[发明专利]适用于铜制程的半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，特别是涉及一种适用于铜制程的半导体装置。

背景技术

在目前以高电子迁移率晶体管等电元件为主的集成电路制造领域中，由于金(Au)与铝(Al)的导电性佳，因此金与铝通常作为电连接集成电路中各电元件而为各电元件中的电极结构的主要部分。其中，金虽然导电性与导热性佳，但产量相对铝等其他金属的产量显得非常稀有因此价格高，只有降低使用金的比例才可有效地降低所制造出的集成电路的成本；而铝虽然便宜，但是电阻值及导热性不够优良，在集成电路自微米尺寸趋向纳米尺寸而日渐需要轻、薄、短、小的时代中，若未来在小尺寸的产品上继续使用铝，必会造成产品过热或是耗电量过高而使产品提早老化或是电池蓄航力不足。因此，发展较金或铝更适合作为连接集成电路中各电元件的电极结构材料一直是本领域的研究目的。

近年来，研究人员与业界发现铜的导电性高、导热性佳且价格不贵，在成本及电特性的皆需兼顾的考量下，铜适合作为电极结构的主成份，因此，在高电子迁移率晶体管为主要电元件的集成电路领域中，导入铜制程是继续发展的目标。

参阅图1，目前尝试发展铜制程的以氮化镓作为主要半导体材料的半导体装置，例如于高电子迁移率晶体管，包括一块基材111、一个本体11、一组栅极结构12及二组电极结构13。

该本体11形成于该基材111上，且包括一层以氮化镓为主要成份的第一膜层112及一层形成于该第一膜层112上并以氮化铝镓为主要成份的第二膜层113。

该栅极结构12形成于该本体11的第二膜层113远离该第一膜层112的表面，并包括一层与该第二膜层113连结的导电材121。该导电材121通常是金属构成而可导电。

所述电极结构13与该栅极结构12间隔地设置于该第二膜层113的表面，并包括一层欧姆接触层131及一层导线层132，该欧姆接触层131是以钛、铝、镍为主的合金构成，该导线层132的主成份是铜，用以和例如导线等焊粘而与外部电路形成电连接。

以电性结构而言，沟道(channel)是本体11中的第二膜层113的顶部，其中一个电极结构13是漏极(drain)，其中另一个电极结构13是源极(source)，而该栅极结构12是栅极(gate)。

在理想状态下，当外部电路经由导线分别给予栅极及漏极电压，栅极对本体11及漏极对源极形成电压差，此时电流可自漏极经沟道往源极流动，供半导体装置正常动作。

然而，由于铜的活性大，因此，该半导体装置的电极结构13在制作及/或经外部电路供电而动作时，导线层132的铜原子会很容易通过欧姆接触层131且扩散进入该本体11的第一膜层112甚或是第二膜层113中，造成半导体装置电特性失常及可靠度不佳，因此，继续研究、改善以铜制程为主的高电子迁移率的半导体装置并提高其可靠度，是本领域研发人员的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于铜制程并具有高可靠度的半导体装置。

本发明适用于铜制程的半导体装置包含一个本体及至少一组电极结构。

该本体以氮化镓系半导体为主要材料构成，该电极结构与该本体电连接并用于外部电路电连接并包括一层形成于该本体上并与该本体形成欧姆接触的欧姆接触层、一层形成于该欧姆接触层上的抑制层及一层形成于该抑制层上且以铜为主成份的导线层，构成该欧姆接触层的材料选自钛、铝、镍及至少包含上述元素中的一种的合金，构成该抑制层的材料选自钛、钨、氮化钛、氮化钨及以其中的一种组合为主成份构成的材料。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用下列技术措施进一步实现。

较佳地，该半导体装置包含二组电极结构及一组栅极结构，且该栅极结构包括一层形成于该本体上的导电材。

较佳地，该欧姆接触层的厚度是165nm～330nm，该抑制层的厚度是10nm～30nm，该导线层由铜所构成，且厚度是50nm～150nm。

较佳地，该本体包括一层以氮化镓为主成份的第一膜层及一层以氮化铝镓为主成份且形成于该第一膜层上的第二膜层，该第二膜层与该电极结构的欧姆接触层连接并相欧姆接触。

本发明的有益效果在于：通过配合以氮化镓系半导体为主要材料构成的本体的电极结构的欧姆接触层与抑制层间相互搭配，阻挡电极结构的导线层中的铜在制程或是动作中扩散进入本体，以维持该半导体装置的可靠度。

附图说明

图1是剖视示意图，说明现有的半导体装置；

图2是剖视示意图，说明本发明适用于铜制程的半导体装置的一个较佳实施例；