CN114927501A - 制造具有镓基化合物半导体层的半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体器件的制造方法，包括：在镓基化合物半导体层(10)的非元件区域(10A)中形成对准标记(30)；并且在所述对准标记(30)的形成之后，在所述镓基化合物半导体层(10)的元件区域(10B)中形成元件结构。所述对准标记(30)的形成还包括：将金属离子注入到所述镓基化合物半导体层(10)的非元件区域(10A)的表面层部分的一部分中；和对所述镓基化合物半导体层(10)进行退火。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于制造具有镓基化合物半导体层的半导体器件的方法。
背景技术
作为形成半导体器件中的元件结构时的对准技术，已知在半导体层的非元件区域中的表面层部分的一部分处形成对准标记用的沟槽。例如，JP 2020-21773 A描述了这种沟槽型对准标记的示例。
发明内容
在半导体器件中，沟槽型对准标记需要通过在形成半导体器件的元件结构的过程中的各个步骤来保持其凹陷形状。例如，形成半导体器件的元件结构的过程包括通过利用外延生长技术在半导体层的表面上形成外延层的成膜步骤。即使在进行这样的成膜步骤时，沟槽型对准标记也需要保持作为对准标记的凹陷形状。
根据本发明人的研究发现，当半导体层的材料为镓基化合物半导体时，根据沟槽的侧表面上的晶面，由于形成外延层时的温度引起的变形，或通过外延层的成膜速度中的差引起的变形，沟槽型对准标记难以保持凹陷形状。
本公开提供了一种在制造具有镓基化合物半导体层的半导体器件的方法中，用于形成新的对准标记而不是沟槽型对准标记的技术。
根据本发明的一个方面，一种用于制造半导体器件的方法包括：在镓基化合物半导体层的非元件区域中形成对准标记；并且在所述对准标记的形成之后，在所述镓基化合物半导体层的元件区域中形成元件结构。所述对准标记的形成包括：将金属离子注入到所述镓基化合物半导体层的非元件区域的表面层部分的一部分中；和对所述镓基化合物半导体层进行退火。
根据这样的方法，在离子注入中被离子注入到非元件区域的表面层部分的一部分中的金属通过退火被聚集和着色。因此，这样的有色金属聚集体能够用于对准标记。
附图说明
本公开的目的、特征和优点将从以下参照附图进行的详细描述中变得更加明显，其中相同的部件由相同的附图标记表示，并且其中：
图1是示意性地显示根据本公开的一个实施例的半导体器件的制造过程的图。
图2是示意性地显示根据本实施例的对准标记形成步骤中的镓基化合物半导体层的主要部分的截面图。
图3是示意性地显示根据本实施例的对准标记形成步骤中的镓基化合物半导体层的主要部分的截面图。
图4是示意性地显示根据本实施例的对准标记形成步骤中的镓基化合物半导体层的主要部分的截面图。
图5是示意性地显示根据本实施例的对准标记形成步骤中的镓基化合物半导体层的主要部分的截面图；和
图6是示意性地显示根据本实施例的半导体器件中的元件结构形成步骤中的镓基化合物半导体层的主要部分的截面图。
具体实施方式
如图1所示，根据本公开的实施例的用于制造半导体器件的制造流程包括用于形成对准标记的对准标记形成过程和用于形成元件结构的元件结构形成过程。在元件结构形成过程之前执行对准标记形成过程。元件结构形成过程包括用于形成一种元件结构(例如MOSFET)的各种步骤。这里所指的元件结构包括各种半导体区域，例如n型漂移区(driftregion)、n型JFET区、p型体区(body region)和n型源区(source region)。
在下文中，将详细描述对准标记形成过程。首先，在对准标记形成过程中，制备氮化镓基半导体层10作为镓基化合物半导体层，如图2所示。氮化镓基半导体层10没有特别限制。在本示例中，氮化镓基半导体层10例如由氮化镓(GaN)的单晶制成。代替氮化镓基半导体层10，可以制备氧化镓(Ga2O3)基半导体层作为镓基化合物半导体层。氮化镓基半导体层10被划分为非元件区域10A和元件区域10B。非元件区域10A是不形成元件结构的区域。非元件区域10A没有特别限制。在本示例中，非元件区域10A是对应于切割线的区域。元件区域10B是形成元件结构的区域。
接下来，如图3所示，通过使用光刻技术，在氮化镓基半导体层10的表面上形成抗蚀剂掩模(resist mask)20。抗蚀剂掩模20在与氮化镓基半导体层10的非元件区域10A对应的范围内形成有多个开口22。所述多个开口22与将形成对准标记的位置对应地形成。
接下来，如图4中的箭头所示，通过使用离子注入技术将金属离子注入到氮化镓基半导体层10的通过抗蚀剂掩模20的开口22暴露的表面层部分中(图1中离子注入步骤S1)。被离子注入的金属没有特别限制。在本示例中，被离子注入的金属是例如镁。在该离子注入步骤中，离子注入的镁的浓度具有峰值的峰值位置位于氮化镓基半导体层10的内部。具体地，离子注入的镁的曲线在氮化镓基半导体层10的内部具有1×1019cm-3或者更高的峰值浓度，并且在氮化镓基半导体层10的表面具有1×1017cm-3或更低的峰值浓度。在进行离子注入步骤后，去除抗蚀剂掩模20。
离子注入的角度没有特别限制。在本示例中，离子注入角度是例如0°。在离子注入角度为0°的情况下，离子注入角度与氮化镓基半导体层10的晶轴平行。因此，能够抑制在氮化镓基半导体层10的表面层部分中形成缺陷。为了抑制缺陷和金属爆震(metal knocking)的形成，可以在氮化镓基半导体层10的表面上形成SiO2或SiN的通膜(through film)，并且离子注入可以通过通膜进行。
接下来，如图5所示，通过使用退火技术加热氮化镓基半导体层10(图1中退火处理步骤S2)。该退火处理步骤的加热温度没有特别限制。在本示例中，加热氮化镓基半导体层10以使得氮化镓基半导体层10的温度为1000摄氏度(℃)或更高。当进行这样的高温退火处理步骤时，离子注入的镁聚集并且着色，由此形成对准标记30。特别地，在以1×1019cm-3或更高的浓度被离子注入镁的氮化镓基半导体层10内部，镁能够令人满意地聚集。另一方面，在以1×1017cm-3或更低的浓度被离子注入镁的氮化镓基半导体层10表面，镁的聚集被抑制。结果，能够抑制在氮化镓基半导体层10的表面形成缺陷。
对准标记30的位置通过使用摄像机进行图像分析来识别。由于氮化镓基半导体层10是透过可见光的材料，因此即使在氮化镓基半导体层10的内部形成对准标记30，也能够从氮化镓基半导体层10的表面识别对准标记30。
如图1所示，在对准标记形成过程之后，进行用于在氮化镓基半导体层10的元件区域中形成元件结构的元件结构形成过程。在元件结构形成过程中，其中镁被聚集的金属聚集体被用于对准标记30。在元件结构形成过程中，进行各种步骤。例如，元件结构形成过程包括在氮化镓基半导体层10的表面上形成外延层的成膜步骤S11、以及使离子注入的掺杂剂活化的退火处理步骤S12。
图6示意性地示出了在执行元件结构形成过程的成膜步骤S11之后氮化镓基半导体层10的主要部分的截面图。在氮化镓基半导体层10的表面上形成外延层12。外延层12由氮化镓制成并且是透明的。因此，即使在形成外延层12之后，也能够通过外延层12的表面识别对准标记30。应当注意，这样的成膜步骤是例如在p型体区中，形成沟槽之后执行的，以便在沟槽中形成n型JFET区。
在沟槽型对准标记的情况下，当形成这样的外延层12时，沟槽型对准标记的凹陷形状容易变形，因此不太可能通过图像分析准确地识别。另一方面，由金属聚集体提供的对准标记30不会导致这样的识别劣化。
此外，如上所述，由于在氮化镓基半导体层10的表面处离子注入的镁的浓度被调整为1×1017cm-3或更低，因此，氮化镓基半导体层10中在对准标记30上方的位置处的缺陷密度低。因此，形成在对准标记30上方的外延层12的结晶性也良好，并且抑制了对准标记30的识别劣化。
如上所述，在元件结构形成过程中，还进行用于使掺杂剂活化的退火处理步骤S12。元件结构形成过程中的该退火处理步骤的加热温度高于对准标记形成过程中的退火处理步骤的加热温度。元件结构形成过程中的退火处理步骤的加热温度没有特别限制。在本示例中，加热氮化镓基半导体层10以使得氮化镓基半导体层10的温度为1300℃或更高。即使进行这样的高温退火处理，镁的金属聚集体也被维持，并且对准标记30不会消失。此外，当在1300℃或更高的温度进行退火处理时，在镁的金属聚集体中形成环缺陷(loopdefect)。这样的环缺陷能够有助于改进对准标记30的识别。
在下文中总结了本公开中公开的技术的特征。应当注意，以下描述的技术要素是独立的技术要素，并且具有单独或各种组合的技术有用性。
在一个实施例中，制造半导体器件的方法包括：在镓基化合物半导体层10的非元件区域10A中形成对准标记30；并且在形成对准标记30之后，在镓基化合物半导体层10的元件区域10B中形成元件结构。镓基化合物半导体层10由至少包含镓的化合物半导体制成。镓基化合物半导体层10可以是例如氮化镓基半导体层或氧化镓基半导体层。氮化镓基半导体层可以例如由氮化镓(GaN)制成。作为另一示例，氧化镓基半导体层可以由α-或β-型氧化镓(Ga2O3)制成。对准标记30的形成包括：将金属离子注入到镓基化合物半导体层10的非元件区域10A的表面层部分的一部分中；和对镓基化合物半导体层10进行退火。
在一个实施例中，在该制造方法中，镓基化合物半导体层10可以是氮化镓基半导体层，并且金属可以是镁。
在将要被离子注入的金属为镁的情况下，在离子注入中镁可以被离子注入到氮化镓基半导体层10中，使得镁的峰值浓度为1×1019cm-3或更高。当镁以这样高的浓度被离子注入时，能够令人满意地产生镁聚集体(magnesium aggregation)，并因而能够通过有色金属聚集体形成对准标记30。
在一个实施例中，在离子注入中，镁可以被离子注入到氮化镓基半导体层10中，使得被离子注入的镁的浓度具有峰值的峰值位置位于氮化镓基半导体层10的内部。通过使浓度的峰值位置位于氮化镓基半导体层10的内部，能够抑制在离子注入中在氮化镓基半导体层10的表面产生缺陷。此外，在离子注入中，镁可以被离子注入到氮化镓基半导体层10中使得在氮化镓基半导体层10的表面注入的镁的浓度为1×1017cm-3或更小。因此，在离子注入中，能够抑制在氮化镓基半导体层10的表面形成缺陷。
在一个实施例中，在退火中，可以加热氮化镓基半导体层10以使得氮化镓基半导体层的温度为1000摄氏度(℃)或更高。在这种情况下，能够令人满意地产生镁聚集体并且能够形成有色金属聚集体的对准标记30。
在一个实施例中，在制造方法中，元件结构形成可包括：通过使用外延生长技术在镓基化合物半导体层10的表面上形成外延层12。即使形成这样的外延层12，由在对准标记30的形成中已经形成的金属聚集体提供的对准标记30也能够抑制其识别的劣化。
在一个实施例中，在制造方法中，元件结构的形成可包括对镓基化合物半导体层10进行退火。在形成元件结构的退火中，可以加热镓基化合物半导体层10以使得镓基化合物半导体层10的温度高于形成对准标记30的退火的温度。在这种情况下，在形成对准标记30中的退火可以称为第一退火，并且在形成元件结构中的退火可以称为第二退火。即使在元件结构的形成中进行这样的高温退火，也能够抑制对准标记30的识别的劣化。
尽管仅选择了选定的示例性实施例和示例来说明本公开，但是根据本公开对本领域技术人员明显的是，能够在其中进行各种改变和修改而不背离如所附权利要求所定义的本公开的范围。此外，提供根据本公开的示例性实施例和示例的前述描述仅用于说明，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物所定义的公开。
Claims (8)
1.一种制造半导体器件的方法，包括：
在镓基化合物半导体层(10)的非元件区域(10A)中形成对准标记(30)；和
在所述对准标记(30)的形成之后，在所述镓基化合物半导体层(10)的元件区域(10B)中形成元件结构，
其中，所述对准标记(30)的形成包括：
将金属离子注入到所述镓基化合物半导体层(10)的非元件区域(10A)的表面层部分的一部分中；和
对所述镓基化合物半导体层(10)进行退火。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述镓基化合物半导体层(10)是氮化镓基半导体层，和
所述金属是镁。
3.根据权利要求2所述的方法，其中
在所述离子注入中，所述镁被离子注入到所述氮化镓基半导体层中以使得所述镁的峰值浓度为1×1019cm-3或更高。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中
在所述离子注入中，所述镁被离子注入到所述氮化镓基半导体层中以使得所述镁的浓度具有峰值的峰值位置位于所述氮化镓基半导体层的内部。
5.根据权利要求4所述的方法，其中
在所述离子注入中，所述镁被离子注入到所述氮化镓基半导体层中以使得在所述氮化镓基半导体层的表面处的所述镁的浓度为1×1017cm-3或更低。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其中
在所述退火中，加热所述氮化镓基半导体层以使得所述氮化镓基半导体层的温度是1000摄氏度或更高。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中
所述元件结构的形成包括：通过外延生长技术在所述镓基化合物半导体层(10)的表面上形成外延层(12)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中
在所述对准标记的形成中的退火是第一退火，
所述元件结构的形成包括：对所述镓基化合物半导体层(10)进行退火作为第二退火，以及
在所述第二退火中，对所述镓基化合物半导体层(10)进行加热以使得所述镓基化合物半导体层(10)的温度高于所述第一退火中的温度。
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