CN111989779B - 半导体结构和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种半导体结构和其制造方法所述半导体结构包含：衬底；第一氮化物半导体层，其安置在所述衬底上；第二氮化物半导体层，其安置在所述第一氮化物半导体层上且具有大于所述第一氮化物半导体层的带隙的带隙，所述第二氮化物半导体层形成第一凹部和第二凹部；以及电极，其安置在所述第二氮化物半导体层上且包括元素，其中，所述电极安置在所述第一凹部和所述第二凹部中。

Description

半导体结构和其制造方法
技术领域
本公开涉及一种半导体结构，且更具体地说，涉及一种具有在电极下方形成的纳米阵列结构的半导体结构。
背景技术
包含直接带隙半导体的组件(例如，包含III-V族材料或III-V族化合物(类别：III-V化合物)的半导体组件)可在多种条件下或在多种环境中(例如，在不同电压和频率下)操作或工作。
半导体装置可包含二极管、异质结双极晶体管(HBT)、异质结场效应晶体管(HFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、经调制掺杂FET(MODFET)等。
发明内容
根据本公开的一些实施例，一种半导体结构包含：衬底；第一氮化物半导体层，其安置在所述衬底上；第二氮化物半导体层，其安置在所述第一氮化物半导体层上且具有大于所述第一氮化物半导体层的带隙的带隙，所述第二氮化物半导体层形成第一凹部和第二凹部；以及电极，其安置在所述第二氮化物半导体层上且包含元素，其中，所述电极安置在所述第一凹部和所述第二凹部中。
根据本公开的一些实施例，一种制造半导体结构的方法包含：提供衬底；在所述衬底上形成氮化物半导体层；去除所述氮化物半导体层的一部分以形成第一凹部和第二凹部；以及用导电材料填充所述第一凹部和所述第二凹部。
根据本公开的一些实施例，一种半导体结构包含：衬底；氮化物半导体层，其安置在所述衬底上；以及电极，其安置在所述氮化物半导体层上且包含元素，所述电极包含延伸到所述氮化物半导体层中的第一突出部和第二突出部，其中所述第一突出部具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，且所述第二突出部具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中所述氮化物半导体层包含邻近所述第一突出部的所述第一侧的第一位错和邻近所述第二突出部的所述第一侧的第二位错，其中所述第一位错包含邻近所述第一突出部的所述第一侧的第一部分和远离所述第一突出部的所述第一侧的第二部分，且所述第一位错的所述第一部分包含所述电极的所述元素，且其中所述第二位错包含邻近所述第二突出部的所述第一侧的第一部分和远离所述第二突出部的所述第一侧的第二部分，且所述第二位错的所述第一部分包含所述电极的所述元素。
根据本公开的一些实施例，一种半导体结构包含：衬底；第一氮化物半导体层，其安置在所述衬底上；第二氮化物半导体层，其安置在所述第一氮化物半导体层上且具有大于所述第一氮化物半导体层的带隙的带隙，所述第二氮化物半导体层包含第一突出部和第二突出部；以及电极，其安置在所述第二氮化物半导体层上且包含元素；其中所述电极包围所述第一突出部和所述第二突出部。
根据本公开的一些实施例，一种制造半导体结构的方法包含：提供衬底；在所述衬底上形成氮化物半导体层；去除所述氮化物半导体层的一部分以形成第一突出部和第二突出部；以及将电极提供于所述氮化物半导体层上且包围所述第一突出部和所述第二突出部。
附图说明
当结合附图阅读时，易于根据以下详细描述理解本公开的各方面。应注意，各种特征可能未按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，可能任意增大或减小了各种特征的尺寸。
图1A说明根据本公开的一些实施例的半导体结构的俯视图；
图1B说明根据本公开的一些实施例的另一半导体结构的俯视图；
图1C说明根据本公开的一些实施例的另一半导体结构的俯视图；
图2A说明跨如图1A中展示的线AA'的半导体结构横截面图；
图2B说明根据本公开的一些其它实施例的半导体结构的横截面图；
图2C说明根据本公开的一些实施例的半导体层的纳米阵列结构的示意图；
图3A说明根据本公开的一些其它实施例的晶片的俯视图；
图3B说明根据本公开的一些其它实施例的晶片边缘处的裸片的半导体结构的横截面图；
图3C说明根据本公开的一些其它实施例的晶片中心处的裸片的半导体结构的横截面图；
图4A、图4B和图4C说明根据本公开的一些实施例的用于制造半导体结构的方法的各种阶段；以及
图5A、图5B和图5C说明根据本公开的一些其它实施例的用于制造半导体结构的方法的各种阶段。
贯穿附图和具体实施方式使用共用参考数字来指示相同或类似组件。根据以下结合附图作出的详细描述，本公开将会更显而易见。
具体实施方式
以下公开内容提供实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件和布置的特定实例。当然，这些只是实例，且并非旨在是限制性的。在本公开中，在以下描述中对第一特征在第二特征上方或在第二特征上形成或安置的提及可包含其中第一特征和第二特征直接接触地形成或安置的实施例，且还可包含其中额外特征可形成或安置在第一特征与第二特征之间以使得第一特征和第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开可在各种实例中重复参考数字和/或字母。这种重复是出于简化和清楚的目的，且本身并不规定所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
下文详细论述本公开的实施例。然而，应了解，本公开提供了可体现在广泛多种特定上下文中的许多适用的概念。所论述的特定实施例仅仅是说明性的且不限制本公开的范围。
对于III-V材料HEMT装置，其具有操作温度高、转换效率高、操作频率高、系统体积小等优势，且具有多种应用。其源极和漏极的欧姆接触电阻将影响III-V材料HEMT装置的性能参数，例如导通电阻、跨导和传导损耗，这将影响整个操作系统的操作频率、操作温度和转换效率。因此，III-V材料HEMT装置需要尽可能小的接触电阻。
本公开提供一种包含在电极下方形成的纳米阵列结构的半导体结构。另外，所述纳米阵列结构可提供较大表面积和较高表面缺陷密度，使得氮化物半导体层与电极之间的势垒降低。因此，所述半导体结构可具有其欧姆接触的较低电阻值。本公开的半导体结构可应用于但不限于二极管、高电子迁移率晶体管装置(HEMT装置)以及具有欧姆接触的其它电子组件。
图1A说明根据本公开的一些实施例的半导体结构1的俯视图。
参考图1A，半导体结构1可包含半导体层13和在半导体层13上的电极14。电极14可具有沿着方向Z延伸到半导体层13中的突出部141。电极14可具有沿着方向Z延伸到半导体层13中的突出部142。突出部141可包含例如但不限于支柱形(pillar shape)、圆柱形(column shape)、桩柱形(post shape)等。突出部142可包含例如但不限于支柱形、圆柱形、桩柱形等。突出部141和突出部142可具有大体上相同或类似的外观。突出部141和突出部142具有不同外观。突出部141和突出部142可如图1A中所展示对称地布置。虽然未在图1A中说明，然而，经考虑在本公开的一些其它实施例中，突出部141和突出部142可不对称地布置。
图1B说明根据本公开的一些实施例的半导体结构1a的俯视图。
参考图1B，半导体结构1a可包含半导体层13a和在半导体层13a上的电极14a。电极14a可具有细长突出部141a。电极14a可具有细长突出部142a。突出部141a沿着方向Z延伸到半导体层13a中。突出部142a沿着方向Z延伸到半导体层13a中。突出部141a和142a可具有不同大小或尺寸。突出部141a和142a可具有不同深度或厚度。突出部141a和142a可具有不同形状或剖面。虽然在图1B中说明两个突出部141a和142a，然而，经考虑电极14a可包含更多或更少的突出部。突出部141a和突出部142a可具有大体上相同或类似外观。突出部141a和突出部142a可具有不同外观。
图1C说明根据本公开的一些实施例的半导体结构1b的俯视图。
参考图1C，电极14b可两列突出部。左列具有三个突出部141b。右列具有三个突出部142b。电极14b可具有沿着方向Z延伸到半导体层13中的突出部141b。电极14b可具有沿着方向Z延伸到半导体层13中的突出部142b。突出部141b可包含例如但不限于支柱形、圆柱形、桩柱形等。突出部142b可包含例如但不限于支柱形、圆柱形、桩柱形等。突出部141b和突出部142b可具有大体上相同或类似外观。突出部141b和突出部142b具有不同外观。突出部141b和突出部142b可如图1C中所展示对称地布置。虽然未在图1C中说明，然而，经考虑，在本公开的一些其它实施例中，突出部141b和突出部142b可不对称地布置。突出部141b和142b可具有不同大小或尺寸。突出部141b和142b可具有不同深度或厚度。突出部141b和142b可具有不同形状或剖面。虽然在图1C中说明六个突出部141b和142b，然而，经考虑电极14b可包含更多或更少的突出部。
图2A说明跨如图1A中展示的线A-A'的半导体结构1的横截面图。跨如图1B中所展示的线B-B'的半导体结构1a的横截面图以及跨如图1C中所展示的线C-C'的半导体结构1b的横截面图与图2A中展示的结构相同。
参考图2A，半导体结构1可包含衬底10、缓冲层11、半导体层12、半导体层13、电极14和夹层15。
衬底10可包含但不限于硅(Si)、经掺杂Si、碳化硅(SiC)、硅化锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)或其它半导体材料。衬底10可包含但不限于蓝宝石、绝缘体硅片(SOI)或其它合适的材料。
缓冲层11可安置在衬底10上。缓冲层11可安置在衬底10上。缓冲层11可包含氮化物。缓冲层11可包含例如但不限于氮化铝(AlN)。缓冲层11可包含例如但不限于氮化铝镓(AlGaN)。缓冲层11可包含多层结构。
半导体层12可安置在衬底10上。半导体层12可安置在缓冲层11上。半导体层12可包含III-V族材料。半导体层12可包含例如但不限于III族氮化物。半导体层12可包含例如但不限于GaN。半导体层12可包含例如但不限于AlN。半导体层12可包含例如但不限于InN。半导体层12可包含例如但不限于化合物InxAlyGa1-x-yN，其中x+y≤1。半导体层12可包含例如但不限于化合物AlyGa(1-y)N，其中y≤1。
半导体层13可安置在半导体层12上。半导体层13可包含III-V族材料。半导体层13可包含例如但不限于III族氮化物。半导体层13可包含例如但不限于化合物AlyGa(1-y)N，其中y≤1。半导体层13可包含例如但不限于GaN。半导体层13可包含例如但不限于AlN。半导体层13可包含例如但不限于InN。半导体层13可包含例如但不限于化合物InxAlyGa1-x-yN，其中x+y≤1。
异质结可形成于半导体层13与半导体层12之间。半导体层13可具有比半导体层12更大的带隙。举例来说，半导体层13可包含可具有约4.0eV的带隙的AlGaN，且半导体层12可包含可具有约3.4eV的带隙的GaN。因为半导体层12的带隙小于半导体层13的带隙，所以二维电子气(2DEG)可形成于半导体层12中。
半导体层13可具有凹部131和凹部132。凹部131的深度范围可从大约1nm到大约30nm。凹部132的深度范围可从大约1nm到大约30nm。凹部131可包含支柱形、沟槽形、圆柱形、桩柱形等。凹部132可包含支柱形、沟槽形、圆柱形、桩柱形等。凹部131和凹部132可具有大体上相同的外观。凹部131和凹部132可具有不同外观。凹部131的直径范围可从大约1nm到大约1μm。凹部132的直径范围可从大约1nm到大约1μm。
凹部131可通过使用用于干蚀刻半导体层13的光掩模或利用其它合适的技术来形成。凹部132可通过使用用于干蚀刻半导体层13的光掩模或利用其它合适的技术来形成。
电极14可安置在半导体层13上。电极14可包含元素。电极14可安置在凹部131和凹部132中。半导体结构1还包含半导体层13上的经掺杂半导体层(图中未展示)，且电极14可安置在所述经掺杂半导体层上以使得所述经掺杂半导体层位于半导体层13与电极14之间。电极14可包含梳或梳状结构。电极14的元素可为钛(Ti)。电极14的元素可为钽(Ta)。电极14的元素可为钨(W)。电极14的元素可为铝(Al)。电极14的元素可为钴(Co)。电极14的元素可为铜(Cu)。电极14的元素可为镍(Ni)。电极14的元素可为金(Au)。电极14的元素可为铂(Pt)。电极14的元素可为铅(Pb)。电极14的元素可为钼(Mo)。电极14的元素可包含上文提到的一或多种金属的化合物。电极14可包含由不同导电金属形成的多层结构。基于半导体层13的形貌，电极14可形成为例如纳米线、纳米管、纳米棒等不同类型的纳米结构的组合。
电极14可包含延伸到半导体层13中的突出部141和突出部142。电极14可包含延伸到半导体层12中的突出部141和第二突出部142。突出部141可具有侧1411和与侧1411相对的侧1412。突出部142可具有侧1421和与侧1421相对的侧1422。
在半导体结构1中，在缓冲层11、半导体层12和半导体层13中可存在缺陷。缺陷可包含但不限于位错、晶界和表面缺陷。半导体层13可包含邻近突出部141的侧1411的位错111。半导体层13可包含邻近突出部142的侧1421的位错112。位错111可包含邻近突出部141的侧1411的部分111a(通过图2A中的实线展示)和远离突出部141的侧1411的部分111b(通过图2A中的虚线展示)。位错111的部分111a可包含电极14的元素。位错112可包含邻近突出部142的侧1421的部分112a和远离突出部142的侧1421的部分112b。位错112的部分112a可包含电极14的元素。
位错111可从衬底10与缓冲层11之间的交接面延伸。位错111可进一步从缓冲层11延伸到半导体层12中。位错111可进一步从半导体层12延伸到半导体层13中。位错111可弯曲且终止于半导体层13中。位错111可弯曲且终止于半导体层13与电极14之间的交接面处。位错111可弯曲且终止于夹层15处。位错111可弯曲且正交于半导体层13与电极14之间的交接面终止。位错111可弯曲且正交于夹层15的表面终止。
位错112可从衬底10与缓冲层11之间的交接面延伸。位错112可进一步从缓冲层11延伸到半导体层12中。位错112可进一步从半导体层12延伸到半导体层13中。位错112可弯曲且终止于半导体层13中。位错112可弯曲且终止于半导体层13与电极14之间的交接面处。位错112可弯曲且终止于夹层15处。位错112可弯曲且正交于半导体层13与电极14之间的交接面终止。位错112可弯曲且正交于夹层15的表面终止。
半导体层13可包含邻近突出部141的侧1412的位错113。位错113可包含邻近突出部141的侧1412的部分113a和远离突出部141的所述侧的部分113b。位错113的部分113a可包含电极14的元素。
位错113可从衬底10与缓冲层11之间的交接面延伸。位错113可进一步从缓冲层11延伸到半导体层12中。位错113可进一步从半导体层12延伸到半导体层13中。位错113可弯曲且终止于半导体层13中。位错113可弯曲且终止于半导体层13与电极14之间的交接面处。位错113可弯曲且终止于夹层15处。位错113可弯曲且正交于半导体层13与电极14之间的交接面终止。位错113可弯曲且正交于夹层15的表面终止。
半导体层13可包含邻近突出部142的侧1422的位错114。位错114可包含邻近突出部142的侧1422的部分114a和远离突出部142的侧1422的部分114b。位错114的部分114a可包含电极14的元素。
位错114可从衬底10与缓冲层11之间的交接面延伸。位错114可进一步从缓冲层11延伸到半导体层12中。位错114可进一步从半导体层12延伸到半导体层13中。位错114可弯曲且终止于半导体层13中。位错114可弯曲且终止于半导体层13与电极14之间的交接面处。位错114可弯曲且终止于夹层15处。位错114可弯曲且正交于半导体层13与电极14之间的交接面终止。位错114可弯曲且正交于夹层15的表面终止。
突出部141沿着方向Z可具有与突出部142大体上相同的长度。突出部141沿着方向Z可具有与突出部142不同的长度。突出部141和突出部142可具有大体上相同的外观。突出部141和突出部142具有不同外观。
位错111的部分111b可不含电极14的元素。位错112的部分112b可不含电极14的元素。位错113的部分113b可不含电极14的元素。位错114的部分114b可不含电极14的元素。
夹层15可安置在半导体层13与电极14之间。夹层15可包含电极14的元素。夹层15可包含金属氮化物。金属氮化物可包含氮化钛TiN。位错中的金属氮化物成分的浓度范围从1E1到1E23 cm-3。夹层15可在加热操作(例如快速热退火RTA)之后形成。夹层15可由电极14中包含的元素和来自半导体层13的氮原子构成。夹层15可由电极14中包含的元素和来自半导体层12的氮原子构成。
上述半导体结构1具有增大电极14与半导体层13之间的接触表面积、促进半导体层13表面缺陷(例如N空位)增加的优势。另外，位错111到114可具有从电极14扩散的更多元素，例如但不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子。因此，半导体层13的势垒可较低，且半导体结构1可因电极14的元素扩散到位错111到114中而具有其欧姆接触的较低电阻值。
此外，通过在半导体层13上形成多个凹部，半导体层13与电极14之间的交接面的面积增大。因此，半导体层13与电极14之间的欧姆接触的电阻值进一步降低。
图2B说明根据本公开的一些其它实施例的半导体结构的横截面图。
参考图2B，半导体结构1S可包含衬底10、缓冲层11、半导体层12、半导体层13S、电极14S和夹层15S。
由于半导体结构1S的结构类似于图2A中展示的半导体结构1的结构，不同之处在于，半导体层13S在其上具有突出部133S和134S而非凹部。电极14S可在半导体层13S上形成。电极14S可包围突出部133S。电极14S可包围突出部134S。电极14S可环绕突出部133S。电极14S可环绕突出部134S。
突出部133S的高度范围可从大约1nm到大约30nm。突出部134S的高度范围可从大约1nm到大约30nm。突出部133S可以是支柱形、圆柱形、桩柱形等。突出部134S可包含支柱形、圆柱形、桩柱形等。突出部133S和突出部134S可具有大体上相同的外观。突出部133S和突出部134S可具有不同外观。
突出部133S的直径可具有从大约1nm到大约1μm的范围。突出部134S的直径可具有从大约1nm到大约1μm的范围。突出部的直径可以极小，使得其可形成相对大的表面积和表面缺陷以降低半导体层13S与电极14S之间的势垒以及因此降低欧姆接触的电阻值且提高装置效率。
夹层15S可形成于半导体层13S与电极14S之间。夹层15S可包含电极14S的元素。夹层15S可包含金属氮化物。金属氮化物可包含氮化钛TiN。位错中的金属氮化物成分的浓度范围从1E1到1E23 cm-3。夹层15S可在加热操作(例如快速热退火RTA)之后形成。夹层15S可由电极14S中包含的元素和来自半导体层13S的氮原子构成。夹层15可由电极14S中包含的元素和来自半导体层12的氮原子构成。
上述半导体结构1S具有增大电极14S与半导体层13S之间的接触表面积、促进半导体层13S表面缺陷(例如N空位)增加的优势。另外，位错(展示为虚线)可具有从电极14S扩散的更多元素，例如但不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子。因此，半导体层13S的势垒可较低，且半导体结构1S可因电极14S的元素扩散到位错中而具有其欧姆接触的较低电阻值。
图2C说明根据本公开的一些实施例的半导体层13S'的纳米阵列半导体结构的示意图。
参考图2C，半导体层13S'包含纳米阵列半导体结构。所述纳米阵列半导体结构可包含多个突出部135S。突出部135S的直径可具有从大约1nm到大约1μm的范围。纳米阵列的行数和列数不限于图2C中所描绘的那些。
突出部135S可制成纳米棒、纳米管、纳米线、纳米纤维、纳米支柱、纳米圆柱、纳米桩柱，或其组合。纳米阵列半导体结构可对称地形成。纳米阵列半导体结构可不对称地形成。
纳米阵列半导体结构提供较大表面积和较高表面缺陷密度，使得半导体层13S'与半导体层13S'上的电极之间的势垒降低。因此，可获得其欧姆接触的较低电阻值。
图3A说明根据本公开的一些其它实施例的晶片300的俯视图。晶片300可包含半导体结构1'和1"。
图3B说明处于或接近如图3A中所展示的晶片300的边缘的裸片的半导体结构1'的横截面图。半导体结构1'可包含安置在如图3A中所展示的晶片300的外围处或邻近所述外围的裸片或单元。半导体结构1'可包含衬底10'、缓冲层11'、半导体层12'、半导体层13'、电极14'和夹层15'。在半导体层13'中仅限定单个凹部131'以容纳或接收电极14'。换句话说，电极14'可包含进入半导体层13'中的相对薄或短的突出部。
图3C说明根据本公开的一些其它实施例的处于或邻近晶片300的中心的裸片的半导体结构1"的横截面图。半导体结构1"可包含衬底10"、缓冲层11"、半导体层12"、半导体层13"、电极14"和夹层15"。在半导体层13"中仅限定或形成单个凹部131"以容纳或接收电极14'。换句话说，电极14"可包含进入半导体层13"中的相对厚或长的突出部。
在蚀刻技术应用于晶片300时，蚀刻速率在晶片300的中心处或邻近中心处可较大。换句话说，蚀刻速率在晶片300的外围处或邻近外围处可相对较小。前述现象可产生如图3B中所展示的电极14'。前述现象可产生如图3C中所展示的电极14"。
图3B中展示的电极14'的突出部141'的深度D1'小于图3C中展示的电极14"的突出部141"的深度D1"。因此，半导体层13'在突出部141'下方的厚度大于半导体层13”在突出部141”下方的厚度。因此，电极14'的欧姆接触电阻值可不同于电极14”的欧姆接触电阻值。换句话说，半导体结构1'和半导体结构1”具有不同特性或参数。因此，晶片300的单元或裸片可能不具有稳定性能。
仅具有一个突出部的半导体结构1'和1"不具有形成于电极下方半导体层中的纳米阵列结构。所述纳米阵列结构提供较大表面积和较高表面缺陷密度，使得半导体层与电极之间的势垒降低。因此，半导体结构1'和1"具有其欧姆接触的相对较高电阻值。
图4A、图4B和图4C说明根据本公开的一些实施例的用于制造半导体结构的方法的各种阶段。
如图4A中所展示，提供衬底10。接下来，依序在衬底10上形成缓冲层11、半导体层12和半导体层13。半导体层13位于半导体层12上。缓冲层11、半导体层12和半导体层13可例如通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长或通过其它合适的沉积技术形成。
在形成半导体层13之后，去除半导体层13的一部分以形成凹部131和凹部132。凹部131可通过使用用于干蚀刻半导体层13的光掩模或利用其它合适的技术来形成。凹部132可通过使用用于干蚀刻半导体层13的光掩模或利用其它合适的技术来形成。
另外，位错(展示为虚线)可从衬底10与缓冲层11之间的交接面延伸。位错可进一步从缓冲层11延伸到半导体层12中。位错可进一步从半导体层12延伸到半导体层13中。位错可弯曲且终止于半导体层13中。位错可弯曲且终止于半导体层13与电极14之间的交接面处。位错可弯曲且终止于夹层15处(图4C中展示)。位错可弯曲且正交于半导体层13与电极14之间的交接面终止。位错可弯曲且正交于夹层15的表面终止(图4C中展示)。
参考图4B，在形成凹部131和凹部132之后，可通过例如CVD、PVD和电镀的沉积技术将导电材料填充到凹部131和132中。具有多层结构的电极可通过依序沉积不同导电材料来形成。在材料填充到凹部131和132中之后，通过光掩模再次蚀刻沉积材料以形成所需电极结构，从而形成电极14，且电极14与半导体层13接触。电极14可通过溅镀、物理气相沉积或其它合适的工艺形成。
凹部131的深度范围可从大约1nm到大约30nm。凹部132的深度范围可从大约1nm到大约30nm。凹部131可包含支柱形、沟槽形、圆柱形、桩柱形等。凹部132可包含支柱形、沟槽形、圆柱形、桩柱形等。凹部131和凹部132可具有大体相同的外观。凹部131和凹部132可具有不同外观。
参考图4C，在形成电极14之后，对半导体结构1执行加热操作。
在加热操作期间，夹层15可形成于半导体层13与电极14之间。夹层15可为金属氮化物。夹层15可为氮化钛(TiN)。
在加热操作期间，电极14的元素可朝向半导体层13扩散。电极14的突出部141的元素可朝向半导体层13扩散。电极14的突出部142的元素可朝向半导体层13扩散。具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子可朝向半导体层13扩散。另外，在加热操作期间，电极14的元素，例如但不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子，可扩散到位错111中。在加热操作期间，电极14的元素，例如但不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子，可扩散到位错112中。在加热操作期间，电极14的元素，例如但不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子，可扩散到位错113中。在加热操作期间，电极14的元素，例如但不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子，可扩散到位错114中。
在加热操作期间，半导体层13中的氮原子可扩散到位错111中，且与电极14的元素(例如但其不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子)组合以形成夹层15并在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。在加热操作期间，半导体层13中的氮原子可扩散到位错112中，且与电极14的元素(例如但其不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子)组合以形成夹层15并在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。在加热操作期间，半导体层13中的氮原子可扩散到位错113中，且与电极14的元素(例如但其不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子)组合以形成夹层15并在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。在加热操作期间，半导体层13中的氮原子可扩散到位错114中，且与电极14的元素(例如但其不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子)组合以形成夹层15并在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。
在加热操作期间，半导体层13中的氮原子可扩散到位错111的部分111a(在图4C中展示为实线)中，且与电极14的元素(例如但其不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子)组合以形成夹层15并在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。在加热操作期间，半导体层13中的氮原子可扩散到位错112的部分112a(在图4C中展示为实线)中，且与电极14的元素(例如但其不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子)组合以形成夹层15并在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。在加热操作期间，半导体层13中的氮原子可扩散到位错113的部分113a(在图4C中展示为实线)中，且与电极14的元素(例如但其不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子)组合以形成夹层15并在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。在加热操作期间，半导体层13中的氮原子可扩散到位错114的部分114a(在图4C中展示为实线)中，且与电极14的元素(例如但其不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子)组合以形成夹层15并在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。
此外，归因于加热操作，半导体层13中的氮原子可沿着半导体层13与电极14之间的交接面扩散到表面缺陷中以形成夹层15，且在半导体层13中留下具有高电子浓度的区域。举例来说，在一些情况下，提供具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极，在加热操作之后，多层电极的Ti原子可扩散到半导体层中以捕获氮原子，从而沿着半导体层13与多层电极之间的交接面形成TiN化合物。因此，半导体结构1可因通过促进金属与2DEG区之间的直接接触来形成夹层15而具有其欧姆接触的较低电阻值。
图5A、图5B和图5C说明根据本公开的一些其它实施例的用于制造半导体结构1S的方法的各种阶段。
如图5A中所展示，提供衬底10。接下来，依序在衬底10上形成缓冲层11、半导体层12和半导体层13S。半导体层13S位于半导体层12上。缓冲层11、半导体层12和半导体层13S可例如通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长或通过其它合适的沉积技术形成。
在半导体层13S形成之后，半导体层13S的一部分形成为突出部133S和突出部134S。突出部133S和134S可通过使用用于干蚀刻半导体层13S的光掩模或利用其它合适的技术来形成。由于突出部133S和134S的大小较小，因此需要可形成纳米结构的压印工艺和转印技术。举例来说，纳米大小的金属颗粒可用作金属掩模以用于通过合适的蚀刻技术形成突出部133S和134S。
经考虑纳米大小的金属颗粒可通过对金属层进行退火来形成。金属层(例如但不限于)可为镍(Ni)层。教示技术可以是电感耦合等离子体(ICP)反应性离子蚀刻。纳米大小的金属颗粒的图案可随后转印到半导体层13S中且形成突出部133S和134S。
另外，位错(展示为虚线)可从衬底10与缓冲层11之间的交接面延伸。位错可进一步从缓冲层11延伸到半导体层12中。位错可进一步从半导体层12延伸到半导体层13S中。位错可弯曲且终止于半导体层13S中。位错可弯曲且终止于半导体层13S与电极14S之间的交接面处。位错可弯曲且终止于夹层15S处(图5C中展示)。位错可弯曲且正交于半导体层13S与电极14S之间的交接面终止。位错可弯曲且正交于夹层15S的表面终止(图5C中展示)。
参考图5B，在形成突出部133S和突出部134S之后，可通过例如CVD、PVD和电镀的沉积技术在氮化物半导体层13S上形成电极14S。具有多层结构的电极可通过依序沉积不同导电材料来形成。电极14S可包围突出部133S。电极14S可包围突出部134S。电极14S可环绕突出部133S。电极14S可环绕突出部134S。电极14S可通过溅镀、物理气相沉积或其它合适的工艺形成。
参考图5C，在形成电极14S之后，对半导体结构1S执行加热操作。
在加热操作期间，夹层15S可形成于半导体层13S与电极14S之间。夹层15S可为金属氮化物。夹层15S可为氮化钛(TiN)。
在加热操作期间，电极14S的元素可朝向半导体层13S扩散。具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子可朝向半导体层13S扩散。另外，在加热操作期间，电极14S的元素，例如但不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子，可扩散到位错中。在加热操作期间，电极14的元素，例如但不限于具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极的Ti原子，可扩散到位错的部分中(展示为实线)。
此外，归因于加热操作，半导体层13S中的氮原子可沿着半导体层13S与电极14S之间的交接面扩散到表面缺陷中以形成夹层15S，且在半导体层13S中留下具有高电子浓度的区域。举例来说，在一些情况下，提供具有Ti/Al/Ni/Au的多层电极，在加热操作之后，多层电极的Ti原子可扩散到半导体层13S中以捕获氮原子，从而沿着半导体层13S与多层电极之间的交接面形成TiN化合物。因此，半导体结构1S可因通过促进金属与2DEG区之间的直接接触来形成夹层15而具有其欧姆接触的较低电阻值。
本公开涉及半导体结构/装置和其制造方法，且更具体地说，涉及具有纳米阵列结构的半导体结构/装置，其具有增大电极与半导体层之间的接触表面积的优势，且因此降低半导体层与电极之间的势垒。因此，本公开提供一种具有其欧姆接触的较低电阻值的半导体结构。另外，本文公开的半导体结构不仅可用于基于氮化物的HEMT，还可用于其它宽带隙半导体材料。
如本文所使用，空间相对术语，例如“底下”、“下”、“上方”、“上”、“下”、“左”、“右”等，在本文中为易于描述而用于描述如图中所说明的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。除图中所描绘的取向以外，所述空间相对术语意图涵盖装置在使用或操作中的不同取向。设备可以其它方式取向(旋转80度或处于其它取向)，且本文中所使用的空间相对描述词可同样相应地进行解释。应理解，当元件被称为“连接到”或“耦合到”另一元件时，所述元件可直接连接或耦合到所述另一元件，或可存在居间元件。
如本文所使用，术语“大约”、“大体上”、“大体”和“约”用以描述和说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指其中事件或情形精确地发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。如本文相对于给定值或范围所使用，术语“约”通常是指在给定值或范围的±10％、±5％、±1％或±0.5％内。在本文中，范围可表达为从一个端点到另一端点或在两个端点之间。除非另外指定，否则本文中所公开的所有范围包括端点。术语“大体上共面”可指沿同一平面定位的在数微米(μm)内(例如沿着同一平面定位的在10μm内、5μm内、1μm内或0.5μm内)的两个表面。当提及数值或特性为“大体上”相同时，所述术语可指处于所述值的平均值的±10％、±5％、±1％或±0.5％内的值。
前文概述了本公开的若干实施例和细节方面的特征。本公开中所描述的实施例可易于用作设计或修改用于执行本文引入的实施例的相同或类似目的和/或实现相同或类似优势的其它过程和结构的基础。此类等同构造不脱离本公开的精神和范围，且可在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变、取代和更改。

Claims (29)

1.一种半导体结构(1)，其包括：
衬底(10)；
第一氮化物半导体层(12)，其安置在所述衬底(10)上；
第二氮化物半导体层(13)，其安置在所述第一氮化物半导体层(12)上且具有大于所述第一氮化物半导体层(12)的带隙的带隙，所述第二氮化物半导体层(13)形成第一凹部(131)和第二凹部(132)；以及
电极(14)，其安置在所述第二氮化物半导体层(13)上且包括元素；
其中所述电极(14)安置在所述第一凹部(131)和所述第二凹部(132)中；
其中所述半导体结构进一步包括所述第二氮化物半导体层(13)中的位错(111a)，其中所述位错(111a)包括所述电极(14)的所述元素。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一凹部(131)的深度范围为1nm到30nm。
3.根据权利要求1所述的半导体结构，其中夹层(15)安置在所述第二氮化物半导体层(13)与所述电极(14)之间。
4.根据权利要求3所述的半导体结构，其中所述夹层(15)包括所述电极(14)的所述元素。
5.根据权利要求3所述的半导体结构，其中所述电极(14)的所述元素包括钛(Ti)。
6.根据权利要求3所述的半导体结构，其中所述夹层(15)包括金属氮化物。
7.根据权利要求6所述的半导体结构，其中所述金属氮化物包括氮化钛(TiN)。
8.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一凹部(131)包括沟槽形或圆柱形。
9.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述电极(14)包括梳状结构。
10.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一凹部(131)和所述第二凹部(132)具有大体上相同的外观。
11.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一凹部(131)和所述第二凹部(132)具有不同外观。
12.一种用于制造半导体结构(1)的方法，其包括：
提供衬底(10)；
在所述衬底(10)上形成氮化物半导体层(12、13)；其中，第一氮化物半导体层(12)安置在所述衬底(10)上，第二氮化物半导体层(13)安置在所述第一氮化物半导体层(12)上；
去除所述氮化物半导体层(12、13)的一部分以形成第一凹部(131)和第二凹部(132)；以及
用导电材料(14)填充所述第一凹部(131)和所述第二凹部(132)；
其中所述半导体结构进一步包括所述第二氮化物半导体层(13)中的位错(111a)，其中所述位错(111a)包括所述导电材料(14)的元素。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括在所述填充操作之后执行的加热操作。
14.一种半导体结构(1)，其包括：
衬底(10)；
氮化物半导体层(12、13)，其安置在所述衬底(10)上；以及
电极(14)，其安置在所述氮化物半导体层(12、13)上且包括元素，所述电极(14)包括延伸到所述氮化物半导体层(12、13)中的第一突出部(141)和第二突出部(142)，其中所述第一突出部(141)具有第一侧(1411)和与所述第一侧相对的第二侧(1412)，且所述第二突出部(142)具有第一侧(1421)和与所述第一侧相对的第二侧(1422)，
其中所述氮化物半导体层(12、13)包括邻近所述第一突出部(141)的所述第一侧(1411)的第一位错(111)和邻近所述第二突出部(142)的所述第一侧(1421)的第二位错(112)，
其中所述第一位错(111)包括邻近所述第一突出部(141)的所述第一侧(1411)的第一部分(111a)和远离所述第一突出部(141)的所述第一侧(1411)的第二部分(111b)，且所述第一位错(111)的所述第一部分(111a)包括所述电极(14)的所述元素，且
其中所述第二位错(112)包括邻近所述第二突出部(142)的所述第一侧(1421)的第一部分(112a)和远离所述第二突出部(142)的所述第一侧(1421)的第二部分(112b)，且所述第二位错(112)的所述第一部分(112a)包括所述电极(14)的所述元素。
15.根据权利要求14所述的半导体结构，其中所述第一突出部(141)具有与所述第二突出部(142)大体上相同的长度。
16.根据权利要求14所述的半导体结构，其中所述第一突出部(141)具有与所述第二突出部(142)不同的长度。
17.根据权利要求14所述的半导体结构，其中所述第一突出部(141)和所述第二突出部(142)具有大体上相同的外观。
18.根据权利要求14所述的半导体结构，其中所述第一突出部(141)和所述第二突出部(142)具有不同外观。
19.根据权利要求14所述的半导体结构，其中所述第一位错(111)的所述第二部分(111b)不含所述电极(14)的所述元素。
20.根据权利要求14所述的半导体结构，其中所述第二位错(112)的所述第二部分(112b)不含所述电极(14)的所述元素。
21.根据权利要求14所述的半导体结构，其中所述氮化物半导体层(12、13)进一步包括邻近所述第一突出部(141)的所述第二侧(1412)的第三位错(113)，其中所述第三位错(113)包括邻近所述第一突出部(141)的所述第二侧(1412)的第一部分(113a)和远离所述第一突出部(141)的所述第二侧(1412)的第二部分(113b)，且所述第三位错(113)的所述第一部分(113a)包括所述电极(14)的所述元素。
22.根据权利要求21所述的半导体结构，其中所述氮化物半导体层(12、13)进一步包括邻近所述第二突出部(142)的所述第二侧(1422)的第四位错(114)，其中所述第四位错(114)包括邻近所述第二突出部(142)的所述第二侧(1422)的第一部分(114a)和远离所述第二突出部(142)的所述第二侧(1422)的第二部分(114b)，且所述第四位错(114)的所述第一部分(114a)包括所述电极(14)的所述元素。
23.一种半导体结构(1S)，其包括：
衬底(10)；
第一氮化物半导体层(12)，其安置在所述衬底(10)上；
第二氮化物半导体层(13S)，其安置在所述第一氮化物半导体层(12)上且具有大于所述第一氮化物半导体层(12)的带隙的带隙，所述第二氮化物半导体层(13S)包含第一突出部(133S)和第二突出部(134S)；以及
电极(14S)，其安置在所述第二氮化物半导体层(13S)上且包括元素；
其中所述电极(14S)包围所述第一突出部(133S)和所述第二突出部(134S)；
其中所述半导体结构进一步包括所述第二氮化物半导体层(13S)中的位错(111a)，其中所述位错(111a)包括所述电极(14S)的所述元素。
24.根据权利要求23所述的半导体结构，其中所述第一突出部(133S)的高度范围为1nm到30nm。
25.根据权利要求23所述的半导体结构，其中夹层(15)形成于所述第二氮化物半导体层(13S)与所述电极(14S)之间。
26.根据权利要求23所述的半导体结构，其中所述第一突出部(133S)的直径范围为1nm到1μm。
27.根据权利要求23所述的半导体结构，其进一步包括所述第二氮化物半导体层(13S)中的位错，其中所述位错包括所述电极(14S)的所述元素。
28.一种用于制造半导体结构(1S)的方法，其包括：
提供衬底(10)；
在所述衬底(10)上形成氮化物半导体层(12、13S)；其中，第一氮化物半导体层(12)安置在所述衬底(10)上，第二氮化物半导体层(13S)安置在所述第一氮化物半导体层(12)上；
去除所述氮化物半导体层(12、13S)的一部分以形成第一突出部(133S)和第二突出部(134S)；以及
将电极(14S)提供于所述氮化物半导体层(12、13S)上且包围所述第一突出部(133S)和所述第二突出部(134S)；
其中所述半导体结构进一步包括所述第二氮化物半导体层(13S)中的位错(111a)，其中所述位错(111a)包括所述电极(14S)的元素。
29.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括在填充操作之后执行的加热操作。
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