[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

一种半导体装置及其制造方法。半导体装置包含：基材、通道层、阻障层、凹槽、电荷陷阱层、铁电材料、栅极、源极和漏极。通道层配置于基材上；阻障层配置于通道层上，阻障层具有凹槽，且凹槽下方的阻障层具有一厚度；漏极和源极配置于阻障层上；电荷陷阱层覆盖凹槽的底面；铁电材料配置于电荷陷阱层上；以及栅极配置于铁电材料上。本发明提供的半导体装置具有高临界电压，而且能同时维持高输出电流。

技术领域

本发明是有关一种半导体装置及其制造方法，特别是关于一种高电子迁移率晶体管。

背景技术

在半导体技术中，III-V族半导体化合物可用于形成各种集成电路装置，例如高功率场效晶体管、高频晶体管或高电子迁移率晶体管(High electron mobilitytransistor,HEMT)，此III-V族半导体化合物具有取代传统硅晶体管的潜力。

然而，当III-V族半导体化合物为氮化镓或氧化镓时，通道将呈现常开型(normally-on)的状态，由于常开模式的晶体管其临界电压(threshold voltage)为负值，即晶体管在零栅极偏压时，晶体管仍会导通电流并形成额外的功率损耗。目前，解决此问题的方法，例如减薄氮化镓层、离子布植、或利用p型氧化镓调整能带结构使其临界电压大于0V，但由于晶体管在应用时，栅极电压会随着漏极偏压有一不稳定的扰动造成误启动的现象，故其晶体管的临界电压需大于6V以上才能有效避免误启动现象发生，故需要进行改良。目前学术及业界所使用避免误启动的方式大多属于增加额外电路进行改良，但此方法会形成寄生效应造成不必要的能量耗损，此外也会增加制造成本。本专利阐述的技术不但能够使临界电压大于6V且具有良好的元件特性。

发明内容

根据本发明的多个实施方式，是提供一种半导体装置，包含：基材、通道层、阻障层、凹槽、漏极、源极、电荷陷阱层、铁电材料和栅极；通道层配置于基材上；阻障层配置于通道层上，阻障层具有凹槽，且凹槽下方的阻障层具有一厚度；漏极和源极配置于阻障层上；电荷陷阱层覆盖凹槽的底面；铁电材料配置于电荷陷阱层上；以及栅极配置于铁电材料上。本发明提供的半导体装置具有高临界电压，而且能同时维持高输出电流。

在某些实施方式中，半导体装置还包含第一介电层配置于凹槽的底面和电荷陷阱层之间。

在某些实施方式中，半导体装置还包含第二介电层配置于铁电材料和栅极之间。

在某些实施方式中，第一介电层具有一能隙(bandgap)，能隙介于7-12eV。

在某些实施方式中，凹槽下方的阻障层厚度介于5-12nm。

在某些实施方式中，铁电材料为BaTiO₃、KH₂PO₄、HfZrO₂、SrBi₂Ta₂O₉或PbZrTiO₃。

本发明的多个实施方式，是提供一种制造半导体装置的方法，包含：提供一基材；形成通道层于基材上；形成阻障层于通道层上；形成源极和漏极于阻障层上；形成凹槽于阻障层中，凹槽具有底面，凹槽下方的阻障层具有厚度；形成电荷陷阱层覆盖凹槽的底面；形成铁电材料于电荷陷阱层上；将铁电材料加热至第一温度，第一温度大于铁电材料的结晶温度；将铁电材料降温至第二温度，使铁电材料结晶；以及形成栅极于铁电材料上。

在某些实施方式中，在形成凹槽于阻障层后，还包含形成第一介电层覆盖凹槽的底面。

在某些实施方式中，形成铁电材料的方法包含等离子辅助原子层沉积、有机金属化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、溅镀或脉冲激光蒸镀。

在某些实施方式中，第一温度介于400-600℃。

为使本发明的上述及其他目的、特征和优点更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图详细说明如下。