射频半导体器件及其制造方法与流程

1.本技术属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种射频半导体器件及其制造方法。


背景技术：

2.射频半导体器件的热阻特性影响射频半导体器件的结温。射频半导体器件的结温越高，射频半导体器件的输出功率、效率、线性度和增益等射频特性越差，射频半导体器件的寿命越短。
3.为了改善射频半导体器件的寿命，需要不断改善半导体器件的热阻特性。但相关技术中，存在导致射频半导体器件的热阻性能较差的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种射频半导体器件及其制造方法，有利于减少射频半导体器件中衬底的厚度，进而有利于改善射频半导体器件的热阻特性。
5.第一方面，本技术实施例提供一种射频半导体器件，射频半导体器件包括：
6.介电材料层，介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种；
7.设置在介电材料层一侧的外延材料层；
8.设置在外延材料层远离介电材料层一侧的有源层。
9.在第一方面的一些可选实施方式中，介电材料层的厚度大于等于100nm且小于等于10um。
10.在第一方面的一些可选实施方式中，有源层包括源极结构、漏极结构和设置在源极结构和漏极结构之间，且与源极结构和漏极结构均间隔设置的栅极结构。
11.在第一方面的一些可选实施方式中，射频半导体器件还包括设置在介电材料层远离外延材料层一侧的金属层。
12.基于相同的发明构思，第二方面，本技术实施例提供一种射频半导体器件的制造方法，射频半导体器件的制造方法包括：
13.提供蓝宝石衬底；
14.在蓝宝石衬底的一侧形成外延材料层，并在外延材料层远离蓝宝石衬底的一侧形成有源层；
15.在有源层远离蓝宝石衬底的一侧形成支撑材料层；
16.去除蓝宝石衬底；
17.在外延材料层远离有源层的一侧形成介电材料层，并去除支撑材料层，介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种。
18.在第二方面的一些可选实施方式中，介电材料层的材料包括氮化铝，在外延材料层远离有源层的一侧形成介电材料层，包括：
19.利用物理气相沉积方法在外延材料层远离有源层的一侧生长氮化铝，以形成介电材料层。
20.在第二方面的一些可选实施方式中，利用物理气相沉积方法在外延材料层远离有源层的一侧形成介电材料层，包括：
21.利用磁控溅射方法在外延材料层远离有源层的一侧生长氮化铝，以形成介电材料层。
22.在第二方面的一些可选实施方式中，介电材料层的材料包括氧化硅和/或氮化铝，在外延材料层远离有源层的一侧形成介电材料层，包括：
23.采用化学气相沉积方法在外延材料层远离有源层的一侧生长氧化硅和/或氮化铝，以形成介电材料层。
24.在第二方面的一些可选实施方式中，化学气相沉积方法包括等离子体增强化学气相沉积法。
25.在第二方面的一些可选实施方式中，去除所述蓝宝石衬底，包括：
26.利用准分子激光器去除蓝宝石衬底。
27.在第二方面的一些可选实施方式中，在外延材料层远离有源层的一侧形成介电材料层之后，去除支撑材料层之前，方法还包括：
28.在介电材料层远离外延材料层的一侧形成金属层。
29.在第二方面的一些可选实施方式中，支撑材料层的材料包括硅片和蓝宝石片中的一种。
30.本技术实施例提供一种射频半导体器件及其制造方法，该射频半导体器件可包括介电材料层、有源层和设置在介电材料层和有源层之间的外延材料层。介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种，氮化铝、氮化硅和氧化硅均具有较好的导电率，因此，介电材料层具有较好的导电率，从而有利于改善射频半导体器件的热阻特性。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是相关技术中的氮化镓高电子迁移率晶体管的一种结构示意图；
33.图2是本技术实施例提供的射频半导体器件的一种结构示意图；
34.图3是本技术实施例提供的射频半导体器件的制造方法的一种流程示意图；
35.图4是本技术实施例提供的蓝宝石衬底的一种截面结构示意图；
36.图5是本技术实施例提供的形成外延材料层和有源层的一种截面结构示意图；
37.图6是本技术实施例提供的形成支撑材料层的一种截面结构示意图；
38.图7是本技术实施例提供的去除蓝宝石衬底的一种截面结构示意图；
39.图8是本技术实施例提供的形成介电材料层和去除支撑材料层的一种截面结构示意图。
40.附图标记说明：
41.a、碳化硅衬底材料；t、过渡层；b、氮化镓缓冲层；c、铝镓氮势垒层；e、氮化镓盖帽层；s、源极；g、栅极；d漏极；f、源场板；
42.1、介电材料层；
43.2、外延材料层；
44.3、有源层；31、栅极结构；32、源极结构；33、漏极结构；
45.4、金属层；
46.5、蓝宝石衬底；
47.6、支撑材料层。
具体实施方式
48.下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本技术，而不是限定本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本技术更好的理解。
49.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
50.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在阐述本技术实施例所提供的技术方案之前，为了便于对本技术实施例理解，本技术首先对相关技术中存在的问题进行具体说明：
51.经发明人大量研究发现，相关技术中，由于大尺寸氮化镓衬底材料难以实现，目前氮化镓高电子迁移率晶体管等氮化镓的射频半导体器件通常采用异质外延的方式获得。相关技术中的氮化镓高电子迁移率晶体管的结构如图1所示，该氮化镓高电子迁移率晶体管可包括碳化硅衬底材料a、过渡层(transition layers)t、氮化镓缓冲层(gan buffer)b、铝镓氮(algan)势垒层c、氮化镓盖帽层e、源极s、栅极g、漏极d和源场板f等。
52.射频半导体器件的热阻特性影响射频半导体器件的结温。射频半导体器件的结温越高，射频半导体器件的输出功率、效率、线性度和增益等射频特性越差，射频半导体器件的寿命越短。为了改善射频半导体器件的寿命，需要不断改善射频半导体器件的热阻特性。其中，射频半导体器件的热阻特性为射频半导体器件的散热能力。
53.经发明人大量研究发现，可通过采用高热导率材料及降低射频半导体器件的衬底厚度改善射频半导体器件的热阻特性。相关技术中，由于碳化硅(sic)具有较强的热导率，氮化镓(gan)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors，hemt)一般在碳化硅衬底上制备，碳化硅衬底的厚度通常为几百微米。为了改善射频半导体器件的热阻特性，需要对碳化硅衬底进行减薄处理，从而降低射频半导体器件的热阻，改善器件的寿命。衬底减薄工艺一般只能减薄到100um，进一步减薄晶圆可能会出现破片的风险。因此，很
难通过衬底减薄技术进一步降低衬底的厚度。也就是说，相关技术中仍存在导致射频半导体器件的热阻性能较差的问题。
54.图2示出了本技术实施例提供的射频半导体器件的一种结构示意图。
55.如图2所示，本技术实施例提供的射频半导体器件，可以包括：
56.介电材料层1，介电材料层1的材料可包括氮化铝(aln)、氮化硅(sin)和氧化硅(sio2)中的至少一种；
57.设置在介电材料层1一侧的外延材料层2；
58.设置在外延材料层2远离介电材料层1一侧的有源层3。
59.本技术实施例提供一种射频半导体器件，该射频半导体器件可包括介电材料层、有源层和设置在介电材料层和有源层之间的外延材料层。介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种，氮化铝、氮化硅和氧化硅均具有较好的导电率，因此，介电材料层具有较好的导电率，从而有利于改善射频半导体器件的热阻特性。
60.本技术实施例中的介电材料层可以理解为射频半导体器件中的衬底。
61.作为一个示例，介电材料层1的材料可包括氮化铝。
62.作为另一个示例，介电材料层1的材料可包括氧化硅和氮化铝。
63.作为又一个示例，介电材料层1的材料可包括氮化铝、氮化硅和氧化硅。
64.可以理解的是，介电材料层1在包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中至少一项的情况下，氮化铝、氮化硅和氧化硅均为绝缘材料，均具有很好的介电常数，可以避免射频半导体器件的衬底漏电，进而可减少射频半导体器件的衬底的损耗，从而可提高射频半导体器件的效率。
65.在一些可选的实施方式中，介电材料层1的厚度可大于等于100nm且小于等于10um。如此，通过减少射频半导体器件中衬底厚度，有利于改善射频半导体器件的热阻特性。
66.介电材料层1的厚度可以为介电材料层1在第一方向x上的长度。示例性地，第一方向x可以为射频半导体器件的厚度方向。
67.介电材料层1的厚度可根据实际情况设定，在此不做限定。例如，介电材料层1的厚度可以为100nm，500nm，10um等等。
68.可以理解的是，通过控制介电材料层1的生长条件，可精准控制射频半导体器件中衬底的厚度。
69.示例性地，外延材料层2可为氮化镓外延材料层。氮化镓外延材料层可包括氮化镓外延材料。
70.在一些可选的实施方式中，有源层3可包括源极结构32、漏极结构33和设置在源极结构32和漏极结构33之间，且与源极结构32和漏极结构33均间隔设置的栅极结构31。
71.可以理解的是，有源层3还可包括钝化层(图未示出)、场板结构(图未示出)和互联金属(图未示出)等。
72.在一些可选的实施方式中，射频半导体器件还可包括设置在介电材料层1远离外延材料层2一侧的金属层4。
73.换而言之，在本技术实施例中，介电材料层1可设置在金属层4和外延材料层2之间，外延材料层2可设置在有源层3和介电材料层1之间。
74.基于相同的发明构思，本技术还提供了一种射频半导体器件制造方法。以下将对射频半导体器件制造方法进行说明。
75.如图3所示，射频半导体器件制造方法可以包括s310至s350。请一并参阅图4至图8，图4至图8是本技术提供的射频半导体器件制造方法一系列制程对应的截面结构示意图。
76.s310、提供蓝宝石衬底。
77.如图4所示，蓝宝石衬底5的材料可包括蓝宝石，蓝宝石的主要成分为氧化铝(al2o3)。蓝宝石的成本低廉，采用蓝宝石衬底5作为射频半导体器件的衬底，有利于降低射频半导体器件的成本。蓝宝石还具有透光性，因此，激光可透过蓝宝石衬底5。
78.s320、在蓝宝石衬底的一侧形成外延材料层，并在外延材料层远离蓝宝石衬底的一侧形成有源层。
79.示例性地，外延材料层2可为氮化镓外延材料层。氮化镓外延材料层可包括氮化镓外延材料。
80.如图5所示，在蓝宝石衬底5的一侧形成外延材料层2，可包括：
81.在蓝宝石衬底5的一侧进行氮化镓外延材料的生长，以形成外延材料层2。
82.示例性地，仍如图5所示，在外延材料层2远离蓝宝石衬底5的一侧形成有源层3，可包括：
83.在外延材料层2远离蓝宝石衬底5的一侧制备顶部器件工艺，以形成有源层3。
84.可选地，有源层3可包括源极结构32、漏极结构33和设置在源极结构32和漏极结构33之间，且与源极结构32和漏极结构33均间隔设置的栅极结构31。示例性地，漏极结构33可为漏极欧姆接触，栅极结构31可为栅极肖特基接触。
85.可以理解的是，有源层3还可包括钝化层(图未示出)、场板结构(图未示出)和互联金属(图未示出)等。
86.s330、在有源层远离蓝宝石衬底的一侧形成支撑材料层。
87.在一些可选的实施方式中，支撑材料层6的材料可包括硅片和蓝宝石片中的一种。
88.作为一个示例，支撑材料层6的材料可包括硅片。
89.作为另一个示例，支撑材料层6的材料可包括蓝宝石片。
90.示例性地，如图6所示，在有源层3远离蓝宝石衬底5的一侧形成支撑材料层6可包括：
91.将有源层3远离蓝宝石衬底5的一侧与硅片和蓝宝石片中一种进行键合处理，以形成支撑材料层6。
92.其中，键合处理可以是将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的处理。
93.s340、去除蓝宝石衬底。
94.在一些可选的实施方式中，去除所述蓝宝石衬底，可包括：
95.利用准分子激光器去除蓝宝石衬底。
96.在本实施方式中，通过准分子激光器去除蓝宝石衬底，只损伤外延材料层2与蓝宝石衬底5之间分界面的外延材料，有利于减少外延材料层2的工艺损伤。
97.示例性地，利用波长248nm的krf准分子激光器(excimer laser)向在蓝宝石衬底5
远离外延材料层2的一侧发射激光，激光透过蓝宝石衬底5，并聚焦到外延材料层2中，导致外延材料层2中的材料发生分解反应，使得蓝宝石衬底5与外延材料层2剥离，进而有利于减少射频半导体器件中衬底的厚度，从而有利于改善射频半导体器件的热阻特性。上述krf准分子激光器的波长值仅用于示例，并不用于限定本技术。krf准分子激光器的波长可根据实际情况设置。
98.s350、在外延材料层远离有源层的一侧形成介电材料层，并去除支撑材料层，介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种。
99.如图8所示，在一些可选的实施方式中，介电材料层1的材料可包括氮化铝，在外延材料层远离有源层3的一侧形成介电材料层1，可包括：
100.利用物理气相沉积方法(physical vapor deposition，pvd)在外延材料层2远离有源层3的一侧生长氮化铝，以形成介电材料层1。
101.在本实施方式中，利用物理气相沉积方法，有利于实现在外延材料层2远离有源层3的一侧高速生长氮化铝。
102.物理气相沉积方法是指在真空条件下采用物理方法将材料源(固体或液体)表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的方法。
103.如图8所示，在一些可选的实施方式中，物理气相沉积方法可包括磁控溅射方法：也就是说，利用磁控溅射方法在外延材料层2远离有源层3的一侧生长氮化铝，以形成介电材料层1。
104.在本实施方式中，利用磁控溅射方法有利于实现在外延材料层2远离有源层3的一侧高速生长氮化铝的同时，还有利于降低对外延材料层2的损伤。
105.如图8所示，在另一些可选的实施方式中，介电材料层1的材料包括氧化硅和/或氮化铝，在外延材料层2远离有源层3的一侧形成介电材料层1，包括：
106.采用化学气相沉积方法(chemical vapor deposition，cvd)在外延材料层2远离有源层3的一侧生长氧化硅和/或氮化铝，以形成介电材料层1。
107.在一些可选的实施方式中，化学气相沉积方法可包括等离子体增强化学气相沉积方法(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)。也就是说采用化学气相沉积方法在外延材料层2远离有源层3的一侧生长氧化硅和/或氮化铝，以形成介电材料层1，可包括：采用等离子体增强化学气相沉积法，在外延材料层2远离有源层3的一侧生长氧化硅和/或氮化铝，以形成介电材料层1。
108.在本实施方式中，采用等离子体增强化学的气相沉积法生长氧化硅和/或氮化铝，可减少对外延材料层2的物理性质的影响。
109.等离子体增强化学气相沉积是指在化学气相沉积中，激发气体，使其产生低温等离子体，增强反应物质的化学活性，从而进行外延的一种方法。
110.可以理解的是，介电材料层1的厚度可由氧化硅和/或氮化铝的生长条件决定。也就是说，通过控制介电材料层1的生长条件，可精准控制射频半导体器件中衬底的厚度。
111.作为一个示例，可利用pecvd方法在外延材料层2远离有源层3的一侧生长电子级正硅酸乙酯(teos)氧化硅。
112.作为另一个示例，可利用pecvd方法在外延材料层2远离有源层3的一侧生长氮化
硅。
113.示例性地，去除支撑材料层6，可包括：
114.对支撑材料层6和有源层3进行解键合处理，以去除支撑材料层6。
115.解键合处理与上文键合处理的过程相反，在此不再赘述。
116.在一些可选的实施方式中，在外延材料层远离有源层的一侧形成介电材料层之后，去除支撑材料层之前，方法还可包括：
117.在介电材料层远离外延材料层的一侧形成金属层。
118.示例性地，如图2所示，在介电材料层1远离外延材料层2的一侧形成金属层4，可包括：
119.在介电材料层1远离外延材料层2的一侧沉积金属，以形成金属层4。
120.在一些可选的实施方式中，介质材料层1的厚度可大于等于100nm且小于等于10um。
121.本技术实施例提供一种射频半导体器件制造方法，该射频半导体器件可包括介电材料层、有源层和设置在介电材料层和有源层之间的外延材料层。介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种，氮化铝、氮化硅和氧化硅均具有较好的导电率，因此，介电材料层具有较好的导电率，从而有利于改善射频半导体器件的热阻特性。
122.上述实施例中的射频半导体器件制造方法，其中各个结构以及有益效果已经在有关该射频半导体器件的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
123.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种射频半导体器件，其特征在于，包括：介电材料层，所述介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种；设置在所述介电材料层一侧的外延材料层；设置在所述外延材料层远离所述介电材料层一侧的有源层。2.根据权利要求1所述的射频半导体器件，其特征在于，所述介电材料层的厚度大于等于100nm且小于等于10um。3.根据权利要求1所述的射频半导体器件，其特征在于，所述有源层包括源极结构、漏极结构和设置在所述源极结构和所述漏极结构之间，且与所述源极结构和所述漏极结构均间隔设置的栅极结构。4.根据权利要求1所述的射频半导体器件，其特征在于，所述射频半导体器件还包括设置在所述介电材料层远离所述外延材料层一侧的金属层。5.一种射频半导体器件制造方法，其特征在于，包括：提供蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底的一侧形成外延材料层，并在所述外延材料层远离所述蓝宝石衬底的一侧形成有源层；在所述有源层远离所述蓝宝石衬底的一侧形成支撑材料层；去除所述蓝宝石衬底；在所述外延材料层远离所述有源层的一侧形成介电材料层，并去除所述支撑材料层，所述介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种。6.根据权利要求5所述的射频半导体器件制造方法，其特征在于，所述介电材料层的材料包括氮化铝，所述在所述外延材料层远离所述有源层的一侧形成介电材料层，包括：利用物理气相沉积方法在所述外延材料层远离所述有源层的一侧生长氮化铝，以形成介电材料层。7.根据权利要求5至6中任一项所述的射频半导体器件制造方法，其特征在于，所述介电材料层的材料包括氧化硅和/或氮化铝，所述在所述外延材料层远离所述有源层的一侧形成介电材料层，包括：采用化学气相沉积方法在所述外延材料层远离所述有源层的一侧生长所述氧化硅和/或所述氮化铝，以形成介电材料层。8.根据权利要求5所述的射频半导体器件制造方法，其特征在于，所述去除所述蓝宝石衬底，包括：利用准分子激光器去除所述蓝宝石衬底。9.根据权利要求5所述的射频半导体器件制造方法，其特征在于，所述在所述外延材料层远离所述有源层的一侧形成介电材料层之后，去除所述支撑材料层之前，所述方法还包括：在所述介电材料层远离所述外延材料层的一侧形成金属层。10.根据权利要求5所述的射频半导体器件制造方法，其特征在于，所述支撑材料层的材料包括硅片和蓝宝石片中的一种。

技术总结
本申请公开了一种射频半导体器件及其制造方法，涉及半导体器件技术领域。射频半导体器件可包括介电材料层，介电材料层的材料包括氮化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种；设置在介电材料层一侧的外延材料层；设置在外延材料层远离介电材料层一侧的有源层。根据本申请实施例，有利于改善射频半导体器件的热阻特性。有利于改善射频半导体器件的热阻特性。有利于改善射频半导体器件的热阻特性。


技术研发人员：黄安东
受保护的技术使用者：苏州华太电子技术股份有限公司
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/9/23