本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，尤其是涉及GaN基高功率、高電子遷移率半導(dǎo)體晶體管器件。

背景技術(shù)：

GaN基III-V族氮化物寬帶隙半導(dǎo)體在藍(lán)光和紫外光電子學(xué)領(lǐng)域占有重要地位，同時也是制造高溫大功率半導(dǎo)體器件的重要材料。目前GaN基的藍(lán)光/紫外光發(fā)光二極管和激光器都已經(jīng)產(chǎn)品化，在電學(xué)器件如FETs，HBTs，MOSFETs方面的研究也有了重大的進(jìn)展。盡管寬帶隙、高熱導(dǎo)率和高飽和電子速度等優(yōu)良的特性給III-V族氮化物在高溫電子器件應(yīng)用方面開辟了廣闊的應(yīng)用前景，但是III-V族氮化物具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，也給器件的制造工藝帶來了很大的困難。

AlGaN/GaN HEMTs半導(dǎo)體器件的隔離可以采用濕法腐蝕、干法刻蝕和注入隔離等方法來實(shí)現(xiàn)。濕法腐蝕具有損傷小、設(shè)備簡單、操作方便、毒性小等優(yōu)點(diǎn)，但是由于III-V族氮化物鍵能大(GaN的鍵能為8.92eV/atom，AlN的鍵能為11.52eV/atom)，所以不能在室溫下使用傳統(tǒng)的酸性和堿性腐蝕液對其進(jìn)行腐蝕。采用紫外光照射在KOH和HCl腐蝕液中腐蝕可以獲得腐蝕速 率高、各向異性、表面光滑的腐蝕效果，但是濕法腐蝕的可控性差，腐蝕效果對材料的性能以及腐蝕液的濃度非常敏感。離子注入工藝雖然可以獲得很好的場區(qū)隔離，器件在室溫下具有很好的夾斷特性，且具有很好的溫度穩(wěn)定性。但是離子注入設(shè)備成本過于昂貴，這是它無法與成本較低的干法刻蝕隔離競爭的主要劣勢。因此，目前GaN HEMT半導(dǎo)體器件的隔離主要是采用干法刻蝕來實(shí)現(xiàn)的，如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)、電子回旋共振(ECR)、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)等。

GaN緩沖層電絕緣性差是導(dǎo)致器件漏電的主要原因，由于GaN材料在生長過程中存在自摻雜現(xiàn)象，使得GaN緩沖層的電絕緣性不高，所以，用傳統(tǒng)的MESA干法刻蝕工藝進(jìn)行隔離，由于刻蝕的深度一般為300nm，無法消除由材料絕緣性不好帶來的漏電，而若加大刻蝕的深度，又會給金屬爬坡帶來問題。另外，傳統(tǒng)的MESA干法刻蝕隔離工藝由于材料表面暴露于空氣中，導(dǎo)致在制程過程中無法耐住高溫、酸堿、有機(jī)溶液浸泡等使得器件間隔離漏電退化的問題。

為了避免上述問題，通過優(yōu)化MESA刻蝕圖形，并采用UV-assist thermal oxidation等氧化處理、表面介質(zhì)層鈍化的方法，可以有效抑制器件隔離漏電的退化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種抑制MESA刻蝕隔離漏電退化的半導(dǎo)體器件及其制造方法，其可以有效抑制該半導(dǎo)體器件因高溫、酸堿等引起隔離漏電的退化，同時，本發(fā)明具有很好的溫度穩(wěn)定性以及酸堿耐腐性，且具有易于實(shí)現(xiàn)、成本低廉的優(yōu)勢。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：

一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括襯底以及位于襯底上的外延結(jié)構(gòu)，外延結(jié)構(gòu)上包括有源區(qū)、無源區(qū)，其中：

在有源區(qū)形成有源極、漏極和柵極；

在無源區(qū)形成MESA隔離區(qū)；

所述MESA隔離區(qū)形成有一個或多個溝槽。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溝槽的截面形狀呈“雙指型”或“多指型”。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溝槽內(nèi)形成有氧化層。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溝槽內(nèi)形成有介質(zhì)層。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述外延結(jié)構(gòu)包括位于襯底上的溝道層、位于溝道層上的勢壘層，所述溝道層和勢壘層界面處形成有二維電子氣。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溝槽的深度至少大于勢壘層的深度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述介質(zhì)層的厚度小于或等于MESA隔離區(qū) 的溝槽深度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述“雙指型”或“多指型”溝槽的截面形狀包括矩形、梯形、倒梯形、錐形、弧形中的一種或多種的組合。

相應(yīng)地，一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述制造方法包括：

提供一襯底，在襯底上外延生長外延結(jié)構(gòu)；

在外延結(jié)構(gòu)上無源區(qū)的MESA隔離區(qū)形成溝槽；

在外延結(jié)構(gòu)上有源區(qū)形成源極、漏極和柵極。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溝槽的截面形狀呈“雙指型”或“多指型”。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述制造方法在形成溝槽后還包括：

通過紫外輔助熱氧化、反應(yīng)離子刻蝕、感性耦合等離子體刻蝕、感性耦合等離子體刻蝕或微波電子回旋共振等離子體刻蝕中的一種或多種方法在“雙指型”或“多指型”的溝槽內(nèi)形成氧化層。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述制造方法在形成溝槽后還包括：

通過化學(xué)氣相沉積的方法在“雙指型”或“多指型”的溝槽內(nèi)形成介質(zhì)層。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法能夠有效抑制半導(dǎo)體器件因高溫、酸堿等引起隔離漏電的退化，同時，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有很好的溫度穩(wěn)定性以及酸堿耐腐性，且具有易于實(shí)現(xiàn)、成本低廉的優(yōu)勢。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1A、1B分別為本發(fā)明實(shí)第一實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖及俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2A-2E為本發(fā)明第一實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的制造方法的工藝步驟圖；

圖3A、3B分別為本發(fā)明實(shí)第二實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖及俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4A-4E為本發(fā)明第二實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的制造方法的工藝步驟圖；

圖5為本發(fā)明本發(fā)明第一實(shí)施方式中“雙指型”溝槽的截面形狀的示意圖；

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施方式“雙指型”和第二實(shí)施方式“多指型”MESA圖形設(shè)計(jì)并制造的半導(dǎo)體器件的隔離漏電I-V曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

正如背景技術(shù)中所言，GaN基半導(dǎo)體器件中GaN緩沖層電絕緣性差是導(dǎo) 致器件漏電的主要原因。由于GaN材料在生長過程中存在自摻雜現(xiàn)象，使得GaN緩沖層的電絕緣性不高，然而，用傳統(tǒng)的MESA干法刻蝕工藝進(jìn)行隔離，由于刻蝕的深度一般為300nm，所以無法消除由材料絕緣性不好帶來的漏電，而若加大刻蝕的深度，又會給金屬爬坡帶來問題。另外，傳統(tǒng)的MESA干法刻蝕隔離工藝由于材料表面暴露于空氣中，導(dǎo)致在制程過程中無法耐住高溫、酸堿、有機(jī)溶液浸泡等使得器件間隔離漏電退化的問題。

因此，本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的MESA干法刻蝕隔離方法導(dǎo)致在GaN基半導(dǎo)體器件中隔離漏電退化的問題，提出了一種通過“雙指型”或“多指型”的MESA圖形的設(shè)計(jì)，并利用等離子體干法刻蝕的方法在外延結(jié)構(gòu)上形成“雙指型”或“多指型”的MESA圖形，之后利用紫外輔助熱氧化(UV-assist thermal oxidation)等方法對MESA隔離區(qū)域進(jìn)行處理在MESA隔離區(qū)的溝槽中形成氧化層，然后利用絕緣介質(zhì)層填充至MESA隔離區(qū)域的“指型”溝槽中進(jìn)行鈍化保護(hù)，從而避免半導(dǎo)體器件在制程過程中遇到如高溫、酸堿、有機(jī)溶液浸泡等對半導(dǎo)體器件隔離區(qū)域表面損傷的問題，達(dá)到抑制半導(dǎo)體器件隔離漏電退化的目的。

以下將結(jié)合附圖所示的具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所作出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

此外，在不同的實(shí)施方式中可能使用重復(fù)的標(biāo)號或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施方式或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。

實(shí)施方式一：

參圖1A、圖1B所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1A、圖1B所示，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件包括襯底1以及在襯底上形成的外延結(jié)構(gòu)，外延結(jié)構(gòu)上包括有源區(qū)9和以及無源區(qū)10，外延結(jié)構(gòu)包括位于襯底1上的溝道層2、位于溝道層2上的勢壘層3和位于勢壘層3上的介質(zhì)層5，溝道層2和勢壘層3界面處形成有二維電子氣；有源區(qū)9包括源極區(qū)、漏極區(qū)和柵極區(qū)，柵極區(qū)位于源極區(qū)和漏極區(qū)之間，無源區(qū)10包括位于器件間隙的MESA隔離區(qū)4；源極區(qū)和漏極區(qū)上形成有源極6和漏極7，柵極區(qū)上形成有柵極8，柵極8位于源極6和漏極7之間，優(yōu)選地，本實(shí)施方式中的柵極8為T型結(jié)構(gòu)，且T型結(jié)構(gòu)柵極的尾端嵌置于勢壘層3中；MESA隔離區(qū)4包括兩個呈“雙指型”的溝槽41，溝槽41中填充有介質(zhì)層5。

以下對本實(shí)施方式中的各層及各結(jié)構(gòu)作具體說明：

襯底1，可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氮化鎵或氮化鋁中的一種。

溝道層2，可以為氮化鎵層，該氮化鎵層與襯底1的晶格匹配程度會影響氮化鎵層自身的晶體質(zhì)量、表面形貌以及電學(xué)性質(zhì)等參數(shù)，還會影響上方材 料的晶體質(zhì)量、表面形貌以及電學(xué)性質(zhì)等參數(shù)。通常該氮化鎵層的厚度介于2um-4um之間較為合理。在現(xiàn)有技術(shù)中，氮化鎵層還可以由氮化鎵成核層、氮化鎵緩沖層、以及氮化鎵溝道層來組成，其總厚度一般小于或等于5um，其主要成分均為氮化鎵材料，但會在氮化鎵成核層中摻雜Al、In、P、Si、Fe、C等元素來達(dá)到匹配襯底材料的目的，并在氮化鎵成核層上生長一層氮化鎵緩沖層，該氮化鎵緩沖層一般為非摻雜層，之后再形成氮化鎵溝道層。主要目的是起到匹配襯底材料和外延多層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體材料層的作用。

勢壘層3，可以為鋁鎵氮層，該鋁鎵氮層與氮化鎵層形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的交界處在壓電效應(yīng)下便會形成大量的二維電子氣。通常該鋁鎵氮層中的鋁含量介于20％-30％之間，該鋁鎵氮層的厚度一般介于10-50nm之間。

MESA隔離區(qū)4，該隔離區(qū)通過MESA圖形設(shè)計(jì)的具有“雙指型”溝槽結(jié)構(gòu)的掩膜版在上述外延結(jié)構(gòu)上通過涂膠、曝光、顯影、烘烤的方法形成光刻膠掩膜層9(參圖2B所示)；再通過等離子體干法刻蝕的方法在無源區(qū)的MESA隔離區(qū)形成“雙指型”溝槽，然后通過紫外輔助熱氧化(UV-assist thermal oxidation)、反應(yīng)離子刻蝕(RIE)、感性耦合等離子體刻蝕(ICP)、感性耦合等離子體刻蝕(CCP)或微波電子回旋共振等離子體刻蝕中的一種或多種方法在MESA隔離區(qū)“雙指型”的溝槽中形成一層很薄且致密的氧化層(未圖示)；該溝槽的“指型”形狀可以為矩形、梯形、倒梯形、錐形、弧形中的其中一種或 其組合，如圖5所示，本實(shí)施方式中“雙指型”的溝槽41為a所示的兩個矩形，在其他實(shí)施方式中也可以為b所示的兩個梯形、c所示的兩個倒梯形、d所示的兩個錐形、e所示的兩個弧形、或f所示的矩形、梯形、倒梯形、錐形、弧形中任意兩個的組合；等離子體干法刻蝕方法可以為RIE、ECR或ICP等離子體刻蝕設(shè)備中的一種；等離子體可以為對GaN材料具有高選擇比的氣體作為反應(yīng)氣體，可選用BCl₃、Cl₂中的一種或其組合。

介質(zhì)層5，該介質(zhì)層5起鈍化層的作用，同時在MESA隔離區(qū)的溝槽底部及側(cè)壁表面起到保護(hù)氧化層的作用。介質(zhì)層5可以為介質(zhì)層為SiN、SiO₂、SiON、Al₂O₃、HfO₂、HfAlO_x中的一種或多種的組合。該介質(zhì)層5可以在MOCVD腔內(nèi)進(jìn)行原位生長，也可以通過LPCVD、ALD或者PECVD生長。

源極6和漏極7，其制作方法是通過電子束蒸發(fā)技術(shù)蒸發(fā)Ti/Al/Ni/Au多層金屬于有源區(qū)，并通過有機(jī)溶液剝離的方法將非有源區(qū)的金屬剝離，然后通過RTA或RTP快速退火技術(shù)，使得多層金屬與外延多層結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體材料形成歐姆接觸，從而獲得源極6和漏極7。

柵極8為T型的柵極金屬層，且該T型金屬層尾端嵌置于鋁鎵氮層中，其制作方法是通過光刻掩膜在柵極區(qū)域形成一個柵槽，然后通過電子束蒸發(fā)技術(shù)蒸發(fā)Ni/Au兩層金屬于柵槽中，從而獲得柵極8。當(dāng)然，在其他實(shí)施方式中柵極也可以為其他結(jié)構(gòu)，并不限于本實(shí)施方式中的T型結(jié)構(gòu)。

參圖2A-2E所示，本實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的制造方法包括以下步驟：

參圖2A所示，提供一襯底1，在襯底1上外延生長溝道層2和勢壘層3；

參圖2B所示，通過MESA圖形設(shè)計(jì)的具有“雙指型”溝槽結(jié)構(gòu)的掩膜版，在勢壘層上形成光刻膠掩膜層9；然后通過等離子體干法刻蝕的方法在無源區(qū)的MESA隔離區(qū)形成“雙指型”的溝槽41；

參圖2C所示，剝離光刻膠掩膜層9；

參圖2D所示，通過紫外輔助熱氧化(UV-assist thermal oxidation)的方法在MESA隔離區(qū)“雙指型”的溝槽中形成一層致密的氧化層(未圖示)，通過化學(xué)氣相沉積的方法形成介質(zhì)層5，介質(zhì)層至少覆蓋于“雙指型”的溝槽底部及側(cè)壁區(qū)域；

參圖2E所示，在勢壘層上的源極區(qū)、漏極區(qū)和柵極區(qū)分別形成源極6、漏極7和柵極8，柵極為T型結(jié)構(gòu)，且T型結(jié)構(gòu)柵極的尾端嵌置于勢壘層中。

實(shí)施方式二：

參圖3A、3B所示為本發(fā)明第二實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3A、3B所示，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件包括襯底1以及在襯底上形成的外延結(jié)構(gòu)，外延結(jié)構(gòu)上包括有源區(qū)9以及無源區(qū)10，外延結(jié)構(gòu)包括位于襯底1上的溝道層2、位于溝道層2上的勢壘層3和位于勢壘層3上的介質(zhì)層5，溝道層2和勢壘層3界面處形成有二維電子氣；有源區(qū)9包括源極區(qū)、漏極區(qū) 和柵極區(qū)，柵極區(qū)位于源極區(qū)和漏極區(qū)之間，無源區(qū)10包括位于器件間隙的MESA隔離區(qū)4；源極區(qū)和漏極區(qū)上形成有源極6和漏極7，柵極區(qū)上形成有柵極8，柵極8位于源極6和漏極7之間，優(yōu)選地，本實(shí)施方式中的柵極8為T型結(jié)構(gòu)，且T型結(jié)構(gòu)柵極的尾端嵌置于勢壘層3中；MESA隔離區(qū)4包括四個呈“多指型”的溝槽41，溝槽41中填充有介質(zhì)層5。

參圖4A-4E所示，本實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的制造方法包括以下步驟：

參圖4A所示，提供一襯底1，在襯底1上外延生長溝道層2和勢壘層3；

參圖4B所示，通過MESA圖形設(shè)計(jì)的具有“多指型”溝槽結(jié)構(gòu)的掩膜版，在勢壘層上形成光刻膠掩膜層9；然后通過等離子體干法刻蝕的方法在無源區(qū)的MESA隔離區(qū)形成“多指型”的溝槽41；

參圖4C所示，剝離光刻膠掩膜層9；

參圖4D所示，通過紫外輔助熱氧化(UV-assist thermal oxidation)的方法在MESA隔離區(qū)“多指型”的溝槽中形成一層致密的氧化層(未圖示)，通過化學(xué)氣相沉積的方法形成介質(zhì)層5，介質(zhì)層至少覆蓋于“多指型”的溝槽底部及側(cè)壁區(qū)域；

參圖4E所示，在勢壘層上的源極區(qū)、漏極區(qū)和柵極區(qū)分別形成源極6、漏極7和柵極8，柵極為T型結(jié)構(gòu)，且T型結(jié)構(gòu)柵極的尾端嵌置于勢壘層中。

本實(shí)施方式中各外延層的材料、厚度、制備工藝等均與第一實(shí)施方式相 同，此處不再進(jìn)行贅述。

與第一實(shí)施方式類似地，本實(shí)施方式中“多指型”的溝槽以四個為例進(jìn)行說明，本實(shí)施方式為四個矩形，在其他實(shí)施方式中也可以為四個梯形、四個倒梯形、四個錐形、四個弧形、或矩形、梯形、倒梯形、錐形、弧形中任意四個的組合。

參圖6所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式“雙指型”和第二實(shí)施方式“多指型”MESA圖形設(shè)計(jì)并制造的半導(dǎo)體器件的隔離漏電I(Current，μA/mm)-V(Voltage，V)的曲線示意圖，第二實(shí)施方式中MESA隔離區(qū)的“多指型”溝槽結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中的“雙指型”溝槽結(jié)構(gòu)相比，“多指型”溝槽結(jié)構(gòu)能更有效抑制半導(dǎo)體器件隔離漏電的退化。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明中MESA隔離區(qū)并不限于上述實(shí)施方式中兩個溝槽的“雙指型”或四個溝槽的“多指型”結(jié)構(gòu)，還可以為其余數(shù)量的溝槽，溝槽越多，抑制半導(dǎo)體器件隔離漏電的退化效果更好，此處不再一一舉例進(jìn)行說明。

另外，MESA隔離區(qū)的氧化層和介質(zhì)層僅為上述優(yōu)選實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)層，在其他實(shí)施方式中也可以不設(shè)置氧化層和/或介質(zhì)層，此處不再進(jìn)行贅述。

上述實(shí)施方式中以HEMT器件為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明不僅僅適用于HEMT器件，也可以應(yīng)用于其他外延結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。

由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法能夠有效抑制半導(dǎo)體器件因高溫、酸堿等引起隔離漏電的退化，同時，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有很好的溫度穩(wěn)定性以及酸堿耐腐性，且具有易于實(shí)現(xiàn)、成本低廉的優(yōu)勢。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。