半导体装置的制作方法

本发明是有关于一种半导体装置。

背景技术：

高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)为场效应晶体管(field effect transistor,FET)的一类，因其具有高电子迁移率与低电阻，因此被广泛应用。高电子迁移率晶体管的重要元件为异质结构层，其由两种具不同能隙的材料所组成，以取代传统场效应晶体管的PN界面。一般利用的材料组合为氮化镓铝(AlGaN)与氮化镓(GaN)。因由氮化镓铝与氮化镓组成的异质结构层于氮化镓侧的形成量子井的导电带，因此氮化镓铝与氮化镓之间的界面即产生二维电子气(two-dimensional electron gas,2DEG)。

技术实现要素：

本发明的一方面提供一种半导体装置，包含基板、主动层、源极、漏极、栅极、场板、第一保护层与金属层。主动层置于基板上。源极与漏极分别电性连接主动层。栅极置于源极与漏极之间，并置于主动层上方。场板置于主动层上方，且置于栅极与漏极之间。第一保护层覆盖栅极与场板。金属层置于第一保护层上，置于栅极与场板上方，且电性连接源极。

在一或多个实施方式中，栅极与主动层之间具有第一距离，场板与主动层之间具有第二距离，第二距离小于第一距离。

在一或多个实施方式中，置于栅极与金属层之间的部分第一保护层具有一厚度，该厚度小于500纳米。

在一或多个实施方式中，栅极与场板之间具有一间隙，金属层全面覆盖该间隙。

在一或多个实施方式中，金属层面向源极的一侧边位于栅极上方。

在一或多个实施方式中，金属层面向漏极的一侧边位于场板上方。

在一或多个实施方式中，第一距离为约20纳米至200纳米。

在一或多个实施方式中，第二距离为约50纳米至300纳米。

在一或多个实施方式中，场板电性连接至源极。

在一或多个实施方式中，场板电性连接至栅极。

在一或多个实施方式中，半导体装置还包含第二保护层，置于场板与主动层之间。

在一或多个实施方式中，金属层完全覆盖栅极。

在一或多个实施方式中，金属层与漏极之间的水平距离小于场板与漏极之间的水平距离。

上述实施方式的半导体装置通过金属层以调整栅极-源极电容(Cgs)。

附图说明

图1为本发明一实施方式的半导体装置的剖面图。

图2为本发明另一实施方式的半导体装置的剖面图。

其中，附图标记说明如下：

102：绝缘区

105：缓冲层

110：基板

120：主动层

122：通道层

124：阻障层

126：二维电子气

130：源极

140：漏极

150：栅极

160：场板

170：第一保护层

175：第二保护层

180：金属层

182、184：侧边

190：P型掺杂层

D1、D2、D3、D4：水平距离

d1：第一距离

d2：第二距离

G：间隙

T：厚度

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。

图1为本发明一实施方式的半导体装置的剖面图。半导体装置包含基板110、主动层120、源极130、漏极140、栅极150、场板160、第一保护层170与金属层180。主动层120置于基板110上。源极130与漏极140分别电性连接主动层120。举例而言，在图1中，源极130与漏极140部分置于主动层120中，然而在其他的实施方式中，源极130与漏极140可置于主动层120上。栅极150置于源极130与漏极140之间，并置于主动层120上方。栅极150与主动层120之间具有第一距离d1。场板160置于主动层120上方，且置于栅极150与漏极140之间。场板160与主动层120之间具有第二距离d2，第二距离d2小于第一距离d1。第一保护层170覆盖栅极150与场板160。金属层180置于第一保护层170上，置于栅极150与场板160上方，且电性连接源极130。

本实施方式的半导体装置通过金属层180以调整栅极-源极电容(Cgs)，并且因第二距离d2小于第一距离d1，因此可提升半导体装置的崩溃电压。详细而言，在本实施方式中，部分的金属层180置于栅极150上方，亦即部分的金属层180与栅极150重叠。因金属层180电性连接源极130，因此可与栅极150之间形成栅极-源极电容(Cgs)。如此的设置使得半导体装置的栅极-源极电容增加，因此半导体装置的米勒比例(Miller Ratio)(其与栅极-源极电容成反比)便可相对降低。米勒比例越低，则半导体装置的操作状态便越佳， 较容易实现高频工作，且可最小化击穿电流值(shoot-through currents)。另一方面，栅极150与主动层120之间具有一高电场。只要一源极-漏极电压被施加至半导体装置，电场可能会快速增加而达到半导体装置的崩溃电压。然而在本实施方式中，因场板160置于栅极150与漏极140之间，且第二距离d2小于第一距离d1，亦即，场板160低于栅极150，因此当此装置被施加高源极-漏极电压时，一部分的电场可有效地被移至场板160附近，使得栅极150靠近漏极140一侧的电场增幅可被减弱，如此一来半导体装置的崩溃电压可被提升。

在一实施例中，当有金属层180存在时，栅极-源极电荷(Qgs(th))为约1.1(nC/m)，而米勒比率为约2.4。另外当没有金属层180存在时，栅极-源极电荷(Qgs(th))为约1.8(nC/m)，而米勒比率为约1.2。

在本实施方式中，置于栅极150与金属层180之间的部分第一保护层170具有一厚度T，厚度T小于500纳米。在其他一些实施方式中，厚度T小于300纳米。在其他另一些实施方式中，厚度T小于100纳米。通过调整厚度T，可调整栅极150与金属层180之间的栅极-源极电容。另外，当栅极150与金属层180之间的覆盖面积不同时，栅极150与金属层180之间的栅极-源极电容亦可随之改变，因此，本领域技术人员可根据实际情况而决定栅极150与金属层180之间的覆盖面积。

在本实施方式中，栅极150与场板160之间具有一间隙G，金属层180全面覆盖间隙G。换句话说，金属层180同时与栅极150以及场板160重叠，并且金属层180的边缘不位于间隙G中。因电场容易聚集于金属层180的边缘(其被称为边缘电场)，而在本实施方式中，因金属层180全面覆盖间隙G，也就是金属层180的侧边182、184不位于间隙G中，因此可防止金属层180在间隙G处产生边缘电场，以干扰主动层120上方的电场分布，其可能会改变半导体装置的崩溃电压。

在本实施方式中，金属层180面向源极130的侧边182位于栅极150上方。换句话说，金属层180与源极130之间的水平距离D1较栅极150与源极130的间的水平距离D2远。在本实施方式中，金属层180不但与栅极150重叠，且不突出于栅极150面向源极130的一侧，然而本发明不以此为限。请参照图2，其为本发明另一实施方式的半导体装置的剖面图。在本实施方 式中，金属层180完全覆盖栅极150，也就是水平距离D1可等于或小于水平距离D2。至于本实施方式的其他细节皆与图1相同，因此便不再赘述。

接着请回到图1，在本实施方式中，金属层180面向漏极140的侧边184位于场板160上方。换句话说，金属层180与漏极140之间的水平距离D3较场板160与漏极140之间的水平距离D4远。在本实施方式中，金属层180不但与场板160重叠，且不突出于场板160面向漏极140的一侧。如此的结构使得金属层180的侧边184与主动层120之间被场板160所隔开，因此金属层180的侧边182便不会在主动层120附近产生边缘电场，也就不会干扰主动层120附近的电场分布。

在本实施方式中，场板160电性连接至源极130，换句话说，场板160与金属层180皆与源极130电性连接，因此场板160与金属层180之间便不会产生额外的电容，且场板160因置于栅极150与漏极140之间，此种设置亦有减少栅极150与漏极140之间可能会产生的电性影响。在一些实施方式中，场板160可利用外部线路或层间贯穿结构而与源极130与/或金属层180电性连接，本发明不以此为限。

然而在其他的实施方式中，场板160可电性连接至栅极150，因此场板160与金属层180之间可形成另一栅极-源极电容。通过不同的第一保护层170的厚度T与/或不同的场板160与金属层180之间的覆盖面积，场板160与金属层180之间的栅极-源极电容可随之改变。在一些实施方式中，场板160可利用外部线路或层间贯穿结构而与栅极150电性连接，本发明不以此为限。

在一或多个实施方式中，主动层120包含多个不同的氮基(nitride-based)半导体层，以于异质接合(heterojunction)处产生二维电子气(2DEG)126，做为导电通道。例如可使用相互叠合的通道层122与阻障层124，其中阻障层124位于通道层122上。此种结构下，二维电子气126可存在于通道层122与阻障层124之间的界面。因此在半导体装置处于开启状态下，源极130与漏极140之间的导通电流可沿着通道层122与阻障层124之间的界面而流动。在一些实施方式中，通道层122可为氮化镓(GaN)层，而阻障层124可为氮化镓铝(AlGaN)层。另一方面，基板110的材质例如为硅(silicon)基板或蓝宝石(sapphire)基板，本发明不以此为限。在本实施方式中，半导体装置可还包含缓冲层105，设置于主动层120与基板110之间。另外，半导体装置可更包 含绝缘区102，围绕于主动层120外侧。绝缘区102可用以避免漏电流的产生，并提高崩溃电压。

在本实施方式中，半导体装置还包含P型掺杂层190，置于栅极150与主动层120之间。P型掺杂层190可为抑制栅极150下方的主动层120的二维电子气126的层，因此P型掺杂层190下方的二维电子气126被截断，此效果即使在没有外加电压时仍存在。因此，本实施方式的半导体装置为常关型(增强型)装置。

在本实施方式中，半导体装置还包含第二保护层175，置于场板160与主动层120之间，亦即场板160置于第二保护层175上。通过改变第二保护层175的厚度，可改变场板160与主动层120之间的第二距离d2。在一些实施方式中，第一保护层170与第二保护层175的材质可为氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si₃N₄)、二氧化硅(SiO₂)、二氧化铪(HfO₂)或上述的任意组合。

在一些实施方式中，第一距离d1可为约20纳米至200纳米，而第二距离d2为约50纳米至300纳米，然而本发明不以此为限。基本上，只要第一距离d1大于第二距离d2，亦即场板160低于栅极150，以达到分散栅极150电场的目的，皆在本发明的范畴中。

上述实施方式的半导体装置通过金属层以调整栅极-源极电容(Cgs)，并且因第二距离小于第一距离，因此可提升半导体装置的崩溃电压。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。