半导体结构制造方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种半导体结构制造方法。

背景技术：

作为第三代半导体材料的代表，氮化镓(gan)具有许多优良的特性，高临界击穿电场、高电子迁移率、高二维电子气浓度和良好的高温工作能力等。基于氮化镓的第三代半导体结构，如高电子迁移率晶体管(hemt)、异质结构场效应晶体管(hfet)等已经得到了应用，尤其在射频、微波等需要大功率和高频率的领域具有明显优势。

氮化物hemt的工艺难点之一是低电阻欧姆接触的形成。为了在高频率下操作器件，接触电阻必须尽可能低，所述接触电阻是指金属电极与沟道中2deg(二维电子气)之间的总电阻。通常情况下，为了降低金属电极同半导体材料之间的接触电阻，一般要求半导体具有非常高的掺杂浓度和适度的载流子迁移率。但是在常规algan/ganhemt结构中，algan层中过高的掺杂浓度将损害沟道中2deg的迁移率，并因此降低器件的性能。同时，algan材料的宽带隙特点也使得其非常难以获得良好的欧姆接触。在algan势垒层上形成欧姆接触，通常需要蒸镀特定的金属层，并辅以高温退火工艺。但即便如此，所产生的欧姆接触的电阻率依然偏高。

技术实现要素：

本申请提出一种半导体结构制造方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上依次形成缓冲层和势垒层；

在所述势垒层上形成保护层；

对所述势垒层上需要形成欧姆接触的区域进行离子注入；

进行周期性快速热退火。

在一个实施例中，所述保护层厚度为10nm-100nm。

在一个实施例中，对所述势垒层上需要形成欧姆接触的区域进行离子注入具体包括：

在所述保护层上形成掩膜层，并定义出欧姆接触区；

去除欧姆接触区的掩模层；

对欧姆接触区域进行离子注入，使离子注入到所述势垒层上需要形成欧姆接触的区域内。

在一个实施例中，所述掩膜层为金属或者光刻胶。如果使用光刻胶，在进行快速热退火之前需要将其去除。

在一个实施例中，一个快速热退火周期包括快速升温期、温度保持期和快速降温期。

在一个实施例中，所述温度保持期的时间为1s-30s，温度保持期的温度大于1300℃。

在一个实施例中，所述离子为硅、氧、锗元素中的一种或者多种。

本申请还提出另一种半导体结构制造方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上依次形成缓冲层和势垒层；

对所述势垒层上需要形成欧姆接触的区域进行离子注入；

在所述势垒层上形成保护层；

进行周期性快速热退火。

在一个实施例中，对所述势垒层上需要形成欧姆接触的区域进行离子注入具体包括：

在所述势垒层上形成掩膜层，并定义出欧姆接触区；

去除欧姆接触区的掩膜层；

对欧姆接触区域进行离子注入，使离子注入到所述势垒层上需要形成欧姆接触的区域内。

去除剩余的掩膜层；

在一个实施例中，所述保护层为金属层或者介质层或者为金属层或者介质层的堆叠。所述的掩模层可为光刻胶、金属或者介质层。

本申请所提出的半导体结构制造方法可以有效地降低欧姆接触电阻，增加器件的性能和可靠性。

附图说明

图1为一个实施例所提供的半导体结构制造方法流程图；

图2-图4为表示制造一个实施例的半导体结构的示意图；

图5为退火过程中温度与时间的关系图；

图6为一个实施例所提供的半导体结构制造方法流程图；

图7-图9为表示制造一个实施例的半导体结构的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的半导体结构制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

请参考图1-图4，本实施例所提供的半导体结构制造方法包括：

s10：提供衬底，在所述衬底上依次形成缓冲层和势垒层。

具体的，所述衬底材料包括但不限于蓝宝石、碳化硅、硅、金刚石、砷化镓、氮化镓和氮化铝等材料。所述衬底1的厚度为50到1000微米。所述衬底1上可以形成缓冲层2，用于提供电流流动的路径。所述缓冲层2可以为gan、inn、aln、algan或者ingan等一种或多种材料组合。所述缓冲层2的厚度为50到10000纳米。所述缓冲层2上可以形成势垒层3，所述势垒层3可以是algan、scaln、inaln，ingaaln等合金材料一种或多种的叠加。所述势垒层3的厚度为3到100纳米。在衬底1上形成缓冲层2和势垒层3的结构如图2所示。

s20：对所述势垒层上需要形成欧姆接触的区域进行离子注入。

所述欧姆接触是指势垒层3与将要形成的源极和漏极金属所形成的接触。所述源极和漏极与所述势垒层3接触的区域可以通过预先的设计来确定。具体的，可以在所述势垒层3上形成掩膜层4，所述掩膜层4可以是光刻胶，也可是金属层或者介质层。所述掩膜层4为光刻胶时，通过旋涂、曝光、烘烤、显影、冲洗等工艺，去除需要形成欧姆接触的区域的光刻胶，从而定义出欧姆接触区。所述掩膜层为金属层或介质层时，所述金属可以为镍、铂、铝、钛等中任意一种或多种组成的合金，所述介质可以为氮化硅或者二氧化硅。相应的，为了定义出欧姆接触区，也需要进行光刻、金属蒸镀或者化学气相生长、刻蚀等等工艺来暴露出欧姆接触区域。欧姆接触区的掩膜层去除后，将离子注入到势垒层及缓冲层中，由于非欧姆接触区被掩膜层覆盖，因此离子不会注入到非欧姆接触区中，只有欧姆接触区会有离子注入。所述离子为n型掺杂离子，可以为单一离子，例如硅离子、氧离子、锗离子，也可以是这些元素的共掺杂。离子注入的剂量大于10¹⁶/cm²,注入的能量大于150kev，保证缓冲层和势垒层能够吸收足够的掺杂离子，注入时的温度介于室温到300℃之间。离子注入后的器件结构如图3所示。

s30：在所述势垒层上形成保护层。

在形成所述保护层5之前，需要先将剩余的掩膜层4去除，可以采用湿法刻蚀去除剩余的掩膜层4。掩膜层去除后，在所述势垒层3上形成阻挡层5，形成如图4所示的结构所述保护层材料可以为金属层或者介质层或者金属层与介质层的堆叠。所述金属可以是所述金属可以为钨、镍、铂中任意一种或多种组成的合金，所述介质可以为氮化硅或者二氧化硅，也可以是氮化硅或者二氧化硅的堆叠。可以采用pvd(物理气相沉积)或者pecvd(等离子体增强化学气相沉积)形成所述保护层5。通过在势垒层上沉积保护层5，可以阻止氮化镓材料在高温时产生部分分解。无保护层5时，氮化镓的分解温度约为900℃左右，保护层5覆盖后，氮化镓的分解温度提为1500℃左右。因此可以提高后续退火过程中的退火温度，以便更有效的激活注入的离子而形成参杂。

s40：进行周期性快速热退火。

为了激活注入的离子和修复离子注入时对晶格的损伤，需要对整个晶圆进行快速热退火。在本实施例中，采用如图5所示的周期性快速热退火，其中横坐标表示时间(ms)，纵坐标表示温度(℃)。一个退火周期t＝t1+t2+t3，t1为快速升温期，t2为温度保持期，t3为快速降温期。在退火的过程中，在t1时间段内快速将温度从700℃升至1300℃以上，并在t2的时间段内保持此温度，然后t3时间段内在快速将温度将降至700℃以下，直到再次进行快速升温，并重复上述升温和降温操作。所述t1为10s-60s，所述t2为1s-30s，所述t3为10s-60s。通过不断的进行周期性的快速热退火，可以有效地激活注入的离子，使后续形成的源极和漏极获得良好的欧姆接触，有效降低接触电阻。

在周期性的快速热退火之后，可以使用酸性腐蚀液去除所述保护层5，并在势垒层3上分别形成源极、漏极和栅极，继续进行晶体管结构的制作。所述源极和漏极分别位于所述栅极的两侧。所述栅极可以为镍、金、铂等构成的金属叠层，所述源极和漏极可以为钛、铝、镍、金等金属中任意多种组成的合金。

实施例二

请参考图6-9，本实施例所提供的半导体结构制造方法包括：

s100：提供衬底，在所述衬底上依次形成缓冲层和势垒层。

具体的，所述衬底1材料包括但不限于蓝宝石、碳化硅、硅、金刚石、砷化镓、氮化镓和氮化铝等材料。所述衬底1的厚度为50到1000微米。所述衬底1上可以形成缓冲层2，用于提供电流流动的路径。所述缓冲层2可以为gan、inn、aln、algan或者ingan等一种或多种材料组合。所述缓冲层2的厚度为50到10000纳米。所述缓冲层2上可以形成势垒层3，所述势垒层3可以是algan、scaln、ingaaln,inaln等合金材料一种或多种的叠加。所述势垒层3的厚度为3到100纳米。在衬底1上形成缓冲层2和势垒层3的结构如图7所示。

s200：在所述势垒层上形成保护层。

具体的，在所述势垒层3上形成保护层5，所述保护层5覆盖所述势垒层3，形成如图8所示的结构。所述保护层5可以氮化硅或者二氧化硅，也可以是氮化硅或者二氧化硅的堆叠。所述保护层5的厚度为10nm-100nm，尽量减少后续对离子注入的影响。可以采用pecvd(等离子体增强化学气相沉积)形成所述保护层。

s300：对所述势垒层上需要形成欧姆接触的区域进行离子注入。

所述欧姆接触是指势垒层3与将要形成的源极和漏极所形成的接触。所述源极和漏极与所述势垒层接触的区域可以通过预先的设计来确定。具体的，可以在所述保护层5上形成掩膜层4，所述掩膜层4可以是光刻胶，也可是金属层。可以使用同实施例一类似的工艺定义出欧姆接触区，并去除欧姆接触区的掩膜层4，形成如图9所示的结构。欧姆接触区没有掩膜层4覆盖，可以使用高能离子穿透保护层5注入到势垒层3及缓冲层2中，由于非欧姆接触区被掩膜层5覆盖，因此离子不会注入到非欧姆接触区中，只有欧姆接触区会有离子注入。所述离子为n型掺杂离子，可以为单一离子，例如硅离子，也可以是硅离子、锗离子、氧离子的共掺杂。注入离子的剂量和能量均大于实施例一的情况，注入时的温度介于室温到300℃之间。

s400：进行周期性快速热退火。

为了激活注入的离子和修复离子注入时对晶格的损伤，需要对整个晶圆进行快速热退火。在本实施例中，采用如图5所示的周期性快速热退火，其中横坐标表示时间(ms)，纵坐标表示温度(℃)。一个退火周期t＝t1+t2+t3，t1为快速升温期，t2为温度保持期，t3为快速降温期。在退火的过程中，在t1时间段内快速将温度从700℃升至1300℃以上，并在t2的时间段内保持此温度，然后t3时间段内在快速将温度将降至700℃以下，直到再次进行快速升温，并重复上述升温和降温操作。所述t1为10s-60s，所述t2为1s-30s，所述t3为10s-60s。通过不断的进行周期性的快速热退火，可以有效地激活注入的离子，使后续形成的源极和漏极获得良好的欧姆接触，有效降低接触电阻。

在上述快速热退火的过程中，由于温度很高，若掩模层为光刻胶，则残余的掩模层需要在退火之前采用湿法或者等离子体燃烧的方式去除。

在周期性的快速热退火之后，可以使用酸性溶液去除所述保护层，并在势垒层上分别形成源极、漏极和栅极。所述源极和漏极分别位于所述栅极的两侧。所述栅极可以为镍、金、铂等构成的金属叠层，所述源极和漏极可以为钛、铝、镍、金等金属中任意多种组成的合金。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。