半导体器件及其制造方法技术

一种半导体器件，包括：沿第一方向延伸的第一布线，以及沿与第一方向交叉的第二方向延伸的第二布线，该第二布线设置为在该第一布线和该第二布线之间插入有一间隔，并且该第二布线包括钽层、在所述钽层上方形成的氮化钽层以及在所述氮化钽层上方形成的金属层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
希望诸如用于功率放大的场效应晶体管的半导体器件能被小型化，使得件能以更低地成本制造这种半导体器。然而，由于半导体器件的小型化，使得布线之间的距离会变得更窄，更具体而言使得彼此相交(intersect)的布线(所述布线之间插入有绝缘膜)之间的距离变得更窄。这种布线之间的距离变窄使布线之间产生较大的寄生电容，并使得难以在半导体器件中进行高频操作。空气桥布线(air-bridge wiring)已被有效地采用以减少通过插入在布线之间的绝缘膜而彼此相交的布线之间的寄生电容。特别是，空气桥布线能够有效地实现用于功率放大的场效应晶体管的高速运行，其中多个场效应晶体管(FET)(称作多栅极晶体管)设置在同一半导体衬底上方。将多个FET排列成一行，各端子(源极、漏极和栅极)通过梳状(comb-shaped)电极连接到其它相应端子，以形成多栅极晶体管。在这种多栅极晶体管中，在源电极与多个源极连接、以及栅电极与多个栅极连接的位置处不可避免地会形成交叉点(intersections)。为防止栅电极和源电极接触，将桥布线(bridge wiring)结构设置在交叉点处。桥布线结构是这样一种结构 一个电极通过立体交叉(overheadcrossing)横跨过另一电极，其中两电极之间插入有绝缘膜(例如，参见日本特开专利申请2003-197740)。由于将高介电常数的绝缘膜设置在交叉布线(crossing wirings)之间，因此桥式布线结构中的寄生电容变得更大。因此，使用以一间隔将交叉布线分隔开的空气桥布线以实现多栅极晶体管的高速运行。广泛使用具有高导电率的金(Au)作为形成空气桥布线的金属层。然而，金是软金属，单有金很难维持空气桥结构。因此，将包括钛(Ti)和铂(Pt)的层叠结构(laminated structure)用作支撑体(support body)，以形成Ti/Pt/Au层叠结构，并形成空气桥布线。这里，使用Ti以实现衬底和空气桥层之间更好的粘合，并且An层由Pt层支撑(例如，参见日本特开专利申请2007-150282)。近年来，高电子迁移率晶体管(HEMT)作为高频、高输出晶体管正受到更多关注，在HEMT中，沟道层是由氮化镓(GaN)形成的(下文将由氮化镓(GaN)形成其沟道层的HEMT称作GaN-HEMT)。由于与Si和GaAs的带隙(band gap)相比，GaN的带隙更宽，因此GaN-HEMT适于在高温下运行。而且，由于GaN-HEMT的击穿电压高，因此GaN-HEMT适于在高压下运行。因此，即便将GaN-HEMT小型化并使其在大电流下运行，GaN-HEMT也很少出现由运行温度升高或者电场增强而引起的故障。为此原因，包括GaN-HEMT的多栅极晶体管被用作高频/高输出功率放大器。
技术实现思路
因此，本专利技术一方案的目标在于提供一种半导体器件，包括沿第一方向延伸的第一布线，以及沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸的第二布线，所述第二布线设置为在所述第一布线和所述第二布线之间插入有一间隔，并且所述第二布线包括钽层、在所述钽层上方形成的氮化钽层以及在所述氮化钜层上方形成的金属层。通过在权利要求书中具体指出的元件及其组合可以实现并达到本专利技术的目标和优势。应当理解的是，上文的概括性描述和下文的详细描述都是示例性和解释性的，并非对所要求保护的专利技术进行限制。附图说明图1示出Ti/Pt/Au空气桥布线的左侧端的放大视图2示出由图1中的虚线围住的区域A的放大视图3是表示TaN中的氮浓度和反应时间之间的关系的曲线图4示出Ti/TaN/Au空气桥布线的横截面图5A-图5H示出Ti/TaN/Au空气桥布线的制造过程的横截面图6示出根据第一实施例的多栅极晶体管的结构透视图7示出沿图6中的A-A线截取的多栅极晶体管的横截面图8示出沿图6中的B-B线截取的多栅极晶体管的横截面图9A-图9I示出根据第一实施例的空气桥布线结构的制造过程的横截面图10是表示根据第一实施例对Ta/TaN层叠膜进行加速热降解测试的结果的曲线图11示出根据第二实施例形成多栅极晶体管的空气桥布线的横截面图；图12是表示根据第二实施例对Ta/Ti/TaN层叠膜进行加速热降解测试的结果的曲线图13示出根据第三实施例的多栅极晶体管的结构透视图14示出沿图13中的B-B线截取的多栅极晶体管的横截面图15A-图15D示出表示根据第三实施例的多栅极晶体管的制造过程的横截面图16示出根据第四实施例的高频放大器的电路图；以及图17示出根据第五实施例的发射机的方框图。具体实施例方式使用能够降低寄生电容的空气桥布线，以形成具有适用于高频运行的FET的多栅极晶体管。这里，当使用以大电流运行的FET (如GaN-HEMT)形成多栅极晶体管时，会使大电流流过空气桥布线。鉴于以上所公开的事实，专利技术人研究了当使包括多个GaN-HEMT的多栅极晶体管(下文称为GaN-HEMT多栅极晶体管)的输出更高时，可能发生的情况。研究揭示了流过空气桥布线的大电流会导致形成空气桥布线的Au发生电迁移，并且Au可能进入Pt支撑层的晶界(grain boundary)。在上述情况下，会发生Pt支撑层损坏，并且由于空气桥布线失去了其支撑体，因此会导致布线断开。下文将结合随附附图公开本专利技术的实施例。应当注意的是，本专利技术的保护范围并不局限于下文所公开的实施例。如果空气桥布线是由Ti/Pt/Au层叠结构形成，那么空气桥布线的主体是厚的Au层。由于Au是软金属，因此仅仅Au层可能不能完全维持空气桥结构。因此，在Au层下方形成Pt层以支撑Au层。同时，众所周知的是，Au容易引起电迁移。出于上述原因，由电子流发射的Au原子会从Au层迁移到Pt膜中，并且当多栅极晶体管在大电流下(例如等于或大于lX10SA/cm2)运行时，所述迁移会导致Pt膜损坏。图1是说明电迁移的视图。图2是图1中的虚线围住的区域A放大后的视图。图1示出空气桥布线12的左侧端。这里，空气桥布线12形成于共用电极14上方，该共用电极14连接到多栅极晶体管的多个栅极，在空气桥布线12和共用电极14之间插入有间隔38。此外，通过层叠Ti层40、 Pt层42、第一 Au层44、第二 Au层46以及第三Au层48来形成空气桥布线12。如图1所示，通过空气桥布线12的电子流60在空气桥布线12的内壁62周围一直向前移动，之后，电子流60改变方向(注意，图l示出了沿空气桥布线12的底部流动的电子流)。因此，如图2所示，与电子流60碰撞并被分散的第一至第三Au层44、 46和48的Au原子64向Pt层42迁移(换言之，传导电迁移)。另一方面，在Pt层42中存在沿生长方向扩展的大量晶界66。向Pt层42迁移的Au原子64进入晶界66，并试图破坏Pt的微晶(microcrystals)之间的结合。结果，Pt层42会遭到损坏，并且Pt层42可能无法支撑空气桥布线12。因此，可以认为失去其支撑体的空气桥布线12会变成断开。注意，尽管如图1和图2中所示的空气桥布线12弯曲成直角，但认为即便在空气桥布线12弯曲成更小角度的情况下，也会发生类似现象，而导致空气桥布线12断开。由于暴露于电子流的金属原子与电子反复碰撞，金属原子强烈振动，结果，金属原子从结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：　　　　沿第一方向延伸的第一布线；以及　　　　第二布线，沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸且设置为在所述第一布线和所述第二布线之间插入有一间隔，所述第二布线包括钽层、在所述钽层上方形成的氮化钽层以及在所述氮化钽层上方形成的金属层。

【技术特征摘要】
JP 2008-8-29 2008-2214121.一种半导体器件，包括沿第一方向延伸的第一布线；以及第二布线，沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸且设置为在所述第一布线和所述第二布线之间插入有一间隔，所述第二布线包括钽层、在所述钽层上方形成的氮化钽层以及在所述氮化钽层上方形成的金属层。2. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述氮化钽层中的氮浓度大 于48%且小于等于52%。3. 根据权利要求1所述的半导体器件，还包括-在所述钽层和所述氮化钽层之间形成的钛层。4. 根据权利要求1所述的半导体器件，还包括 半导体元件，其中所述第一布线和所述第二布线被连接到所述半导体元件，并且输入 到所述半导体元件的信号通过所述第一布线传送。5. 根据权利要求4所述的半导体器件，还包括用于覆盖所述第一布线的保护膜。6. 根据权利要求5所述的半导体器件，其中 位于所述第一布线和所述第二布线交叉部分的所述保护膜被移除。7. 根据权利要求5所述的半导体器件，其中 所述保护膜是氮化硅膜或二氧化硅膜。8. 根据权利要求4所述的半导体器件，其中 所述半导体元件是多个晶体管；所述多个晶体管中每一个晶体管的多个源极、栅极和漏极中的每一个都在相同方向上延伸；所述多个晶体管中的每一个晶体管与多个相邻晶体管共用源极和漏极 中的至少一个；所述第一布线电连接到所述多个栅极中的至少一个；以及 所述第二布线电连接到所述源极或所述漏极。9. 根据权利要求8所述的半导体器件，其中 所述晶体管包括作为沟道层的氮化镓。10. —种放大器，包括 沿第一方向延伸的第一布线；以及第二布线，沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸且设置为在所述第一 布线和所述第二布线之间插入有一间隔，并且所述第二布线包括钽层、在所述钽层上方形成的氮化钽层以及在所述氮化钽层上方形成的金属层；多个晶体管，所述第一布线和所述第二布线连接到所述多个晶体管； 第三布线；第一端子，电连接到所述第一布线，并且电信号被输入至所述第一端子； 第二端子，电连接到所述第三布线，并且经放大后的电信号被输出至所 述第二端子；其中所述多个晶体管中每一个晶体管的多个源极、栅极和漏极中的每一 个都在相同方向上延伸，所述多个晶体管中的每一个晶体管与多个相邻晶体管共用源极和漏极 中的至少一个，所述第一布线电连接到所述栅极，所述第二布线电连接到所述源极，以及所述第三布线电连接到所述漏极。11. 一种无线电发射机；包括放大器；信号生成单元，根据输入信号生成并输出经调制的信号； 输入端子，电信号输入至所述输入端子；输出端子，天线连接到所述输出端子，其中所述放大器包括沿第一方向延伸的第一布线；...

【专利技术属性】
技术研发人员：镰田阳一，冈本直哉，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]