半导体结构的形成方法

摘要

本发明提供了一种半导体结构的形成方法，涉及半导体制备的技术领域，方法包括以下步骤：在半导体堆叠结构的上表面形成掩模层，在掩模层上方形成光阻层；在光阻层上形成第一开口结构；通过湿法刻蚀，在掩模层中形成第二开口结构；以光阻层为掩模，利用干法等离子体刻蚀方式刻蚀半导体堆叠结构，在半导体堆叠结构中形成凹槽结构；对凹槽结构的底部和侧壁进行氧化处理，在凹槽结构的底部和侧壁形成钝化层；去除光阻层，以掩模层为掩模进行离子注入，在凹槽结构的侧壁和底部的外周形成高阻区。通过本发明形成的电流隔离结构，能够在不增加掩模工序的基础上，进一步提高隔离性能。

权利要求

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.在半导体堆叠结构(100)的上表面形成掩模层(300)，在掩模层(300)上方形成光阻层(400)；

S2.通过曝光显影处理，在光阻层(400)上形成第一开口结构(410)；

S3.通过湿法刻蚀，在掩模层(300)中形成第二开口结构(310)，所述第二开口结构(310)位于第一开口结构(410)的下方，且所述第二开口结构(310)的宽度大于第一开口结构(410)的宽度；

S4.以光阻层(400)为掩模，利用干法等离子体刻蚀方式刻蚀半导体堆叠结构(100)，在半导体堆叠结构(100)中形成凹槽结构(500)；

S5.对凹槽结构(500)的底部和侧壁进行氧化处理，在凹槽结构(500)的底部和侧壁形成钝化层(600)；

S6.去除光阻层(400)，以掩模层(300)为掩模进行离子注入，在凹槽结构(500)的侧壁和底部的外周形成高阻区(700)；

S7.去除掩模层(300)，在凹槽结构(500)的开口形成绝缘覆盖层(800)，所述绝缘覆盖层(800)封闭凹槽结构(500)的开口，以使凹槽结构(500)内部形成空气间隙(900)。

2.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤S7中，通过快速沉积或旋涂工艺形成所述绝缘覆盖层(800)。

3.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述半导体堆叠结构(100)包括位于其上表面的上电极(210)和位于其下表面的下电极(220)，所述掩模层(300)的厚度大于所述上电极(210)的厚度，以使所述掩模层(300)覆盖所述上电极(210)。

4.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤S6中，注入的离子包括氩、氦、氧和氮离子中的一种或多种。

说明书

半导体结构的形成方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制备的技术领域，尤其是涉及一种半导体结构的形成方法。

背景技术

[0002] 在半导体结构中，为了防止电流扩散或者避免电流朝着不需要的方向扩展，常常会涉及到电流隔离结构。

[0003] 常见的防止电流横向扩展的隔离的结构包括在制作工艺中通过刻蚀(腐蚀)引入深隔离槽或离子注入形成高阻区等方法。但常见的防止电流横向扩展的隔离结构在离子注
入形成高阻区时，由于离子注入能量较大，成本较高，且效率较低；通过刻蚀(腐蚀)形成深
隔离槽时，由于形成隔离槽的侧壁具有损伤和缺陷，会直接影响电流的隔离效果。因此，需
要在半导体结构中形成一种新的电流隔离结构，防止电流的横向扩展，以提高半导体结构
的稳定性。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种半导体结构的形成方法，以缓解现有的半导体结构的电流隔离效果差的技术问题。

[0005] 本发明实施例提供的一种半导体结构的形成方法，包括以下步骤：

[0006] S1.在半导体堆叠结构的上表面形成掩模层，在掩模层上方形成光阻层；

[0007] S2.通过曝光显影处理，在光阻层上形成第一开口结构；

[0008] S3.通过湿法刻蚀，在掩模层中形成第二开口结构，所述第二开口结构位于第一开口结构的下方，且所述第二开口结构的宽度大于第一开口结构的宽度；

[0009] S4.以光阻层为掩模，利用干法等离子体刻蚀方式刻蚀半导体堆叠结构，在半导体堆叠结构中形成凹槽结构；

[0010] S5.对凹槽结构的底部和侧壁进行氧化处理，在凹槽结构的底部和侧壁形成钝化层；

[0011] S6.去除光阻层，以掩模层为掩模进行离子注入，在凹槽结构的侧壁和底部的外周形成高阻区；

[0012] S7.去除掩模层，在凹槽结构的开口形成绝缘覆盖层，所述绝缘覆盖层封闭凹槽结构的开口，以使凹槽结构内部形成空气间隙。

[0013] 进一步的，所述步骤S7中，通过快速沉积或旋涂工艺形成所述绝缘覆盖层。

[0014] 进一步的，所述半导体堆叠结构包括位于其上表面的上电极和位于其下表面的下电极，所述掩模层的厚度大于所述上电极的厚度，以使所述掩模层覆盖所述上电极。

[0015] 进一步的，所述步骤S6中，注入的离子包括氩、氦、氧和氮离子中的一种或多种。

[0016] 第二方面，本发明实施例提供的一种半导体结构，所述半导体结构包括：半导体堆叠结构，所述半导体堆叠结构的上表面设置有向下延伸的凹槽结构，所述凹槽结构的侧壁
和底部的外周设置有由离子注入形成的高阻区；

[0017] 所述凹槽结构的侧壁和底部具有氧化形成的钝化层；

[0018] 所述半导体结构还包括用于密封凹槽结构的开口的绝缘覆盖层，所述绝缘覆盖层和所述凹槽结构的底部之间具有空气间隙。

[0019] 进一步的，所述钝化层的材料为氧化铝。

[0020] 进一步的，所述离子包括氩、氦、氧和氮离子中的一种或多种。

[0021] 进一步的，所述凹槽结构的截面的形状为矩形、三角形或者梯形。

[0022] 本发明实施例提供的半导体结构的形成方法将钝化层与高阻区进行结合，整体提高绝缘性能，其中，本方案中凹槽结构的形成采用的是干法等离子体刻蚀，等离子体刻蚀能
够很好的保持凹槽结构的开口的形貌，但高功率的等离子体刻蚀在刻蚀过程中，可能会在
凹槽结构的侧壁和底部形成凹凸不平或者微裂纹的缺陷微结构，这些缺陷的凹凸结构在电
流存在时容易造成尖端放电，对载流子的阻隔作用不利，并且如果存在微裂纹的话，在器件
长时间工作时，产生的热量会容易聚集，容易产生层结构分离或断裂。而本方案中通过氧化
处理，在氧化过程中，凹槽结构的侧壁和底部上的结构缺陷部首先被氧化，在氧化处理过程
中会形成绝缘钝化层，一方面，可以提高电隔离性能，另一方面也可以对侧壁的缺陷进行修
复。并且，在形成凹槽结构之前，先对掩模结构进行湿法刻蚀，湿法刻蚀具有各向同性，刻蚀
会横向扩展，掩模层形成的第二开口结构会比光阻层的第一开口结构要大，以光阻层为掩
模刻蚀形成凹槽结构，然后去除光阻层，以掩模层为离子注入的掩模，能够对凹槽结构的侧
壁和底部的外周进行注入离子，这样无需形成额外的离子注入的掩模，节省掩模工序。为了
进一步的提高电流的隔离效果，可以在凹槽结构的开口处形成绝缘覆盖层，从而将凹槽结
构内部的空气密封，形成空气间隙，避免后续对半导体结构进行加工时，有杂质掉入到凹槽
结构内。本申请中通过将钝化层、高阻区和空气间隙三者进行结合，从而整体提高绝缘性
能。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，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。

[0024] 图1为本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中步骤S1形成的结构示意图；

[0025] 图2为本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中步骤S2形成的结构示意图；

[0026] 图3为本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中步骤S3形成的结构示意图；

[0027] 图4为本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中步骤S4形成的结构示意图；

[0028] 图5为本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中步骤S5形成的结构示意图；

[0029] 图6为本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中步骤S6形成的结构示意图；

[0030] 图7为本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中步骤S7形成的结构示意图。

[0031] 图标：100‑半导体堆叠结构；210‑上电极；220‑下电极；300‑掩模层；310‑第二开口结构；400‑光阻层；410‑第一开口结构；500‑凹槽结构；600‑钝化层；700‑高阻区；800‑绝缘
覆盖层；900‑空气间隙。

具体实施方式

[0032] 下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技
术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。

[0033] 如图1‑图7所示，本发明实施例提供的半导体结构的形成方法包括以下步骤：

[0034] S1.在半导体堆叠结构100的上表面形成掩模层300，在掩模层300上方形成光阻层400。

[0035] 为后续的刻蚀过程及离子注入过程做准备，自上而下依次在半导体堆叠结构100上表面形成光阻层400和掩模层300。掩模层可以采用硬掩模材料，为了防止掩模层中的氧
和堆叠结构中的高铝材料(AlGaAs材料)反应，使用不含氧的氮化硅作为硬掩模材料。

[0036] 半导体堆叠结构100主要由AlGaAs/GaAs外延结构形成，在其上表面加工得到导电的上电极210，而在其下表面加工得到导电的下电极220，可以采用本领域中常见的刻蚀工
艺形成上电极210和下电极220，在这里不进行详细的描述。

[0037] S2.通过曝光显影处理，在光阻层400上形成第一开口结构410。

[0038] 通过现有的曝光显影技术，可以在光阻层400上形成自上而下贯穿光阻层400的第一开口结构410。

[0039] S3.通过湿法刻蚀，在掩模层300中形成第二开口结构310，第二开口结构310位于第一开口结构410的下方，且所述第二开口结构310的宽度大于第一开口结构410的宽度。

[0040] 采用湿法刻蚀技术，例如，将酸性腐蚀液从第一开口结构410注入，酸性腐蚀液在向下腐蚀掩模时，也会朝两边延伸，最后腐蚀得到的第二开口结构310的宽度将大于第一开
口结构410的宽度。

[0041] S4.以光阻层400为掩模，利用干法等离子体刻蚀方式刻蚀半导体堆叠结构100，在半导体堆叠结构100中形成凹槽结构500。

[0042] 在刻蚀过程中，为了得到更好的刻蚀深度的凹槽结构500，通常使用的是等离子体干法刻蚀。可以使用含氯或含氟的等离子体气体进行干法刻蚀。

[0043] S5.对凹槽结构500的底部和侧壁进行氧化处理，在凹槽结构500的底部和侧壁形成钝化层600。

[0044] 如图5所示，其中图5中椭圆框中所指的为局部放大位置。等离子体在干法刻蚀过程中，会对凹槽结构500的侧壁和底部造成损伤，在侧壁形成微裂纹、凹凸不平结构或尖刺
等缺陷，而这些微观上的缺陷，会对电流的隔离效果产生负面的影响，在半导体器件长时间
工作过程中产生的高温将会使微裂纹扩大，影响半导体结构的稳定性，而凹凸不平结构或
尖刺会形成尖端放电，影响电流的隔离效果。本实施例中，可以通过高温湿法氧化工艺，使
用含有水汽的氧气进行湿法高温氧化，或者直接使用水蒸气进行高温氧化处理，因为半导
体堆叠结构100中含铝，氧化后形成氧化铝，在凹槽结构500的侧壁和底部形成一层钝化层
600，在氧化过程中缺陷部位会被氧化，氧化形成钝化层600的过程也是对缺陷结构进行修
复处理的过程，能够将表面缺陷氧化的同时形成氧化物层，可以提高载流子的隔离效果。

[0045] S6.去除光阻层400，以掩模层300为掩模进行离子注入，在凹槽结构500的侧壁和底部的外周形成高阻区700。

[0046] 本方案在形成凹槽结构500之后，在凹槽结构500侧壁和底部的外周进行离子的注入，在凹槽结构侧壁和底部的外周形成离子注入的高阻区700。

[0047] 本发明实施例提供的半导体结构的形成方法将钝化层600与高阻区进行结合，整体提高绝缘性能，其中，本方案中凹槽结构500的形成采用的是干法等离子体刻蚀，等离子
体刻蚀能够很好的保持凹槽结构500的开口的形貌，但高功率的等离子体刻蚀在刻蚀过程
中，可能会在凹槽结构500的侧壁形成凹凸不平或者微裂纹的缺陷微结构，这些缺陷的凹凸
结构在电流存在时容易造成尖端放电，对载流子的阻隔作用不利，并且如果存在微裂纹的
话，在器件长时间工作时，产生的热量会容易聚集，容易产生层结构分离或断裂。而本方案
中通过氧化处理，在氧化过程中，凹槽结构500的内壁上的结构缺陷部首先被氧化，在氧化
处理过程中会形成绝缘钝化层600，一方面，可以提高电隔离性能，另一方面也可以对侧壁
的缺陷进行修复。并且，在形成凹槽结构500之前，先对掩模结构进行湿法刻蚀，湿法刻蚀具
有各向同性，刻蚀会横向扩展，掩模层形成的第二开口结构310会比光阻层400的第一开口
结构410要大，以光阻层400为掩模刻蚀形成凹槽结构500，然后去除光阻层400，以掩模层
300为离子注入的掩模，能够对凹槽结构500的侧壁和底部的外周注入离子，这样无需形成
额外的离子注入的掩模，节省掩模工序。

[0048] S7.去除掩模层300，在凹槽结构500的开口形成绝缘覆盖层800，所述绝缘覆盖层800封闭凹槽结构500的开口，以使凹槽结构500内部形成空气间隙900，空气间隙内部没有
可以导电的介质，能够进一步提高电流的隔离性能。

[0049] 如图7所示，为了进一步的提高电流的隔离效果，可以在凹槽结构500的开口处形成绝缘覆盖层800，从而将凹槽结构500内部的空气密封，形成空气间隙900，避免后续对半
导体结构进行加工时，有杂质掉入到凹槽结构500内。空气间隙900、钝化层600和高阻区700
共同作用，可以进一步的提高电流的阻碍效果。

[0050] 具体的，所述步骤S7中，可以通过快速沉积或旋涂工艺形成所述绝缘覆盖层800，快速沉积或旋涂工艺属于现有技术。本方案中，可以将绝缘材料融化后，涂抹在凹槽结构
500的开口处，然后待绝缘材料凝固后形成绝缘覆盖层800。

[0051] 所述半导体堆叠结构100包括位于其上表面的上电极210和位于其下表面的下电极220，所述掩模层300的厚度可以大于所述上电极210的厚度，以使所述掩模层300覆盖所
述上电极210，在离子注入时，掩模层300可以对上电极210进行保护。

[0052] 所述步骤S6中，注入的离子可以包括氩、氦、氧和氮离子的一种或多种，注入功率为100‑500keV。

[0053] 如图7所示，本发明实施例提供的半导体结构包括：半导体堆叠结构100，所述半导体堆叠结构100的上、下表面分别设置有上电极210和下电极220；所述半导体堆叠结构100
的上表面设置有向下延伸的凹槽结构500，所述凹槽结构500的侧壁和底部的外周设置有由
离子注入形成的高阻区；所述凹槽结构500的侧壁和底部上设置有钝化层600。离子注入形
成高阻区700，本申请中通过将钝化层600与高阻区进行结合，从而整体提高绝缘性能。

[0054] 如图7所示，所述半导体结构还包括用于密封凹槽结构500的开口的绝缘覆盖层800。从而将凹槽结构500内部的空气密封，形成空气间隙900，避免后续对半导体结构进行
加工时，有杂质掉入到凹槽结构500内。

[0055] 本实施例中，通过高温湿法氧化工艺处理刻蚀得到的凹槽结构500，因为半导体堆叠结构100中含铝，氧化后形成氧化铝，在凹槽结构500的侧壁和底部形成一层钝化层600，
所述钝化层600的材料为氧化铝。

[0056] 所述离子可以包括氩、氦、氧和氮离子的一种或多种。

[0057] 所述凹槽结构500的截面的形状可以但不限于矩形、三角形或者梯形。

[0058] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。