一种半导体器件以及制备方法与流程

本发明实施例涉及半导体，尤其涉及一种半导体器件以及制备方法。

背景技术：

1、氮化物基半导体器件利用具有不同带隙的两种材料之间的异质结界面来形成量子阱类结构，所述量子阱类结构容纳二维电子气体区，从而满足高功率/频率器件的需求。

2、目前，氮化物基半导体器件中的半导体外延层为平面型氮化镓外延层。图1是现有技术中提供的一种氮化物基半导体器件的剖面结构示意图，参考图1，衬底1、第一氮化物半导体层2和第二氮化物半导体层3依次层叠设置，栅极4位于第二氮化物半导体层3上；图中的虚线用于表示第一氮化物半导体层2和第二氮化物半导体层3之间形成的2deg(two-dimensional electron gas二维电子气体)。由于第一氮化物半导体层2和第二氮化物半导体层3为平面型氮化镓外延层，使得不同带隙的两种材料之间形成平面型的异质结；而平面型的异质结限制了氮化物基半导体器件单位面积内的2deg含量，使得半导体器件存在有效导通电流低、导通电阻较大的问题，并且存在半导体器件的空间利用率低的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种半导体器件以及制备方法，以提高半导体器件的空间利用率，增大半导体器件的有效导通电流，降低半导体器件的导通电阻。

2、根据本发明的一方面，提供了一种半导体器件，包括：

3、衬底；

4、第三氮化物半导体层，位于所述衬底的一侧，所述第三氮化物半导体层具有第一表面；所述第一表面包括至少一个第一凹槽；所述第一表面为所述第三氮化物半导体层远离所述衬底一侧的表面；

5、第一氮化物半导体层，位于所述第三氮化物半导体层具有第一凹槽的第一表面；所述第一氮化物半导体层远离所述衬底一侧的表面在所述第一凹槽处具有第二凹槽；

6、第二氮化物半导体层，位于所述第一氮化物半导体层远离所述衬底的一侧，并覆盖所述第一氮化物半导体层的表面；所述第二氮化物半导体层具有与所述第一氮化物半导体层不同的带隙；

7、栅极结构，位于所述第二氮化物半导体层远离所述衬底的一侧；所述栅极结构在所述衬底上的垂直投影与所述第二凹槽在所述衬底上的垂直投影部分重叠。

8、可选的，所述第一表面包括多个沿第一方向延伸的第一凹槽；多个所述第一凹槽沿第二方向依次排列；

9、所述栅极结构沿所述第二方向延伸；所述第一方向与所述第二方向互相交叉；所述第一凹槽与所述第二凹槽一一对应设置。

10、可选的，所述第三氮化物半导体层具有与所述第一氮化物半导体层相同的带隙。

11、可选的，所述第三氮化物半导体层的材料与所述第一氮化物半导体层的材料相同，且所述第三氮化物半导体层中掺杂有碳元素。

12、可选的，所述第一凹槽的深度小于或等于100nm。

13、可选的，在垂直于所述第一凹槽延伸的方向上，所述第一凹槽的宽度大于或等于0.2μm。

14、可选的，所述半导体器件还包括：

15、第一电极和第二电极；所述第一电极和所述第二电极位于所述第二氮化物半导体层远离所述衬底一侧的表面；且所述源极和所述漏极位于所述栅极结构的相对两侧；

16、所述第二凹槽在所述衬底上的垂直投影与所述第一电极和所述第二电极在所述衬底上的垂直投影无交叠。

17、可选的，所述半导体器件还包括：

18、第一电极和第二电极；所述第一电极和所述第二电极位于所述第二氮化物半导体层远离所述衬底一侧的表面；且所述第一电极和所述第二电极位于所述栅极结构的相对两侧；

19、所述第二凹槽在所述衬底上的垂直投影与所述第一电极和所述第二电极在所述衬底上的垂直投影部分重叠。

20、根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件的制备方法，包括：

21、提供衬底；

22、在所述衬底的一侧形成第三氮化物半导体层；

23、刻蚀所述第三氮化物半导体层的第一表面，以在所述第一表面中形成至少一个第一凹槽；所述第一表面为所述第三氮化物半导体层远离所述衬底一侧的表面；

24、在所述第三氮化物半导体层的第一表面以及所述第一凹槽的表面形成第一氮化物半导体层；其中，所述第一氮化物半导体层远离所述衬底一侧的表面在所述第一凹槽处具有第二凹槽；

25、形成第二氮化物半导体层；所述第二氮化物半导体层位于所述第一氮化物半导体层远离所述衬底的一侧，并覆盖所述第一氮化物半导体层的表面；所述第二氮化物半导体层具有与所述第一氮化物半导体层不同的带隙；

26、于所述第二氮化物半导体层远离所述衬底的一侧形成栅极结构；所述栅极结构在所述衬底上的垂直投影与所述第二凹槽在所述衬底上的垂直投影部分重叠。

27、可选的，在所述衬底的一侧形成第三氮化物半导体层，包括：

28、在所述衬底的一侧沉积与所述第一氮化物半导体层相同的半导体材料，并半导体在材料中掺杂碳元素，形成所述第三氮化物半导体层。

29、本发明实施例提供的技术方案，通过在第三氮化物半导体层表面处理出横向凹槽，在实际器件面积不变的情况下，可以增大第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层的接触面积，从而增大源极和漏极之间的导通面积，以获得更大的输出电流密度与更小的输出阻抗，栅极的控制能力也会增强；将半导体器件的2deg二维栅极结构，拓展到了三维空间，在垂直于衬底的方向上进行拓展，使得半导体器件的空间利用率被提高，且不影响器件的性能。

30、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第三氮化物半导体层具有与所述第一氮化物半导体层相同的带隙。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述第三氮化物半导体层的材料与所述第一氮化物半导体层的材料相同，且所述第三氮化物半导体层中掺杂有碳元素。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一凹槽的深度小于或等于100nm。

6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，在垂直于所述第一凹槽延伸的方向上，所述第一凹槽的宽度大于或等于0.2μm。

7.根据权利要求1～6任一所述的半导体器件，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求1～6任一所述的半导体器件，其特征在于，还包括：

9.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，在所述衬底的一侧形成第三氮化物半导体层，包括：

技术总结
本发明公开了一种半导体器件以及制备方法，半导体器件包括：衬底；第三氮化物半导体层，位于衬底的一侧，其具有第一表面，第一表面包括至少一个第一凹槽；第一氮化物半导体层，位于第三氮化物半导体层的第一表面；第一氮化物半导体层远离衬底一侧的表面在第一凹槽处具有第二凹槽；第二氮化物半导体层，覆盖第一氮化物半导体层远离衬底的表面；第二氮化物半导体层具有与第一氮化物半导体层不同的带隙；栅极结构，位于第二氮化物半导体层远离衬底的一侧；栅极结构在衬底上的垂直投影与第二凹槽在衬底上的垂直投影部分重叠。本发明提供的技术方案，提高了半导体器件的空间利用率，并增大了半导体器件的有效导通电流，降低了半导体器件的导通电阻。

技术研发人员：马俊辉,陈柏玮,饶剑
受保护的技术使用者：英诺赛科（珠海）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25