[發(fā)明專利]適用于銅制程的半導(dǎo)體裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110217002.2
• 申請日: 2011-07-28
• 公開（公告）號: CN102820331A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張翼;張嘉華;林岳欽;陳宥綱;謝廷恩
• 申請（專利權(quán)）人: 財團(tuán)法人交大思源基金會
• 主分類號: H01L29/45
• 分類號: H01L29/45;H01L29/43
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，特別是涉及一種適用于銅制程的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)

在目前以高電子遷移率晶體管等電元件為主的集成電路制造領(lǐng)域中，由于金(Au)與鋁(Al)的導(dǎo)電性佳，因此金與鋁通常作為電連接集成電路中各電元件而為各電元件中的電極結(jié)構(gòu)的主要部分。其中，金雖然導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性佳，但產(chǎn)量相對鋁等其他金屬的產(chǎn)量顯得非常稀有因此價格高，只有降低使用金的比例才可有效地降低所制造出的集成電路的成本；而鋁雖然便宜，但是電阻值及導(dǎo)熱性不夠優(yōu)良，在集成電路自微米尺寸趨向納米尺寸而日漸需要輕、薄、短、小的時代中，若未來在小尺寸的產(chǎn)品上繼續(xù)使用鋁，必會造成產(chǎn)品過熱或是耗電量過高而使產(chǎn)品提早老化或是電池蓄航力不足。因此，發(fā)展較金或鋁更適合作為連接集成電路中各電元件的電極結(jié)構(gòu)材料一直是本領(lǐng)域的研究目的。

近年來，研究人員與業(yè)界發(fā)現(xiàn)銅的導(dǎo)電性高、導(dǎo)熱性佳且價格不貴，在成本及電特性的皆需兼顧的考量下，銅適合作為電極結(jié)構(gòu)的主成份，因此，在高電子遷移率晶體管為主要電元件的集成電路領(lǐng)域中，導(dǎo)入銅制程是繼續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

參閱圖1，目前嘗試發(fā)展銅制程的以氮化鎵作為主要半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體裝置，例如于高電子遷移率晶體管，包括一塊基材111、一個本體11、一組柵極結(jié)構(gòu)12及二組電極結(jié)構(gòu)13。

該本體11形成于該基材111上，且包括一層以氮化鎵為主要成份的第一膜層112及一層形成于該第一膜層112上并以氮化鋁鎵為主要成份的第二膜層113。

該柵極結(jié)構(gòu)12形成于該本體11的第二膜層113遠(yuǎn)離該第一膜層112的表面，并包括一層與該第二膜層113連結(jié)的導(dǎo)電材121。該導(dǎo)電材121通常是金屬構(gòu)成而可導(dǎo)電。

所述電極結(jié)構(gòu)13與該柵極結(jié)構(gòu)12間隔地設(shè)置于該第二膜層113的表面，并包括一層歐姆接觸層131及一層導(dǎo)線層132，該歐姆接觸層131是以鈦、鋁、鎳為主的合金構(gòu)成，該導(dǎo)線層132的主成份是銅，用以和例如導(dǎo)線等焊粘而與外部電路形成電連接。

以電性結(jié)構(gòu)而言，溝道(channel)是本體11中的第二膜層113的頂部，其中一個電極結(jié)構(gòu)13是漏極(drain)，其中另一個電極結(jié)構(gòu)13是源極(source)，而該柵極結(jié)構(gòu)12是柵極(gate)。

在理想狀態(tài)下，當(dāng)外部電路經(jīng)由導(dǎo)線分別給予柵極及漏極電壓，柵極對本體11及漏極對源極形成電壓差，此時電流可自漏極經(jīng)溝道往源極流動，供半導(dǎo)體裝置正常動作。

然而，由于銅的活性大，因此，該半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)13在制作及/或經(jīng)外部電路供電而動作時，導(dǎo)線層132的銅原子會很容易通過歐姆接觸層131且擴(kuò)散進(jìn)入該本體11的第一膜層112甚或是第二膜層113中，造成半導(dǎo)體裝置電特性失常及可靠度不佳，因此，繼續(xù)研究、改善以銅制程為主的高電子遷移率的半導(dǎo)體裝置并提高其可靠度，是本領(lǐng)域研發(fā)人員的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于銅制程并具有高可靠度的半導(dǎo)體裝置。

本發(fā)明適用于銅制程的半導(dǎo)體裝置包含一個本體及至少一組電極結(jié)構(gòu)。

該本體以氮化鎵系半導(dǎo)體為主要材料構(gòu)成，該電極結(jié)構(gòu)與該本體電連接并用于外部電路電連接并包括一層形成于該本體上并與該本體形成歐姆接觸的歐姆接觸層、一層形成于該歐姆接觸層上的抑制層及一層形成于該抑制層上且以銅為主成份的導(dǎo)線層，構(gòu)成該歐姆接觸層的材料選自鈦、鋁、鎳及至少包含上述元素中的一種的合金，構(gòu)成該抑制層的材料選自鈦、鎢、氮化鈦、氮化鎢及以其中的一種組合為主成份構(gòu)成的材料。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用下列技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。

較佳地，該半導(dǎo)體裝置包含二組電極結(jié)構(gòu)及一組柵極結(jié)構(gòu)，且該柵極結(jié)構(gòu)包括一層形成于該本體上的導(dǎo)電材。

較佳地，該歐姆接觸層的厚度是165nm～330nm，該抑制層的厚度是10nm～30nm，該導(dǎo)線層由銅所構(gòu)成，且厚度是50nm～150nm。

較佳地，該本體包括一層以氮化鎵為主成份的第一膜層及一層以氮化鋁鎵為主成份且形成于該第一膜層上的第二膜層，該第二膜層與該電極結(jié)構(gòu)的歐姆接觸層連接并相歐姆接觸。

本發(fā)明的有益效果在于：通過配合以氮化鎵系半導(dǎo)體為主要材料構(gòu)成的本體的電極結(jié)構(gòu)的歐姆接觸層與抑制層間相互搭配，阻擋電極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線層中的銅在制程或是動作中擴(kuò)散進(jìn)入本體，以維持該半導(dǎo)體裝置的可靠度。

附圖說明

圖1是剖視示意圖，說明現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置；

圖2是剖視示意圖，說明本發(fā)明適用于銅制程的半導(dǎo)體裝置的一個較佳實施例；