CN111785773A - 半导体结构、高电子迁移率晶体管及半导体结构制造方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

半导体结构、高电子迁移率晶体管及半导体结构制造方法

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；

104～缺陷；

105～坑洞；

106～可流动介电材料；

107、108～回流保护层；

108A、108B～凸出部份；

109～氮化镓系半导体层；

110～缓冲层；

112～氮化镓半导体层；

114～氮化镓铝半导体层；

116、126～可流动介电材料垫层；

117～隔离结构；

118～源极/漏极电极；

120～栅极电极；

150～热处理；

160、170～平坦化工艺；

200～高电子迁移率晶体管；

D～深度；

W～宽度；

P～直径；

T1、T2、T3、T4～厚度。

具体实施方式

以下的发明提供了许多的实施例或范例，用于实施所提供的半导体结构的不同元件。各元件和其配置的具体范例描述如下，以简化本发明的实施例的说明。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本发明的实施例。举例而言，叙述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接触的实施例，也可能包含额外的元件形成在第一和第二元件之间，使得它们不直接接触的实施例。此外，同样或相似的元件标号可能会在本发明实施例的不同的范例中重复使用。如此重复是为了简明和清楚，而非用以表示所讨论的不同实施例之间的关系。

以下描述实施例的一些变化。在不同附图和说明的实施例中，相似的元件符号被用来标示相似的元件。可以理解的是，在方法的前、中、后可以提供额外的步骤，且一些所叙述的步骤可在所述方法的其他实施例被取代或删除。

本发明的实施例提供了半导体结构和高电子迁移率晶体管(HEMT)及其制造方法。一般而言，通常将包含氮化镓系半导体材料的半导体装置形成于陶瓷衬底上。由于通过粉末冶金形成的陶瓷衬底会具有坑洞在陶瓷衬底的表面上，所以当陶瓷衬底用于半导体工艺时，在衬底上形成的材料层会形成于坑洞中，而对半导体装置产生不良的影响。本发明的实施例提供一种半导体结构的制造方法，此方法包含将可流动介电材料形成于衬底上，通过热处理使可流动介电材料回流(reflow)至坑洞而在坑洞中形成可流动介电材料垫层，接着将回流保护层沉积在可流动介电材料垫层上而填满坑洞，使得所形成的衬底结构可具有平坦表面以用于后续的半导体工艺，且回流保护层可避免可流动介电材料因后续高温工艺导致的二次回流而对后续半导体工艺中的半导体材料或元件产生不良的影响，进而可以提升半导体装置的制造成品率。

图1A至图1G是根据本发明的一些实施例，说明形成如图1G所示的衬底结构100’在各个不同阶段的剖面示意图。请参照图1A，提供衬底102。衬底102可以是圆形的，并且衬底102的直径P可以是4英寸或以上，例如6英寸、8英寸或12英寸，以适用于半导体工业的制造设备。

衬底102本质上存有一些缺陷104，缺陷104包含在衬底102内的孔洞103，以及从衬底102的上表面102a暴露出来的坑洞(pit)105。在一些实施例中，衬底102是陶瓷衬底，且是通过粉末冶金将陶瓷粉末高温烧结所形成。举例而言，衬底102是氮化铝(AlN)衬底、碳化硅(SiC)衬底、蓝宝石(Sapphire)衬底、适用的类似衬底、或以上任意组合。在一些实施例中，在将陶瓷粉末烧结以制造衬底102的期间，陶瓷粉末之间的空隙逐渐缩小，但在陶瓷粉末烧结完成之后，陶瓷粉末之间的空隙并不会完全消失。因此，一些缺陷104仍存留于衬底102的内部和表面上。此外，即使将烧结后的衬底102进行抛光研磨，以移除表面的坑洞105，衬底102内的孔洞103仍将会暴露出来，而于衬底102的上表面102a上产生新的坑洞105。

在一些实施例中，衬底102是用于制造含有氮化镓系(GaN-based)半导体层的半导体装置，例如发光二极管(light-emitting diode，LED)、高频装置、或高压装置。高频装置或高压装置可以是例如，高电子迁移率晶体管(HEMT)、肖特基二极管(schottky bipolardiode，SBD)、双极性晶体管(bipolar junction transistor，BJT)、结型场效应晶体管(junction field effect transistor，JFET)、或绝缘栅双极晶体管(insulated gatebipolar transistor，IGBT)。

应注意的是，尽管如图1A所绘示的坑洞105具有弧形的剖面轮廓，然而坑洞105的型态并非以此为限。一些实施例中，坑洞105可具有不规则的剖面轮廓(未绘示)。在如图1A所示的剖面示意图中，坑洞105可具有在横向上量测的宽度W，以及在纵向上量测的深度D。在本发明的一些实施例中，当坑洞105的深度D大于宽度W时，可定义坑洞105的尺寸为其深度D；反之，当坑洞105的宽度W大于深度D时，可定义坑洞105的尺寸为其宽度W。一般而言，一些实施例中，坑洞105的尺寸可以在约0.5微米(μm)至约15微米的范围内。

请参照图1B，在衬底102的上表面102a上形成可流动介电材料106。如图1B所示，实施例中，可流动介电材料106共形地形成于坑洞105中。可流动介电材料106于衬底102的上表面102a上例如具有厚度T1。在一些实施例中，由于大部分的坑洞105的尺寸大于可流动介电材料106的厚度T1，所以大部分的坑洞105并未被可流动介电材料106填满。

在本发明的实施例中，可流动介电材料106在室温下是固态的，当通过热处理加热可流动介电材料106后，则加热后的可流动介电材料106便具有类似液态的可流动性，而发生回流(reflow)。换言之，可流动介电材料106是在低温不具有可流动性、而在高温具有可流动性的一种介电材料。在一些实施例中，可流动介电材料106可包含旋转涂布玻璃(spin-on glass，SOG)、硼磷硅酸盐玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、磷硅酸盐玻璃(phosphosilicate glass，PSG)、硼硅酸盐玻璃(borosilicate glass，BSG)、氟硅酸盐玻璃(fluorosilicate glass，FSG)、适用的类似材料、或以上任意组合。在一些实施例中，可通过旋转涂布(spin-on coating)、化学气相沉积(CVD)、适用的类似方法、或以上任意组合形成可流动介电材料106。

接着，请参照图1C，在形成可流动介电材料106之后，对可流动介电材料106形成于其上的衬底102进行热处理150，使可流动介电材料106可具有流动性，以进行回流。如图1C所示，在本发明的实施例中，通过热处理150使可流动介电材料106回流(reflow)至坑洞105中。实施例中，虽然大部分的坑洞105仍很可能并未被可流动介电材料106填满，但热处理后可以使得位于衬底102的上表面102a上的可流动介电材料106具有减小的厚度T2，并使得位于坑洞150内的可流动介电材料106具有增大的厚度T3。举例而言，厚度T3大于厚度T1，且厚度T1大于厚度T2。

根据本发明的实施例，通过热处理150使可流动介电材料106回流(reflow)至坑洞105中，可以减缓后续成长于衬底102的上表面102a上的半导体材料成长于坑洞105中的程度，避免了坑洞105成为半导体装置的致命缺陷(killer defects)的情况，进而提高半导体装置的制造成品率。并且，采用通过热处理150便可具有流动性的可流动介电材料106来填充坑洞105，可大幅减少用于填充坑洞105的介电材料的沉积厚度和工艺时间，进而降低制造成本。

在本发明的一些实施例中，热处理150的温度例如是300℃至800℃。

在一些实施例中，可流动介电材料106例如是旋转涂布玻璃(SOG)，热处理150的温度例如是在约300℃至约500℃的范围内，例如约350℃至约450℃，并且热处理时间可在约20分钟至60约分钟的范围内。当热处理温度小于约300℃时，旋转涂布玻璃(SOG)可能无法发生回流，而当热处理温度大于约500℃时，旋转涂布玻璃(SOG)的流动性可能会太高并且膨胀，导致在降温之后，旋转涂布玻璃(SOG)与衬底102之间可能会出现裂痕，甚至导致衬底102破裂。

在可流动介电材料106为旋转涂布玻璃(SOG)的一些实施例中，可流动介电材料106在衬底102的上表面102a上的厚度T1相对于坑洞105的尺寸(例如是坑洞105的深度D)的比例可以是约0.15至约0.6，例如可以是在约0.15至约0.3的范围内，在热处理150之后，回流的可流动介电材料106在坑洞105内的厚度T3相对于坑洞105的尺寸(例如是坑洞105的深度D)的比例可以是约0.15至约0.8，例如是约0.3至约0.8。

在一些实施例中，可流动介电材料106例如是硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)及/或氟硅酸盐玻璃(FSG)，热处理150的温度例如是在约600℃至约800℃的范围内，例如约650℃至约800℃，并且热处理时间可在约20分钟至60约分钟的范围内。当热处理温度小于约600℃时，硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)及/或氟硅酸盐玻璃(FSG)可能无法发生回流，而当热处理温度大于约800℃时，硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)及/或氟硅酸盐玻璃(FSG)的流动性可能会太高并且膨胀，导致在降温之后，前述的可流动介电材料106与衬底102之间可能会出现裂痕，甚至导致衬底102破裂。

在可流动介电材料106为硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)及/或氟硅酸盐玻璃(FSG)的一些实施例中，可流动介电材料106在衬底102的上表面102a上的厚度T1相对于坑洞105的尺寸(例如是坑洞105的深度D)的比例可以是约0.3至约0.6，例如可以是在约0.3至约0.6的范围内，在热处理150之后，回流的可流动介电材料106在坑洞105内的厚度T3相对于坑洞105的尺寸(例如是坑洞105的深度D)的比例可以是约0.3至约0.8。

接着，请参照图1D，移除可流动介电材料106在坑洞105以外的部分且暴露出衬底102的上表面102a，以在坑洞105中形成可流动介电材料垫层116和126。实施例中，如图1D所示，可流动介电材料垫层116的上表面116a位于衬底102的上表面102a之下。

一些实施例中，如图1D所示，可通过对可流动介电材料106进行平坦化工艺160来移除可流动介电材料106在坑洞105以外的部分，以形成可流动介电材料垫层116和126。一些实施例中，平坦化工艺160例如是化学机械抛光(CMP)。

一些实施例中，如图1D所示，可流动介电材料垫层116的上表面116a具有内凹(concave)轮廓。一些实施例中，如图1D所示，可流动介电材料垫层126的上表面与衬底102的上表面102a大致上共平面。

一些实施例中，如图1D所示，可流动介电材料垫层116的厚度T3相对于坑洞105的深度D的比例例如是约0.15至约0.8。

接着，请参照图1E，在一些实施例中，可通过沉积工艺将回流保护层107共形地沉积于衬底102与可流动介电材料垫层116的上表面116a上。一些实施例中，回流保护层107也共形地沉积于可流动介电材料垫层126上。一些实施例中，回流保护层107全面性地沉积并覆盖住可流动介电材料垫层116和126。

在本发明的实施例中，与可流动介电材料106相比，回流保护层107是在高温具有良好热稳定性与高品质的膜层。在一些实施例中，回流保护层107的材料可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、或以上任意组合。在一些实施例中，沉积回流保护层107的工艺温度例如是1000℃至1200℃。在一些实施例中，形成回流保护层107的工艺可包含等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、或以上组合。

在一些实施例中，回流保护层107例如是通过低压化学气相沉积(LPCVD)而由四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，TEOS)所制成的氧化硅膜层。在一些实施例中，回流保护层107例如是通过等离子增强型化学气相沉积(PECVD)形成的介电层，此介电层例如可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、适用的类似材料或前述的组合。

接着，请参照图1F，在一些实施例中，可通过对回流保护层107进行平坦化工艺170来部分地移除回流保护层107，以形成具有平坦上表面的回流保护层108。一些实施例中，平坦化工艺170例如是化学机械抛光(CMP)。至此，则在衬底102、可流动介电材料垫层126与可流动介电材料垫层116的上表面116a上形成回流保护层108。

实施例中，在平坦化工艺170之后，形成如图1F所示的衬底结构100。衬底结构100具有大致上平坦的上表面(也就是回流保护层108的平坦化上表面)，可以提供用于将半导体装置形成于此平坦的上表面上。

一些实施例中，如图1F所示，回流保护层108共形地沉积在可流动介电材料垫层116的上表面116a上，使得回流保护层108具有凸出部份108B，且凸出部份108B延伸进入并填满坑洞105。

一些实施例中，如图1F所示，回流保护层108的凸出部份108B直接接触可流动介电材料垫层116的上表面116a。一些实施例中，如图1F所示，回流保护层108的凸出部份108B的下表面共形于可流动介电材料垫层116的上表面116a。

根据本发明的一些实施例，在采用可流动介电材料106以达到前述的降低制造成本与工艺时间的优点时，可流动介电材料106受到热处理而具有高流动性，可能导致坑洞105无法被完全填满，则回流保护层108的凸出部份108B延伸进入并填满坑洞105而共形地形成于可流动介电材料垫层116的上表面116a上，因此使得未被可流动介电材料106所填满的坑洞105可以进一步被填满，因而可以确保衬底102的缺陷获得完善的修补，进而可以提高半导体装置的制造成品率。

再者，根据本发明的一些实施例，回流保护层108可以是经由高温工艺所形成的绝缘保护层，当后续半导体工艺使用高于可流动介电材料106发生二次回流的温度的工艺温度时，回流保护层108可以避免可流动介电材料106(亦即，可流动介电材料垫层116和126)因二次回流而溢流、膨胀或爆裂，进而可以防止后续半导体工艺的高温对形成于可流动介电材料106(亦即，可流动介电材料垫层116和126)之上的半导体材料产生不良的影响，例如可以避免后续半导体材料或元件的剥离(peeling)或破裂(crack)。

接着，请参照图1G，在回流保护层108之上形成氮化镓系(GaN-based)半导体层109。在一些实施例中，氮化镓系半导体层109例如包含本文以下所述的氮化镓半导体层112、氮化镓铝半导体层114、其他适用的类似的氮化镓系半导体层、或以上任意组合。

在一些实施例中，氮化镓系半导体层109可由外延成长工艺形成，例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、分子束外延法(MBE)、适用的类似方法、或以上任意组合。在一些实施例中，形成氮化镓系半导体层109的工艺温度高于可流动介电材料106的热处理的温度。在一些实施例中，形成氮化镓系半导体层109的工艺温度例如是高于800℃。在一些实施例中，形成氮化镓系半导体层109的工艺温度例如是高于1000℃。

本发明的实施例中，在形成氮化镓系半导体层109之后，则形成如图1G所示的衬底结构100’。根据本发明的实施例，衬底结构100或100’具有平坦的上表面，因而可以将包含氮化镓系半导体材料的装置形成于衬底结构100或100’上。举例而言，包含氮化镓系半导体材料的半导体装置可以是例如发光二极管(LED)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、肖特基二极管(SBD)、双极性晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或其他类似装置。以下，以高电子迁移率晶体管(HEMT)作为范例，说明将半导体装置形成于图1F的衬底结构100上的实施例。

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。本实施例中与前述实施例相同或相似的元件是沿用同样或相似的元件标号，且相同或相似元件的相关说明请参考前述，在此不再赘述。

一般而言，高电子迁移率晶体管(HEMT)的击穿电压(breakdown voltage)主要取决于作为通道层的氮化镓(GaN)半导体层的厚度。举例而言，氮化镓半导体层的厚度增加1微米可提升高电子迁移率晶体管(HEMT)的击穿电压(breakdown voltage)约100伏特。在形成氮化镓半导体层的外延成长工艺期间，需要使用具有高热传导性和高机械强度的衬底来沉积氮化镓半导体材料于其上，否则可能造成衬底弯曲，甚至破裂。因此，相对于硅衬底，氮化铝衬底具有较高热传导性和较高机械强度，以形成较厚的氮化镓半导体层在氮化铝衬底上。举例而言，在硅衬底表面上可形成的氮化镓半导体层的厚度为约2至4微米。在氮化铝衬底表面上可形成的氮化镓半导体层的厚度可达到5微米至15微米。

请参照图2，提供如图1F所示的衬底结构100。图2显示了图1F的衬底结构100的一部份，其中衬底结构100的此部分中具有一些坑洞105，并且高电子迁移率晶体管200的其余元件形成于衬底结构100的此部分上。在图2所示的实施例中，衬底102是氮化铝衬底。

虽然制造高电子迁移率晶体管200的其余元件的一些工艺的温度可能高于500℃，甚至高于800℃，但根据本发明的实施例，回流保护层108形成于衬底102与可流动介电材料垫层116和126的上表面上且覆盖住可流动介电材料垫层116和126，因此可以保护后续半导体工艺形成的半导体材料或元件不会受到可流动介电材料的二次回流的不良影响。

在一些实施例中，高电子迁移率晶体管200可包含缓冲层110和氮化镓半导体层112，缓冲层110形成在回流保护层108的上表面上，氮化镓半导体层112形成在缓冲层110上。在一些实施例中，高电子迁移率晶体管200可包含氮化镓铝半导体层114和晶种层(未显示)，氮化镓铝半导体层114形成在氮化镓半导体层112上，晶种层可形成在回流保护层108与缓冲层110之间。

在一些实施例中，晶种层的材料可以是氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝镓(AlGaN)、碳化硅(SiC)、铝(Al)、或以上任意组合，且晶种层可为单一或多层结构。晶种层可由外延成长工艺形成，例如金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapordeposition，MOCVD)、氢化物气相外延法(hydride vapor phase epitaxy，HVPE)、分子束外延法(molecular beam epitaxy，MBE)、适用的类似方法、或以上任意组合。

在一些实施例中，缓冲层110可减缓后续形成于缓冲层110上方的氮化镓半导体层112的应变(strain)，以防止在上方的氮化镓半导体层112中形成缺陷，而应变是由氮化镓半导体层112与衬底102之间的不匹配造成。在一些实施例中，缓冲层110的材料可以是AlN、GaN、AlxGa1-xN(其中0<x<1)、适用的类似材料、或以上任意组合。在一些实施例中，缓冲层110可由外延成长工艺形成，例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、分子束外延法(MBE)、适用的类似方法、或以上任意组合。尽管在如图2所示的实施例中，缓冲层110为单层结构，然而缓冲层110也可以是多层结构。此外，在一些实施例中，缓冲层110的材料是由晶种层的材料和外延工艺时通入的气体所决定。

在高电子迁移率晶体管200中，二维电子气(two-dimensional electron gas，2DEG)(未显示)可形成于氮化镓半导体层112与氮化镓铝半导体层114之间的异质界面上。在一些实施例中，氮化镓半导体层112和氮化镓铝半导体层114中没有掺杂物。在一些其他实施例中，氮化镓半导体层112和氮化镓铝半导体层114可具有掺杂物，例如n型掺杂物或p型掺杂物。氮化镓半导体层112和氮化镓铝半导体层114可由外延成长工艺形成，例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、分子束外延法(MBE)、适用的类似方法、或以上任意组合。

根据本发明的一些实施例，在图2所示，由于衬底102为具有高热传导性和高机械强度的氮化铝衬底，所以可沉积氮化镓半导体层112的厚度T4在约5微米至约15微米的范围内。

在一些实施例中，高电子迁移率晶体管200可包含隔离结构117，隔离结构117形成在氮化镓半导体层112和氮化镓铝半导体层114中，以定义出主动区50。隔离结构117的材料可以是介电材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、适用的类似材料、或以上任意组合。并且，可通过腐蚀工艺和沉积工艺形成隔离结构117。

在一些实施例中，高电子迁移率晶体管200可包含源极/漏极电极118以及介于源极/漏极电极118之间的栅极电极120，源极/漏极电极118和栅极电极120形成在主动区50中的氮化镓铝半导体层114上。在一些实施例中，源极/漏极电极118和栅极电极120的材料可以是导电材料，例如金属、金属氮化物或半导体材料。金属可以是金(Au)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、铱(Ir)、钛(Ti)、铬(Cr)、钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、适用的类似材料、或以上任意组合。半导体材料可以是多晶硅或多晶锗。形成源极/漏极电极118和栅极电极120的步骤可以包含在氮化镓铝半导体层114上沉积导电材料，并且将导电材料图案化来形成源极/漏极电极118和栅极电极120。源极/漏极电极118与栅极电极120可以在相同工艺中形成，或者也可以在不同工艺中各自形成。

以上概述数个实施例，以便本领域技术人员可以更好理解本发明的实施例的观点。本领域技术人员应该理解，他们能以本发明实施例为基础，设计或修改其他工艺和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。在本领域技术人员也应该理解到，此类等效的工艺和结构并无悖离本发明的精神与范围，且他们能在不违背本发明的精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。

Claims (20)

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：

一衬底，具有一坑洞从该衬底的一上表面暴露出来；

一可流动介电材料垫层，形成于该坑洞中，该可流动介电材料垫层的一上表面位于该衬底的该上表面之下；

一回流保护层，形成于该衬底与该可流动介电材料垫层的该上表面上；以及

一氮化镓系半导体层，设置于该回流保护层之上。

2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该可流动介电材料垫层的该上表面具有内凹轮廓。

3.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该可流动介电材料垫层的厚度相对于该坑洞的深度的比例为0.15至0.8。

4.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该回流保护层的一凸出部份延伸进入并填满该坑洞。

5.如权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，该回流保护层的该凸出部份直接接触该可流动介电材料垫层的该上表面。

6.如权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，该回流保护层的该凸出部份的一下表面共形于该可流动介电材料垫层的该上表面。

7.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该衬底为氮化铝衬底、碳化硅衬底、蓝宝石衬底或以上任意组合。

8.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该可流动介电材料垫层包括旋转涂布玻璃、硼磷硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃、或以上任意组合。

9.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该回流保护层包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、或以上任意组合。

10.一种高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：

一氮化铝衬底，具有一坑洞从该氮化铝衬底的一上表面暴露出来；

一可流动介电材料垫层，形成于该坑洞中，该可流动介电材料垫层的一上表面位于该氮化铝衬底的该上表面之下；

一回流保护层，形成于该氮化铝衬底与该可流动介电材料垫层的该上表面上；

一氮化镓半导体层，设置于该回流保护层之上；

一氮化镓铝半导体层，设置于该氮化镓半导体层之上；以及

一源极电极、一漏极电极和一栅极电极，设置于该氮化镓铝半导体层之上。

11.如权利要求10所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该氮化镓半导体层的厚度为5微米至15微米。

12.一种半导体结构的制造方法，其特征在于，包括：

提供一衬底，该衬底具有一坑洞从该衬底的一上表面暴露出来；

在该衬底上形成一可流动介电材料；

进行一热处理，使该可流动介电材料回流至该坑洞中；

移除该可流动介电材料在该坑洞以外的部分且暴露出该衬底的该上表面，以在该坑洞中形成一可流动介电材料垫层，其中该可流动介电材料垫层的一上表面位于该衬底的该上表面之下；

在该衬底与该可流动介电材料垫层的该上表面上形成一回流保护层；以及

在该回流保护层之上形成一氮化镓系半导体层。

13.如权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，该衬底为氮化铝衬底、碳化硅衬底、蓝宝石衬底或以上任意组合。

14.如权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，该可流动介电材料包括旋转涂布玻璃、硼磷硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃、或以上任意组合。

15.如权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，该热处理的温度为300℃至800℃。

16.如权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，该回流保护层包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、或以上任意组合。

17.如权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，通过一沉积工艺将该回流保护层共形地沉积于该衬底与该可流动介电材料垫层的该上表面上。

18.如权利要求17所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，沉积该回流保护层的工艺温度为1000℃至1200℃。

19.如权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，形成该回流保护层的工艺包括等离子增强型化学气相沉积、低压化学气相沉积、或以上组合。

20.如权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，形成该氮化镓系半导体层的工艺温度高于该热处理的温度。

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