金属化穿透孔结构及其制造方法与流程

本发明有关一种金属化穿透孔结构及其制造方法。

背景技术：

图1A～图1E为现有技术制作金属化穿透孔结构的剖面示意图。其中图1A，在一基板1上形成一蚀刻终止层2，再在蚀刻终止层2上形成一磊晶结构3，接着再在磊晶结构3上形成一正面金属层4。此时基板1的下表面7面向下。请参照图1B，将图1A的结构翻转180度，使得原本面向下的基板1的下表面7变成面向上。将基板1蚀刻出一下凹槽5，使得蚀刻终止于蚀刻终止层2。此时，下凹槽5的底部为蚀刻终止层2。请参照图1C，蚀刻下凹槽5的底部的蚀刻终止层2，使得下凹槽5的底部为磊晶结构3。请参照图1D，蚀刻下凹槽5的底部的磊晶结构3，使得蚀刻终止于正面金属层4。此时下凹槽5的底部为正面金属层4。请参照图1E，在基板1的下表面7以及下凹槽5的内表面形成一背面金属层6，使得背面金属层6在下凹槽5的底部与正面金属层4相接触而电性连接。在应用上，此一金属化穿透孔结构常被应用于制作晶体管的源极电极上。图1F为现有技术运用金属化穿透孔结构的晶体管的上视图。其中图1F中a-a’剖面线方向与图1E(或将图1E的结构翻转180度)的剖面方向相同。其中栅极电极8为一T字型的结构，源极电极4及漏极电极9则分别呈长条状位于栅极电极8的两侧。其中，源极电极4即为图1A～图1E中的正面金属层4。源极电极4的底部与背面金属层6(未示出)相接触而电性连接。图1F中示出下凹槽5与源极电极4的相对位置及其大小关系。其中，由于在同一晶圆上同时布局许多不同大小的晶体管时，部分晶体管的源极电极长度L1较长，而部分较短，造成具有较长源极电极长度L1，其下凹槽长度L2需搭配具有较短源极电极长度L1的下凹槽长度L2来缩短。甚至为避免影响到电性特性，须得将下凹槽5分成二或三个分别形成于源极电极4的下方。图1F的示例为源极电极长度L1较长的例子，其下 凹槽长度L2无法个别与晶体管的源极电极长度L1搭配设计以形成适当的大小，有时只能被迫被切割成两个或三个。

然而，现有技术在制作金属化穿透孔结构时，有以下几项缺点：缺点一、在基板1与磊晶结构3之间，或是有些例子是在磊晶结构3当中，常需要特别去制作一层蚀刻终止层2，以控制蚀刻下凹槽5的处理。除了要多出制作该层蚀刻终止层2的步骤之外，也相对地多了蚀刻该层蚀刻终止层2的等步骤，因而增加了制成、材料等成本。

缺点二、蚀刻下凹槽5是从基板1的下表面7开始蚀刻起，需先在基板1的下表面7做对准定位并划定一下凹槽蚀刻区，划定该下凹槽蚀刻区之后，即可开始进行蚀刻步骤。首先该蚀刻需先穿透很厚的基板1，再穿透蚀刻终止层2以及磊晶结构3。为避免蚀刻出来的下凹槽5与正面金属层4产生错位而蚀刻穿破磊晶结构3产生破洞，除了下凹槽长度L2必须比源极电极长度L1来的短之外，下凹槽宽度W2也必须比源极电极宽度W1来的短。除此之外，由于对准定位由基板1的下表面7来做对准定位，要对准形成于磊晶结构3之上的源极电极4，其对准的精准度并无法如直接由磊晶结构3之上来做对准定位般精确。也就是说，下凹槽宽度W2得再更加缩小，也或是当无法再缩小下凹槽宽度W2时，得相对地放大源极电极宽度W1，使得X1及X2保留有适当的距离，以避免对准精准度不准而蚀刻出来的下凹槽5与正面金属层4产生错位而蚀刻穿破磊晶结构3产生破洞。如此一来，当由基板1的下表面7来做对准定位较不精准时，需通过将下凹槽宽度W2缩小或将源极电极宽度W1放大(也即放大X1及X2)，或同时需将下凹槽宽度W2缩小及将源极电极宽度W1放大(也即放大X1及X2)，方可避免对准精准度不准而蚀刻出来的下凹槽5与正面金属层4产生错位而蚀刻穿破磊晶结构3产生破洞。而由于基板1通常很厚，下凹槽5为一深宽比很高的凹槽，若缩小下凹槽宽度W2将更加提高深宽比，如此一来更提高了在蚀刻下凹槽5的处理中如何有效地清洁下凹槽5的困难度。若无法有效地清洁下凹槽5，将对之后形成背面金属层6的品质造成严重的影响。另一方面，若将源极电极宽度W1放大，则无法有效限缩晶体管的大小，在同一片晶圆上所能布局的晶体管的数量将因而大幅地减少。

缺点三、下凹槽5的深宽比设计无法有效降低，除了造成增加清洁下凹槽5的困难度之外，相对地，蚀刻下凹槽5的效率也无法有效地提高。

缺点四、在同一晶圆上同时布局许多不同大小的晶体管时，部分晶体管的源极电极长度L1较长，而部分较短，造成具有较长源极电极长度L1，其下凹槽长度L2需搭配具有较短源极电极长度L1的下凹槽长度L2来缩短。甚至为避免影响到电性特性，须得将下凹槽5分成二或三个分别形成于源极电极4的下方(如图1F中的示例，为将下凹槽5分成两个的实施例)。其缺点是，下凹槽长度L2无法个别与晶体管的源极电极长度L1搭配设计以形成适当的大小，有时只能被迫被切割成两个或三个。

有鉴于此，发明人开发出全新设计，能够避免上述的缺点，可大幅地缩小元件的大小，又具有减少处理步骤及材料的优点，以兼顾使用弹性与经济性等考虑，因此遂有本发明的产生。

技术实现要素：

本发明所欲解决的技术问题有四：一、减少形成蚀刻终止层及蚀刻蚀刻终止层的步骤，以减少处理时间、材料等的成本；二、增加下凹槽宽度W2，而同时却又能缩短源极电极宽度W1，以缩小元件(例如晶体管)的大小，并有助于有效清洁下凹槽；三、增加蚀刻下凹槽的效率；四、使下凹槽的长度及宽度不再受限于源极电极的长度及宽度。

为解决前述问题，以达到所预期的功效，本发明提供一种金属化穿透孔结构的制造方法，包括以下步骤：形成一磊晶结构在一化合物半导体基板之上；在该磊晶结构的上表面划定一磊晶凹槽蚀刻区；以至少一磊晶蚀刻介质自该磊晶结构的上表面蚀刻该磊晶凹槽蚀刻区内的该磊晶结构以形成一磊晶凹槽，其中该至少一磊晶蚀刻介质可蚀刻该磊晶结构而无法蚀刻该化合物半导体基板，藉此使得对于该磊晶凹槽蚀刻区内的该磊晶结构的蚀刻自动终止于该化合物半导体基板，此时该磊晶凹槽的底部为该化合物半导体基板；在该磊晶结构之上以及该磊晶凹槽的内表面形成一正面金属层，其中该正面金属层覆盖住该磊晶凹槽的内表面的该磊晶结构及该化合物半导体基板，且该正面金属层覆盖住该磊晶凹槽口周围的该磊晶结构；在该化合物半导体基板的下表面划定一基板凹槽蚀刻区；以至少一基板蚀刻介质自该化合物半导体基板的下表面蚀刻该基板凹槽蚀刻区内的该化合物半导体基板以形成一基板凹槽，其中该基板凹槽的底部与该磊晶凹槽的底部至少部分相接触，其中该 至少一基板蚀刻介质可蚀刻该化合物半导体基板而无法蚀刻该磊晶结构且无法蚀刻该正面金属层，藉此使得对于该基板凹槽蚀刻区内的该化合物半导体基板的蚀刻自动终止于该磊晶结构及该正面金属层或自动终止于该正面金属层，此时该基板凹槽的底部为该磊晶结构及该正面金属层，或该基板凹槽的底部为该正面金属层；以及在该化合物半导体基板之下以及该基板凹槽的内表面形成一背面金属层，其中该背面金属层覆盖住该基板凹槽的内表面的该化合物半导体基板、该磊晶结构及该正面金属层，或覆盖住该基板凹槽的内表面的该化合物半导体基板及该正面金属层，使得该背面金属层与该正面金属层相接触而电性连接。

本发明至少具有以下四点优点：优点一、通过选择适当的该化合物半导体基板及该磊晶结构的材料，搭配上选择适当的该至少一基板蚀刻介质及该至少一磊晶蚀刻介质，使得蚀刻该磊晶凹槽以及蚀刻该基板凹槽都为蚀刻自动终止的设计，可避免多形成一蚀刻终止层以及避免多一蚀刻该蚀刻终止层的步骤的必要，如此可减少处理步骤、材料等的成本。优点二、本发明先自该磊晶结构的上表面蚀刻出该磊晶凹槽，再自该化合物半导体基板的下表面蚀刻出该基板凹槽，而形成穿透孔的设计，其优点在于，先蚀刻该磊晶凹槽之后，再去蚀刻该基板凹槽时，并不需要非常精准去定位该基板凹槽与该磊晶凹槽的相对位置，只需能将该磊晶凹槽的底部与该基板凹槽的底部至少部分相接触即可，此外，该基板凹槽的宽度也不再受限于该正面金属层的宽度，该基板凹槽的宽度可以设计成非常宽，甚至比该正面金属层的宽度还宽也可，如此一来，不仅蚀刻该基板凹槽的效率可以有效地提高，且该基板凹槽的清洁变得更加容易、有效率且干净，对形成该背面金属层的品质将大为提升。优点三、蚀刻该磊晶凹槽先在该磊晶结构的上表面对准定位划定该磊晶凹槽蚀刻区，此时的对准定位可以很精准，误差范围可以控制在2mm以下，甚至是1.5mm以下，因此，该磊晶凹槽以及形成于该磊晶凹槽内表面及该磊晶凹槽口周围的该正面金属层的长度及宽度可以不再受限于该基板凹槽的长度及宽度，该磊晶凹槽可以大幅缩小，而该正面金属层也只需稍大于该磊晶凹槽至足以覆盖住该磊晶凹槽口周围的该磊晶结构即可，如此可以大幅地缩小该正面金属层的面积，在应用时可大幅地缩小元件(例如晶体管)的大小。优点四、由于该基板凹槽的长度及宽度不再受限于该正面金属层的长度及宽度， 该基板凹槽可以个别与该正面金属层搭配设计以形成适当的大小，无须再被迫切割成两个或三个。

在一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该化合物半导体基板由碳化硅(SiC)所构成。

在另一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该至少一基板蚀刻介质包括一氟气(F₂)，且以干蚀刻的方式蚀刻该基板凹槽蚀刻区内的该化合物半导体基板，以形成该基板凹槽。

在又一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该磊晶结构包括至少一氮化镓层(GaN)，其中该氮化镓层形成于该化合物半导体基板之上。

在再一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该至少一磊晶蚀刻介质包括一氯气(Cl₂)，且以干蚀刻的方式蚀刻该磊晶凹槽蚀刻区内的该磊晶结构，以形成该磊晶凹槽。

在一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该正面金属层为一源极电极。

在另一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该源极电极沿着一源极电极长轴呈一长条状，该源极电极具有一源极电极长度以及一源极电极宽度，其中该源极电极长度与该源极电极长轴呈平行。

在又一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该源极电极宽度介于大于5μm且小于45μm之间。

在再一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该源极电极宽度介于大于5μm且小于30μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该源极电极宽度介于大于2μm且小于45μm之间、大于3μm且小于45μm之间、大于4μm且小于45μm之间、大于6μm且小于45μm之间、大于7μm且小于45μm之间、大于8μm且小于45μm之间、大于9μm且小于45μm之间或大于10μm且小于45μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该源极电极宽度介于大于5μm且小于43μm之间、大于5μm且小于41μm之间、大于5μm且小于40μm之间、大于5μm且小于38μm之间、大于5μm且小于36μm之间、大 于5μm且小于35μm之间、大于5μm且小于33μm之间、大于5μm且小于31μm之间、大于5μm且小于28μm之间、大于5μm且小于26μm之间、大于5μm且小于25μm之间、大于5μm且小于23μm之间、大于5μm且小于21μm之间、大于5μm且小于20μm之间、大于5μm且小于18μm之间、大于5μm且小于16μm之间或大于5μm且小于15μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该源极电极宽度介于大于2μm且小于43μm之间、大于3μm且小于41μm之间、大于4μm且小于40μm之间、大于5μm且小于38μm之间、大于6μm且小于36μm之间、大于7μm且小于35μm之间、大于8μm且小于33μm之间、大于9μm且小于31μm之间或大于10μm且小于30μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该源极电极宽度介于大于2μm且小于28μm之间、大于3μm且小于26μm之间、大于4μm且小于25μm之间、大于5μm且小于23μm之间、大于6μm且小于21μm之间、大于7μm且小于20μm之间、大于8μm且小于18μm之间、大于9μm且小于16μm之间或大于10μm且小于15μm之间。

在一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该磊晶凹槽沿着一磊晶凹槽长轴呈一长条状，该磊晶凹槽具有一磊晶凹槽长度以及一磊晶凹槽宽度，其中该磊晶凹槽长度与该磊晶凹槽长轴呈平行，且该磊晶凹槽长轴与该源极电极长轴呈平行，且该磊晶凹槽长度小于该源极电极长度，该磊晶凹槽宽度小于该源极电极宽度。

在另一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该磊晶凹槽宽度介于大于3μm且小于25μm之间。

在又一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该磊晶凹槽宽度介于大于3μm且小于15μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该磊晶凹槽宽度介于大于1μm且小于25μm之间、大于2μm且小于25μm之间、大于4μm且小于25μm之间、大于5μm且小于25μm之间、大于6μm且小于25μm之间、大于7μm且小于25μm之间、大于8μm且小于25μm之间、大于9μm且小于25μm之间或大于10μm且小于25μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该磊晶凹 槽宽度介于大于5μm且小于23μm之间、大于5μm且小于21μm之间、大于5μm且小于20μm之间、大于5μm且小于18μm之间、大于5μm且小于16μm之间、大于5μm且小于13μm之间、大于5μm且小于12μm之间、大于5μm且小于11μm之间或大于5μm且小于10μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该磊晶凹槽宽度介于1μm且小于23μm之间、2μm且小于21μm之间、3μm且小于20μm之间、4μm且小于18μm之间、5μm且小于16μm之间、6μm且小于15μm之间、7μm且小于13μm之间、8μm且小于12μm之间或9μm且小于11μm之间。

在再一实施例中，前述的金属化穿透孔结构的制造方法，其中该磊晶凹槽的底部全部与该基板凹槽的底部相接触。

此外，本发明也提供一种金属化穿透孔结构，包括：一化合物半导体基板、一磊晶结构、一正面金属层以及一背面金属层。其中该化合物半导体基板具有一基板凹槽，该基板凹槽在该化合物半导体基板的下表面具有一开口。该磊晶结构形成于该化合物半导体基板之上，该磊晶结构具有一磊晶凹槽，该磊晶凹槽在该磊晶结构的上表面具有一开口，其中该基板凹槽的底部与该磊晶凹槽的底部至少部分相接触，且其中该磊晶凹槽与该基板凹槽在该磊晶结构与该化合物半导体基板的交界面及其延伸平面为界。该正面金属层形成于该磊晶结构之上以及该磊晶凹槽的内表面，其中该正面金属层覆盖住该磊晶凹槽口周围的该磊晶结构。该背面金属层形成于该化合物半导体基板之下以及该基板凹槽的内表面，其中该背面金属层覆盖住该基板凹槽的内表面的该化合物半导体基板，该正面金属层覆盖住该磊晶凹槽的内表面的该磊晶结构，且该背面金属层与该正面金属层在该磊晶结构与该化合物半导体基板的交界面及其延伸平面为界而相接触而电性连接，藉此可大幅地缩小该正面金属层的面积，并可大幅缩小元件的大小。

在一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该化合物半导体基板由碳化硅(SiC)所构成。

在另一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该磊晶结构包括至少一氮化镓层(GaN)，其中该氮化镓层形成于该化合物半导体基板之上。

在又一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该正面金属层为一源极电极。

在再一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该源极电极沿着一源极电极长轴呈一长条状，该源极电极具有一源极电极长度以及一源极电极宽度，其中该源极电极长度与该源极电极长轴呈平行。

在一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该源极电极宽度介于大于5μm且小于45μm之间。

在另一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该源极电极宽度介于大于5μm且小于30μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该源极电极宽度介于大于2μm且小于45μm之间、大于3μm且小于45μm之间、大于4μm且小于45μm之间、大于6μm且小于45μm之间、大于7μm且小于45μm之间、大于8μm且小于45μm之间、大于9μm且小于45μm之间或大于10μm且小于45μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该源极电极宽度介于大于5μm且小于43μm之间、大于5μm且小于41μm之间、大于5μm且小于40μm之间、大于5μm且小于38μm之间、大于5μm且小于36μm之间、大于5μm且小于35μm之间、大于5μm且小于33μm之间、大于5μm且小于31μm之间、大于5μm且小于28μm之间、大于5μm且小于26μm之间、大于5μm且小于25μm之间、大于5μm且小于23μm之间、大于5μm且小于21μm之间、大于5μm且小于20μm之间、大于5μm且小于18μm之间、大于5μm且小于16μm之间或大于5μm且小于15μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该源极电极宽度介于大于2μm且小于43μm之间、大于3μm且小于41μm之间、大于4μm且小于40μm之间、大于5μm且小于38μm之间、大于6μm且小于36μm之间、大于7μm且小于35μm之间、大于8μm且小于33μm之间、大于9μm且小于31μm之间或大于10μm且小于30μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该源极电极宽度介于大于2μm且小于28μm之间、大于3μm且小于26μm之间、大于4μm且小于25μm之间、大于5μm且小于23μm之间、大于6μm且小于21μm之间、大于7μm且小于20μm之间、大于8μm且小于18μm之间、大于9μm且小于16μm之间或大于10μm且小于15μm之间。

在又一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该磊晶凹槽沿着一磊 晶凹槽长轴呈一长条状，该磊晶凹槽具有一磊晶凹槽长度以及一磊晶凹槽宽度，其中该磊晶凹槽长度与该磊晶凹槽长轴呈平行，且该磊晶凹槽长轴与该源极电极长轴呈平行，且该磊晶凹槽长度小于该源极电极长度，该磊晶凹槽宽度小于该源极电极宽度。

在再一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该磊晶凹槽宽度介于大于3μm且小于25μm之间。

在一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该磊晶凹槽宽度介于大于3μm且小于15μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该磊晶凹槽宽度介于大于1μm且小于25μm之间、大于2μm且小于25μm之间、大于4μm且小于25μm之间、大于5μm且小于25μm之间、大于6μm且小于25μm之间、大于7μm且小于25μm之间、大于8μm且小于25μm之间、大于9μm且小于25μm之间或大于10μm且小于25μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该磊晶凹槽宽度介于大于5μm且小于23μm之间、大于5μm且小于21μm之间、大于5μm且小于20μm之间、大于5μm且小于18μm之间、大于5μm且小于16μm之间、大于5μm且小于13μm之间、大于5μm且小于12μm之间、大于5μm且小于11μm之间或大于5μm且小于10μm之间。

在其他实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该磊晶凹槽宽度介于1μm且小于23μm之间、2μm且小于21μm之间、3μm且小于20μm之间、4μm且小于18μm之间、5μm且小于16μm之间、6μm且小于15μm之间、7μm且小于13μm之间、8μm且小于12μm之间或9μm且小于11μm之间。

在另一实施例中，前述的金属化穿透孔结构，其中该磊晶凹槽的底部完全与该基板凹槽的底部相接触。

为进一步了解本发明，以下举较佳的实施例，配合附图、附图标记，将本发明的具体构成内容及其所达成的功效详细说明如下。

附图说明

图1A～图1E为现有技术制作金属化穿透孔结构的剖面示意图；

图1F为现有技术运用金属化穿透孔结构的晶体管的上视图；

图2A～图2E为本发明一种金属化穿透孔结构的制造方法的处理流程的剖面示意图；

图2F为运用本发明的金属化穿透孔结构的晶体管的上视图；

图3A～图3E为本发明一种金属化穿透孔结构的具体实施例的剖面示意图。

附图标记说明：

1：基板；

2：蚀刻终止层；

3：磊晶结构；

4：正面金属层(源极电极)；

5：下凹槽；

6：背面金属层；

7：下表面；

8：栅极电极；

9：漏极电极；

10：化合物半导体基板；

11：化合物半导体基板的下表面；

30：磊晶结构；

31：磊晶结构的上表面；

40：正面金属层(源极电极)；

50：基板凹槽；

60：背面金属层；

70：磊晶凹槽；

80：栅极电极；

90：漏极电极；

a-a’：剖面线；

b-b’：剖面线；

L1：源极电极长度；

L2：下凹槽长度；

L3：磊晶凹槽长度；

L4：基板凹槽长度；

W1：源极电极宽度；

W2：下凹槽宽度；

W3：磊晶凹槽宽度；

W4：基板凹槽宽度；

X1、X2：间距；

X3、X4：间距。

具体实施方式

图2A～图2E为本发明一种金属化穿透孔结构的制造方法的处理流程的剖面示意图。本发明的金属化穿透孔结构的制造方法，包括以下步骤：(请参照图2A)形成一磊晶结构30在一化合物半导体基板10之上；(请参照图2B)在磊晶结构30的上表面31划定一磊晶凹槽蚀刻区；以至少一磊晶蚀刻介质自磊晶结构30的上表面31蚀刻磊晶凹槽蚀刻区内的磊晶结构30以形成一磊晶凹槽70，其中至少一磊晶蚀刻介质可蚀刻磊晶结构30而无法蚀刻化合物半导体基板10，藉此使得对于磊晶凹槽蚀刻区内的磊晶结构30的蚀刻自动终止于化合物半导体基板10，蚀刻完毕时磊晶凹槽70的底部为化合物半导体基板10；(请参照图2C)在磊晶结构30之上以及磊晶凹槽70的内表面形成一正面金属层40，其中正面金属层40覆盖住磊晶凹槽70的内表面的磊晶结构30及化合物半导体基板10，且正面金属层40覆盖住磊晶凹槽70口周围的磊晶结构30；(请参照图2D)翻转化合物半导体基板10使得化合物半导体基板10的下表面11朝上，在化合物半导体基板10的下表面11划定一基板凹槽蚀刻区；以至少一基板蚀刻介质自化合物半导体基板10的下表面11蚀刻基板凹槽蚀刻区内的化合物半导体基板10以形成一基板凹槽50，蚀刻完毕时基板凹槽50的底部与磊晶凹槽70的底部至少部分相接触，其中至少一基板蚀刻介质可蚀刻化合物半导体基板10而无法蚀刻磊晶结构30且无法蚀刻正面金属层40。因基板凹槽50的底部与磊晶凹槽70的底部至少部分相接触，故当基板凹槽50的底部与磊晶凹槽70的底部仅部分相接触时，对于基板凹槽蚀刻区内的化合物半导体基板10的蚀刻将自动终止于磊晶结构30及正面金属层40，使得蚀刻完毕时基板凹槽50的底部为磊晶结构30及正面金属层40；而当基板凹槽50的底部完全与磊晶 凹槽70的底部相接触时，对于基板凹槽蚀刻区内的化合物半导体基板10的蚀刻将自动终止于正面金属层40，使得蚀刻完毕时基板凹槽50的底部为正面金属层40；以及(请参照图2E)在化合物半导体基板10的下表面11以及基板凹槽50的内表面形成一背面金属层60，当基板凹槽50的底部与磊晶凹槽70的底部部分相接触时，背面金属层60覆盖住基板凹槽50的内表面的化合物半导体基板10、磊晶结构30及正面金属层40，并使得背面金属层60与正面金属层40相接触而电性连接；而当基板凹槽50的底部完全与磊晶凹槽70的底部相接触时，背面金属层60覆盖住基板凹槽50的内表面的化合物半导体基板10及正面金属层40，并使得背面金属层60与正面金属层40相接触而电性连接。通过蚀刻自动终止的设计，可减少处理步骤及材料，且通过自该磊晶结构的上表面划定该磊晶凹槽蚀刻区并蚀刻出该磊晶凹槽，可由该磊晶结构的上表面更精准地对准该磊晶凹槽的位置，藉此可大幅地缩小该正面金属层的面积，在应用时可大幅缩小元件的大小。

本发明至少具有以下四点优点：优点一、通过选择适当的化合物半导体基板10及磊晶结构30的材料，搭配上选择适当的至少一基板蚀刻介质及至少一磊晶蚀刻介质，使得蚀刻磊晶凹槽70以及蚀刻基板凹槽50都为蚀刻自动终止的设计，可避免多形成一蚀刻终止层以及避免多一蚀刻该蚀刻终止层的步骤的必要，如此可减少处理步骤、材料等的成本。优点二、本发明先自磊晶结构30的上表面31蚀刻出磊晶凹槽70，再自化合物半导体基板10的下表面11蚀刻出基板凹槽50，而形成穿透孔的设计，其优点在于，先蚀刻磊晶凹槽70之后，再去蚀刻基板凹槽50时，并不需要非常精准去定位基板凹槽50与磊晶凹槽70的相对位置，只需能将磊晶凹槽70的底部与基板凹槽50的底部至少部相接触即可，此外，基板凹槽50的宽度也不再受限于正面金属层40的宽度，基板凹槽50的宽度可以设计成非常宽，甚至比正面金属层40的宽度还宽也可，如此一来，不仅蚀刻基板凹槽50的效率可以有效地提高，且基板凹槽50的清洁变得更加容易、有效率且干净，对形成背面金属层60的品质将大为提升。优点三、蚀刻磊晶凹槽70先在磊晶结构30的上表面31对准定位划定磊晶凹槽蚀刻区，此时的对准定位可以很精准，误差范围可以控制在2mm以下，甚至是1.5mm以下，因此，磊晶凹槽70以及形成于磊晶凹槽70内表面及磊晶凹槽70口周围的正面金属层40的长度及宽度可以不再受限于基板凹槽50的长度及 宽度，磊晶凹槽70可以大幅缩小，而正面金属层40也只需稍大于磊晶凹槽70至足以覆盖住磊晶凹槽70口周围的磊晶结构30即可，如此可以大幅地缩小正面金属层40的面积，在应用时可大幅地缩小元件(例如晶体管)的大小。优点四、由于基板凹槽50的长度及宽度不再受限于正面金属层40的长度及宽度，基板凹槽50可以个别与正面金属层40搭配设计以形成适当的大小，无须再被迫切割成两个或三个。

在一实施例中，化合物半导体基板10由碳化硅(SiC)所构成。而用于蚀刻碳化硅(SiC)化合物半导体基板10的至少一基板蚀刻介质包括一氟气(F₂)，且以干蚀刻的方式蚀刻基板凹槽蚀刻区内的化合物半导体基板10，以形成基板凹槽50。

在又一实施例中，磊晶结构30包括至少一氮化镓层(GaN)，其中氮化镓层形成于化合物半导体基板10之上。而用于蚀刻氮化镓(GaN)的磊晶结构30的至少一磊晶蚀刻介质包括一氯气(Cl₂)，且以干蚀刻的方式蚀刻磊晶凹槽蚀刻区内的磊晶结构30，以形成磊晶凹槽70。

在再一实施例中，化合物半导体基板10由碳化硅(SiC)所构成。而用于蚀刻碳化硅(SiC)化合物半导体基板10的至少一基板蚀刻介质包括一氟气(F₂)，且以干蚀刻的方式蚀刻基板凹槽蚀刻区内的化合物半导体基板10，以形成基板凹槽50。且磊晶结构30包括至少一氮化镓层(GaN)，其中氮化镓层形成于化合物半导体基板10之上。而用于蚀刻氮化镓(GaN)的磊晶结构30的至少一磊晶蚀刻介质包括一氯气(Cl₂)，且以干蚀刻的方式蚀刻磊晶凹槽蚀刻区内的磊晶结构30，以形成磊晶凹槽70。

图2F为运用本发明的金属化穿透孔结构的晶体管的上视图。其中图2F中b-b’剖面线方向与图2E(或将图2E的结构翻转180度)的剖面方向相同。在此实施例中，金属化穿透孔结构应用于一晶体管的一源极电极。其中栅极电极80为一T字型的结构，源极电极40及漏极电极90则分别呈长条状位于栅极电极80的两侧。其中，正面金属层40为该晶体管的该源极电极40。源极电极40沿着一源极电极长轴呈一长条状，源极电极40具有一源极电极长度L1以及一源极电极宽度W1，其中源极电极长度L1与源极电极长轴呈平行。其中，蚀刻磊晶凹槽70先在磊晶结构30的上表面31对准定位划定磊晶凹槽蚀刻区，此时的对准定位可以很精准，误差范围可以控制在2mm以下，甚至是1.5mm以下， 因此，磊晶凹槽70以及形成于磊晶凹槽70内表面及磊晶凹槽70口周围的源极电极40的长度及宽度可以不再受限于基板凹槽50的长度及宽度，磊晶凹槽70可以大幅缩小，而源极电极40也只需稍大于磊晶凹槽70至足以覆盖住磊晶凹槽70口周围的磊晶结构30即可，也即X3及X4的大小可以缩小至3mm以下、2mm以下、1.5mm以下或1mm以下，如此可以大幅地缩小源极电极40的面积，在应用时可大幅地缩小晶体管的大小。

在一实施例中，源极电极宽度W1介于大于5μm且小于45μm之间。

在另一实施例中，源极电极宽度W1介于大于5μm且小于30μm之间。

在其他实施例中，源极电极宽度W1介于大于2μm且小于45μm之间、大于3μm且小于45μm之间、大于4μm且小于45μm之间、大于6μm且小于45μm之间、大于7μm且小于45μm之间、大于8μm且小于45μm之间、大于9μm且小于45μm之间或大于10μm且小于45μm之间。

在其他实施例中，源极电极宽度W1介于大于5μm且小于43μm之间、大于5μm且小于41μm之间、大于5μm且小于40μm之间、大于5μm且小于38μm之间、大于5μm且小于36μm之间、大于5μm且小于35μm之间、大于5μm且小于33μm之间、大于5μm且小于31μm之间、大于5μm且小于28μm之间、大于5μm且小于26μm之间、大于5μm且小于25μm之间、大于5μm且小于23μm之间、大于5μm且小于21μm之间、大于5μm且小于20μm之间、大于5μm且小于18μm之间、大于5μm且小于16μm之间或大于5μm且小于15μm之间。

在其他实施例中，源极电极宽度W1介于大于2μm且小于43μm之间、大于3μm且小于41μm之间、大于4μm且小于40μm之间、大于5μm且小于38μm之间、大于6μm且小于36μm之间、大于7μm且小于35μm之间、大于8μm且小于33μm之间、大于9μm且小于31μm之间或大于10μm且小于30μm之间。

在其他实施例中，源极电极宽度W1介于大于2μm且小于28μm之间、大于3μm且小于26μm之间、大于4μm且小于25μm之间、大于5μm且小于23μm之间、大于6μm且小于21μm之间、大于7μm且小于20μm之间、大于8μm且小于18μm之间、大于9μm且小于16μm之间或大于10μm且小于15μm之间。

在一实施例中，磊晶凹槽70沿着一磊晶凹槽长轴呈一长条状，磊晶凹槽70具有一磊晶凹槽长度L3以及一磊晶凹槽宽度W3，其中磊晶凹槽长度L3与磊晶凹槽长轴呈平行，且磊晶凹槽长轴与源极电极长轴呈平行，且磊晶凹槽长 度L3小于源极电极长度L1，磊晶凹槽宽度W3小于源极电极宽度W1。

在另一实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于大于3μm且小于25μm之间。

在又一实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于大于3μm且小于15μm之间。

在其他实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于大于1μm且小于25μm之间、大于2μm且小于25μm之间、大于4μm且小于25μm之间、大于5μm且小于25μm之间、大于6μm且小于25μm之间、大于7μm且小于25μm之间、大于8μm且小于25μm之间、大于9μm且小于25μm之间或大于10μm且小于25μm之间。

在其他实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于大于5μm且小于23μm之间、大于5μm且小于21μm之间、大于5μm且小于20μm之间、大于5μm且小于18μm之间、大于5μm且小于16μm之间、大于5μm且小于13μm之间、大于5μm且小于12μm之间、大于5μm且小于11μm之间或大于5μm且小于10μm之间。

在其他实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于1μm且小于23μm之间、2μm且小于21μm之间、3μm且小于20μm之间、4μm且小于18μm之间、5μm且小于16μm之间、6μm且小于15μm之间、7μm且小于13μm之间、8μm且小于12μm之间或9μm且小于11μm之间。

在再一实施例中，磊晶凹槽70的底部全部与基板凹槽50的底部相接触(如图2E所示的实施例)。

如图2F所示的实施例，其中源极电极宽度W1大于磊晶凹槽宽度W3，且源极电极长度L1大于磊晶凹槽长度L3。而其中基板凹槽宽度W4小于源极电极宽度W1，且基板凹槽宽度W4大于磊晶凹槽宽度W3。而其中基板凹槽长度L4小于源极电极长度L1，且基板凹槽长度L4大于磊晶凹槽长度L3。

在其他的实施例当中，基板凹槽宽度W4不受限于源极电极宽度W1或磊晶凹槽宽度W3。基板凹槽长度L4也不受限于源极电极长度L1或磊晶凹槽长度L3。其中基板凹槽宽度W4可大于、等于或小于源极电极宽度W1；基板凹槽宽度W4可大于、等于或小于磊晶凹槽宽度W3；基板凹槽长度L4可大于、等于或小于源极电极长度L1；基板凹槽长度L4可大于、等于或小于磊晶凹槽长度L3。

图3A(此结构与图2E的结构相同)为本发明一种金属化穿透孔结构的一具体实施例的剖面示意图，包括：一化合物半导体基板10、一磊晶结构30、一正面金属层40以及一背面金属层60。其中化合物半导体基板10具有一基板 凹槽50，基板凹槽50在化合物半导体基板10的下表面具有一开口。磊晶结构30形成于化合物半导体基板10之上，磊晶结构30具有一磊晶凹槽70，磊晶凹槽70在磊晶结构30的上表面具有一开口，其中基板凹槽50的底部与磊晶凹槽70的底部至少部分相接触，且其中磊晶凹槽70与基板凹槽50在磊晶结构30与化合物半导体基板10的交界面及其延伸平面为界。正面金属层40形成于磊晶结构30之上以及磊晶凹槽70的内表面，其中正面金属层40覆盖住磊晶凹槽70口周围的磊晶结构30。背面金属层60形成于化合物半导体基板10之下以及基板凹槽50的内表面，其中背面金属层60覆盖住基板凹槽50的内表面的化合物半导体基板10，正面金属层40覆盖住磊晶凹槽70的内表面的磊晶结构30，且背面金属层60与正面金属层40在磊晶结构30与化合物半导体基板10的交界面及其延伸平面为界而相接触而电性连接，藉此可大幅地缩小正面金属层40的面积。在应用时可大幅缩小元件的大小。

其中正面金属层40的宽度大于磊晶凹槽70的宽度。而其中基板凹槽50的宽度可大于、等于或小于正面金属层40的宽度。当基板凹槽50的宽度大于或等于正面金属层40的宽度时，基板凹槽50的宽度大于磊晶凹槽70的宽度。当基板凹槽50的宽度小于正面金属层40的宽度时，基板凹槽50的宽度可大于、等于或小于磊晶凹槽70的宽度。

图3B为本发明一种金属化穿透孔结构的另一具体实施例的剖面示意图。在此实施例中，基板凹槽50并非位于磊晶凹槽70的正下方，磊晶凹槽70的底部与基板凹槽50的底部只有部分接触，使得正面金属层40与背面金属层60在磊晶凹槽70的底部与基板凹槽50的底部相接触而电性连接。

图3C为本发明一种金属化穿透孔结构的又一具体实施例的剖面示意图。在此实施例中，基板凹槽50的宽度远大于正面金属层40及磊晶凹槽70的宽度，而基板凹槽50的宽度延伸至与左右两端的磊晶凹槽70的底部相接触。

图3D为本发明一种金属化穿透孔结构的再一具体实施例的剖面示意。在此实施例中，基板凹槽50可具有非均一的凹槽宽度，其中靠近基板凹槽50的底部的宽度较窄，较靠近基板凹槽50的开口的宽度较宽。

图3E为本发明一种金属化穿透孔结构的另一具体实施例的剖面示意图。在此实施例中，正面金属层40的宽度大于磊晶凹槽70的宽度，且磊晶凹槽70的宽度大于基板凹槽50的宽度。

在一实施例中，化合物半导体基板10由碳化硅(SiC)所构成。

在另一实施例中，磊晶结构30包括至少一氮化镓层(GaN)，其中氮化镓层形成于化合物半导体基板10之上。

在再一实施例中，化合物半导体基板10由碳化硅(SiC)所构成。且磊晶结构30包括至少一氮化镓层(GaN)，其中氮化镓层形成于化合物半导体基板10之上。

图2F为运用本发明的金属化穿透孔结构的晶体管的上视图。其中图2F中b-b’剖面线方向与图3A的剖面方向相同。在此实施例中，金属化穿透孔结构应用于一晶体管的一源极电极。其中栅极电极80为一T字型的结构，源极电极40及漏极电极90则分别呈长条状位于栅极电极80的两侧。其中，正面金属层40为该晶体管的该源极电极40。源极电极40沿着一源极电极长轴呈一长条状，源极电极40具有一源极电极长度L1以及一源极电极宽度W1，其中源极电极长度L1与源极电极长轴呈平行。

在一实施例中，源极电极宽度W1介于大于5μm且小于45μm之间。

在另一实施例中，源极电极宽度W1介于大于5μm且小于30μm之间。

在其他实施例中，源极电极宽度W1介于大于2μm且小于45μm之间、大于3μm且小于45μm之间、大于4μm且小于45μm之间、大于6μm且小于45μm之间、大于7μm且小于45μm之间、大于8μm且小于45μm之间、大于9μm且小于45μm之间或大于10μm且小于45μm之间。

在其他实施例中，源极电极宽度W1介于大于5μm且小于43μm之间、大于5μm且小于41μm之间、大于5μm且小于40μm之间、大于5μm且小于38μm之间、大于5μm且小于36μm之间、大于5μm且小于35μm之间、大于5μm且小于33μm之间、大于5μm且小于31μm之间、大于5μm且小于28μm之间、大于5μm且小于26μm之间、大于5μm且小于25μm之间、大于5μm且小于23μm之间、大于5μm且小于21μm之间、大于5μm且小于20μm之间、大于5μm且小于18μm之间、大于5μm且小于16μm之间或大于5μm且小于15μm之间。

在其他实施例中，源极电极宽度W1介于大于2μm且小于43μm之间、大于3μm且小于41μm之间、大于4μm且小于40μm之间、大于5μm且小于38μm之间、大于6μm且小于36μm之间、大于7μm且小于35μm之间、大于8μm且小于33μm之间、大于9μm且小于31μm之间或大于10μm且小于30μm之间。

在其他实施例中，源极电极宽度W1介于大于2μm且小于28μm之间、大于3μm且小于26μm之间、大于4μm且小于25μm之间、大于5μm且小于23μm之间、大于6μm且小于21μm之间、大于7μm且小于20μm之间、大于8μm且小于18μm之间、大于9μm且小于16μm之间或大于10μm且小于15μm之间。

在一实施例中，磊晶凹槽70沿着一磊晶凹槽长轴呈一长条状，磊晶凹槽70具有一磊晶凹槽长度L3以及一磊晶凹槽宽度W3，其中磊晶凹槽长度L3与磊晶凹槽长轴呈平行，且磊晶凹槽长轴与源极电极长轴呈平行，且磊晶凹槽长度L3小于源极电极长度L1，磊晶凹槽宽度W3小于源极电极宽度W1。

在另一实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于大于3μm且小于25μm之间。

在又一实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于大于3μm且小于15μm之间。

在其他实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于大于1μm且小于25μm之间、大于2μm且小于25μm之间、大于4μm且小于25μm之间、大于5μm且小于25μm之间、大于6μm且小于25μm之间、大于7μm且小于25μm之间、大于8μm且小于25μm之间、大于9μm且小于25μm之间或大于10μm且小于25μm之间。

在其他实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于大于5μm且小于23μm之间、大于5μm且小于21μm之间、大于5μm且小于20μm之间、大于5μm且小于18μm之间、大于5μm且小于16μm之间、大于5μm且小于13μm之间、大于5μm且小于12μm之间、大于5μm且小于11μm之间或大于5μm且小于10μm之间。

在其他实施例中，磊晶凹槽宽度W3介于1μm且小于23μm之间、2μm且小于21μm之间、3μm且小于20μm之间、4μm且小于18μm之间、5μm且小于16μm之间、6μm且小于15μm之间、7μm且小于13μm之间、8μm且小于12μm之间或9μm且小于11μm之间。

在一实施例中，磊晶凹槽70的底部完全与基板凹槽50的底部相接触(如图3A所示的实施例)。

如图2F所示的实施例，其中源极电极宽度W1大于磊晶凹槽宽度W3，且源极电极长度L1大于磊晶凹槽长度L3。而其中基板凹槽宽度W4小于源极电极宽度W1，且基板凹槽宽度W4大于磊晶凹槽宽度W3。而其中基板凹槽长度L4小于源极电极长度L1，且基板凹槽长度L4大于磊晶凹槽长度L3。

在其他的实施例当中，基板凹槽宽度W4不受限于源极电极宽度W1或磊晶凹槽宽度W3。基板凹槽长度L4也不受限于源极电极长度L1或磊晶凹槽长度 L3。其中基板凹槽宽度W4可大于、等于或小于源极电极宽度W1；基板凹槽宽度W4可大于、等于或小于磊晶凹槽宽度W3；基板凹槽长度L4可大于、等于或小于源极电极长度L1；基板凹槽长度L4可大于、等于或小于磊晶凹槽长度L3。

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。