半导体器件结构及其形成方法与流程

本发明的实施例涉及半导体领域，更具体地，涉及一种半导体器件结构及其形成方法。

背景技术：

1、为了改善半导体器件，例如：氮化镓高电子迁移率晶体管（gan high electronmobility transistor，gan hemt）在电压应力下的导通电阻增加和电流崩塌效应，现有方案提出在漏极部分增加p型氮化物结构，通过将p型氮化物结构中的空穴向下传导至沟道下方以中和被捕获的电子，从而抑制热载流子注入效应及电流崩塌现象。然而，现有方案中，p型氮化物结构均位于势垒层上方，距离位于势垒层和沟道层之间的二维电子气沟道较远，需要较大电压才能使p型氮化物结构处空穴传导至下方以中和被捕获的电子，抑制热载流子效应和电流崩塌效应的效果不明显，需要进一步改进半导体器件结构及其制程。

技术实现思路

1、针对以上问题，本申请提出一种半导体器件结构及其形成方法，至少使得空穴更易传导至沟道附近，从而降低导通电阻，提升击穿电压，提升器件性能。

2、本申请的技术方案是这样实现的：

3、根据本申请的一个方面，提供了一种半导体器件结构的形成方法，包括：提供第一衬底，在第一衬底上方形成第一沟道层；在第一沟道层的上表面形成第一势垒层；蚀刻部分第一势垒层以形成第一开口，第一开口将第一势垒层下方的第一沟道层暴露；在第一开口和第一势垒层上方沉积p型氮化物层；蚀刻p型氮化物层以形成在第一开口内与第一沟道层直接接触的第一空穴注入结构；以及在第一空穴注入结构的上方沉积漏极金属。

4、在一些实施例中，半导体器件结构的形成方法还包括：在形成第一沟道层之前，在第一衬底的上表面形成第一缓冲层，并且之后在第一缓冲层的上表面形成第一沟道层；蚀刻p型氮化物层时还形成与第一势垒层的上表面直接接触的第一栅极层；在第一栅极层的第一侧沉积漏极金属，并且沉积漏极金属时还在第一栅极层的与第一侧相对的第二侧沉积源极金属，源极金属沉积在第一势垒层的上表面上；在沉积源极金属和漏极金属之后，在第一栅极层的上表面沉积栅极金属以形成第二栅极层。

5、在一些实施例中，第一开口将第一沟道层的部分上表面暴露，第一空穴注入结构直接接触第一沟道层的被暴露的部分上表面。

6、在一些实施例中，半导体器件结构的形成方法还包括：第一开口将第一沟道层的部分上表面暴露，继续蚀刻被暴露的第一沟道层以加深第一开口，以使得第一开口还暴露第一沟道层的部分侧壁和第一缓冲层的部分上表面；在被加深的第一开口内，第一空穴注入结构与第一沟道层的被暴露的部分侧壁直接接触。

7、在一些实施例中，p型氮化物层的材料为p型氮化镓或p型氮化铝镓。

8、在一些实施例中，半导体器件结构的形成方法还包括：蚀刻部分第一势垒层以形成第一开口时还形成第二开口，第二开口将第一势垒层下方的第一沟道层暴露；在第一开口、第二开口和第一势垒层上方沉积p型氮化物层；蚀刻p型氮化物层还形成在第二开口内与第一沟道层直接接触的第二空穴注入结构，第一空穴注入结构与第二空穴注入结构间隔开。

9、根据本申请的一个方面，提供了一种半导体器件结构，包括：第一衬底以及位于第一衬底上方的第一沟道层；第一势垒层，位于第一沟道层的上表面上；漏极金属，位于第一势垒层的上表面上；以及第一空穴注入结构，被漏极金属覆盖；其中，第一空穴注入结构穿透第一势垒层以与第一沟道层直接接触。

10、在一些实施例中，半导体器件结构还包括：第一缓冲层，位于第一衬底的上表面和第一沟道层的下表面之间；第一栅极层，位于第一势垒层的上表面上；第二栅极层，位于第一栅极层的上表面上；源极金属，位于第一势垒层的上表面上，并且源极金属与漏极金属分别设置于第一栅极层的相对两侧。

11、在一些实施例中，第一空穴注入结构位于第一沟道层上方，并且第一空穴注入结构的下表面与第一沟道层的上表面直接接触。

12、在一些实施例中，第一空穴注入结构与第一沟道层横向相邻，并且第一空穴注入结构的侧壁与第一沟道层的侧壁直接接触。

13、在一些实施例中，第一空穴注入结构的上表面高出第一势垒层的上表面，并且漏极金属完全覆盖第一空穴注入结构的上表面，并且第一空穴注入结构还包括嵌入漏极金属与第一势垒层的上表面之间的横向突出部分。

14、根据本申请的一个方面，提供了一种半导体器件结构的形成方法，包括：提供第一衬底，在第一衬底上方形成第一缓冲层；在第一缓冲层的上表面上沉积第一p型氮化物层；蚀刻去除部分第一p型氮化物层以形成第一空穴注入结构；在第一缓冲层的上表面未被第一空穴注入结构覆盖的部分上形成第一沟道层；在第一沟道层的上表面形成第一势垒层；并且在第一势垒层的上表面沉积覆盖第一空穴注入结构的漏极金属；其中，第一空穴注入结构与第一沟道层横向相邻，并且第一空穴注入结构与第一沟道层直接接触。

15、在一些实施例中，在形成第一势垒层之后并且在沉积漏极金属之前，在第一势垒层和第一空穴注入结构的上表面沉积第二p型氮化物层，蚀刻去除第二p型氮化物层的部分以在第一势垒层上方形成第一栅极层。

16、根据本申请的一个方面，提供了一种半导体器件结构的形成方法，包括：提供第一衬底，在第一衬底上方形成第一缓冲层；在第一缓冲层的上表面上形成第一沟道层；在第一沟道层的上表面上沉积第一p型氮化物层；蚀刻去除部分第一p型氮化物层以形成第一空穴注入结构；在第一沟道层的上表面未被第一空穴注入结构覆盖的部分上形成第一势垒层；并且在第一势垒层的上表面沉积覆盖第一空穴注入结构的漏极金属；其中，第一空穴注入结构位于第一沟道层上方，并且第一空穴注入结构与第一沟道层直接接触。

17、上述技术方案的有益效果至少包括：使得空穴更易传导至沟道附近，从而降低导通电阻，提升击穿电压，提升器件性能。

1.一种半导体器件结构的形成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体器件结构的形成方法，还包括：

3.根据权利要求2所述的半导体器件结构的形成方法，其中，所述第一开口将所述第一沟道层的部分上表面暴露，所述第一空穴注入结构直接接触所述第一沟道层的被暴露的所述部分上表面。

4.根据权利要求2所述的半导体器件结构的形成方法，还包括：

5.根据权利要求1所述的半导体器件结构的形成方法，其中，所述p型氮化物层的材料为p型氮化镓或p型氮化铝镓。

6.根据权利要求2所述的半导体器件结构的形成方法，还包括：

7.一种半导体器件结构，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的半导体器件结构，还包括：

9.根据权利要求8所述的半导体器件结构，其中，所述第一空穴注入结构位于所述第一沟道层上方，并且所述第一空穴注入结构的下表面与所述第一沟道层的上表面直接接触。

10.根据权利要求8所述的半导体器件结构，其中，所述第一空穴注入结构与所述第一沟道层横向相邻，并且所述第一空穴注入结构的侧壁与所述第一沟道层的侧壁直接接触。

11.根据权利要求8所述的半导体器件结构，其中，所述第一空穴注入结构的上表面高出所述第一势垒层的上表面，并且所述漏极金属完全覆盖所述第一空穴注入结构的上表面，并且所述第一空穴注入结构还包括嵌入所述漏极金属与所述第一势垒层的上表面之间的横向突出部分。

12.一种半导体器件结构的形成方法，其特征在于，包括：

13.根据权利要求12所述的半导体器件结构的形成方法，其中，在形成所述第一势垒层之后并且在沉积所述漏极金属之前，在所述第一势垒层和所述第一空穴注入结构的上表面沉积第二p型氮化物层，蚀刻去除所述第二p型氮化物层的部分以在所述第一势垒层上方形成第一栅极层。

14.一种半导体器件结构的形成方法，其特征在于，包括：