TWI528513B - 半導體裝置、半導體裝置的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是關於，具有用於例如電極墊等的導電膜的半導體裝置及此半導體裝置的製造方法。
在專利文獻1中，揭露在基板之上形成有複數個導電膜的半導體裝置。此半導體裝置的基板是GaAs基板。另外，複數個導電膜是以Mo及Au形成。
【專利文獻1】特開2005-191380號公報
【非專利文獻1】“Combinatorial investigation of structural quality of Au/Ni contacts on GaN” A.V.Davydov, L.A.Bendersky, W.J.Boettinger, D.Josell, M.D.Vaudin, K.-S.Chang, I.Takeuchi, Applied Surface Science 223 (2004)24-29
在基板之上形成導電膜的情況，以導電膜的表面呈平坦且無外觀異常為佳。然而，若在基板之上導電膜以磊晶成長而形成大晶粒，則會遭遇呈現外觀異常的問題。
本發明是為了解決上述問題而成，是以提供可在基板面之上形成無外觀異常的導電膜之半導體裝置與此半導體裝置的製造方法為目的。
本發明相關的半導體裝置的特徵在於包含：六方晶且基板面為(0001)面的基板10；以及複數個導電膜12，形成於上述基板面之上。上述複數個導電膜具有：第一導電膜14，其結晶構造不含具有與上述基板的上述基板面中的原子排列同等的對稱性的平面；以及第二導電膜16，形成於上述第一導電膜的上方，其結晶構造含至少一個具有與上述基板的上述基板面中的原子排列同等的對稱性的平面；其中上述第二導電膜是粒徑15μm以下的多晶體。
本發明相關的半導體裝置的製造方法的特徵在於包含下列步驟：在六方晶且基板面為(0001)面的基板的上述基板面施以電漿照射、離子研磨或乾蝕刻，在上述基板形成非晶層；以及在上述非晶層的上方，形成非晶上導電膜；其中上述非晶上導電膜是粒徑15μm以下的多晶體；以及上述非晶上導電膜是含至少一個具有與上述基板的上述基板面中的原子排列同等的對稱性的平面之結晶構造。
藉由本發明，抑制導電膜的磊晶成長，可在基板
之上形成外觀無異常的導電膜。
10‧‧‧基板
12‧‧‧複數個導電膜
14‧‧‧第一導電膜
16、16A、16B‧‧‧第二導電膜
20‧‧‧Au膜
30‧‧‧中間導電膜
32‧‧‧複數個導電膜
40‧‧‧非晶層
42、42A、42B‧‧‧非晶上導電膜
50‧‧‧中間導電膜
第1圖是本發明的實施形態1相關的半導體裝置的剖面圖。
第2圖是比較例的半導體裝置的剖面圖。
第3圖是半導體裝置表面的光學顯微鏡照片。
第4圖是使用X光繞射之試樣c軸方向的評量方法的示意圖。
第5圖是顯示2θ-θ掃描的結果的圖表。
第6圖是使用X光繞射之試樣a軸方向的評量方法的示意圖。
第7圖是Φ掃描的方法的示意圖。
第8圖是顯示繞射峰的圖表。
第9圖是顯示習知試樣與本發明試樣的Φ掃描的結果的圖表。
第10圖是習知試樣的剖面照片。
第11圖是本發明試樣的剖面照片。
第12圖是本發明的實施形態2相關的半導體裝置的剖面圖。
第13圖是本發明的實施形態3相關的半導體裝置的剖面圖。
第14圖是對基板面施以電漿照射、離子研磨或乾蝕刻的示意圖。
第15圖是XPS頻譜的示意圖。
第16圖是非晶上導電膜的表面的光學顯微鏡照片。
第17圖是顯示本發明的實施形態3相關的半導體裝置的2θ-θ掃描的結果的圖表。
第18圖是本發明的實施形態3相關的半導體裝置的Φ掃描的結果的示意圖。
第19圖是本發明的實施形態3相關的半導體裝置的剖面照片。
第20圖是本發明的實施形態4相關的半導體裝置的剖面圖。
參考圖式針對本發明的實施形態相關的半導體裝置與半導體裝置的製造方法作說明。相同或對應的元件是賦予相同的元件符號，會有省略重複的說明的情況。
第1圖是本發明的實施形態1相關的半導體裝置的剖面圖。此半導體裝置包含六方晶且基板面為(0001)面的基板10。基板10為例如以Al2O3的單晶基板形成。在基板10的基板面之上形成有複數個導電膜12。複數個導電膜12是具有第一導電膜14與形成於第一導電膜14的上方的第二導電膜16。
第一導電膜14，是具有不含具有與基板10的基板面中的原子排列同等的對稱性的平面之結晶構造。第一導電膜14是例如以Nb形成。第二導電膜16的結晶構造，是含至少一個具有與基板10的上述基板面中的原子排列同等的對稱性的平
面。第二導電膜16是例如以Au形成。第二導電膜16是成粒徑15μm以下的多晶體。
第2圖是比較例的半導體裝置的剖面圖。此半導體裝置，是在基板10的基板面之上具有Au膜20。也就是，比較例的半導體裝置，是在無Nb的第一導電膜14的這一點與本發明的實施形態1相關的半導體裝置不同。
第3圖，是在具有第一導電膜14的情況與未具有的情況的半導體裝置表面的光學顯微鏡照片。第3A圖是習知試樣的表面的光學顯微鏡照片。習知試樣是指以六方晶纖鋅礦型構造的AlGaN的(0001)面為最表面的SiC(0001)/AlN(0001)/GaN(0001)/AlGaN(0001)基板上層積Ti且在Ti上層積Au及Pt的試樣。在「/」的右側的膜是形成在比在「/」的左側的膜還上方的意思。Ti是具有六方最密充填構造。另外，Au及Pt是具有面心立方構造。
在第3A圖可見到條紋狀的外觀異常。此條紋狀的外觀異常的原因是基板上的Ti、Au及Pt的磊晶成長，形成巨大的晶粒。
第3B圖是本發明試樣的表面的光學顯微鏡照片。本發明試樣是指在習知試樣的基板與Ti之間插入體心立方構造的Nb之試樣。從第3B圖理解本發明試樣的表面成平坦。其原因在於藉由Nb抑制Ti、Au及Pt的磊晶成長。
而磊晶成長，是指在基板結晶上使具有與基板相同的方位關係的結晶層成長。已磊晶成長結晶層的c軸及a軸，是分別與基板的c軸及a軸對齊。
第4圖是使用X光繞射之試樣c軸方向的評量方法的示意圖。如第4圖所示，為了評量試樣的c軸方向，實施2θ-θ掃描。藉由2θ-θ掃描，瞭解Au等的導電膜之對基板面水平的面方位。第5圖是顯示2θ-θ掃描的結果的圖表。第5A圖是顯示習知試樣的2θ-θ掃描的結果的圖表。由於Au的折射峰僅(111)面被觀測到，瞭解習知試樣的Au等的導電膜是成單晶體。
第5B圖是顯示本發明試樣的2θ-θ掃描的結果的圖表。由於Au的折射峰除(111)面的峰以外還被觀測到複數個，瞭解本發明試樣的Au等的導電膜是多晶化的狀態。另外，習知試樣、本發明試樣都是Au(111)的峰較大，而為優先配向。
第6圖是使用X光繞射之試樣a軸方向的評量方法的示意圖。如第6圖所示，為了評量試樣的a軸方向，實施Φ掃描。由於藉由Φ掃描瞭解導電膜內的結晶方位，可以知道導電膜的對稱性及方向。另外，在第7圖中，是顯示固定X光的入社方向、使基板360°旋轉而實施Φ掃描。
在習知試樣與本發明試樣的Φ掃描之前，首先調查SiC(11 6)與GaN(11 2)的繞射峰作為參考。第8圖是顯示SiC(11 6)與GaN(11 2)的繞射峰的圖表。SiC(11 6)與GaN(11 2)的繞射峰是分別以60°的間隔觀測到6根，瞭解到這些是六方晶的結晶。
第9圖是顯示習知試樣與本發明試樣的Φ掃描的結果的圖表。第9A圖是顯示習知試樣的Φ掃描的結果的圖表。由於導電膜的Ti(11 2)與Au(420)的繞射峰是與基板同等的半高寬，瞭解到對於GaN，Ti及Au是磊晶成長的狀態。
第9B圖是顯示本發明試樣的Φ掃描的結果的圖表。Ti(11 2)與Au(420)的繞射峰是觀測到6根，但與習知試樣的Φ掃描比較，旋轉30°且峰的半高寬較廣。因此，本發明試樣的Ti及Au等的導電膜的結晶性低。
藉由以上的結果，瞭解到藉由Nb層的插入，其上的導電膜的磊晶成長受到阻礙。根據上述的X光繞射的結果，瞭解到在本發明試樣可抑制導電膜的磊晶成長。
接下來，針對剖面觀察作說明。第10圖是習知試樣的剖面照片。在習知試樣中，在導電膜幾乎未見到晶界。另外，習知試樣的導電膜的粒徑是大於15μm。第11圖是本發明試樣的剖面照片。在本發明試樣樣中，在導電膜有複數個晶界，粒徑是1.3~2.0μm。因此，咸認導電膜的粒徑未及於影響導電膜的表面平坦度。
根據以上，在單晶基板上形成具有與單晶基板的基板面中的原子排列同等的對稱性的平面之導電膜的情況，導電膜的磊晶成長而促進粒子(晶粒)成長。藉此形成巨大的晶粒，而引起外觀異常。例如如比較例，一旦在六方晶且基板面為(0001)面的基板之上形成Au層，Au層的磊晶成長而引起外觀異常。
然而，根據本發明的實施形態1相關的半導體裝置，第一導電膜14的結晶構造，是不含具有與基板10的基板面中的原子排列同等的對稱性的平面。因此，第一導電膜14未磊晶成長，成為粒徑15μm以下的多結晶體。形成於多結晶體的第一導電膜14之上的第二導電膜16亦成為多結晶體，藉此可抑制
外觀異常。
複數個導電膜12亦可具有第一導電膜14與第二導電膜16以外的導電膜。本發明的實施形態1相關的半導體裝置，是藉由本發明的實施形態1相關的半導體裝置對基板10採用不磊晶成長的第一導電膜14而使第一導電膜14為多結晶體，並使第一導電膜14之上的導電膜為多結晶體。在未脫離此特徵的範圍中，可作各種變化。
基板10是作為單晶基板，亦可將單晶基板上形成有單數或複數個磊晶膜者作為基板使用。這樣的基板，例如包含：單晶基板；以及半導體磊晶膜，以III族氮化物半導體形成於單晶基板之上。另外，基板面的偏位角是以在±5°以內為佳。
基板10的材料未特別設限，可採用例如剛玉型結構或纖鋅礦型結構。基板面為Al2O3的(0001)面，但亦可為例如GaN的(0001)面、ZnO的(0001)面或SiC的(0001)面。
第一導電膜14可以以例如Mo、Nb、W、Ta、V、Cr或Fe形成。第二導電膜16可以以例如Au、Pt、Cu、Ti、Co、Sr、Y、Zr、Ru、Pd、Ag、Ir、WN、WC、TaN、WSi或ZnO形成。複數個導電膜12中，形成於第一導電膜14之上的導電膜的至少一層可由鍍膜法形成。另外，以後的實施形態相關的半導體裝置及半導體裝置的製造方法，可適當地作與上述同樣的變化。
本發明的實施形態2相關的半導體裝置，由於與實施形態1的共通點多，而以與實施形態1的不同點為中心作說
明。第12圖是本發明的實施形態2相關的半導體裝置的剖面圖。在基板10之上形成有中間導電膜30。中間導電膜30的結晶構造，是含至少一個具有與基板10的基板面中的原子排列同等的對稱性的平面。中間導電膜30是以例如Au形成。在第一導電膜14之上，形成有第二導電膜16A。在第二導電膜16A之上，形成有第二導電膜16B。也就是複數個導電膜32是具有中間導電膜30、第一導電膜14、第二導電膜16A及第二導電膜16B。
根據本發明的實施形態2相關的半導體裝置，由於第一導電膜14是成為多結晶體，其上的第二導電膜16A、16B亦成為多結晶體。因此可抑制外觀異常。為了抑制複數個導電膜32的外觀異常，第一導電膜與第二導電膜是必要的。然而，形成複數個第一導電膜亦可，形成複數個第二導電膜亦可。另外，在第一導電膜14與基板10之間形成中間導電膜30亦可。
第13圖是本發明的實施形態3相關的半導體裝置的剖面圖。此半導體裝置，具有形成於基板10之上的非晶層40。在非晶層40上形成有非晶上導電膜42。非晶上導電膜42為例如Au或Ti/Au。非晶上導電膜42是粒徑15μm以下的多結晶體。另外，非晶上導電膜42的結晶構造，是含至少一個具有與基板10的基板面中的原子排列同等的對稱性的平面。
針對本發明的實施形態3相關的半導體裝置的製造方法作說明。首先，在六方晶且基板面為(0001)面的基板10的基板面施以電漿照射、離子研磨或乾蝕刻。第14圖是對基板面施以電漿照射、離子研磨或乾蝕刻的示意圖。藉由此步驟，
在基板10形成非晶層40。接下來，在非晶層40的上方，形成非晶上導電膜42。藉由此步驟，完成示於第13圖的半導體裝置。
第15圖是XPS頻譜的示意圖。對於SiC(0001)/AlN(0001)/GaN(0001)/AlGaN(0001)基板的基板面，照射氧電漿。對氧電漿照射後的試樣表面(基板面)進行光電子分光測定(XPS)，評量基板面的鍵結狀態。第15A圖是顯示Al2p的頻譜，第15B圖是顯示Ga3d的頻譜。進行峰值解析度的結果，在基板面生成了Al-O鍵結與Ga-O鍵結。因此，瞭解是在基板面形成AlGaN氧化層。如此，在基板面照射氧電漿之下，形成以AlGaN氧化層構成的非晶層。
第16圖是本發明的實施形態3相關的非晶上導電膜42的表面的光學顯微鏡照片。由於無條紋狀的外觀異常而非晶上導電膜42的表面成平坦狀，瞭解到非晶上導電膜42的磊晶成長受到抑制。另外，第16圖的非晶上導電膜是以Ti/Au形成。
第17圖是顯示本發明的實施形態3相關的半導體裝置的2θ-θ掃描的結果的圖表。Au(111)的峰值大而優先配向，但由於其他的面方位的繞射峰有複數個，瞭解到非晶上導電膜42是多結晶化的狀態。
第18圖是本發明的實施形態3相關的半導體裝置的Φ掃描的結果的示意圖。在Φ掃描未檢測出繞射峰，與前述的習知試樣或本發明試樣的Φ掃描結果比較，背景強度較大。因此，這指示非晶上導電膜42是多結晶體。
第19圖是本發明的實施形態3相關的半導體裝置的剖面照片。在非晶上導電膜42具有複數個晶界。非晶上導電
膜42是成粒徑為0.16~0.3μm程度的多結晶體。
根據以上，若在非晶層40之上形成非晶上導電膜42，非晶上導電膜42未磊晶成長，而成粒徑為15μm以下的多結晶體。因此，可避免導電膜(非晶上導電膜42)的外觀異常。
非晶上導電膜42並未受限為Au或Ti/Au，可以以例如Pt、Cu、Ti、Co、Sr、Y、Zr、Ru、Pd、Ag、Ir、WN、WC、TaN、WSi或ZnO形成。另外，非晶上導電膜42可藉由例如鍍膜法形成。
本發明的實施形態4相關的半導體裝置與半導體裝置的製造方法，由於與實施形態3的共通點多，而以與實施形態3的不同點為中心作說明。第20圖是本發明的實施形態4相關的半導體裝置的剖面圖。在基板10與非晶層40之間形成有中間導電膜50。中間導電膜50的結晶構造，是含至少一個具有與基板10的基板面中的原子排列同等的對稱性的平面。中間導電膜50是以例如Au形成。在非晶層40之上，形成有非晶上導電膜42A。在非晶上導電膜42A之上，形成有非晶上導電膜42B。
根據本發明的實施形態4相關的半導體裝置，非晶層40之上的非晶上導電膜42A、42B可成為多結晶體。因此可抑制外觀異常。為了抑制複數個導電膜的外觀異常，非晶層與形成於其上的非晶上導電膜是必要的。然而，形成複數個非晶層亦可，形成複數個非晶上導電膜亦可。另外，在非晶層40與基板10之間形成中間導電膜50亦可。
10‧‧‧基板
12‧‧‧複數個導電膜
14‧‧‧第一導電膜
Claims (9)
- 一種半導體裝置，其特徵在於包含：六方晶且基板面為(0001)面的基板；以及複數個導電膜，形成於該基板面之上；其中上述複數個導電膜具有：第一導電膜，其結晶構造不含具有與該基板的該基板面中的原子排列同等的對稱性的平面；以及第二導電膜，形成於該第一導電膜的上方，其結晶構造含至少一個具有與該基板的該基板面中的原子排列同等的對稱性的平面；其中該第二導電膜是粒徑15μm以下的多晶體；以及上述複數個導電膜中，形成於該第一導電膜之上的導電膜的至少一層是由鍍膜法形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該基板包含：單晶基板；以及半導體磊晶膜，以III族氮化物半導體形成於該單晶基板之上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體裝置，其中該基板是剛玉型結構或纖鋅礦型結構。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體裝置，其中該基板面是Al2O3的(0001)面、GaN的(0001)面、ZnO的(0001)面或SiC的(0001)面。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體裝置，其中該第二 導電膜是以Au、Pt、Cu、Ti、Co、Sr、Y、Zr、Ru、Pd、Ag、Ir、WN、WC、TaN、WSi或ZnO形成。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體裝置，其中該第一導電膜是以Mo、Nb、W、Ta、V、Cr或Fe形成。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體裝置，其中上述複數個導電膜是被形成來作為電極墊。
- 一種半導體裝置的製造方法，包含下列步驟：在六方晶且基板面為(0001)面的基板的該基板面施以電漿照射、離子研磨或乾蝕刻，在該基板形成非晶層；以及在該非晶層的上方，形成非晶上導電膜；其中該非晶上導電膜是粒徑15μm以下的多晶體；以及該非晶上導電膜是含至少一個具有與該基板的該基板面中的原子排列同等的對稱性的平面之結晶構造。
- 如申請專利範圍第8項所述之半導體裝置的製造方法，其中該非晶上導電膜是藉由鍍膜法形成。
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