TWI812573B

TWI812573B - 半導體裝置及其形成方法

Info

Publication number: TWI812573B
Application number: TW112103233A
Authority: TW
Inventors: 陳柏安
Original assignee: 新唐科技股份有限公司
Priority date: 2023-01-31
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2023-08-11
Also published as: CN118431254A; TW202433756A

Abstract

本揭露提供一種半導體裝置，包括基板；基板上的通道層；通道層上的阻障層；設置於阻障層上的源極結構，包含水平源極部分及垂直源極部分；設置於阻障層上的汲極結構，包含水平汲極部分及垂直汲極部分，其中垂直源極部分的尖端源極部分指向水平汲極部分，而垂直汲極部分的尖端汲極部分指向水平源極部分；設置於阻障層上的閘極結構，包含設置於尖端汲極部分與水平源極部分間的第一閘極部分和設置於垂直汲極部分與垂直源極部分間的第二閘極部分；以及設置於阻障層上方的阻擋結構，其中阻擋結構介於尖端汲極部分與第一閘極部分間。

Description

半導體裝置及其形成方法

本揭露係有關於一種半導體裝置，特別係有關於在汲極尖端與閘極結構間設置阻擋結構以抑制熱載子的半導體裝置。

隨著半導體技術的發展，市場已不再滿足於傳統的矽電晶體。在高功率應用與高頻應用上，三五族的化合物半導體已展現出取代矽電晶體的潛力。近年來，由氮化鎵(GaN)所製造的高電子遷移率電晶體(High Electron Mobility Transistor, HEMT)特別受到矚目。

在操作現行的GaN HEMT時，汲極結構之垂直部分(俗稱手指(finger))的尖端部分(俗稱指尖(fingertip))，會因為具有較高的電場而產生較多的熱載子(hot carrier)。一旦操作時間拉長，累積的熱載子將會使HEMT裝置的性能降級(degrade)，甚或是破壞HEMT裝置。因此，需要一種新穎的HEMT結構，用以防止汲極結構的尖端部分累積熱載子，以避免對HEMT裝置造成傷害。

本揭露實施例提供一種半導體裝置，包括基板；設置於基板上方的通道層；設置於通道層上方的阻障層；設置於阻障層上方的源極結構，包含水平源極部分以及垂直源極部分；以及設置於阻障層上方的汲極結構，包含水平汲極部分以及垂直汲極部分，其中垂直源極部分的尖端源極部分指向水平汲極部分，而垂直汲極部分的尖端汲極部分指向水平源極部分。上述半導體裝置更包括設置於阻障層上方的閘極結構，包含設置於尖端汲極部分與水平源極部分之間的第一閘極部分和設置於垂直汲極部分與垂直源極部分之間的第二閘極部分；以及設置於阻障層上方的阻擋結構，其中阻擋結構介於尖端汲極部分與第一閘極部分之間。

本揭露實施例提供一種半導體裝置，包括基板；設置於基板上方的通道層；設置於通道層上方的阻障層；設置於阻障層上方的源極結構，包含沿著第一方向延伸的水平源極部分以及沿著第二方向延伸的複數垂直源極部分，其中第二方向垂直於第一方向；以及設置於阻障層上方的汲極結構，包含沿著第一方向延伸的水平汲極部分以及沿著第二方向延伸的複數垂直汲極部分，其中水平源極部分與水平汲極部分沿著第二方向彼此間隔，且複數垂直源極部分與複數垂直汲極部分沿著第一方向彼此交錯。上述半導體裝置更包括設置於阻障層上方的閘極結構，包含複數第一閘極部分、複數第二閘極部分及複數第三閘極部分，其中複數第一閘極部分沿著第二方向設置於複數垂直汲極部分與水平源極部分之間，複數第二閘極部分沿著第二方向設置於複數垂直源極部分與水平汲極部分之間，而複數第三閘極部分設置於交錯的複數垂直源極部分與複數垂直汲極部分之間，其中複數第三閘極部分彼此間藉由複數第一閘極部分及複數第二閘極部分連接；以及設置於阻障層上方的複數阻擋結構，其中複數阻擋結構沿著第二方向設置於複數第一閘極部分與複數垂直汲極部分之間。

本揭露實施例提供一種半導體裝置的形成方法，包括提供磊晶結構，包含基板、基板上方的通道層以及通道層上方的阻障層；在阻障層上方形成源極結構與汲極結構，其中源極結構包括水平源極部分與垂直源極部分，而汲極結構包括水平汲極部分與垂直汲極部分；在阻障層上方形成閘極結構，包含第一閘極部分以及第二閘極部分，其中第一閘極部分介於水平源極部分與垂直汲極部分的尖端汲極部分之間，而第二閘極部分介於垂直源極部分與垂直汲極部分之間；以及在阻障層上方並且在第一閘極部分與尖端汲極部分之間形成阻擋結構。

以下之揭露提供許多不同的實施例或範例，用以實施本揭露的不同特徵。本揭露之各部件及排列方式，其特定範例敘述於下以簡化說明。理所當然的，這些範例並非用以限制本揭露。舉例來說，若敘述中有著第一特徵形成於第二特徵之上或上方，其可能包含第一特徵與第二特徵以直接接觸形成的實施例，亦可能包含有附加特徵形成於第一特徵與第二特徵之間，而使第一特徵與第二特徵間並非直接接觸的實施例。此外，本揭露可在多種範例中重複參考數字及/或字母。該重複之目的係為簡化及清晰易懂，並且本身並不規定所討論之多種實施例及/或配置間之關係。

進一步來說，本揭露可能會使用空間相對術語，例如「在…下方」、「下方」、「低於」、「在…上方」、「高於」及類似詞彙，以便於敘述圖式中一個元件或特徵與其他元件或特徵間之關係。除了圖式所描繪的方位之外，空間相對術語亦欲涵蓋使用中或操作中之裝置的不同方位。設備可能會被轉向不同的方位(旋轉90度或其他方位)，而此處所使用之空間相對術語則可相應地進行解讀。

再進一步來說，除非特定否認，否則單數詞包含複數詞，反之亦然。此外，本揭露並不限於所示之操作或事件的順序，因為一些操作能夠以不同的順序發生及/或與其他操作或事件同時發生。此外，並非所有出示的操作或事件皆為實施本揭露之方法所必需的。

由於氮化鋁鎵/氮化鎵(AlGaN/GaN)結構的極化效應，GaN的高電子遷移率電晶體(HEMT)先天上具有可以作為電晶體通道的二維電子氣(2DEG)，這為GaN HEMT帶來了諸多益處。然而，在不需要通道的非通道區域中，例如在汲極結構之垂直部分(即：手指部分)的長度方向上，這種先天性存在的電晶體通道可能會造成一些問題。舉例來說，由於汲極結構之垂直部分的尖端部分(即：指尖部分)具有較高的電場，因此在該長度方向上自汲極的尖端部分朝向源極流通的電流會產生較高濃度的熱載子。隨著操作時間的增加，累積的這些熱載子可能會造成HEMT裝置性能的降級，甚或是對HEMT裝置造成傷害。

為了解決上述問題，本揭露提供一種半導體裝置及其製造方法，以在汲極結構的尖端部分抑制熱載子的產生，並且進一步避免減損HEMT裝置的性能或是造成HEMT裝置受損。如此一來，可以增加HEMT裝置的堅固性(robustness)與可靠度。

第1圖係根據本揭露一些實施例所示，範例性之半導體裝置100的部分或整體的俯視圖。半導體裝置100可為單一電晶體裝置或是複數電晶體裝置所構成的陣列，其中電晶體裝置例如GaN HEMT。在一些實施例中，半導體裝置100包括設置於磊晶結構(例如：下文所述之磊晶結構101)上方的源極結構110、汲極結構120以及閘極結構130。

在一些實施例中，源極結構110包括沿著X方向延伸的水平源極部分112，以及沿著Y方向延伸的垂直源極部分114 (可被稱為源極結構的手指部分)。在Y方向上，垂直源極部分114的一個末端連接至水平源極部分112，而垂直源極部分114的另一個末端可被稱為尖端源極部分116(可被稱為源極結構的指尖部分)。

在一些實施例中，汲極結構120包括沿著X方向延伸的水平汲極部分122，以及沿著Y方向延伸的垂直汲極部分124 (可被稱為汲極結構的手指部分)。在Y方向上，垂直汲極部分124的一個末端連接至水平汲極部分122，而垂直汲極部分124的另一個末端可被稱為尖端汲極部分126(可被稱為汲極結構的指尖部分)。

在一些實施例中，水平源極部分112與水平汲極部分122沿著Y方向彼此間隔，並且垂直源極部分114與垂直汲極部分124沿著X方向彼此交錯地設置，如第1圖所示。垂直源極部分114的尖端源極部分116沿著Y方向指向水平汲極部分122，而垂直汲極部分124的尖端汲極部分126沿著Y方向指向水平源極部分112，因此垂直源極部分114及垂直汲極部分124的長度方向在Y方向上。

在一些實施例中，閘極結構130設置於源極結構110與汲極結構120之間，並且圍繞源極結構110與汲極結構120的至少一部分。舉例來說，閘極結構130圍繞垂直源極部分114與垂直汲極部分124，如第1圖所示。閘極結構130可為一個連續的整體，並且持續延伸以被複數的電晶體裝置所共用。在一些實施例中，閘極結構130與源極結構110之間的距離，小於閘極結構130與汲極結構120之間的距離。為使說明清晰易懂，本文將閘極結構130劃分為具有相同堆疊結構的第一閘極部分132、第二閘極部分134以及第三閘極部分136。

在第1圖所示的實施例中，第一閘極部分132在X方向上位於兩個垂直源極部分114之間，並且在Y方向上(即：垂直汲極部分124之尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上)位於垂直汲極部分124與水平源極部分112之間。第二閘極部分134在X方向上位於兩個垂直汲極部分124之間，並且在Y方向上(即：垂直源極部分114之尖端源極部分116指向水平汲極部分122的方向上)位於垂直源極部分114與水平汲極部分122之間。第三閘極部分136在X方向上位於一個垂直源極部分114與一個垂直汲極部分124之間，並且在Y方向上位於水平源極部分112與水平汲極部分122之間。第三閘極部分136彼此間藉由第一閘極部分132及第二閘極部分134連接，也可以說是第一閘極部分132與第二閘極部分134彼此間藉由第三閘極部分136連接。在一些實施例中，第一閘極部分132及第二閘極部分134在俯視圖(例如：第1圖)中呈弧形。

在一些實施例中，半導體裝置100更包括設置於磊晶結構(例如：下文所述之磊晶結構101)上方的阻擋(blocking)結構140。阻擋結構140在Y方向上(即：垂直汲極部分124之尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上)設置於垂直汲極部分124與閘極結構130之間。更具體地來說，阻擋結構140在Y方向上設置於尖端汲極部分126與第一閘極部分132之間，如第1圖所示。在一些實施例中，阻擋結構140被第一閘極部分132完全圍繞。在一些其他實施例中，阻擋結構140的一部分沿著Y方向延伸超出第一閘極部分132，並且在X方向上介於垂直汲極部分124兩側的兩個第三閘極部分136之間。

阻擋結構140的設置，可以使阻擋結構140下方的二維電子氣消失。藉此，在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上，電晶體通道會被關閉，電流將無法在這個方向上流通。由於缺乏電流帶來的載子，因此得以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子。如此一來，阻擋結構140可以防止熱載子損害半導體裝置100的性能或是對半導體裝置100造成傷害。阻擋結構140的細節將在下文中進行更加詳細的描述。

第2A圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置100A沿著第1圖之線段A-A’的的截面圖，而第2B圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置100A沿著第1圖之線段B-B’的截面圖，其中半導體裝置100A為半導體裝置100的實施例。在所示的實施例中，第2A圖的截面圖屬於半導體裝置100的通道區域，而第2B圖的截面圖屬於半導體裝置100的非通道區域。應注意的是，在半導體裝置100沿著第1圖之線段A-A’的截面圖中，閘極結構130的配置會隨著第2B圖至第5圖的實施例而發生相應的變化。

參照第2A圖及第2B圖，半導體裝置100A包括磊晶結構101，其中磊晶結構101包含基板102、基板102上方的緩衝層(buffer layer)103、緩衝層103上方的通道層104以及通道層104上方的阻障層(barrier layer)105。在一些實施例中，緩衝層103與通道層104可以合併在一起，並共同稱為緩衝層或是通道層。

在一些實施例中，通道層104的材料為GaN，而阻障層105的材料為AlGaN。通道層104與阻障層105堆疊在一起的GaN/AlGaN異質接面，在通道層104與阻障層105之間形成二維電子氣(2DEG)，以作為半導體裝置100的通道106(以虛線繪製)。

在第2A圖及第2B圖中，包含第一閘極部分132A及第三閘極部分136A的閘極結構130A為閘極結構130的實施例，而阻擋結構140A為阻擋結構140的實施例。再度參照第2A圖及第2B圖，源極結構110、汲極結構120以及閘極結構130A設置於磊晶結構101上方，例如阻障層105上方，並且閘極結構130A設置於源極結構110與汲極結構120之間。如第2A圖所示，閘極結構130A的第三閘極部分136A沿著X方向設置於源極結構110的垂直源極部分114與汲極結構120的垂直汲極部分124之間。如第2B圖所示，閘極結構130A的第一閘極部分132A沿著Y方向設置於源極結構110的水平源極部分112與汲極結構120的垂直汲極部分124之間。

仍舊參照第2A圖及第2B圖，閘極結構130A包括磊晶層150以及磊晶層150上方的電極層152。在一些實施例中，磊晶層150的材料為以p型摻雜物進行摻雜的p型氮化鎵(p-GaN)。在一些實施例中，閘極結構130進一步包括其他的薄層，例如閘極介電層、鈍化層(passivation layer)、功函數層及/或其他合適的薄層。

磊晶層150(例如：p型氮化鎵)可以調變能帶，使其下方之阻障層105(例如：AlGaN)與通道層104(例如：GaN)的異質接面結構發生能帶彎曲(band bending)，並導致存在有二維電子氣的量子井(quantum well)消失。隨著量子井以及二維電子氣的消失，閘極結構130A的下方不再存在有通道。如第2A圖及第2B圖所示，通道106在閘極結構130A下方被截斷。如此一來，必需對閘極結構130A施加正電壓方能回復閘極結構130A下方的通道106，這使得半導體裝置100A成為必需對閘極施加正電壓方能導通的常關型(normally-off)的裝置，也就是臨界電壓(Vth)大於零的增強型(enhancement mode, E-mode)裝置。

另一方面，倘若並未設置磊晶層150或是以其他方式調變能帶，則閘極結構130A下方的通道106將會持續存在，必需對閘極結構130A施加負電壓方能截斷閘極結構130A下方的通道106並關閉半導體裝置100A。如此一來，半導體裝置100A將成為不需對閘極施加電壓便能導通，且必須對閘極施加負電壓方能關閉的常開型(normally-on)裝置，也就是臨界電壓(Vth)小於零的空乏型(depletion mode, D-mode)裝置。

參照第2B圖，阻擋結構140A設置於磊晶結構101上方，例如阻障層105上方，並且在Y方向上設置於垂直汲極部分124的尖端汲極部分126與第一閘極部分132A之間。在一些實施例中，於Y方向上，阻擋結構140的長度佔據了閘極結構130A與垂直汲極部分124之間的距離的大部分。在第2B圖所示的實施例中，阻擋結構140A包括阻擋層160以及阻擋層160上方的金屬層162。在一些實施例中，阻擋結構140A是電性浮動的(floating)。

在一些實施例中，阻擋層160包括與磊晶層150相同的材料，及/或金屬層162包括與電極層152相同的材料。在一些實施例中，阻擋層160與磊晶層150在相同的製程中形成，並且金屬層162與電極層152在相同的製程中形成。如此一來，阻擋結構140A與閘極結構130A可以同時形成。因此，阻擋結構140A的形成可以與現行製程完全相容，並且不會耗費額外的製程時間。

如上所述，磊晶層150(例如：p型氮化鎵)可以調變能帶，使其下方的二維電子氣消失並因而截斷電晶體的通道。因此，藉由在阻擋結構140A中設置材料與磊晶層150相同的阻擋層160，可以截斷阻擋結構140A下方的通道106，如第2B圖所示。如此一來，電流將無法在阻擋結構140A下方流通，也就是說，電流將無法在水平源極部分112與垂直汲極部分124之間流動，無論半導體裝置100A導通與否。換句話說，電流無法在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。由於缺乏電流帶來的載子，因此得以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子。如此一來，阻擋結構140A可以防止熱載子損害半導體裝置100A的性能或是對半導體裝置100A造成傷害。

在一些其他實施例中，閘極結構130A並未包括磊晶層150。如上所述，缺乏磊晶層150將使閘極結構130A下方的通道106持續存在，必需對閘極結構130A施加負電壓方能並關閉半導體裝置100A。因此，在這些實施例中，半導體裝置100A屬於臨界電壓(Vth)小於零的空乏型(D-mode)裝置。

第3圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置100B沿著第1圖之線段B-B’的截面圖，其中半導體裝置100B為半導體裝置100的實施例。第3圖所示的半導體裝置100B類似於第2B圖所示的半導體裝置100A，不同之處在於半導體裝置100B包括阻擋結構140B而非阻擋結構140A，其中阻擋結構140B為阻擋結構140的實施例。

參照第3圖，半導體裝置100B包括設置於阻障層105中的阻擋凹槽170。阻擋凹槽170自阻障層105的頂部表面朝底部表面延伸，但並未延伸穿過阻障層105。換句話說，阻擋凹槽170的深度小於阻障層105的厚度，亦即阻擋凹槽170的底部表面高於阻障層105的底部表面但低於阻障層105的頂部表面。

參照第3圖，阻擋結構140B包括設置在阻擋凹槽170中的金屬層162，但並未包括阻擋層160。在一些實施例中，阻擋結構140B呈T型。在這些實施例中，阻擋結構140B包括設置於阻擋凹槽170之中且低於阻障層105之頂部表面的下方部分，以及設置於阻擋凹槽170之外且高於阻障層105之頂部表面的上方部分。在這些實施例中，阻擋結構140B之上方部分在Y方向上的尺寸，大於阻擋結構140B之下方部分在Y方向上的尺寸。

由於阻擋凹槽170是藉由掘入(recess)阻障層105而形成的，因此阻擋凹槽170的存在會減少阻障層105的厚度。一旦阻障層105的厚度減少，阻障層105與通道層104之間的能帶結構將會發生改變而無法維持能夠容納二維電子氣的量子井。因此，在其中設置有阻擋結構140B的阻擋凹槽170下方，通道106將會被截斷，如第3圖所示。如此一來，電流將無法在阻擋結構140B下方流通，也就是說，電流將無法在水平源極部分112與垂直汲極部分124之間流動，無論半導體裝置100B導通與否。換句話說，電流無法在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。由於缺乏電流帶來的載子，因此得以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子。如此一來，阻擋結構140B可以防止熱載子損害半導體裝置100B的性能或是對半導體裝置100B造成傷害。

在進一步的實施例中，除了金屬層162之外，阻擋結構140B還可以包括諸如p型氮化鎵的阻擋層(未圖示)。如上所述，p型氮化鎵所構成的阻擋層與掘入阻障層105所形成的阻擋凹槽170相同，均可以截斷其下方的通道106。因此，於此等實施例中，阻擋層與阻擋凹槽170可以共同使用以增強截斷通道106的效果，以避免製程上的誤差、缺陷、操作時的電壓擾動等外在因素造成通道106重新出現而導致電流可以在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。替代性地，同時使用阻擋層與阻擋凹槽170可以減少所需之阻擋層的厚度及/或所需之阻擋凹槽170的深度。

第4圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置100C沿著第1圖之線段B-B’的截面圖，其中半導體裝置100C為半導體裝置100的實施例。第4圖所示之半導體裝置100C類似於第2B圖所示之半導體裝置100A，不同之處在於半導體裝置100C包括閘極結構130C(包含第一閘極部分132C)而非閘極結構130A，其中閘極結構130C為閘極結構130的實施例。

參照第4圖，半導體裝置100C進一步包括設置於阻障層105中的閘極凹槽180。閘極凹槽180自阻障層105的頂部表面朝底部表面延伸，但並未延伸穿過阻障層105。換句話說，閘極凹槽180的深度小於阻障層105的厚度，亦即閘極凹槽180的底部表面高於阻障層105的底部表面但低於阻障層105的頂部表面。

在一些實施例中，閘極結構130C被設置在閘極凹槽180中，且並未包括磊晶層150，如第4圖所示。閘極凹槽180類似於阻擋凹槽170，因此閘極凹槽180會使阻障層105與通道層104之間的能帶結構發生改變而無法維持能夠容納二維電子氣的量子井。因此，在其中設置有閘極結構130C的閘極凹槽180下方，通道106將會被截斷，如第4圖所示。如此一來，必需對閘極結構130C施加正電壓方能回復閘極結構130C下方的通道106，使得半導體裝置100C成為臨界電壓(Vth)大於零的增強型(E-mode)裝置。

仍舊參照第4圖，第4圖之半導體裝置100C包括與第2B圖之半導體裝置100A相同的阻擋結構140A。因此如同前文參照第2B圖所述，包含阻擋結構140A的半導體裝置100C同樣可以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子，並防止熱載子損害半導體裝置100C的性能或對半導體裝置100C造成傷害。

在進一步的實施例中，除了電極層152之外，閘極結構130C亦可包括諸如p型氮化鎵的磊晶層(未圖示)。如上所述，p型氮化鎵所構成的磊晶層與掘入阻障層105所形成的閘極凹槽180相同，均可以截斷其下方的通道106。因此，於此等實施例中，磊晶層與閘極凹槽180可以共同使用以增強截斷通道106的效果，以避免製程上的誤差、缺陷、操作時的電壓擾動等外在因素造成通道106重新出現而導致半導體裝置100C從增強型(E-mode)裝置變為空乏型(D-mode)裝置。替代性地，同時使用磊晶層與閘極凹槽180可以減少所需之磊晶層的厚度及/或所需之閘極凹槽180的深度。

在一些實施例中，半導體裝置100C並未包括閘極凹槽180，而是將閘極結構130C直接設置在阻障層105上。在這些實施例中，由於缺乏可以截斷閘極結構下方通道的機制，因此半導體裝置100C屬於臨界電壓(Vth)小於零的空乏型(D-mode)裝置。

第5圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置100D沿著第1圖之線段B-B’的截面圖，其中半導體裝置100D為半導體裝置100的實施例。第5圖的半導體裝置100D類似於第2B圖的半導體裝置100A，不同之處在於閘極結構與阻擋結構的配置。

參照第5圖，第5圖所示的半導體裝置100D具有與第3圖相同的阻擋結構140B與阻擋凹槽170。因此如同前文參照第3圖所述，第5圖所示的半導體裝置100D可以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子，並防止熱載子損害半導體裝置100D的性能或是對半導體裝置100D造成傷害。

同樣參照第5圖，第5圖所示的半導體裝置100D具有與第4圖相同的閘極結構130C與閘極凹槽180。因此如同前文參照第4圖所述，第5圖所示的半導體裝置100D可為臨界電壓(Vth)大於零的增強型(E-mode)裝置。

在一些實施例中，金屬層162包括與電極層152相同的材料。在一些實施例中，阻擋凹槽170與閘極凹槽180在相同的製程中形成，並且金屬層162與電極層152在相同的製程中形成。如此一來，阻擋結構140B與閘極結構130C可以同時形成。因此，阻擋結構140B的形成可以與現行製程完全相容，並且不會耗費額外的製程時間。

在一些實施例中，可以利用摻雜氟離子的區域來輔助或是取代第2B圖至第5圖所示的磊晶層150、阻擋層160、閘極凹槽180及/或阻擋凹槽170。舉例來說，可以在閘極結構130下方及/或阻擋結構140下方形成氟摻雜區域。氟摻雜區域具有與p型氮化鎵及阻障層中之凹槽相同的功能。氟摻雜區域可以調變其下方的能帶以截斷通道，導致需要施加正電壓方能回復被截斷的通道。藉由在閘極結構130下方形成氟摻雜區域，可以使半導體裝置100成為臨界電壓(Vth)大於零的增強型(E-mode)裝置。進一步地，藉由在阻擋結構140下方形成氟摻雜區域，可以截斷阻擋結構140下方的通道，使得電流無法在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。如此一來，同樣可以防止熱載子損害半導體裝置100的性能或是對半導體裝置100造成傷害。

第6圖係根據本揭露一些實施例所示，範例性之半導體裝置200的部分或整體的俯視圖。半導體裝置200可為單一電晶體裝置或是複數電晶體裝置所構成的陣列，其中電晶體裝置例如GaN HEMT。第6圖所示之半導體裝置200具有與第1圖所示之半導體裝置100相同的一些特徵，並且這些特徵具有相同的配置。舉例來說，半導體裝置200具有與半導體裝置100相同的源極結構110、汲極結構120以及閘極結構130。

在一些實施例中，不同於半導體裝置100，半導體裝置200包括阻擋結構210而非阻擋結構140，並且阻擋結構210具有與阻擋結構140不同的配置。阻擋結構210在Y方向上(即：垂直汲極部分124之尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上)設置於垂直汲極部分124與閘極結構130之間。更具體地來說，阻擋結構210在Y方向上設置於尖端汲極部分126與第一閘極部分132之間，如第6圖所示。在一些實施例中，第一閘極部分132在俯視圖(例如：第6圖)中呈弧形，並且阻擋結構210在俯視圖(例如：第6圖)中同樣呈弧形。

與阻擋結構140相同，阻擋結構210的設置，可以使阻擋結構210下方的二維電子氣消失。藉此，在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上，電晶體通道會被關閉，電流將無法在這個方向上流通。由於缺乏電流帶來的載子，因此得以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子。如此一來，阻擋結構210可以防止熱載子損害半導體裝置200的性能或是對半導體裝置200造成傷害。阻擋結構210的細節將在下文中進行更加詳細的描述。

在一些實施例中，半導體裝置200更包括連接結構220。連接結構220將阻擋結構210連接至源極結構110，例如連接至水平源極部分112。連接結構220並未接觸閘極結構130，這將更加清楚地顯示於後續圖式中。藉由以連接結構220將阻擋結構210連接至源極結構110，可以使阻擋結構210維持在與源極結構110相同的電位(potential)。一般而言，在操作時的源極結構110會連接至接地(ground)。並且如上所述，阻擋結構210會關閉其下方的通道，因此需要對阻擋結構210施加正電壓方能使通道重新出現。如此一來，藉由將阻擋結構210連接至源極結構110，可以使阻擋結構210維持在接地的狀態，也就是維持在無法使通道重新出現的關閉電位(off potential)。藉此，得以避免操作時的電壓擾動或是結構所捕捉(trap)的電荷造成通道的意外出現，因為連接至源極結構110的連接結構220可以使阻擋結構210維持在關閉電位。

在一些實施例中，阻擋結構210會靠近閘極結構130並遠離汲極結構120。舉例來說，在Y方向上，阻擋結構210與第一閘極部分132之間的距離，小於阻擋結構210與尖端汲極部分126之間的距離。在半導體裝置200為GaN HEMT的實施例中，會在操作時對汲極結構120施加相當高的電壓(例如：至少數百伏特)。於是，連接至源極結構110(例如：接地)的阻擋結構210與垂直汲極部分124之間存在相當高的電場。因此，阻擋結構210必需遠離垂直汲極部分124以使半導體裝置200可以承受高壓操作，並避免垂直汲極部分124與阻擋結構210之間發生擊穿(punch through)。

在一些其他實施例中，阻擋結構210並未連接至源極結構110，而是電性浮動的。在這些實施例中，阻擋結構210僅藉由與阻擋結構140相同的機制截斷阻擋結構210下方的通道，以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子，並防止熱載子損害半導體裝置200的性能或是對半導體裝置200造成傷害。

第6圖所示之半導體裝置200沿著第6圖之線段A-A’的截面圖類似於第2A圖，因此本文不再重複。應注意的是，在半導體裝置200沿著第6圖之線段A-A’的截面圖中，閘極結構130的配置會隨著第7圖至第10圖的實施例而發生相應的變化。

第7圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置200A沿著第6圖之線段B-B’的截面圖，其中半導體裝置200A為半導體裝置200的實施例。第7圖所示的半導體裝置200A類似於第2B圖所示的半導體裝置100A，不同之處在於半導體裝置200A包括阻擋結構210A而非阻擋結構140A，其中阻擋結構210A為阻擋結構210的實施例。

參照第7圖，阻擋結構210A設置於磊晶結構101上方，例如阻障層105上方，並且在Y方向上設置於垂直汲極部分124的尖端汲極部分126與第一閘極部分132A之間。在一些實施例中，於Y方向上，阻擋結構210A與第一閘極部分132A之間的距離D1，小於阻擋結構210A與垂直汲極部分124之間的距離D2。在一些實施例中，阻擋結構210A包括阻擋層230以及阻擋層230上方的金屬層232。

在一些實施例中，阻擋層230包括與磊晶層150相同的材料，例如p型氮化鎵。在一些實施例中，金屬層232包括與電極層152相同的材料。在一些實施例中，阻擋層230與磊晶層150在相同的製程中形成，並且金屬層232與電極層152在相同的製程中形成。如此一來，阻擋結構210A與閘極結構130A可以同時形成。因此，阻擋結構210A的形成可以與現行製程完全相容，並且不會耗費額外的製程時間。

如上所述，磊晶層150(例如：p型氮化鎵)可以調變能帶，使其下方的二維電子氣消失並因而截斷電晶體的通道。因此，藉由在阻擋結構210A中設置材料與磊晶層150相同的阻擋層230，可以截斷阻擋結構210A下方的通道106，如第7圖所示。如此一來，電流將無法在阻擋結構210A下方流通，也就是說，電流將無法在水平源極部分112與垂直汲極部分124之間流動，無論半導體裝置200A導通與否。換句話說，電流無法在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。由於缺乏電流帶來的載子，因此得以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子。如此一來，阻擋結構210A可以防止熱載子損害半導體裝置200A的性能或是對半導體裝置200A造成傷害。

在一些實施例中，半導體裝置200A包括連接結構220，連接結構220將阻擋結構210A連接至源極結構110，例如連接至水平源極部分112。連接結構220可包括設置於阻擋結構210A上的第一接點(contact)、設置於水平源極部分112上的第二接點、以及連接第一接點與第二接點的導線。如上所述，藉由以連接結構220將阻擋結構210A連接至源極結構110，可以使阻擋結構210A維持在關閉電位。如此一來，得以避免通道的意外導通，以確保電流不會在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。

在一些其他實施例中，半導體裝置200A所包括的連接結構220並未將阻擋結構210A連接至源極結構110，而是將阻擋結構210A連接至其他的電壓源(未圖示)。在這些實施例中，電壓源可以對阻擋結構210A施加接地電壓，以達成與連接至源極結構110相同的功能。也就是說，可以使阻擋結構210A維持在關閉電位來避免通道的意外導通，以確保電流不會在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。替代性地，電壓源可以對阻擋結構210A施加負電壓，以更加澈底地阻斷阻擋結構210A下方的通道。如此一來，可以使通道更難回復，以確保電流不會在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。或者，電壓源可以在需要回復通道的時候，對阻擋結構210A施加正電壓以將通道回復，這會再度允許電流在尖端汲極部分126指向水平源極部分112的方向上流通。藉由將阻擋結構210A連接至其他的電壓源，可以自由地控制阻擋結構210A下方之通道的關閉與否。如此一來，在半導體裝置200A的操作上可以具有更多的彈性。

第8圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置200B沿著第6圖之線段B-B’的截面圖，其中半導體裝置200B為半導體裝置200的實施例。第8圖所示之半導體裝置200B類似於第7圖所示之半導體裝置200A，不同之處在於半導體裝置200B包括阻擋結構210B而非阻擋結構210A，其中阻擋結構210B為阻擋結構210的實施例。

參照第8圖，半導體裝置200B包括設置於阻障層105中的阻擋凹槽240。阻擋凹槽240自阻障層105的頂部表面朝底部表面延伸，但並未延伸穿過阻障層105。換句話說，阻擋凹槽240的深度小於阻障層105的厚度，亦即阻擋凹槽240的底部表面高於阻障層105的底部表面但低於阻障層105的頂部表面。

在一些實施例中，阻擋結構210B包括設置在阻擋凹槽240中的金屬層232，但並未包括阻擋層230。在一些實施例中，阻擋結構210B呈T型。在這些實施例中，阻擋結構210B包括設置於阻擋凹槽240之中且低於阻障層105之頂部表面的下方部分，以及設置於阻擋凹槽240之外且高於阻障層105之頂部表面的上方部分。在這些實施例中，阻擋結構210B之上方部分在Y方向上的尺寸，大於阻擋結構210B之下方部分在Y方向上的尺寸。

與阻擋凹槽170相同，阻擋凹槽240是藉由掘入阻障層105而形成的。如同先前參照阻擋凹槽170所述，在其中設置有阻擋結構210B的阻擋凹槽240下方，通道106將會被截斷，如第8圖所示。如此一來，其中設置有阻擋結構210B的阻擋凹槽240可以得到與阻擋凹槽170相同的效果，也就是消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子，並防止熱載子損害半導體裝置200B的性能或是對半導體裝置200B造成傷害。

在進一步的實施例中，除了金屬層162之外，阻擋結構210B還包括諸如p型氮化鎵的阻擋層(未圖示)。在這些實施例中，包含阻擋層的阻擋結構210B，可以達成與先前參照第3圖所述之包含阻擋層的阻擋結構140B相同的效果。也就是說，包含阻擋層的阻擋結構210B可以增強截斷通道106的效果，及/或減少所需之阻擋層的厚度及/或所需之阻擋凹槽240的深度。

仍舊參照第8圖，第8圖之半導體裝置200B包括與第7圖之半導體裝置200A相似的連接結構220的配置。在第8圖所示的實施例中，連接結構220將阻擋結構210B連接至源極結構110，或是將阻擋結構210B連接至其他的電壓源，並且具有與先前參照第7圖所述相同的效果。

第9圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置200C沿著第6圖之線段B-B’的截面圖，其中半導體裝置200C為半導體裝置200的實施例。第9圖所示之半導體裝置200C類似於第7圖所示之半導體裝置200，不同之處在於半導體裝置200C包括閘極結構130C而非閘極結構130A。

參照第9圖，半導體裝置200C具有與第4圖所示之半導體裝置100C相同的閘極結構130C與閘極凹槽180。因此如同前文參照第4圖所述，第9圖所示的半導體裝置200C可為臨界電壓(Vth)大於零的增強型(E-mode)裝置。

仍舊參照第9圖，半導體裝置200C包括與第7圖所示之半導體裝置200A相同的阻擋結構210A。因此如同前文參照第7圖所述，包含阻擋結構210A的半導體裝置200C同樣可以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子，並防止熱載子損害半導體裝置200C的性能或對半導體裝置200C造成傷害。

仍舊參照第9圖，第9圖之半導體裝置200C包括與第7圖所示之半導體裝置200A相同的阻擋結構210A和連接結構220的配置。因此在第9圖所示的半導體裝置200C中，連接結構220具有與先前參照第7圖所述相同的效果。

第10圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置200D沿著第6圖之線段B-B’的截面圖，其中半導體裝置200D為半導體裝置200的實施例。第10圖的半導體裝置200D類似於第7圖的半導體裝置200A，不同之處在於閘極結構與阻擋結構的配置。

參照第10圖，第10圖所示的半導體裝置200D具有與第8圖相同的阻擋結構210B與阻擋凹槽240，因此如同前文參照第8圖所述，第10圖所示的半導體裝置200D可以消除或是減少尖端汲極部分126處所產生和累積的熱載子，並防止熱載子損害半導體裝置200D的性能或是對半導體裝置200D造成傷害。

同樣參照第10圖，第10圖所示的半導體裝置200D具有與第4圖相同的閘極結構130C與閘極凹槽180。因此如同前文參照第4圖所述，第10圖所示的半導體裝置200D可為臨界電壓(Vth)大於零的增強型(E-mode)裝置。

在一些實施例中，金屬層232包括與電極層152相同的材料。在一些實施例中，阻擋凹槽240與閘極凹槽180在相同的製程中形成，並且金屬層232與電極層152在相同的製程中形成。如此一來，阻擋結構210B與閘極結構130C可以同時形成。因此，阻擋結構210B的形成可以與現行製程完全相容，並且不會耗費額外的製程時間。

仍舊參照第10圖，第10圖所示之半導體裝置200D包括與第8圖所示之半導體裝置200B相同的阻擋結構210B和連接結構220的配置。因此在第10圖所示的半導體裝置200D中，連接結構220具有與先前參照第8圖所述相同的效果。

在一些實施例中，可以利用摻雜氟離子的區域來輔助或是取代第7圖至第10圖所示的磊晶層150、阻擋層230、閘極凹槽180及/或阻擋凹槽240。如同前文參照第2B圖至第5圖所述，藉由形成氟摻雜區域，可以使半導體裝置200成為臨界電壓(Vth)大於零的增強型(E-mode)裝置，並且可以防止熱載子損害半導體裝置200的性能或是對半導體裝置200造成傷害。

第11圖係根據本揭露一些實施例所示，用於形成半導體裝置100及/或半導體裝置200之方法300的流程圖。下文將同時參照第1圖至第10圖以對第11圖進行說明。

在操作302中，方法300提供或是接收磊晶結構，例如前文所述的磊晶結構101。磊晶結構101包括基板102、基板102上方的緩衝層103、緩衝層103上方的通道層104以及通道層104上方的阻障層105。在一些實施例中，緩衝層103與通道層104可以合併，並共同稱為緩衝層或是通道層。

在操作304中，方法300在磊晶結構(例如：磊晶結構101)上方形成磊晶材料層(例如：p型氮化鎵層)。磊晶材料層可藉由磊晶生長製程形成，例如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)、液相磊晶(LPE)、氣相磊晶(VPE)、原子層磊晶(ALE)等或其組合。磊晶材料層可以藉由離子佈植製程、原位(in-situ)摻雜磊晶生長製程及/或其他合適的技術，以碳、鐵、鎂、鋅或其他合適的摻雜物進行摻雜。

在操作306中，方法300將磊晶材料層圖案化，以形成閘極結構的磊晶層或是阻擋結構的阻擋層，例如前文所述的磊晶層150、阻擋層160及/或阻擋層230。在未包括閘極結構之磊晶層與阻擋結構之阻擋層的實施例中(例如：第5圖及第10圖的實施例)，可以省略操作304及操作306。

磊晶材料層的圖案化可使用合適的微影製程與蝕刻製程來進行。在一些實施例中，微影製程包括光阻塗佈(例如：自旋塗佈)、軟烤、光罩對準、曝光、曝後烤、顯影光阻、沖洗、乾燥(例如：硬烤)。在其他實施例中，微影製程可藉由其他適當的方法來執行或取代，例如無光罩(maskless)微影、電子束(e-beam)寫入以及離子束寫入。在一些實施例中，蝕刻製程可包括乾式蝕刻、濕式蝕刻、反應式離子蝕刻(RIE)、及/或其他合適之製程。

在操作308中，方法300在磊晶結構的阻障層(例如：阻障層105)上方形成源極結構與汲極結構，例如包括水平源極部分112與垂直源極部分114的源極結構110，以及包括水平汲極部分122與垂直汲極部分124的汲極結構120。

在一些實施例中，操作308以微影製程在阻障層105上方形成包含開口的圖案化光阻層，並藉由沉積製程於圖案化光阻層上方沉積導電材料，再透過光阻剝離(lift off)製程移除圖案化光阻層與圖案化光阻層上的導電材料，以留下開口中的導電材料作為源極結構與汲極結構。在一些其他實施例中，操作308可以先藉由沉積製程於阻障層105上方沉積導電材料，再透過微影與蝕刻製程圖案化沉積的導電材料以形成源極結構與汲極結構。

合適的沉積製程可包括物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、塗佈製程、其他合適的製程或其組合。PVD製程可包括濺鍍、蒸鍍及/或脈衝雷射沉積。CVD製程可包括低壓化學氣相沉積(LPCVD)、低溫化學氣相沉積(LTCVD)、快速熱化學氣相沉積(RTCVD)、電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)、高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)、MOCVD、遠程電漿化學氣相沉積(RPCVD)、原子層沉積(ALD)製程、電鍍、其他合適的製程及/或其組合。合適的導電材料可包括鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釕(Ru)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、錳(Mn)、氮化鎢(WN)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鉬(MoN)、矽化鎢(WSi)、矽化鈦(TiSi ₂)、其他合適之導電材料或其組合。

在操作310中，方法300掘入磊晶結構的阻障層(例如：阻障層105)以形成閘極凹槽及/或阻擋凹槽，例如閘極凹槽180、阻擋凹槽170及/或阻擋凹槽240。阻障層的掘入可以使用合適的蝕刻製程來進行。在未包括閘極凹槽以及阻擋凹槽的實施例中(例如：第2B圖及第7圖)，可以省略操作310。在同時包括閘極凹槽及/或阻擋凹槽還有閘極結構之磊晶層及/或阻擋結構之阻擋層的實施例中，可以在操作304與306之前先行執行操作310。

在操作312中，方法300沉積閘極金屬材料以形成閘極結構的電極層及/或阻擋結構的金屬層，例如閘極結構130的電極層152、阻擋結構140的金屬層162及/或阻擋結構210的金屬層232。在一些實施例中，操作312會以微影製程在半導體裝置100或半導體裝置200上方形成包含開口的圖案化光阻層，這些開口暴露磊晶層150、閘極凹槽180、阻擋層160、阻擋凹槽170、阻擋層230及/或阻擋凹槽240。操作312接著以沉積製程於圖案化光阻層上沉積閘極金屬材料，再透過光阻剝離製程移除圖案化光阻層與圖案化光阻層上的閘極金屬材料，以留下開口中的閘極金屬材料作為閘極結構的電極層及/或阻擋結構的金屬層。在一些其他實施例中，操作312可以先藉由沉積製程於半導體裝置100或半導體裝置200上方沉積閘極金屬材料，再透過微影與蝕刻製程圖案化沉積的閘極金屬材料以形成閘極結構的電極層及/或阻擋結構的金屬層。

閘極金屬材料可包括Al、Cu、Au、Ag、W、Ti、Ta、Ni、Co、Ru、Pd、Pt、Mn、WN、TiN、TaN、MoN、WSi、TiSi ₂、其他合適之導電材料或其組合。

在操作312之後，方法300形成了前文參照第1圖至第10圖所述的閘極結構130、阻擋結構140及/或阻擋結構210。在一些實施例中，電極層152與磊晶層150共同構成閘極結構130A。在一些實施例中，電極層152被形成在閘極凹槽180中並構成閘極結構130C。在一些實施例中，金屬層162與阻擋層160共同構成阻擋結構140A。在一些實施例中，金屬層162被形成在阻擋凹槽170中並構成阻擋結構140B。在一些實施例中，金屬層232與阻擋層230共同構成阻擋結構210A。在一些實施例中，金屬層232被形成在阻擋凹槽240中並構成阻擋結構210B。

在操作314中，方法300執行進一步的製程。在一些實施例中，方法300更包括在阻擋結構210上形成第一接點，在水平源極部分112上形成第二接點，並且形成連接第一接點與第二接點的導線，以形成將阻擋結構210連接至源極結構110的連接結構220。在一些實施例中，方法300更包括在半導體裝置中形成場板(field plate)結構。在一些實施例中，方法300更包括形成各種接點、通孔以及導線，以構成單一裝置內及/或複數裝置間的互連結構。

應注意的是，附加的操作可被提供於方法300之前、之中或是之後，且對於方法300的附加實施例，所述的一些操作可被移動、替換或是消除。舉例來說，可以沉積閘極介電層以形成金屬絕緣體半導體(MIS)結構、形成各種隔離結構以分隔半導體裝置、及/或形成層間介電(ILD)層與金屬間介電(IMD)層以輔助各種元件的形成並支撐半導體裝置。

在一些實施例中，方法300更包括佈植氟離子的佈植製程。可以在閘極結構130、阻擋結構140及/或阻擋結構210下方的區域中佈植氟離子以形成氟摻雜區域，用以截斷半導體通道，如同前文所述。在這些實施例中，可以省略操作304、操作306與操作310。

本揭露提供一種半導體裝置及其製造方法，特別是用於GaN HEMT的半導體裝置。本揭露藉由在汲極結構的尖端汲極部分(即：指尖部分)與閘極結構之間設置阻擋結構，以截斷尖端汲極部分朝向源極的通道。進一步地，本揭露將阻擋結構設置為靠近閘極結構且遠離汲極結構，並將阻擋結構與源極結構連接。藉此，可以將阻擋結構維持在確保截斷電晶體通道的關閉電位。如此一來，可以消除或是減少尖端汲極部分處所產生和累積的熱載子，並防止熱載子損害半導體裝置的性能或是對半導體裝置造成傷害。

本揭露所提供的實施例，可以輕易地整合到現行的結構與製造製程中而無需重新設計結構與製程流程。如此一來，可以省下可觀的製程成本及時間。此外，本揭露的實施例是藉由調變能帶來進行的，並未破壞磊晶結構中的阻障層/通道層異質結構，因此相較於完全破壞阻障層的物理性隔絕方式，本揭露的實施例並不會對裝置造成額外的傷害。

前述內文概述多項實施例或範例之特徵，如此可使於本技術領域中具有通常知識者更佳地瞭解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應當理解，他們可輕易地以本揭露為基礎設計或修改其他製程及結構，以完成相同之目的及/或達到與本文介紹之實施例或範例相同之優點。本技術領域中具有通常知識者亦需理解，這些等效結構並未脫離本揭露之精神及範圍，且在不脫離本揭露之精神及範圍之情況下，可對本揭露進行各種改變、置換以及變更。

100,100A~100D,200,200A~200D:半導體裝置 101:磊晶結構 102:基板 103:緩衝層 104:通道層 105:阻障層 106:通道 110:源極結構 112:水平源極部分 114:垂直源極部分 116:尖端源極部分 120:汲極結構 122:水平汲極部分 124:垂直汲極部分 126:尖端汲極部分 130,130A:閘極結構 132,132A,132C:第一閘極部分 134:第二閘極部分 136,136A:第三閘極部分 140,140A,140B,210,210A,210B:阻擋結構 150:磊晶層 152:電極層 160,230:阻擋層 162,232:金屬層 170,240:阻擋凹槽 180:閘極凹槽 220:連接結構 A-A’,B-B’:線段 D1,D2:距離

本揭露從後續實施方式及附圖可以得到更佳的理解。須強調的是，依據產業之標準作法，各種特徵並未按比例繪製，並且僅用於說明之目的。第1圖係根據本揭露一些實施例所示，範例性之半導體裝置的部分或整體的俯視圖。第2A圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置沿著第1圖之線段A-A’的截面圖。第2B圖、第3圖、第4圖及第5圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置沿著第1圖之線段B-B’的截面圖。第6圖係根據本揭露一些實施例所示，範例性之半導體裝置的部分或整體的俯視圖。第7圖、第8圖、第9圖及第10圖係根據本揭露一些實施例所示，半導體裝置沿著第6圖之線段B-B’的截面圖。第11圖係根據本揭露一些實施例所示，用於形成半導體裝置之方法的流程圖。

100A:半導體裝置

101:磊晶結構

102:基板

103:緩衝層

104:通道層

105:阻障層

106:通道

112:水平源極部分

124:垂直汲極部分

126:尖端汲極部分

130A:閘極結構

132A:第一閘極部分

140A:阻擋結構

150:磊晶層

152:電極層

160:阻擋層

162:金屬層

B-B’:線段

Claims

一種半導體裝置，包括：一基板；一通道層，設置於上述基板上方；一阻障層，設置於上述通道層上方；一源極結構，設置於上述阻障層上方，上述源極結構包括一水平源極部分以及至少一個垂直源極部分；一汲極結構，設置於上述阻障層上方，上述汲極包括一水平汲極部分以及至少一個垂直汲極部分，其中上述至少一個垂直源極部分的一尖端源極部分指向上述水平汲極部分，而上述至少一個垂直汲極部分的一尖端汲極部分指向上述水平源極部分；一閘極結構，設置於上述阻障層上方，上述閘極結構包括設置於上述尖端汲極部分與上述水平源極部分之間的一第一閘極部分，以及設置於上述至少一個垂直汲極部分與上述至少一個垂直源極部分之間的一第二閘極部分；以及一阻擋結構，設置於上述阻障層上方，並且介於上述尖端汲極部分與上述第一閘極部分之間。
如請求項1之半導體裝置，其中上述阻擋結構包括設置於上述阻障層上方的一p型氮化鎵層，以及設置於上述p型氮化鎵層上方的一金屬層。
如請求項1之半導體裝置，更包括一阻擋凹槽，其中上述阻擋凹槽設置於上述阻障層中，且上述阻擋結構設置於上述阻擋凹槽中。
如請求項1之半導體裝置，更包括一閘極凹槽，其中上述閘極凹槽設置於上述阻障層中，且上述閘極結構設置於上述閘極凹槽中。
如請求項1之半導體裝置，其中上述第一閘極部分呈弧形，且上述阻擋結構同樣呈弧形，並且上述阻擋結構與上述第一閘極部分之間的一第一距離，小於上述阻擋結構與上述尖端汲極部分之間的一第二距離。
如請求項1之半導體裝置，更包括一連接結構，上述連接結構將上述阻擋結構連接至上述源極結構。
如請求項1之半導體裝置，更包括一連接結構，上述連接結構將上述阻擋結構連接至一電壓源。
一種半導體裝置的形成方法，包括：提供一磊晶結構，上述磊晶結構包括一基板、上述基板上方的一通道層以及上述通道層上方的一阻障層；在上述阻障層上方形成一源極結構與一汲極結構，其中上述源極結構包括一水平源極部分與一垂直源極部分，而上述汲極結構包括一水平汲極部分與一垂直汲極部分；在上述阻障層上方形成一閘極結構，上述閘極結構包括一第一閘極部分以及一第二閘極部分，其中上述第一閘極部分介於上述水平源極部分與上述垂直汲極部分的一尖端汲極部分之間，而上述第二閘極部分介於上述垂直源極部分與上述垂直汲極部分之間；以及在上述阻障層上方並且在上述第一閘極部分與上述尖端汲極部分之間形成一阻擋結構。
如請求項8之半導體裝置的形成方法，更包括：在形成上述閘極結構及上述阻擋結構之前，於上述阻障層上方磊晶生長一p型氮化鎵層；圖案化上述p型氮化鎵層，以形成一第一p型氮化鎵層；以及在上述第一p型氮化鎵層上方形成一第一金屬層，其中上述第一金屬層與上述第一p型氮化鎵層構成上述閘極結構。
如請求項8之半導體裝置的形成方法，更包括：在形成上述閘極結構及上述阻擋結構之前，於上述阻障層上方磊晶生長一p型氮化鎵層；圖案化上述p型氮化鎵層，以形成一第二p型氮化鎵層；以及在上述第二p型氮化鎵層上方形成一第二金屬層，其中上述第二金屬層與上述第二p型氮化鎵層構成上述阻擋結構。
如請求項8之半導體裝置的形成方法，更包括在形成上述閘極結構及上述阻擋結構之前，掘入上述阻障層以在上述阻障層中形成一第一凹槽，其中上述閘極結構形成在上述第一凹槽中。
如請求項8之半導體裝置的形成方法，更包括在形成上述閘極結構及上述阻擋結構之前，掘入上述阻障層以在上述阻障層中形成一第二凹槽，其中上述阻擋結構形成在上述第二凹槽中。
如請求項8之半導體裝置的形成方法，更包括在上述阻障層的一第一區域以及一第二區域中佈植氟離子，其中上述第一區域位於上述閘極結構下方，而上述第二區域位於上述阻擋結構下方。