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的非常影響有限，其遷移率非常高，從而可以使形成的高壓無結場效應器件具有較高的遷移率。

接著，請參考圖8，在所述源極311和漏極312上形成源漏電極600。

在本實施例的另一方面還提出了一種高壓無結場效應，采用如上文所述的高壓無結場效應的形成方法形成，包括：襯底100、設有鰭狀結構210的緩沖層200、半導體溝道層310、介質層320、金屬柵極400、側墻500及源漏極電極600，其中，所述設有鰭狀結構的緩沖層200形成在所述襯底100上，所述半導體溝道層310、介質層320及金屬柵極400依次形成在所述鰭狀結構210的兩側，所述側墻500形成在鰭狀結構210兩側暴露出的介質層320表面及金屬柵極400的兩側，所述源極311形成在金屬柵極400兩側的半導體溝道層310內，所述漏極312形成在所述及鰭狀結構210頂部暴露出的半導體溝道層310內，所述源漏極電極600形成在所述源極311和漏極312上。

綜上，在本發(fā)明實施例提供的高壓無結場效應及其形成方法中，提出了一種高壓無結場效應的形成方法，能夠形成具有高遷移率的高壓無結場效應器件，并且形成的無結場效應器件具有較高的擊穿電壓，從而獲得具有較好的性能及 高可靠性的高壓無結場效應器件。

上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不對本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的技術方案的范圍內，對本發(fā)明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發(fā)明的技術方案的內容，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內。