半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體裝置，包括一基板以及陣列排列于基板的多個(gè)晶體管。晶體管包括一第一電極、多個(gè)第二電極、以及一柵極電極。第二電極環(huán)繞第一電極排列。柵極電極為一環(huán)狀結(jié)構(gòu)并位于第一電極與第二電極之間。第一電極以及柵極電極為圓形或多邊形，且第二電極的側(cè)邊對(duì)應(yīng)于柵極電極的形狀。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置能增加晶體管所輸出的電流，并且能減少基板上的無(wú)效區(qū)域，進(jìn)而漸少制作成本。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，尤其涉及一種具有晶體管的半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]為了能提高開(kāi)關(guān)的切換速度，目前的電源供應(yīng)器采用了場(chǎng)效型晶體管作為開(kāi)關(guān)裝置。此外，場(chǎng)效型晶體管亦具有低電阻的優(yōu)點(diǎn)，能提高電源供應(yīng)器的供電效率。
[0003]如圖1所示，公知的場(chǎng)效型晶體管AlO排列于一基板A20上，場(chǎng)效型晶體管AlO彼此并聯(lián)，藉以輸出較大的電流。場(chǎng)效型晶體管AlO包括漏極電極AU、源極電極A12、以及柵極電極A13。漏極電極All、源極電極A12、以及柵極電極A13均為線性結(jié)構(gòu)，且彼此相互平行。
[0004]若場(chǎng)效型晶體管AlO應(yīng)用于輸出電壓高于300V的高壓電源供應(yīng)器時(shí)，漏極電極All以及源極電極A12之間的距離需大于7nm。然而，于此結(jié)構(gòu)中，基板A20內(nèi)所有柵極電極A13的柵極寬度Wg的總和較小，使得場(chǎng)效型晶體管AlO所輸出的電流較小。
[0005]為了能增加?xùn)艠O寬度Wg，于另一公知技術(shù)中，如圖2所示，將場(chǎng)效型晶體管A20的源極電極A22以及漏極電極A21以彼此交錯(cuò)的方式陣列排列。源極電極A22以及漏極電極A21均為正方形，且柵極電極A23為長(zhǎng)條形，環(huán)繞于源極電極A22的四周。由于電子會(huì)以最短的路徑流動(dòng)，因此電子幾乎不會(huì)流經(jīng)圖2中的無(wú)效區(qū)域Z1，造成了基板A20上空間的浪費(fèi)，進(jìn)而需以較大面積的基板A20來(lái)排列相同數(shù)目的場(chǎng)效型晶體管A20，以輸出較多的電流，進(jìn)而增加了制作成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的為提供一種半導(dǎo)體裝置，能于相同的基板面積下，增加?xùn)艠O電極的柵極寬度，以提供較大的電流。
[0007]本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體裝置，包括一基板以及多個(gè)晶體管。晶體管陣列排列于基板，其中每一晶體管包括一有源層、一第一電極、多個(gè)第二電極、以及一柵極電極。有源層疊置于基板。第一電極設(shè)置于有源層。第二電極設(shè)置于有源層，且環(huán)繞第一電極排列。柵極電極為一環(huán)狀結(jié)構(gòu)，設(shè)置于有源層，并位于第一電極與第二電極之間。另外，第一電極以及柵極電極為圓形或多邊形。上述多邊形為至少為五邊形。第二電極朝向柵極電極的一側(cè)邊，對(duì)應(yīng)于柵極電極的形狀。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于，綜上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置通過(guò)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的柵極電極來(lái)增加?xùn)艠O寬度，進(jìn)而增加晶體管所輸出的電流。此外，柵極電極上的任一區(qū)段至第一電極的最短距離大致相同，且至第二電極的最短距離大致相同，因此能減少基板上的無(wú)效區(qū)域，進(jìn)而漸少制作成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1以及圖2為公知的場(chǎng)效型晶體管的示意圖。
[0010]圖3為本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0011]圖4為圖3的AA剖面的剖示圖。
[0012]圖5為圖3的BB剖面的剖示圖。
[0013]圖6為圖3的CC剖面的剖示圖。
[0014]圖7為圖3的DD剖面的剖示圖。
[0015]圖8為本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0016]圖9至圖12本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的另一實(shí)施例的剖視圖。
[0017]其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0018]【公知技術(shù)】
[0019]場(chǎng)效型晶體管A10、A20
[0020]漏極電極All、A21
[0021]源極電極A12、A22
[0022]柵極電極A13、A23
[0023]基板A20
[0024]柵極寬度Wg
[0025]無(wú)效區(qū)域Zl
[0026]【本發(fā)明】
[0027]半導(dǎo)體裝置I
[0028]基板10
[0029]晶體管20
[0030]緩沖層21
[0031]有源層22
[0032]第一電極23
[0033]第二電極24
[0034]側(cè)邊241
[0035]柵極電極25
[0036]第一部分251
[0037]第二部分252
[0038]連接部分253
[0039]保護(hù)層26
[0040]第一保護(hù)層261
[0041]第二保護(hù)層262
[0042]第三保護(hù)層263
[0043]絕緣層27
[0044]第一導(dǎo)電層30
[0045]第二導(dǎo)電層40
[0046]第一墊片60
[0047]第二墊片70
[0048]柵極墊片80
[0049]第一開(kāi)口Al
[0050]第二開(kāi)口A2
[0051]第三開(kāi)口 A3
[0052]圓心Cl
[0053]圓形路徑Tl
[0054]距離dl、d2
[0055]平面Pl

【具體實(shí)施方式】
[0056]圖3為本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置I的剖視圖。圖4為圖3的AA剖面的剖示圖。半導(dǎo)體裝置I可為一開(kāi)關(guān)裝置，并可應(yīng)用于高功率(power)的電源供應(yīng)器中。
[0057]半導(dǎo)體裝置I包括一基板10、多個(gè)晶體管20、一第一導(dǎo)電層30、以及一第二導(dǎo)電層40?；?0可為一晶圓，其材質(zhì)可為硅。晶體管20可為場(chǎng)效型晶體管20 (Field EffectTransistor, FET)形成于基板10上，并可陣列排列于基板10。
[0058]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，晶體管20為一常開(kāi)型(normally-on)晶體管，其包括一緩沖層21、一有源層22、一第一電極23、一第二電極24、一柵極電極(gate electrode) 25、一保護(hù)層26、以及一絕緣層27。緩沖層21疊置于基板10，且有源層22疊置于緩沖層21。于本實(shí)施例中，緩沖層21的材質(zhì)可為氮化鎵(GaN)或氮化鋁(A1N)，且有源層22由多個(gè)氮基(nitride-based)半導(dǎo)體層堆疊而成，且具有一高二維電子氣(2-dimens1nal electricgas，2DEG)濃度的導(dǎo)電通道。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，有源層22包含有一氮化鎵層與一氮化鋁鎵層位于氮化鎵層上，且在氮化鎵層與氮化鋁鎵層之間的介面附近形成高二維電子氣濃度的導(dǎo)電通道。
[0059]保護(hù)層26設(shè)置于有源層22上，并具有多個(gè)第一開(kāi)口 Al、多個(gè)第二開(kāi)口 A2與多個(gè)第三開(kāi)口 A3。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，保護(hù)層26為氮化硅層，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapor Deposit1n, CVD)工藝形成于有源層22上,并通過(guò)蝕刻工藝來(lái)形成第一開(kāi)口 Al、第二開(kāi)口 A2與第三開(kāi)口 A3。第一開(kāi)口 Al以及第二開(kāi)口 A2均陣列排列于保護(hù)層26。其中第一開(kāi)口 Al為圓形或多邊形，且多邊形至少為五邊形，各第二開(kāi)口 A2分別環(huán)繞一個(gè)第一開(kāi)口Al，且第二開(kāi)口 A2朝向上述第一開(kāi)口 Al的一側(cè)邊，對(duì)應(yīng)于第一開(kāi)口 Al的形狀，每一第二開(kāi)口 A2分別設(shè)置于第一開(kāi)口 Al其中之一與部分第三開(kāi)口 A3之間。每一第三開(kāi)口 A3設(shè)置于第二開(kāi)口 A2之間，且第三開(kāi)口 A3朝向第二開(kāi)口 A2的一側(cè)邊，對(duì)應(yīng)于上述第二開(kāi)口 A2的形狀。
[0060]保護(hù)層26包括一第一保護(hù)層261、一第二保護(hù)層262。第一保護(hù)層261位于柵極電極25以及第一電極23之間。第二保護(hù)層262位于柵極電極25以及第二電極24之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，還會(huì)在第二開(kāi)口 A2內(nèi)形成具有高致密性的第三保護(hù)層263，做為柵極絕緣層，以降低漏電流。
[0061]第一電極23、第二電極24、以及柵極電極25分別設(shè)置于第一開(kāi)口 Al、第三開(kāi)口 A3與第二開(kāi)口 A2內(nèi)。柵極電極25包含有相互連接的一第一部分251與一第二部分252，其中第一部分251設(shè)置于各第二開(kāi)口 A2內(nèi)，而第二部分252設(shè)置于上述第一部分251與保護(hù)層26上。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，柵極電極25的第二部分252的寬度大于第一部分251的寬度，且由第二開(kāi)口 A2朝向位于其中的第一開(kāi)口 Al的方向延伸，以分散電場(chǎng)，提高半導(dǎo)體裝置的崩潰電壓。于本實(shí)施例中，第一電極23為漏極電極(drain electrode)，且第二電極24為源極電極(source electrode)。于另一實(shí)施例中，第一電極23可為源極電極,且第二電極24可為漏極電極。
[0062]絕緣層27疊置于保護(hù)層26、第一電極23、第二電極24、以及柵極電極25上。第一導(dǎo)電層30穿過(guò)絕緣層27，并與第一電極23連接，第二導(dǎo)電層40穿過(guò)絕緣層27，并與第二電極24連接。
[0063]圖5為圖3的BB剖面的剖示圖、圖6為圖3的CC剖面的剖示圖、圖7為圖3的DD剖面的剖示圖。如圖3以及圖5所示的BB剖面，柵極電極25還包括多個(gè)長(zhǎng)條形的連接部分253，分別連接兩相鄰的第二部分252，以使分布于不同第二開(kāi)口 A2周圍的第一部分251與第二部分252相互電連接。
[0064]如圖3以及圖6所示的CC剖面，多個(gè)第一導(dǎo)電層30以及絕緣層27陣列排列。絕緣層27為一環(huán)狀，且位于第一導(dǎo)電層30以及第二導(dǎo)電層40之間。此外，第二導(dǎo)電層40形成一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，藉以電性連接每一第二電極24。
[0065]如圖3以及圖7所示的DD剖面，其中為了使附圖更為清楚，并未繪制DD剖面上的絕緣層27,第一導(dǎo)電層30形成一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),藉以電性連接每一第一電極23。
[0066]圖8為本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置I的俯視圖。半導(dǎo)體裝置I還包括一第一墊片60、一第二墊片70、以及一柵極墊片(gate pad) 80o第一墊片60、第二墊片70、以及柵極墊片80設(shè)置于基板10。第一墊片60連接于第一導(dǎo)電層30、第二墊片70連接于第二導(dǎo)電層40、以及柵極墊片80連接于柵極電極25。因此，于本實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置I中的多個(gè)晶體管20為并聯(lián)，藉以提供較大的電流。半導(dǎo)體裝置I包括一基板10、多個(gè)晶體管20。
[0067]此外，第一導(dǎo)電層30、第二導(dǎo)電層40及柵極電極25為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其具有較大的面積，可減小第一導(dǎo)電層30以及第二導(dǎo)電層40的電阻以及半導(dǎo)體裝置I的輸出電阻，進(jìn)而可增加半導(dǎo)體裝置I的效能。
[0068]本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置I的場(chǎng)效型晶體管20可應(yīng)用于高壓電源供應(yīng)器，漏極電極以及源極電極之間的最短距離大于7um，或是于7um至30um之間。上述高壓電源供應(yīng)器所供應(yīng)的電壓可超過(guò)300V。
[0069]如圖4所示，柵極電極25、第一保護(hù)層261、以及第二保護(hù)層262為一環(huán)狀結(jié)構(gòu)。第二電極24環(huán)繞柵極電極25排列。第一電極23以及柵極電極25朝向第一電極23的一側(cè)邊均為圓形，且具有相同的圓心Cl。第二電極24的側(cè)邊241朝向柵極電極25，且對(duì)應(yīng)于柵極電極25的形狀，于本實(shí)施例中，第二電極24的側(cè)邊241為沿一圓形路徑Tl延伸的圓弧，并呈一環(huán)狀排列，其中圓形路徑Tl的圓心Cl與第一電極23相同。第一電極23至柵極電極25之間的距離dl大于第二電極24至柵極電極25之間的距離d2只少三倍。
[0070]于上述結(jié)構(gòu)下，柵極電極25上的任一區(qū)段至第一電極23的最短距離大致相同，且至第二電極24的最短距離大致相同，因此電流會(huì)分散地流動(dòng)于第一電極23和第二電極24的區(qū)域，能大量減少基板10上的無(wú)效區(qū)域，提高基板10的面積利用率，并能以較小面積的基板10制作半導(dǎo)體裝置1，進(jìn)而降低制作成本。
[0071]于本實(shí)施例中，第一電極23、第二電極24以及柵極電極25陣列排列于基板10上。此外，柵極電極25為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且柵極電極25環(huán)繞第一電極23，以及第二電極24環(huán)繞柵極電極25。因此于此結(jié)構(gòu)之下，于相同面積的基板10下，柵極電極25的柵極寬度(gatewidth)較大。
[0072]圖9至圖12為本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置I的另一實(shí)施例的剖視圖，其中圖9的剖面參考圖3的AA剖面的位置、圖10的剖面參考圖3的BB剖面的位置面、圖11的剖面參考圖3的CC剖面的位置、以及圖12的剖面參考圖3的DD剖面的位置。于此實(shí)施例中，第一電極23以及柵極電極25中朝向第一電極23的一側(cè)邊均為正多邊形，且具有相同的中心。第一電極23、柵極電極25、第一保護(hù)層261、以及第二保護(hù)層262為多邊形或正多邊形，且具有相同的中心，于本實(shí)施例中多邊形可為正六邊形。第二電極24的側(cè)邊241朝向柵極電極25，且對(duì)應(yīng)于柵極電極25的形狀，于本實(shí)施例中，第二電極24的側(cè)邊241為直線，并呈環(huán)狀排列。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一電極23的形狀為凸多邊形，且最短邊與最長(zhǎng)邊的比值大于 0.7。
[0073]于另一實(shí)施例中，多邊形可為五邊形、六邊形、八邊形、十二邊行或是二十邊形以上，例如五邊形、六邊形、八邊形、十二邊形或是二十邊形。于又一實(shí)施例中，正多邊形可為正五邊形、正六邊形、正八邊形、正十二邊行或是正二十邊形以上，例如正五邊形、正六邊形、正八邊形、正十二邊形或是正二十邊形。
[0074]如圖3以及圖10所示的BB剖面，柵極電極25形成一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以使分布于不同第二開(kāi)口 A2內(nèi)的第一部分251相互電連接。第一導(dǎo)電層30以及第二導(dǎo)電層40之間以絕緣層27相互間隔。
[0075]如圖3以及圖11所示的CC剖面，多個(gè)第一導(dǎo)電層30以及絕緣層27陣列排列。絕緣層27為一環(huán)狀，且位于第一導(dǎo)電層30以及第二導(dǎo)電層40之間。此外，第二導(dǎo)電層40形成一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，藉以電性連接每一第二電極24。
[0076]如圖3以及圖12所示的DD剖面，其中為了使附圖更為清楚，并未繪制DD剖面上的絕緣層27,第一導(dǎo)電層30形成一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),藉以電性連接每一第一電極23。
[0077]綜上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置通過(guò)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的柵極電極來(lái)增加?xùn)艠O寬度，進(jìn)而增加晶體管所輸出的電流。此外，柵極電極與第一電極和第二電極之間的距離大致相同，能減少基板上的無(wú)效區(qū)域，進(jìn)而漸少制作的成本。
[0078]本發(fā)明雖以各種實(shí)施例揭露如上，然而其僅為范例參考而非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 一基板；以及 多個(gè)晶體管，陣列排列于上述基板，其中每一上述晶體管包括； 一有源層，疊置于上述基板； 一第一電極，設(shè)置于上述有源層上； 多個(gè)第二電極，設(shè)置于上述有源層上，且環(huán)繞上述第一電極排列；以及 一柵極電極，設(shè)置于上述有源層，并位于上述第一電極與上述第二電極之間； 其中上述第一電極為圓形或多邊形，且上述多邊形至少為五邊形； 其中上述柵極電極環(huán)繞上述第一電極，且上述柵極電極朝向上述第一電極的一側(cè)邊，對(duì)應(yīng)于上述第一電極的形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第一電極為漏極電極，且上述第二電極為源極電極。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第一電極為源極電極，且上述第二電極為漏極電極。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第一電極以及上述柵極電極中朝向上述第一電極的上述側(cè)邊均為圓形，且具有相同的圓心。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第一電極以及上述柵極電極中朝向上述第一電極的上述側(cè)邊均為正多邊形，且具有相同的中心。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第一電極的長(zhǎng)度與寬度的比值大于0.7。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中每一上述晶體管包括一第一保護(hù)層，位于上述柵極電極以及上述第一電極之間，且為圓形或多邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中每一上述晶體管包括一第二保護(hù)層，位于上述柵極電極以及上述第二電極之間，且為圓形或多邊形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第二電極的側(cè)邊為沿一圓形路徑延伸的圓弧，并呈環(huán)狀排列，且上述圓形路徑、上述第一電極以及上述柵極電極具有相同的圓心。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第二電極的側(cè)邊為直線，并呈環(huán)狀排列。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第一電極至上述柵極電極之間的距離大于上述第二電極至上述柵極電極之間的距離至少三倍。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，另包含有一緩沖層，設(shè)置于上述基板與上述有源層之間。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述有源層包含有多相互堆疊的氮基半導(dǎo)體層。
14.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括連接于上述第一電極的一第一導(dǎo)電層以及連接于上述第二電極的一第二導(dǎo)電層。
15.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 一基板； 一有源層，設(shè)于上述基板上； 一保護(hù)層，設(shè)于上述有源層上，并具有多個(gè)第一開(kāi)口、多個(gè)第二開(kāi)口與多個(gè)第三開(kāi)口，其中上述第一開(kāi)口為圓形或多邊形，且上述多邊形至少為五邊形，每一上述第二開(kāi)口分別環(huán)繞上述第一開(kāi)口，上述第二開(kāi)口朝向上述第一開(kāi)口的一側(cè)邊，對(duì)應(yīng)于上述第一開(kāi)口的形狀，上述第三開(kāi)口設(shè)置于上述第二開(kāi)口之間； 多個(gè)漏極電極，分別設(shè)置于上述第一開(kāi)口內(nèi)； 一柵極電極，包含有相互連接的一第一部分與一第二部分，其中上述第一部分設(shè)置于上述第二開(kāi)口內(nèi)，而上述第二部分設(shè)置于上述第一部分與上述保護(hù)層上；以及 多個(gè)源極電極，分別設(shè)置于上述第三開(kāi)口內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中上述第一開(kāi)口以陣列排列，各上述第二開(kāi)口分別設(shè)置于上述第一開(kāi)口其中之一與部分上述第三開(kāi)口之間。
17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，還包括一絕緣層設(shè)置于上述保護(hù)層、上述柵極電極、上述多個(gè)源極電極以及上述多個(gè)漏極電極上。
18.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，還包括連接于上述多個(gè)漏極電極的一第一導(dǎo)電層，以及連接于上述多個(gè)源極電極的一第二導(dǎo)電層。
19.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中各上述第三開(kāi)口朝向上述第二開(kāi)口的一側(cè)邊，對(duì)應(yīng)于上述第二開(kāi)口的形狀。
【文檔編號(hào)】H01L27/088GK104517962SQ201310466203
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】林立凡, 陳宣文 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司