[发明专利]半导体结构、高电子迁移率晶体管及半导体结构制造方法

说明书

本发明提供一种半导体结构、高电子迁移率晶体管及半导体结构制造方法。半导体结构包含衬底、可流动介电材料垫层、回流保护层以及氮化镓系半导体层。衬底具有坑洞从衬底的上表面暴露出来。可流动介电材料垫层形成于坑洞中，且可流动介电材料垫层的上表面位于衬底的上表面之下。回流保护层形成于衬底与可流动介电材料垫层的上表面上。氮化镓系半导体层设置于回流保护层之上。

技术领域

本发明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、及其制造方法。

背景技术

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)、与高电子饱和速率。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(light emittingdiode，LED)元件、高频率元件，例如具有异质界面结构的高电子迁移率晶体管(highelectron mobility transistor，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的工作环境中，例如更高频、更高温或更高电压的工作环境。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。

发明内容

本发明的一些实施例提供半导体结构，此半导体结构包含衬底、可流动介电材料垫层、回流保护层以及氮化镓系半导体层(GaN-based)。衬底具有坑洞(pit)从衬底的上表面暴露出来。可流动介电材料垫层形成于坑洞中，且可流动介电材料垫层的上表面位于衬底的上表面之下。回流保护层形成于衬底与可流动介电材料垫层的上表面上。氮化镓系半导体层设置于回流保护层之上。

本发明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包含氮化铝衬底、可流动介电材料垫层、回流保护层、氮化镓半导体层、氮化镓铝半导体层、源极电极、漏极电极以及栅极电极。氮化铝衬底具有坑洞从氮化铝衬底的上表面暴露出来。可流动介电材料垫层形成于坑洞中，且可流动介电材料垫层的上表面位于氮化铝衬底的上表面之下。回流保护层形成于氮化铝衬底与可流动介电材料垫层的上表面上。氮化镓半导体层设置于回流保护层之上。氮化镓铝半导体层设置于氮化镓半导体层之上。源极电极、漏极电极和栅极电极设置于氮化镓铝半导体层之上。

本发明的一些实施例提供半导体结构的制造方法，此方法包含提供衬底，此衬底具有坑洞从衬底的上表面暴露出来；在衬底上形成可流动介电材料；进行热处理，使可流动介电材料回流(reflow)至坑洞中；移除可流动介电材料在坑洞以外的部分且暴露出衬底的上表面，以在坑洞中形成一可流动介电材料垫层，其中可流动介电材料垫层的上表面位于衬底的上表面之下；在衬底与可流动介电材料垫层的上表面上形成回流保护层；以及在回流保护层之上形成氮化镓系半导体层。

本发明的半导体结构可应用于多种类型的半导体装置，为让本发明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，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举不同实施例，并结合附图作详细说明如下：

图1A至图1G是根据本发明的一些实施例，说明形成衬底结构在各个不同阶段的剖面示意图。

图2是根据本发明的一些实施例，显示使用图1F的衬底结构所形成的高电子迁移率晶体管的剖面示意图。

附图标记：

50～主动区；

100、100’～衬底结构；

102～衬底；

102a、116a～上表面；

103～孔洞；