半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置及其制造方法。此半导体装置包括设置在基板之上的通道层、设置在通道层之上的阻障层、及设置在阻障层之上的氮化物层。此半导体装置亦包括具有上部及下部的化合物半导体层，其中下部穿过氮化物层及一部分的阻障层。此半导体装置亦包括顺应性地设置在一部分的阻障层上并延伸至氮化物层上的间隔层。此外，上述半导体装置更包括设置在化合物半导体层之上的栅极电极、以及设置在栅极电极两侧的一对源极/漏极电极。上述源极/漏极电极延伸穿过间隔层、氮化物层及至少一部分阻障层。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本专利技术实施例是关于半导体装置，且特别是有关于高电子迁移率晶体管及其制造方法。
技术介绍
高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor,HEMT)，又称为异质结构场效晶体管(heterostructureFET,HFET)或调变掺杂场效晶体管(modulation-dopedFET,MODFET)，为一种场效晶体管(fieldeffecttransistor,FET)，其由具有不同能隙(energygap)的半导体材料组成。在邻近不同半导体材料的所形成界面处会产生二维电子气(twodimensionalelectrongas,2DEG)层。由于二维电子气的高电子移动性，高电子迁移率晶体管可以具有高崩溃电压、高电子迁移率、低导通电阻与低输入电容等优点，因而适合用于高功率器件上。在设计高电子迁移率晶体管时，主要考虑的是低导通电阻(on-resistance,Ron)、以及高开关电压(thresholdvoltage,Vth)。然而，氮化镓高电子迁移率晶体管的二维电子气并不需要掺杂，其载流子来源主要为表面态(surfacestate)及非刻意掺杂(unintentionaldoping)，本质上是由缺陷所游离的载流子而来。因此氮化镓高电子迁移率晶体管的二维电子气对于电场变化十分敏感，在开关切换的操作过程中会发生电磁散射(dispersion)。因此，虽然现有氮化镓高电子迁移率晶体管大致上合乎其预期目的，其并非在所有方面都完全令人满意。而如何有效地解决电磁散射对器件性能的影响，是目前的技术发展重点。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种半导体装置。此半导体装置包括设置在基板之上的通道层、设置在通道层之上的阻障层、及设置在阻障层之上的氮化物层。此半导体装置亦包括具有上部及下部的化合物半导体层，其中下部穿过氮化物层及一部分的阻障层。此半导体装置亦包括顺应性地设置在一部分的阻障层上并延伸至氮化物层上的间隔层。此外，上述半导体装置更包括设置在化合物半导体层之上的栅极电极、以及设置在栅极电极两侧的一对源极/漏极电极。上述源极/漏极电极延伸穿过间隔层、氮化物层及至少一部分阻障层。本专利技术实施例提供一种半导体装置的制造方法。此方法包括在基板之上形成通道层、在通道层之上形成阻障层、在阻障层之上形成氮化物层、凹蚀氮化物层及阻障层以形成凹口，其中上述凹口穿过氮化物层及一部分的阻障层、在氮化物层上及在凹口中顺应性地形成间隔层、以及在间隔层之上形成化合物半导体层。上述化合物半导体层具有上部及下部，其中化合物半导体层的下部填入凹口中。此方法更包括在化合物半导体层之上形成栅极电极、以及在栅极电极两侧形成一对源极/漏极电极，其中源极/漏极电极延伸穿过间隔层、氮化物层及至少一部分的阻障层。以下的实施例与所附的参考图式将提供详细的描述。附图说明以下将配合所附图式详述本专利技术的一些实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种部件并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小器件的尺寸，以清楚地表现出本专利技术实施例的部件。图1-图5根据一些实施例，绘示出用于形成图6的半导体装置的示例方法的各个中间阶段的剖面示意图；图6为半导体装置示意图。附图标记说明10～半导体装置；100～基板；102～成核层；104～缓冲层；106～通道层；108～阻障层；110～氮化物层；112～凹口；114～间隔层；116～化合物半导体层；116a～上部；116b～下部；118～栅极电极；120～源极/漏极电极；W1、W2～厚度。具体实施方式以下的揭示内容提供许多不同的实施例或范例，以展示本专利技术实施例的不同部件。以下将揭示本说明书各部件及其排列方式的特定范例，用以简化本专利技术叙述。当然，这些特定范例并非用于限定本专利技术。例如，若是本说明书以下的
技术实现思路
叙述了将形成第一部件于第二部件的上或上方，即表示其包括了所形成的第一及第二部件是直接接触的实施例，亦包括了尚可将附加的部件形成于上述第一及第二部件之间，则第一及第二部件为未直接接触的实施例。此外，本专利技术说明中的各式范例可能使用重复的参照符号及/或用字。这些重复符号或用字的目的在于简化与清晰，并非用以限定各式实施例及/或所述配置之间的关系。再者，为了方便描述图式中一器件或部件与另一(些)器件或部件的关系，可使用空间相对用语，例如“在…之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及诸如此类用语。除了图式所绘示的方位外，空间相对用语亦涵盖使用或操作中的装置的不同方位。当装置被转向不同方位时(例如，旋转90度或者其他方位)，则其中所使用的空间相对形容词亦将依转向后的方位来解释。应可理解的是，于本专利技术实施例所述的方法之前、之中、及/或之后可提供额外的操作，且在方法的其他实施例中，可替换或省略一些所述的操作。在此，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。应注意的是，说明书中所提供的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。此处描述示例方法及结构的一些变化。本领域具有通常知识者将可容易理解在其他实施例的范围内可做其他的修改。虽然讨论的一些方法实施例以特定顺序进行，各式其他方法实施例可以另一合乎逻辑的顺序进行，且可包括少于或多于此处讨论的步骤。在一些图示中，其中所示的一些组件或部件的器件符号可被省略，以避免与其他组件或部件混淆；此系为了便于描绘此些图示。本专利技术实施例提供一种半导体装置及其制造方法，特别适用于高电子迁移率晶体管(HEMT)。在本专利技术一些实施例中，藉由在阻障层上设置氮化物层及间隔层，并在栅极区将这两层截断以形成凹口，可以消除装置的电磁散射(dispersion)问题，同时可让栅极区以外的阻障层厚度较厚以降低导通电阻，亦可降低栅极掺杂而不会降低开关电压。如此一来，即可解除导通电阻(on-resistance,Ron)、开关电压(thresholdvoltage,Vth)、以及电磁散射三方抵换(tripartitetrade-off)的僵局。图1-图5根据一些实施例，绘示出用于形成图6的半导体装置10的示例方法的各个中间阶段的剖面示意图。图1根据本专利技术实施例绘示出形成半导体装置10的方法的起始步骤。如图1所示，提供基板100。接着，在基板100之上形成缓冲层104，在缓冲层104之上形成通道层106，并在通道层106之上形成阻障层108。在一些实施例中，可在基板100与缓冲层104之间形成成核层(nucleationlayer)102，如图1所示。上述基板100可以为或包括块体半导体(bulksemiconductor)基板、绝缘体上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，所述装置包括：/n一通道层，设置于一基板之上；/n一阻障层，设置于所述通道层之上；/n一氮化物层，设置于所述阻障层之上；/n一化合物半导体层，具有一上部及一下部，其中所述下部穿过所述氮化物层及一部分的所述阻障层；/n一间隔层，顺应性地设置于一部分的阻障层上并延伸至所述氮化物层上；/n一栅极电极，设置于所述化合物半导体层之上；以及/n一对源极/漏极电极，设置于所述栅极电极两侧，其中所述对源极/漏极电极延伸穿过所述间隔层、所述氮化物层及至少一部分的所述阻障层。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其特征在于，所述装置包括：
一通道层，设置于一基板之上；
一阻障层，设置于所述通道层之上；
一氮化物层，设置于所述阻障层之上；
一化合物半导体层，具有一上部及一下部，其中所述下部穿过所述氮化物层及一部分的所述阻障层；
一间隔层，顺应性地设置于一部分的阻障层上并延伸至所述氮化物层上；
一栅极电极，设置于所述化合物半导体层之上；以及
一对源极/漏极电极，设置于所述栅极电极两侧，其中所述对源极/漏极电极延伸穿过所述间隔层、所述氮化物层及至少一部分的所述阻障层。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述氮化物层包括氮化镓、氮化铝镓、氮化铝铟、氮化铝铟镓、氮化铟镓、或任意组合。


3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述氮化物层的厚度范围在1纳米至20纳米。


4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述间隔层具有较所述化合物半导体层及所述氮化物层大的能隙。


5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述间隔层包括氮化铝、氮化铝镓、氮化铝铟、氮化铝铟镓、或任意组合。


6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述间隔层的厚度范围在1纳米至7纳米。


7.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述对源极/漏极电极穿过所述阻障层且延伸至所述通道层。


8.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述阻障层具有一最大厚度，其中所述最大厚度范围在10纳米至60纳米。


9.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于，所述阻障层在所述栅极电极下方具有一厚度，所述厚度范围在5纳米至15纳米。


10.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，还包括一缓冲层，位于所述基板及所述通道层之间。


11.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述化合物半导体层的上部及下部具有不同的掺杂浓度。


12.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
在一基板之上形成一通道层；
在所述通道层之上形...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志谚，洪章响，
申请(专利权)人：世界先进积体电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71