半导体结构、高电子迁移率晶体管及半导体结构制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体结构、高电子迁移率晶体管及半导体结构制造方法，半导体结构包含基底、可流动介电材料以及氮化镓系(GaN‑based)半导体层。基底具有坑洞(pit)从该基底的上表面暴露出来，可流动介电材料填满坑洞，并且氮化镓系半导体层设置在基底和可流动介电材料之上。本发明专利技术可以提升半导体装置的制造良品率，并降低工艺成本。

Semiconductor structure, high electron mobility transistor and semiconductor structure manufacturing method

The invention provides a semiconductor structure, a high electron mobility transistor and a semiconductor structure manufacturing method. The semiconductor structure comprises a substrate, a flowable dielectric material and a GaN \u2011 based semiconductor layer. The substrate has a pit which is exposed from the upper surface of the substrate, and the movable dielectric material fills the pit, and the Gan system semiconductor layer is arranged on the substrate and the movable dielectric material. The invention can improve the manufacturing yield of the semiconductor device and reduce the process cost.

【技术实现步骤摘要】
半导体结构、高电子迁移率晶体管及半导体结构制造方法
本专利技术实施例是有关于半导体制造技术，且特别是有关于具有氮化镓系半导体材料的半导体结构、高电子迁移率晶体管及半导体结构制造方法。
技术介绍
氮化镓系(GaN-based)半导体材料具有许多优秀的材料特性，例如高抗热性、宽能隙(band-gap)、高电子饱和速率。因此，氮化镓系半导体材料适合应用于高速与高温的操作环境。近年来，氮化镓系半导体材料已广泛地应用于发光二极管(lightemittingdiode，LED)组件、高频率组件，例如具有异质界面结构的高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor，HEMT)。随着氮化镓系半导体材料的发展，这些使用氮化镓系半导体材料的半导体结构应用于更严苛工作环境中，例如更高频、更高温或更高电压。因此，具有氮化镓系半导体材料的半导体结构的工艺条件也面临许多新的挑战。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例提供半导体结构，半导体结构包含基底、可流动介电材料以及氮化镓系(GaN-based)半导体层。基底具有坑洞(pit)从该基底的上表面暴露出来，可流动介电材料填满坑洞，并且氮化镓系半导体层设置在基底和可流动介电材料之上。本专利技术的一些实施例提供高电子迁移率晶体管(HEMT)，此高电子迁移率晶体管(HEMT)包含氮化铝基底，氮化铝基底具有多个坑洞从氮化铝基底的上表面暴露出来，以及填满这些坑洞的硼磷硅酸盐玻璃。此高电子迁移率晶体管还包含设置在氮化铝基底和硼磷硅酸盐玻璃之上的氮化镓半导体层、设置在氮化镓半导体层之上的氮化镓铝半导体层，以及设置在氮化镓铝半导体层之上的源极电极、漏极电极和栅极电极。本专利技术的一些实施例提供半导体结构的制造方法，此方法包含提供基底，基底具有坑洞(pit)从基底的上表面暴露出来，在基底上形成可流动介电材料，执行热处理，使可流动介电材料回流(reflow)至且填满坑洞，执行平坦化工艺，移除可流动介电材料在坑洞以外的部分且暴露出基底的上表面，以及在平坦化工艺之后，在基底之上形成氮化镓系半导体层。本专利技术的半导体结构可应用于多种类型的半导体装置，为让本专利技术的特征和优点能更明显易懂，下文特举出应用于高电子迁移率晶体管的实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。为了使图式清楚显示，图式中各个不同的元件可能未依照比例绘制，其中：图1A至图1E是根据本专利技术的一些实施例，说明形成基底结构在各个不同阶段的剖面示意图。图2是根据本专利技术的一些实施例，显示使用图1E的基底结构所形成的高电子迁移率晶体管的剖面示意图。具体实施方式以下揭露提供了许多的实施例或示例，用于实施所提供的半导体结构的不同组件。各组件和其配置的具体示例描述如下，以简化本专利技术实施例的说明。当然，这些仅仅是示例，并非用以限定本专利技术实施例。举例而言，叙述中若提及第一组件形成在第二组件之上，可能包含第一和第二组件直接接触的实施例，也可能包含额外的组件形成在第一和第二组件之间，使得它们不直接接触的实施例。此外，本专利技术实施例可能在不同的示例中重复参考数字和/或字母。如此重复是为了简明和清楚，而非用以表示所讨论的不同实施例之间的关系。以下描述实施例的一些变化。在不同图式和说明的实施例中，相似的组件符号被用来标示相似的组件。可以理解的是，在方法的前、中、后可以提供额外的步骤，且一些所叙述的步骤可在该方法的其他实施例被取代或删除。本专利技术实施例提供了半导体结构和高电子迁移率晶体管(HEMT)及其制造方法。通常，包含氮化镓系半导体材料的半导体装置形成于陶瓷基底上。由于透过粉末冶金形成的陶瓷基底会有坑洞在陶瓷基底的表面上，所以当陶瓷基底用于半导体工艺时，在基底上形成的材料层会形成于坑洞中，而降低半导体装置的制造良品率。为了提升半导体装置的制造良品率，本专利技术实施例提供一种半导体结构的制造方法，其包含将可流动介电材料形成于基底上，透过热处理使可流动介电材料回流(reflow)至且填满坑洞，接着对可流动介电材料执行平坦化工艺，以暴露出基底的上表面，使得基底可提供平坦表面以用于后续的半导体工艺。图1A至图1E是根据本专利技术的一些实施例，说明形成图1E所示的基底结构100’在各个不同阶段的剖面示意图。请参考图1A，提供基底102。基底102可以是圆形的，并且基底102的直径P可以是4英寸或以上，例如6英寸、8英寸或12英寸，以适用于半导体工业的制造设备。基底102本质上存有一些缺陷104，缺陷104包含在基底102内的孔洞103，以及从基底102上表面暴露出来的坑洞(pit)105。在一些实施例中，基底102是陶瓷基底，其透过粉末冶金将陶瓷粉末高温烧结所形成。举例而言，基底102是氮化铝(AlN)基底、碳化硅(SiC)基底、蓝宝石(Sapphire)基底或类似基底。在将陶瓷粉末烧结以制造基底102期间，陶瓷粉末之间的空隙逐渐缩小并且消灭。在陶瓷粉末烧结之后，陶瓷粉末之间的空隙并不会完全消失。因此，一些缺陷104仍存留于基底102内部和表面。此外，即使将烧结后的基底102进行抛光研磨，以移除表面的坑洞105，基底102内的孔洞103将会暴露出来，而产生新的坑洞105于基底102的上表面。在一些实施例中，基底102是用于制造含有氮化镓系(GaN-based)半导体层的半导体装置，例如发光二极管(light-emittingdiode，LED)、高频装置或高压装置。高频装置或高压装置可以是例如，高电子迁移率晶体管(HEMT)、肖特基二极管(schottkybipolardiode，SBD)、双载体晶体管(bipolarjunctiontransistor，BJT)、接面场效晶体管(junctionfieldeffecttransistor，JFET)、绝缘栅双极晶体管(insulatedgatebipolartransistor，IGBT)。由于在基底102上表面上存在坑洞105，所以后续成长于基底102上表面的材料也会成长于坑洞105中。随着半导体组件尺寸的微缩化，基底102上表面的坑洞105成为半导体装置的致命缺陷(killerdefects)，而降低半导体装置的制造良品率。因此，需克服基底上表面的坑洞所造成的低制造良品率的问题。应注意的是，尽管如图1A所绘示的坑洞105具有弧形的剖面轮廓，然而坑洞105的型态并非以此为限。实际上，坑洞105可具有不规则的剖面轮廓。在图1A的剖面示意图中，坑洞105可具有在横向上量测的各自宽度W，以及在纵向上量测的各自深度D。在本专利技术实施例中，当坑洞105的深度D大于其宽度W时，可定义坑洞105的尺寸为其深度D。反之，当坑洞105的宽度W大于其深度D时，可定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：/n一基底，具有一坑洞从该基底的上表面暴露出来；/n一可流动介电材料，填满该坑洞；以及/n一氮化镓系半导体层设置在该基底与该可流动介电材料之上。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：
一基底，具有一坑洞从该基底的上表面暴露出来；
一可流动介电材料，填满该坑洞；以及
一氮化镓系半导体层设置在该基底与该可流动介电材料之上。


2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该可流动介电材料未覆盖该基底的上表面。


3.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：一盖层，设置在该基底与该氮化镓系半导体层之间，且覆盖该可流动介电材料。


4.如权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，该盖层的材料为绝缘材料。


5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该基底为氮化铝基底、碳化硅基底或蓝宝石基底。


6.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该可流动介电材料为旋转涂布玻璃、硼磷硅酸盐玻璃或磷硅酸盐玻璃。


7.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该半导体结构还包括一半导体装置设置在该基底之上，该半导体装置包含该氮化镓系半导体层，且该半导体装置为发光二极管、高电子迁移率晶体管、肖特基二极管、双载体晶体管、接面场效晶体管或绝缘栅双极晶体管。


8.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该基底的尺寸大于或等于4英寸。


9.一种高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：
一氮化铝基底，具有多个坑洞从该氮化铝基底的上表面暴露出来；
一硼磷硅酸盐玻璃，填满所述坑洞；
一氮化镓半导体层，设置在该氮化铝基底与该硼磷硅酸盐玻璃之上；
一氮化镓铝半导体层，设置在该氮化镓半导体层之上；以及
一源极电极、一漏极电极和一栅极电极，设置在该氮化镓铝半导体层之上。


10.如权利要求9所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该氮化镓半导体层的厚度在5微米至15微米。

【专利技术属性】
技术研发人员：林永丰，周政伟，章思尧，周政道，陈秀明，
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;TW