本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種量子阱器件及其形成方法。

背景技術(shù)：

高電子遷移率晶體管(HEMT)的基本結(jié)構(gòu)由一個調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)及其源漏結(jié)構(gòu)組成。存在于調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)中的二維電子氣(2-DEG)，由于不受電離雜質(zhì)離子散射的影響，其遷移率非常高。HEMT是電壓控制器件，柵極電壓Vg可控制異質(zhì)結(jié)勢阱的深度，從而控制勢阱中2-DEG的面密度，進而控制器件的工作電流。對于GaAs體系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制層應(yīng)該是耗盡的。若n-AlxGa1-xAs層厚度較大、摻雜濃度又高，則在Vg＝0時就存在有2-DEG，為耗盡型器件，反之則為增強型器件(Vg＝0時，肖特基耗盡層即延伸到本征GaAs層內(nèi)部)；對于HEMT，主要是要控制好寬禁帶半導(dǎo)體層(控制層)的摻雜濃度和厚度，特別是厚度。在考慮HEMT中的2-DEG面密度Ns時，通常只需要考慮異質(zhì)結(jié)勢阱中的兩個二維子能帶(i＝0和1)即可。2-DEG面電荷密度Ns將受到柵極電壓Vg的控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種量子阱器件及其形成方法，能夠獲得具有高遷移率的量子阱器件。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種量子阱器件的形成方法，包括步驟：

提供圖形化的襯底；

在圖形化的所述襯底表面形成緩沖層；

對所述緩沖層進行刻蝕處理，形成魚鰭狀結(jié)構(gòu)；

在所述緩沖層及魚鰭狀結(jié)構(gòu)表面上依次沉積量子阱層、阻擋層、覆蓋層及介質(zhì)層；

在所述介質(zhì)層表面形成金屬層；

對所述金屬層和介質(zhì)層進行刻蝕，形成金屬柵極和柵介質(zhì)層；

在所述金屬柵極和柵介質(zhì)層的兩側(cè)形成側(cè)墻；

依次刻蝕所述覆蓋層、阻擋層及量子阱層形成源漏凹陷區(qū)，所述凹陷區(qū)暴露出所述緩沖層并延伸至所述側(cè)墻的下方；

在所述源漏凹陷區(qū)中形成摻雜的源漏區(qū)。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述圖形化的襯底為設(shè)有Σ型凹槽的襯底。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述Σ型凹槽的襯底的形成步驟包括：

提供襯底；

在所述襯底上形成圖案化的掩模層，所述圖案化的掩模層暴露出部分襯底；

采用干法刻蝕刻蝕暴露出的襯底，形成圓弧狀凹槽；

采用濕法刻蝕對所述圓弧狀凹槽進行刻蝕，形成Σ型凹槽；

去除所述圖案化的掩模層。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述濕法刻蝕采用KOH溶液或者TMAH溶液。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述襯底材質(zhì)為硅、藍寶石或者SiC。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述緩沖層材質(zhì)為AlN或AlGaN，其厚度范圍是1μm～10μm。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述緩沖層采用MOCVD、ALD或者MBE工藝形成。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，采用BCl3對所述緩沖層進行刻蝕處理，形成魚鰭狀結(jié)構(gòu)。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述量子阱層材質(zhì)為GaN、InGaN、AlGaN、鍺、III-V或者II-VI族元素，其厚度范圍是10nm～100nm。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述阻擋層材質(zhì)為AlN、InGaN、AlGaN、III-V或者II-VI族元素，其厚度范圍是10nm～100nm。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述覆蓋層為GaN，其厚度范圍為10nm～50nm。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿，其厚度范圍是1nm～5nm。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，量子阱層、阻擋層、覆蓋層及介質(zhì)層采用MOCVD、ALD或MBE工藝形成。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述金屬層的材質(zhì)為NiAu或CrAu。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述金屬層采用PVD、MOCVD、ALD或MBE工藝形成。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述側(cè)墻的材質(zhì)為氮化硅。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述源漏凹陷區(qū)的形成步驟包括：

采用干法刻蝕依次去除位于所述側(cè)墻兩側(cè)暴露出的覆蓋層、阻擋層及量子阱層，暴露出所述緩沖層；

采用濕法刻蝕去除位于所述側(cè)墻下方的覆蓋層、阻擋層及量子阱層，形成源漏凹陷區(qū)，所述源漏凹陷區(qū)與所述金屬柵極和柵介質(zhì)層不存在重疊部分。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述干法刻蝕采用的氣體為BCl3。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述濕法刻蝕采用質(zhì)量分 數(shù)為30％～50％的NaOH溶液刻蝕去除所述量子阱層和覆蓋層。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述濕法刻蝕采用HF溶液刻蝕去除所述阻擋層。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述源漏區(qū)材質(zhì)為摻雜硅的GaN。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，所述源漏區(qū)采用MOCVD、ALD或者MBE工藝形成。

進一步的，在所述的量子阱器件的形成方法中，在形成源漏區(qū)后，在所述源漏區(qū)上形成源漏區(qū)電極。

本發(fā)明提出了一種量子阱器件，采用如上文所述的量子阱器件的形成方法形成，包括：圖形化的襯底、設(shè)有魚鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層、量子阱層、阻擋層、覆蓋層、金屬柵極、柵介質(zhì)層、側(cè)墻及源漏區(qū)，其中，所述設(shè)有魚鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層形成在所述圖形化的襯底上，所述量子阱層、阻擋層、覆蓋層、金屬柵極及柵介質(zhì)層依次形成在所述設(shè)有魚鰭狀結(jié)構(gòu)的緩沖層上，所述側(cè)墻形成在所述金屬柵極及柵介質(zhì)層的兩側(cè)，所述源漏區(qū)形成在所述緩沖層上，位于所述金屬柵極及柵介質(zhì)層的兩側(cè)，并延伸一部分至所述側(cè)墻的下方。

進一步的，在所述的量子阱器件中，還包括源漏區(qū)電極，所述源漏區(qū)電極形成在所述源漏區(qū)上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：提出了一種量子阱器件的形成方法，能夠形成具有高遷移率的量子阱器件，并且形成的量子阱器件具有較高的擊穿電壓，從而獲得具有較好的性能及可靠性的量子阱器件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中量子阱器件的形成方法的流程圖；

圖2a至圖2c為本發(fā)明一實施例中圖形化襯底的形成方法；

圖3為本發(fā)明一實施例中形成緩沖層后的剖面示意圖；

圖4a至圖13a為本發(fā)明一實施例中形成量子阱器件過程中沿著與溝道垂直 方向的剖面示意圖；

圖4b至圖13b為本發(fā)明一實施例中形成量子阱器件過程中沿著溝道方向的剖面示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的量子阱器件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(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)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(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)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(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)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(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)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(quán)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，提出了一種量子阱器件的形成方法，包括步驟：

S100：提供圖形化的襯底；

S200：在圖形化的所述襯底表面形成緩沖層；

S300：對所述緩沖層進行刻蝕處理，形成魚鰭狀結(jié)構(gòu)；

S400：在所述緩沖層及魚鰭狀結(jié)構(gòu)表面上依次沉積量子阱層、阻擋層、覆蓋層及介質(zhì)層；

S500：在所述介質(zhì)層表面形成金屬層；

S600：對所述金屬層和介質(zhì)層進行刻蝕，形成金屬柵極和柵介質(zhì)層；

S700：在所述金屬柵極和柵介質(zhì)層的兩側(cè)形成側(cè)墻；

S800：依次刻蝕所述覆蓋層、阻擋層及量子阱層形成源漏凹陷區(qū)，所述凹陷區(qū)暴露出所述緩沖層并延伸至所述側(cè)墻的下方；

S900：在所述源漏凹陷區(qū)中形成摻雜的源漏區(qū)。

具體的，請參考圖2a至圖2c，在步驟S100中，所述圖形化的襯底100為設(shè)有Σ型凹槽的襯底。所述Σ型凹槽的襯底100的形成步驟包括：

提供襯底100，其中，所述襯底100可以為硅襯底、藍寶石襯底或者SiC襯底；

在所述襯底100上形成圖案化的掩模層200，所述圖案化的掩模層200暴露出部分襯底100，所述掩模層200可以為氮化硅等材質(zhì)；

采用干法刻蝕刻蝕暴露出的襯底100，形成圓弧狀凹槽110；

采用濕法刻蝕對所述圓弧狀凹槽110進行刻蝕，形成Σ型凹槽120；其中，所述濕法刻蝕采用KOH溶液或者TMAH溶液(羥化四甲銨，tetramethylazanium hydroxide)；

去除所述圖案化的掩模層200。

請參考圖3，在步驟S200中，在圖形化的所述襯底100表面形成緩沖層300；所述緩沖層300材質(zhì)為AlN或AlGaN，其厚度范圍是1μm～10μm，例如是5μm。所述緩沖層300可以采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀)、ALD(Atomic layer deposition，原子層沉積)或者MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)工藝形成。

接著，請參考圖4a和圖4b，采用BCl3對所述緩沖層300進行刻蝕處理，形成魚鰭狀結(jié)構(gòu)(Fin)310。

請參考圖5a、圖5b、圖6a和圖6b，在所述緩沖層300及魚鰭狀結(jié)構(gòu)310表面上依次沉積量子阱層410、阻擋層420、覆蓋層430及介質(zhì)層440；其中，所述量子阱層410材質(zhì)為GaN、InGaN、AlGaN、鍺、III-V或者II-VI族元素， 在本實施例中，例如是GaN，其厚度范圍是10nm～100nm，例如是50nm。所述阻擋層420材質(zhì)為AlN、InGaN、AlGaN、III-V或者II-VI族元素，在本實施例中，例如是AlN，其厚度范圍是10nm～100nm，例如是50nm。其中，阻擋層材質(zhì)可以與量子阱層材質(zhì)相同，但組分不同，阻擋層材質(zhì)的禁帶寬度必須大于量子阱層材質(zhì)的禁帶寬度所述覆蓋層430為GaN，其厚度范圍為10nm～50nm，例如是20nm。所述介質(zhì)層440的材質(zhì)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，所述量子阱層410、阻擋層420、覆蓋層430及介質(zhì)層440均可以采用MOCVD、ALD或MBE工藝形成。形成的量子阱層410、阻擋層420、覆蓋層430結(jié)構(gòu)，調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)中的量子阱層410可以形成二維電子氣(2-DEG，如圖中虛線所示)，由于不受電離雜質(zhì)離子散射的影響，其遷移率非常高。從而可以使形成的量子阱器件具有較高的遷移率。

請參考圖7a和圖7b，在所述介質(zhì)層440表面形成金屬層500；所述金屬層500的材質(zhì)為NiAu或CrAu，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8a和圖8b，對所述金屬層500和介質(zhì)層440進行刻蝕，形成金屬柵極510和柵介質(zhì)層441。

接著，請參考圖9a和圖9b，在所述金屬柵極510和柵介質(zhì)層441的兩側(cè)形成側(cè)墻600；所述側(cè)墻600的材質(zhì)為氮化硅。

接著，依次刻蝕所述覆蓋層430、阻擋層420及量子阱層410形成源漏凹陷區(qū)，所述凹陷區(qū)暴露出所述緩沖層300并延伸至所述側(cè)墻600的下方，但與所述金屬柵極510及柵介質(zhì)層441之間無重疊；

具體的，所述源漏凹陷區(qū)的形成步驟包括：

采用干法刻蝕依次去除位于所述側(cè)墻600兩側(cè)暴露出的覆蓋層430、阻擋層420及量子阱層410，暴露出所述緩沖層300，如圖10a和圖10b所示；其中，干法刻蝕采用的氣體為BCl3；

采用濕法刻蝕去除位于所述側(cè)墻600下方的覆蓋層430、阻擋層420及量子 阱層410，形成源漏凹陷區(qū)，所述源漏凹陷區(qū)與所述金屬柵極510和柵介質(zhì)層441不存在重疊部分，如圖11a和圖11b所示，其中，所述濕法刻蝕采用質(zhì)量分數(shù)為30％～50％的NaOH溶液刻蝕去除所述量子阱層410和覆蓋層430，其中，量子阱層410和覆蓋層430的材質(zhì)在本實施例中均為GaN；所述濕法刻蝕采用HF溶液刻蝕去除所述阻擋層420，其中，在本實施例中所述阻擋層420的材質(zhì)為AlN。

接著，請參考圖12a和圖12b，在所述源漏凹陷區(qū)中形成摻雜的源漏區(qū)700，其中，所述源漏區(qū)700的材質(zhì)為摻雜硅的GaN。所述源漏區(qū)采用MOCVD、ALD或者MBE工藝形成。

接著，請參考圖13a和圖13b，在形成源漏區(qū)700后，在所述源漏區(qū)700上形成源漏區(qū)電極800。

在本實施例的另一方面，還提出了一種量子阱器件，采用如上文所述的量子阱器件的形成方法形成，包括：圖形化的襯底100、設(shè)有魚鰭狀結(jié)構(gòu)310的緩沖層300、量子阱層410、阻擋層420、覆蓋層430、金屬柵極510、柵介質(zhì)層441、側(cè)墻600及源漏區(qū)700，其中，所述設(shè)有魚鰭狀結(jié)構(gòu)310的緩沖層300形成在所述圖形化的襯底100上，所述量子阱層410、阻擋層420、覆蓋層430、金屬柵極510及柵介質(zhì)層441依次形成在所述設(shè)有魚鰭狀結(jié)構(gòu)310的緩沖層300上，所述側(cè)墻600形成在所述金屬柵極510及柵介質(zhì)層441的兩側(cè)，所述源漏區(qū)700形成在所述緩沖層300上，位于所述金屬柵極510及柵介質(zhì)層441的兩側(cè)，并延伸一部分至所述側(cè)墻600的下方，但與所述金屬柵極510及柵介質(zhì)層441無重疊部分。

其中，量子阱器件還包括源漏區(qū)電極800，所述源漏區(qū)電極800形成在所述源漏區(qū)700上。

綜上，在本發(fā)明實施例提供的量子阱器件及其形成方法中，提出了一種量子阱器件的形成方法，能夠形成具有高遷移率的量子阱器件，并且形成的量子阱器件具有較高的擊穿電壓，從而獲得具有較好的性能及可靠性的量子阱器件。

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(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)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(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。