專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
希望諸如用于功率放大的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件能被小型化，使得件能以更低地成本制造這種半導(dǎo)體器。
然而，由于半導(dǎo)體器件的小型化，使得布線之間的距離會(huì)變得更窄，更具體而言使得彼此相交(intersect)的布線(所述布線之間插入有絕緣膜)之間的距離變得更窄。這種布線之間的距離變窄使布線之間產(chǎn)生較大的寄生電容，并使得難以在半導(dǎo)體器件中進(jìn)行高頻操作。
空氣橋布線(air-bridge wiring)已被有效地采用以減少通過(guò)插入在布線之間的絕緣膜而彼此相交的布線之間的寄生電容。特別是，空氣橋布線能夠有效地實(shí)現(xiàn)用于功率放大的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高速運(yùn)行，其中多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(稱作"多柵極晶體管")設(shè)置在同一半導(dǎo)體襯底上方。
將多個(gè)FET排列成一行，各端子(源極、漏極和柵極)通過(guò)梳狀(comb-shaped)電極連接到其它相應(yīng)端子，以形成多柵極晶體管。在這種多柵極晶體管中，在源電極與多個(gè)源極連接、以及柵電極與多個(gè)柵極連接的位置處不可避免地會(huì)形成交叉點(diǎn)(intersections)。
為防止柵電極和源電極接觸，將橋布線(bridge wiring)結(jié)構(gòu)設(shè)置在交叉點(diǎn)處。橋布線結(jié)構(gòu)是這樣一種結(jié)構(gòu) 一個(gè)電極通過(guò)立體交叉(overheadcrossing)橫跨過(guò)另一電極，其中兩電極之間插入有絕緣膜(例如，參見日本特開專利申請(qǐng)2003-197740)。
由于將高介電常數(shù)的絕緣膜設(shè)置在交叉布線(crossing wirings)之間，因此橋式布線結(jié)構(gòu)中的寄生電容變得更大。因此，使用以一間隔將交叉布線分隔開的空氣橋布線以實(shí)現(xiàn)多柵極晶體管的高速運(yùn)行。
廣泛使用具有高導(dǎo)電率的金(Au)作為形成空氣橋布線的金屬層。然而，金是軟金屬，單有金很難維持空氣橋結(jié)構(gòu)。因此，將包括鈦(Ti)和鉑(Pt)的層疊結(jié)構(gòu)(laminated structure)用作支撐體(support body)，以形成Ti/Pt/Au層疊結(jié)構(gòu)，并形成空氣橋布線。這里，使用Ti以實(shí)現(xiàn)襯底和空氣橋?qū)又g更好的粘合，并且An層由Pt層支撐(例如，參見日本特開專利申請(qǐng)2007-150282)。
近年來(lái)，高電子遷移率晶體管(HEMT)作為高頻、高輸出晶體管正受到更多關(guān)注，在HEMT中，溝道層是由氮化鎵(GaN)形成的(下文將由氮化鎵(GaN)形成其溝道層的HEMT稱作"GaN-HEMT")。
由于與Si和GaAs的帶隙(band gap)相比，GaN的帶隙更寬，因此GaN-HEMT適于在高溫下運(yùn)行。而且，由于GaN-HEMT的擊穿電壓高，因此GaN-HEMT適于在高壓下運(yùn)行。因此，即便將GaN-HEMT小型化并使其在大電流下運(yùn)行，GaN-HEMT也很少出現(xiàn)由運(yùn)行溫度升高或者電場(chǎng)增強(qiáng)而引起的故障。
為此原因，包括GaN-HEMT的多柵極晶體管被用作高頻/高輸出功率放大器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明一方案的目標(biāo)在于提供一種半導(dǎo)體器件，包括沿第一方向延伸的第一布線，以及沿與所述第一方向交叉的第二方向延伸的第二布線，所述第二布線設(shè)置為在所述第一布線和所述第二布線之間插入有一間隔，并且所述第二布線包括鉭層、在所述鉭層上方形成的氮化鉭層以及在所述氮化鉅層上方形成的金屬層。
通過(guò)在權(quán)利要求書中具體指出的元件及其組合可以實(shí)現(xiàn)并達(dá)到本發(fā)明的目標(biāo)和優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上文的概括性描述和下文的詳細(xì)描述都是示例性和解釋性的，并非對(duì)所要求保護(hù)的發(fā)明進(jìn)行限制。


圖1示出Ti/Pt/Au空氣橋布線的左側(cè)端的放大視圖2示出由圖1中的虛線圍住的區(qū)域A的放大視圖3是表示TaN中的氮濃度和反應(yīng)時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖4示出Ti/TaN/Au空氣橋布線的橫截面圖5A-圖5H示出Ti/TaN/Au空氣橋布線的制造過(guò)程的橫截面圖6示出根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管的結(jié)構(gòu)透視圖7示出沿圖6中的A-A線截取的多柵極晶體管的橫截面圖8示出沿圖6中的B-B線截取的多柵極晶體管的橫截面圖9A-圖9I示出根據(jù)第一實(shí)施例的空氣橋布線結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程的橫截面
圖10是表示根據(jù)第一實(shí)施例對(duì)Ta/TaN層疊膜進(jìn)行加速熱降解測(cè)試的結(jié)果的曲線圖11示出根據(jù)第二實(shí)施例形成多柵極晶體管的空氣橋布線的橫截面圖；圖12是表示根據(jù)第二實(shí)施例對(duì)Ta/Ti/TaN層疊膜進(jìn)行加速熱降解測(cè)試的
結(jié)果的曲線圖13示出根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶體管的結(jié)構(gòu)透視圖14示出沿圖13中的B-B線截取的多柵極晶體管的橫截面圖15A-圖15D示出表示根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶體管的制造過(guò)程的
橫截面圖16示出根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器的電路圖；以及圖17示出根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)射機(jī)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
使用能夠降低寄生電容的空氣橋布線，以形成具有適用于高頻運(yùn)行的FET的多柵極晶體管。這里，當(dāng)使用以大電流運(yùn)行的FET (如GaN-HEMT)形成多柵極晶體管時(shí)，會(huì)使大電流流過(guò)空氣橋布線。鑒于以上所公開的事實(shí)，發(fā)明人研究了當(dāng)使包括多個(gè)GaN-HEMT的多柵極晶體管(下文稱為"GaN-HEMT多柵極晶體管")的輸出更高時(shí)，可能發(fā)生的情況。
研究揭示了流過(guò)空氣橋布線的大電流會(huì)導(dǎo)致形成空氣橋布線的Au發(fā)生電遷移，并且Au可能進(jìn)入Pt支撐層的晶界(grain boundary)。在上述情況下，會(huì)發(fā)生Pt支撐層損壞，并且由于空氣橋布線失去了其支撐體，因此會(huì)導(dǎo)致布線斷開。
下文將結(jié)合隨附附圖公開本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于下文所公開的實(shí)施例。
如果空氣橋布線是由Ti/Pt/Au層疊結(jié)構(gòu)形成，那么空氣橋布線的主體是厚的Au層。由于Au是軟金屬，因此僅僅Au層可能不能完全維持空氣橋結(jié)構(gòu)。因此，在Au層下方形成Pt層以支撐Au層。
同時(shí)，眾所周知的是，Au容易引起電遷移。出于上述原因，由電子流發(fā)射的Au原子會(huì)從Au層遷移到Pt膜中，并且當(dāng)多柵極晶體管在大電流下(例如等于或大于lX10SA/cm2)運(yùn)行時(shí)，所述遷移會(huì)導(dǎo)致Pt膜損壞。
圖1是說(shuō)明電遷移的視圖。圖2是圖1中的虛線圍住的區(qū)域"A"放大后的視圖。
圖1示出空氣橋布線12的左側(cè)端。這里，空氣橋布線12形成于共用電極14上方，該共用電極14連接到多柵極晶體管的多個(gè)柵極，在空氣橋布線12和共用電極14之間插入有間隔38。此外，通過(guò)層疊Ti層40、 Pt層42、第一 Au層44、第二 Au層46以及第三Au層48來(lái)形成空氣橋布線12。
如圖1所示，通過(guò)空氣橋布線12的電子流60在空氣橋布線12的內(nèi)壁62周圍一直向前移動(dòng)，之后，電子流60改變方向(注意，圖l示出了沿空氣橋布線12的底部流動(dòng)的電子流)。因此，如圖2所示，與電子流60碰撞并被分散的第一至第三Au層44、 46和48的Au原子64向Pt層42遷移(換言之，傳導(dǎo)電遷移)。
另一方面，在Pt層42中存在沿生長(zhǎng)方向擴(kuò)展的大量晶界66。向Pt層42遷移的Au原子64進(jìn)入晶界66，并試圖破壞Pt的微晶(microcrystals)之間的結(jié)合。
結(jié)果，Pt層42會(huì)遭到損壞，并且Pt層42可能無(wú)法支撐空氣橋布線12。因此，可以認(rèn)為失去其支撐體的空氣橋布線12會(huì)變成斷開。
注意，盡管如圖1和圖2中所示的空氣橋布線12彎曲成直角，但認(rèn)為即便在空氣橋布線12彎曲成更小角度的情況下，也會(huì)發(fā)生類似現(xiàn)象，而導(dǎo)
致空氣橋布線12斷開。
由于暴露于電子流的金屬原子與電子反復(fù)碰撞，金屬原子強(qiáng)烈振動(dòng)，結(jié)
果，金屬原子從結(jié)合(bind)所述金屬原子的晶格點(diǎn)遷移。盡管各金屬原子的遷移方向在這一時(shí)間點(diǎn)不是恒定的，但許多金屬原子作為整體來(lái)說(shuō)會(huì)朝著電子流的下游側(cè)遷移。金屬原子的這種遷移現(xiàn)象被稱為"電遷移"。
誘發(fā)電遷移的金屬原子的振蕩類似于在高溫下被加熱的金屬原子的振蕩。因此，認(rèn)為高溫下穩(wěn)定的金屬(換言之具有高熔點(diǎn)的金屬)可能具有高的電遷禾多耐力(electromigration resistance)。
發(fā)明人研究了能夠用作空氣橋布線12的高熔點(diǎn)金屬Tai.xNx (0《x<l)的電遷移耐力。
基于加速熱降解測(cè)試對(duì)電遷移耐力進(jìn)行了研究，其中對(duì)被測(cè)試的金屬膜進(jìn)行加熱，并測(cè)量被加熱金屬的降解速率。通過(guò)將被測(cè)試的金屬膜暴露于高溫下，該測(cè)試可以產(chǎn)生一種與金屬原子暴露于電子流并且強(qiáng)烈振蕩的狀態(tài)類似的狀態(tài)。
進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。通過(guò)形成在Ti層上方層疊Al層的Ti/Al層疊膜，并且在Ti/Al層疊膜上按次序?qū)盈BTi層、Ta^Nx層(0《x<l)和Au層，來(lái)產(chǎn)生樣本(Ti/Tai_xNx/Au層疊膜，0《x<l)。而且，通過(guò)在Ti/Al層疊膜上方按次序?qū)盈BTi層、Pt層和Au層來(lái)產(chǎn)生比較樣本(Ti/Pt/Au層疊膜)。
這里，通過(guò)將Ta用作靶材(target)的反應(yīng)濺射方法(reactive sputteringmethod)形成Ta^Nx層。濺射氣體和反應(yīng)氣體可以分別是例如Ar和N2。通過(guò)將Au和Pt用作靶材的濺射方法分別形成Au層和Pt層。這里使用的濺射氣體可以是例如Ar。
這里，Ti層、Ta^Nx層和Au層的厚度可以分別是例如幾十納米(nm)、200nm以及50nm-300nm。另一方面，比較樣本的Pt層的厚度是例如200nm，這與Ta^Nx層的厚度相似或相同。注意，在所有樣本中，Al層和Ti層的厚度都相似或相同。
將按照上述公開方式形成的樣本加熱到450°C，并且測(cè)量Au層的表面上出現(xiàn)變化的時(shí)間。這里，Au層的厚度被配置為使該Au層的表面上可以輕易地出現(xiàn)變化。樣本的表面均勻，并且在樣本被加熱之前沒(méi)有任何特征。但是，當(dāng)樣本 被連續(xù)加熱時(shí)，最終在樣本的表面上會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)。測(cè)量并比較直到出現(xiàn)斑點(diǎn) 的加熱時(shí)間(下文稱作"反應(yīng)時(shí)間")。
斑點(diǎn)被認(rèn)為是少量的(bean)AlAu合金，所述AlAu合金是由破壞Tai_xNx 層(或者Pt層)并與Ta^Nx層(或者Pt層)之下提供的Al薄膜起反應(yīng)的 Au原子所生成的。也就是說(shuō)，基于加速熱降解測(cè)試而測(cè)得的反應(yīng)時(shí)間表示 強(qiáng)烈振蕩的Au原子破壞Ta^Nx層(或者Pt層)所用的時(shí)間。因此，認(rèn)為金 屬膜的反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，金屬膜的電遷移耐力也就越高。
圖3是表示在TahNx層的組分變化時(shí)反應(yīng)時(shí)間的測(cè)量結(jié)果的曲線圖。曲 線圖的橫軸表示Ta^Nx層中的氮濃度。曲線圖的縱軸表示反應(yīng)時(shí)間。曲線 "TaN"表示在Ti/Al層疊膜和Au層之間形成有Ti/ Ta^Nx層疊膜的樣本的 反應(yīng)時(shí)間。另一方面，虛線"Pt"表示在Ti/Al層疊膜和Au層之間形成有 Ti/Pt層疊膜的樣本的反應(yīng)時(shí)間(約2分鐘)。這里，由于Ti/Ta^Nx層疊膜 和Ti/Pt層疊膜都包括Ti層，因此Ti層不會(huì)造成各樣本反應(yīng)時(shí)間之間的差異。
如圖3的曲線圖所示，當(dāng)?shù)獫舛然緸?%時(shí)的樣本的反應(yīng)時(shí)間(換言 之，其中形成有Ta層的樣本的反應(yīng)時(shí)間)(約3分鐘)比其中形成有Pt層 的樣本的反應(yīng)時(shí)間(約2分鐘)要長(zhǎng)。然而，隨著氮濃度的增加，Ta^Nx層 的反應(yīng)時(shí)間變得更短，并且Ta^Nx層的反應(yīng)時(shí)間變得比比較樣本的反應(yīng)時(shí)間 更短。接著，當(dāng)?shù)獫舛冉咏?0%時(shí)，反應(yīng)時(shí)間為最短。
TakNx層的反應(yīng)時(shí)間隨氮濃度的增加而快速增加。當(dāng)?shù)獫舛燃s為48% 時(shí)，反應(yīng)時(shí)間基本等于比較樣本的反應(yīng)時(shí)間。
接著，當(dāng)?shù)獫舛燃s為50%時(shí)，Ta^Hc層的反應(yīng)時(shí)間基本是對(duì)比樣本的反 應(yīng)時(shí)間的兩倍。之后的反應(yīng)時(shí)間持續(xù)增加。這里，通過(guò)濺射方法可能難以產(chǎn) 生氮濃度高于約52%的樣本。
上述公開結(jié)果揭示由Ti/TaN/Au層疊膜形成空氣橋布線能夠形成更高電 遷移耐力的空氣橋布線，其中該Ti/TaN/Au層疊膜由氮濃度不少于約48。/。的 TaN支撐。
由于此原因，發(fā)明人用實(shí)驗(yàn)方法制造出具有由Ti/TaN/Au層疊膜形成的 空氣橋布線的多柵極晶體管。下文將公開空氣橋布線的制造過(guò)程。
圖4示出了在該實(shí)驗(yàn)中使用的多柵極晶體管的空氣橋布線結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在多柵極晶體管中，源電極通過(guò)立體交叉橫跨過(guò)柵電極。
在AlGaN無(wú)源區(qū)36上方形成共用電極14"，該共用電極14"形成柵電 極，通過(guò)將離子注入到n型AlGaN載流子供應(yīng)層28中而使該AlGaN無(wú)源區(qū) 36具有高阻抗。此外，空氣橋布線12 (源電極)橫跨過(guò)覆蓋有保護(hù)膜32的 共用電極14"(柵電極)，在共用電極14"和空氣橋布線12之間插入有間隔 38。
這里，空氣橋布線12包括Ti層40、 TaN層42、第一 Au層44、第二 Au層46和第三Au層48。
接下來(lái)，將公開以實(shí)驗(yàn)方法制造的多柵極晶體管中的空氣橋布線結(jié)構(gòu)的 制造過(guò)程。
首先，在SiC襯底24上方依次層疊非故意摻雜GaN (UID-GaN)的溝 道層26、 n型AlGaN載流子供應(yīng)層28、 UID-GaN蓋層(未顯示)，并且制 備其上形成有歐姆電極34的襯底50 (參見圖5A)。
這里，在將要用作源極和漏極的半導(dǎo)體區(qū)上方形成歐姆電極34。而且， 移除除了用于溝道的半導(dǎo)體區(qū)之外的UID-GaN蓋層(因此在圖5A中未示 出)。此外，通過(guò)離子注入使得在用于形成共用電極14"的區(qū)域上方暴露的 n型AlGaN載流子供應(yīng)層28具有高阻抗，并且所述n型AlGaN載流子供應(yīng) 層28變成AlGaN無(wú)源區(qū)36。
接著，在襯底50上方形成用于剝離(lift-off)的光致抗蝕劑膜52。之 后，沉積用于柵電極的Ni/Au層疊膜54 (參見圖5B)。然后，移除用于剝 離的光致抗蝕劑膜52，并形成柵電極22。 Ni/Au層疊膜54在UID-GaN蓋層 上形成肖特基勢(shì)壘。
然后，在襯底50上方沉積厚度約為500nm且將要用作保護(hù)膜的SiN膜 56 (參見圖5C)。
然后，在用于形成保護(hù)膜32的區(qū)域上方形成光致抗蝕劑膜52'(參見圖 5D)。將光致抗蝕劑膜52'用作蝕刻掩模，通過(guò)干蝕刻移除SiN膜56，并且 形成保護(hù)膜32 (參見圖5E)。
然后，在保護(hù)膜32上方柵電極與源電極的交叉點(diǎn)所處的位置處形成用 于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜(掩模)58 (參見圖5F)。
然后，在襯底50上，通過(guò)例如濺射方法，依次沉積厚度為例如約10nm的Ti層40、厚度為例如約200nrn的TaN層42、以及厚度為例如約50nrn的 第一Au層44 (參見圖5G)。例如，可以通過(guò)將Ti和Au用作靶材的濺射 方法沉積Ti層40和第一Au層44。濺射氣體可以是例如Ar。此外，例如， 可以通過(guò)將Ta用作靶材的反應(yīng)濺射方法沉積TaN。這里反應(yīng)氣體可以是例
如N2。
然后，將第一Au層44作為籽晶膜(seed film)，并且將光致抗蝕劑膜 (未顯示)作為電鍍掩模，通過(guò)電解電鍍形成厚厚的第二 Au層46和第三 Au層48，其中所述光致抗蝕劑膜具有用于形成源電極和漏電極的開口。第 二 Au層46和第三Au層48的結(jié)合厚度可以是例如lpm至2pm。
之后，移除電鍍掩模，并且通過(guò)碾磨(milling)移除暴露于各電極之間 的濺射膜。
例如，用微波灰化爐(microwave asher)移除用于形成空氣橋的光致抗 蝕劑掩模58，并且形成多柵極晶體管2，其中反應(yīng)氣體可以是例如氧氣(參 見圖5H)。
用實(shí)驗(yàn)方法制作上述公開的多柵極晶體管的結(jié)果是由于在Ti/TaN/Au 濺射膜68沉積過(guò)程中用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58的熔化，因此可能 不會(huì)形成將Ti/TaN/Au濺射膜68和柵電極22分隔開的間隔38。
因此，發(fā)明人測(cè)量了在沉積TaN層的過(guò)程中襯底溫度的升高值。測(cè)量結(jié) 果揭示了襯底溫度可能會(huì)超過(guò)約15(TC，其為光致抗蝕劑的熔化溫度。
這種溫度的升高是由從Ta耙材濺射出的Ta與氮?dú)鈿怏w反應(yīng)所產(chǎn)生的熱 而導(dǎo)致的。
期望使用Ti/TaN/Au層疊膜以形成具有高電遷移耐力的空氣橋布線。然 而，由于在TaN沉積過(guò)程中襯底溫度的升高，因此可能難以形成空氣橋布線。 [第一實(shí)施例]
降低要形成的TaN層的厚度可以抑制與TaN層的沉積相關(guān)的襯底溫度 的升高。這是由于襯底50暴露于TaN的反應(yīng)熱的時(shí)間縮短了。但是，希望 用具有一定膜厚度(例如，100nm-200nm)的金屬層來(lái)穩(wěn)定地支撐Au層(第 一Au層44、第二Au層46和第三Au層48)。因此，降低TaN層會(huì)導(dǎo)致 空氣橋布線的強(qiáng)度變差。
發(fā)明人所進(jìn)行的各種研究的結(jié)果揭示了與形成基本相同膜厚度的TaN膜相比，在Ta層上層疊TaN層的Ta/TaN層疊膜的形成降低了襯底溫度的升 咼°
在上述情形中，由于襯底暴露于TaN的反應(yīng)熱的時(shí)間縮短了，因此可以 降低襯底溫度的升高。而且，發(fā)明人還揭示了 Ta/TaN層疊膜的電遷移耐力 比TaN膜的電遷移耐力更高，這在下文將會(huì)公開。因此，發(fā)明人通過(guò)使用由 Ti/Ta/TaN/Au層疊膜形成的空氣橋布線制造出多柵極晶體管。 (1)結(jié)構(gòu)
圖6示出根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管的透視圖。圖7示出沿圖6中 的A-A線由箭頭所示方向觀察的橫截面圖。
圖8示出沿圖6中的B-B線由箭頭所示的方向觀察的橫截面圖。
根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2具有四(4)個(gè)GaN-HEMT 4排列成 一行的結(jié)構(gòu)。彼此相鄰的兩個(gè)GaN-HEMT 4共用一個(gè)半導(dǎo)體區(qū)作為源極6或 漏極8 (參見圖7)。在每一半導(dǎo)體區(qū)上方形成一電極IO和另一電極10，。
而且，在源極6上方形成的兩個(gè)電極10通過(guò)兩個(gè)空氣橋布線12被連接 到一個(gè)共用電極14，并且形成梳狀源電極16 (如圖6中所示)。
而且，在漏極8上方形成的三個(gè)電極IO，被連接到如圖6中示出的一個(gè) 共用電極14'，并且形成梳狀漏電極18。而且，分別形成于溝道上方并作為 柵極20的四個(gè)電極IO"被連接到一個(gè)共用電極14"，并形成如圖6中所示的 梳狀柵電極22。
如上述公開，如果三種類型的梳狀電極形成在一個(gè)位置處，則不可避免 地有兩個(gè)電極(例如柵電極22和源電極16)會(huì)彼此交叉(參見圖6)。
基于上述原因，為避免兩個(gè)電極之間接觸，在一個(gè)電極通過(guò)立體交叉橫 跨過(guò)另一電極的交叉點(diǎn)位置處形成空氣橋布線結(jié)構(gòu)，其中在電極之間插入有 一間隔。
共用電極14、 14，、 14"可以用作與外圍電路連接的連接焊墊(coupling pad)。因此，源電極16、漏電極18和柵電極22用作所謂的"電極"。另 一方面，由于提供源電極16、漏電極18和柵電極22以確保用于從各 GaN-HEMT端子(源極、漏極和柵極)輸入電信號(hào)和向其輸出電信號(hào)的路徑， 因此源電極16、漏電極18和柵電極22還用作"布線"。也就是說(shuō)，盡管源 電極16、漏電極18和柵電極22被稱作"電極"，但源電極16、漏電極18和柵電極22還可以用作布線。
現(xiàn)在，將公開多柵極晶體管2的結(jié)構(gòu)。
如圖7所示，根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2具有非故意摻雜GaN (UID-GaN)溝道層26層疊在SiC襯底24上方的結(jié)構(gòu)。而且，根據(jù)第一實(shí) 施例，在UID-GaN溝道層26上方按次序?qū)盈Bn型AlGaN載流子供應(yīng)層28 和UK)-GaN蓋層30。
此外，在n型AlGaN載流子供應(yīng)層28上方形成Al層疊在Ti上方的Ti/Al 歐姆電極34。而且，在歐姆電極34上方形成電極IO或電極10，，其中電極 10用于形成源電極16，電極10'用于形成漏電極18。而且，在UID-GaN蓋 層30上方形成用于形成柵電極22的電極10"，其中所述UID-GaN蓋層30 層疊在用作溝道的UID-GaN溝道層26上方。
而且，用由例如氮化硅(SiN)形成的保護(hù)膜32覆蓋圖6中的柵電極22 (電極10")。保護(hù)膜32保護(hù)柵電極22不受灰塵污染，并且降低或防止輸 出信號(hào)(漏極電流波形)的衰減。
圖8示出了沿圖6中的B-B線由箭頭所示的方向觀察的橫截面圖。也就 是說(shuō)，圖8示出了其中源電極16通過(guò)立體交叉橫跨過(guò)柵電極22的空氣橋布
線結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
在AlGaN無(wú)源區(qū)上方形成用于形成柵電極22的共用電極14"，其中離 子注入使得n型AlGaN載流子供應(yīng)層28具有高阻抗。此外，空氣橋布線12
(即，源電極16)橫跨過(guò)覆蓋有保護(hù)膜32的共用電極14"(即，柵電極22)， 其中在空氣橋布線12和共用電極14"之間插入有一間隔。
這里，通過(guò)層疊Ti層40、 Ta層70、 TaN層72、第一 Au層44、第二 Au層46和第三Au層48形成空氣橋布線12。TaN中的氮濃度是例如約50%。 Ta層和TaN層的厚度是例如約100nm。注意，用于形成源電極16和漏電極 18的共用電極14和14'也形成在AlGaN無(wú)源區(qū)上方。
(2)制造過(guò)程
圖9A到圖91是示出根據(jù)第一實(shí)施例的空氣橋布線12的形成過(guò)程的橫 截面圖。
在SiC襯底24上依次層疊UID-GaN溝道層26、 n型AlGaN載流子供 應(yīng)層28和UID-GaN蓋層(未顯示)，并且制備其上形成有歐姆電極34的襯底50 (參見圖9A)。這里，在將要用作源極和漏極的半導(dǎo)體區(qū)上方形成 歐姆電極34。而且，移除除了要用作溝道的半導(dǎo)體區(qū)之外的UID-GaN蓋層。 此外，通過(guò)離子注入，將用于形成共用電極14"的區(qū)域上方暴露出的n型 AlGaN載流子供應(yīng)層28變成具有高阻抗的AlGaN無(wú)源區(qū)36。
在襯底50上方形成用于剝離的光致抗蝕劑膜52。然后，沉積將要用作 柵電極22的Ni/Au層疊膜54 (參見圖9B)。移除用于剝離的光致抗蝕劑膜 52，并且形成柵電極22。 Ni/Au層疊膜54在UID-GaN蓋層(未顯示)上形 成肖特基勢(shì)壘。
在襯底50上方沉積將要用作保護(hù)膜32并且厚度為例如約500nm的SiN 膜56 (參見圖9C)。希望保護(hù)膜32的厚度是例如5nm-500nm。
之后，在將要形成保護(hù)膜32的區(qū)域上方形成光致抗蝕劑膜52'(參見圖 9D)。使用光致抗蝕劑膜52'作為蝕刻掩模使得能夠通過(guò)以干蝕刻移除SiN 膜56來(lái)形成保護(hù)膜32 (參見圖9E)。
在保護(hù)膜32上方柵電極和源電極的交叉點(diǎn)所處的位置處形成用于空氣 橋形成的光致抗蝕劑膜(掩模)58 (參見圖9F)。
在襯底50上依次沉積Ti層40、 Ta層70、 TaN層72 (例如，氮濃度約 為50%)和第一 Au層44 (參見圖9G)。這里，Ti層40、 Ta層70、 TaN 層72和第一 Au層44的厚度分別是例如約10nm、約100nm、約100nm以 及約50nm。注意，提供Ti層40以提高Ta/TaN層疊膜的粘合，并且可以用 其它的金屬層(例如Cr層)來(lái)替代Ti層40。
例如，用將Ti、 Ta和Au分別用作靶材的濺射方法沉積Ti層40、 Ta層 70和第一Au層44。濺射氣體是例如Ar。另一方面，例如用將Ta用作靶材 的反應(yīng)濺射方法沉積TaN層72。反應(yīng)氣體是例如N2。此時(shí)，由于所沉積的 TaN層足夠薄，并且厚度是例如約100nm，因此襯底50的溫度可能不會(huì)增 加到超過(guò)約150°C。因此，用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58可能不會(huì)烙化。
注意，可以通過(guò)UV固化提供用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58，使得 在形成Ti層40之前光致抗蝕劑膜58的橫截面更圓。
由于用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58的橫截面的形狀更接近矩形， 因此Ti/Ta/TaN/Au濺射膜76的覆蓋率(coverage)更小。注意，所述"覆蓋 率"的意思是指沉積在抗蝕劑上表面上的金屬膜的厚度與沉積在抗蝕劑側(cè)面上的金屬膜的厚度的比率。因此，使用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58的 橫截面的形狀更圓能夠更容易地形成空氣橋。
使用第一Au層44作為籽晶膜，并且使用光致抗蝕劑膜(未顯示)作為 電鍍掩模，通過(guò)電解電鍍形成第二Au層46和第三Au層48，其中光致抗蝕
劑膜具有開口用于源電極和漏電極的區(qū)域。
第二 Au層46和第三Au層48的總厚度是例如1,-2,。
之后，移除電鍍掩模，并且通過(guò)碾磨移除暴露于各電極之間的濺射膜(圖 9H)。
用微波灰化爐移除用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58以形成間隔38， 其中反應(yīng)氣體是例如氧氣(參見圖91)。
這里，由于Ta/TaN層疊層足夠厚，并且其厚度約為例如200nm，因此 即便移除用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58，空氣橋布線也不會(huì)塌陷。 多柵極晶體管2的制造方法包括以上公開的過(guò)程。 下文，根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2的制造方法包括以下過(guò)程。 根據(jù)所述制造方法，在襯底50上方的半導(dǎo)體元件(GaN-HEMT4)形成 的位置處形成用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58，并且用于形成空氣橋的光 致抗蝕劑膜58連接至所述半導(dǎo)體元件且線性延伸，使得橫跨過(guò)另一布線的 第一布線(柵電極22)的上表面在將要相交的位置處被覆蓋。
此外，根據(jù)所述制造方法，依次層疊鈦層40、鉭層70、氮化鉭層72和 第一金層44，并形成第二布線(源電極16)作為另一布線，其中所述第二 布線被電連接至所述半導(dǎo)體元件并從光致抗蝕劑膜58的一端延伸到其另一 端，使得所述第二布線橫跨過(guò)光致抗蝕劑膜58。
而且，根據(jù)所述制造方法，在形成第二布線之后，移除光致抗蝕劑膜58。 這里，在光致抗蝕劑膜58瑢化之前，完成氮化鉭層72的形成。 (3)電遷移耐力
接著，公開對(duì)根據(jù)第一實(shí)施例空氣橋布線的電遷移耐力進(jìn)行評(píng)估的結(jié) 果。通過(guò)類似于上述公開的加速熱降解測(cè)試的方法來(lái)評(píng)估電遷移耐力。
通過(guò)在Ti/Al層疊膜上依次層疊厚度約為10nm的Ti層、厚度約為100nm 的Ta層、厚度約為100nm且氮濃度約為50%的TaN層以及厚度約為 50nm-300nm的Au層來(lái)制造用于評(píng)估的評(píng)估樣本。形成具有Ti層、Ta層、TaN層和Au層的膜的方法與形成上述公開的膜的方法相似或相同。另一方 面，加熱溫度約是45(TC。
圖10是表示第一實(shí)施例的加速熱降解測(cè)試結(jié)果的曲線圖。為了比較， 圖10的曲線圖顯示了 Ti/TaN/Au和Ti/Pt/Au的結(jié)果(參見圖3)和第一實(shí)施 例的結(jié)果。粗體虛線"Ta/TaN"表示以上Ti/Ta/TaN層疊膜形成在Ti/Al層 疊膜和Au層之間的評(píng)估樣本的反應(yīng)時(shí)間(約6分鐘)(Ta層的厚度和TaN 層的厚度分別約是100nm)。
另一方面，曲線"TaN"表示Ti/TaxN"層疊膜(0《x<l)形成在Ti/Al 層疊膜和Au層之間的樣本的反應(yīng)時(shí)間(注意TaxN^層的厚度約是200nm)。
此外，虛線"TaN (t=200nm)"表示由Ti/TaN層疊膜形成的樣本的反 應(yīng)時(shí)間(約4分鐘)，其中在所述Ti/TaN層疊膜中，TaN層層疊在Ti層上 方，該TaN層的厚度約為200nm且氮濃度約為50%，該Ti層的厚度約為1 Onm 并且介于Ti/Al層疊膜和Au層之間。
另一方面，虛線"Pt"表示Ti/Pt層(Pt層的厚度約為200nm)形成疊 膜在Al層和Au層之間的樣本的反應(yīng)時(shí)間(約為2分鐘)。
這里，由于Ti/Ta/TaN層疊膜、Ti/TaN層疊膜和Ti/Pt層疊膜中每一個(gè) 都包括Ti層，因此Ti層不會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間的差異。因此，影響各個(gè)層疊膜 的電遷移耐力差異的金屬層是Ta/TaN層疊層、TaN層和Ti/Pt層。
由圖10的曲線圖顯然可見，形成有Ti/Ta/TaN層疊膜的樣本的反應(yīng)時(shí)間 約是形成有Ti/Pt層疊膜的樣本的反應(yīng)時(shí)間的3倍，并且形成有Ti/Ta/TaN層 疊膜的樣本的反應(yīng)時(shí)間約是形成有Ti/TaN (厚度約為200nm)的試驗(yàn)樣本的 反應(yīng)時(shí)間的1.5倍。
這些事實(shí)表明Ta/TaN層疊膜的電遷移耐力超過(guò)了厚度約為200nm的 TaN層的電遷移耐力，并且Ta/TaN層疊膜的電遷移耐力比傳統(tǒng)的Pt層的電 遷移耐力高很多。
注意，圖10的曲線圖還表示如虛線"TaN (t=100nm)"所示的對(duì)Ti 層上層疊有厚度約為100nm的TaN層的Ti/TaN層疊膜進(jìn)行加速熱降解測(cè)試 的結(jié)果。如圖10的曲線圖所示，其中形成有厚度約為lOOnm的TaN的樣本 的反應(yīng)時(shí)間約是1分鐘，并且該值僅是形成有厚度約為200nrn的Pt層的樣 本的反應(yīng)時(shí)間的一半。如上所述，Ta/TaN層疊膜的電遷移耐力超過(guò)了膜厚度相^f以或相同的TaN 層的電遷移耐力?？梢哉J(rèn)為，其原因是在Ta層上方生長(zhǎng)TaN層造成TaN層 的層結(jié)構(gòu)(組分)發(fā)生改變，并且增加了TaN層的密度。例如，可以認(rèn)為在 Ta層上方生長(zhǎng)TaN層造成大TaN顆粒和小TaN顆粒的混合生長(zhǎng)，使得小 TaN顆粒填充大TaN顆粒之間的間隙，結(jié)果增大了 TaN層的密度。 (4)運(yùn)行下文，將公開根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2的運(yùn)行。為了使多柵極晶體管2運(yùn)行，按照以下方式連接每一電極。多柵極晶體 管2的源電極16被電連接到地。漏電極18經(jīng)由負(fù)載電阻器被電連接到電源。 在上述條件下信號(hào)被輸入到柵電極22。輸入到柵電極22的信號(hào)電壓被提供到各GaN-HEMT 4的柵極20，并且 輸入信號(hào)使得各GaN-HEMT 4的漏極電流根據(jù)互導(dǎo)(mutual conductance)而 變化。在漏極電流通過(guò)共用電極14'(用于形成漏電極18)合并(merge)之 后，漏極電流被提供至負(fù)載電阻器(根據(jù)第一實(shí)施例的GaN-HEMT4是例如 n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。本實(shí)施例的GaN-HEMT4是n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。因此，電流從負(fù)載電阻器被提供到漏極。換言之，該電流不是"漏極電 流"，而是每個(gè)漏極流出的電子流被合并并被提供到負(fù)載電阻器。這里，由于漏極電流被共用電極14'合并，因此流過(guò)負(fù)載電阻器的電流 量相對(duì)于形成多柵極晶體管2的GaN-HEMT 4的數(shù)量成比例地增大。在該時(shí)間點(diǎn)，各個(gè)GaN-HEMT 4的源極電流在流過(guò)空氣橋布線12并被 共用電極14合并之后，釋放至地。結(jié)果，流過(guò)空氣橋布線12的電流根據(jù)施 加到柵極的信號(hào)電壓而變化。流過(guò)空氣橋布線12的電流的平均值超過(guò)例如 約lXl。5A/cm2。然而，根據(jù)第一實(shí)施例，空氣橋布線12由多柵極晶體管2中具有高電 遷移耐力的Ta/TaN層疊膜74支撐的。由于此原因，能夠有效地降低空氣橋 布線12斷開的可能性。同時(shí)，使大電流流過(guò)各個(gè)GaN-HEMT4的各源極6。此時(shí)，在形成源電 極16的電極IO，的Au層處可能出現(xiàn)電遷移，并且可能引起與設(shè)置在源極6 上方的Ti/Al歐姆電極34發(fā)生反應(yīng)。然而，從以上所述的制造過(guò)程顯然可見， 設(shè) 具有高電遷移耐力的Ta/TaN層疊膜74，用于隔開形成電極10，的Au層(第一Au層44、第二Au層46和第三Au層48)和Ti/Al歐姆電極34。 因此，能夠有效降低兩層之間發(fā)生反應(yīng)的可能性。而且，Ta/TaN層疊膜42的阻抗值僅僅是具有相似或相同厚度的TaN層 的阻抗值的約60%。同時(shí)，輸入到柵電極22的信號(hào)電壓通過(guò)柵電極22 (第一布線)傳送。 柵電極22與空氣橋布線12交叉。然而，由于間隔38將柵電極22和空氣橋 布線12兩者分隔開，因此由于寄生電容引起的兩者之間的交叉串?dāng)_(cross talk)是很小的。下文公開的實(shí)施例也具有這一事實(shí)。由于寄生電容小，所以根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2能夠在例如幾 GHz下運(yùn)行。 [第二實(shí)施例]第二實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中豐艮據(jù)第一實(shí)施例的 半導(dǎo)體器件中形成空氣橋布線12的Ta/TaN層被氮濃度為例如約50%的 Ta/Ti/TaN層疊膜替代。 (1)結(jié)構(gòu)除了源電極16和漏電極18的結(jié)構(gòu)之外，根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體(具 有空氣橋布線12)的結(jié)構(gòu)與在第一實(shí)施例中公開的半導(dǎo)體器^^相似或相同。如第一實(shí)施例中公開的，源電極16和漏電極18是同時(shí)形成的。因此， 源電極16和漏電極18包括相似或相同的層疊結(jié)構(gòu)。因此，下文通過(guò)具體參 照空氣橋布線12 (形成源電極16的部分)來(lái)公開根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體 器件(多柵極晶體管)的結(jié)構(gòu)。圖11示出了根據(jù)第二實(shí)施例的形成多柵極晶體管的空氣橋布線12的橫 截面圖。用根據(jù)第二實(shí)施例(參見圖11)的空氣橋布線12中的Ta/Ti/TaN層疊 膜80來(lái)取代第一實(shí)施例的形成空氣橋布線12的Ta/TaN層74。這里，通過(guò) 依次層疊Ta層70、 Ti層78和TaN層72來(lái)形成Ta/Ti/TaN層疊膜80。而且，Ta層70、 Ti層78和TaN層72的厚度分別是例如約100nm、約 10nm和約100nm。其它金屬層的厚度可以與根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體 管2的相應(yīng)金屬層的厚度相似或相同。注意TaN層中的氮濃度是例如約50Q/。。也就是說(shuō)，在根據(jù)第二實(shí)施例的多柵極晶體管中，在根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2中形成空氣橋布線12的Ta (鉭)層70和TaN (氮化鉭)層 72之間提供另一Ti (鈦)層78。(2) 制造過(guò)程根據(jù)第二實(shí)施例的多柵極晶體管的制造過(guò)程類似于根據(jù)第一實(shí)施例的 多柵極晶體管2的制造過(guò)程。下文將公開與第一實(shí)施例的制造過(guò)程不同的制 造過(guò)程。除了形成Ti/Ta/Ti/TaN/Au濺射膜82來(lái)取代Ti/Ta/TaN/Au濺射膜74之 外，第二實(shí)施例的制造過(guò)程與第一實(shí)施例的制造過(guò)程相同或相似。例如，用 將Ti用作靶材的濺射方法形成設(shè)置于Ta層70和TaN層72之間的Ti層78。 濺射氣體可以是例如Ar。也就是說(shuō)，在根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體的制造方法中，基于第一實(shí)施例 中公開的制造方法，在已經(jīng)將另一Ti (鈦)層層疊在Ta (鉭)層上方之后， 層疊TaN (氮化鉭)。(3) 電遷移耐力接著，將公開根據(jù)加速熱降解測(cè)試對(duì)Ta/Ti/TaN層疊膜80的電遷移耐力 進(jìn)行評(píng)估的結(jié)果。用于評(píng)估的樣本是在Ti/Al層疊膜上方層疊 Ti/Ta/Ti/TaN/Au層疊膜的樣本。這里，Au層的厚度是例如50nm-300nm。圖12是表示對(duì)根據(jù)第二實(shí)施例的Ta/Ti/TaN層疊膜80進(jìn)行加速熱降解 測(cè)試的結(jié)果的曲線圖。為了比較，圖12的曲線圖還表示在圖3和圖IO中公 開的加速熱降解測(cè)試的結(jié)果。粗體虛線"Ta/Ti/TaN"表示形成有根據(jù)第二實(shí)施例的Ta/Ti/TaN層疊膜 80的樣本的反應(yīng)時(shí)間(約8分鐘)。從圖12的曲線圖明顯看出，形成有 Ta/Ti/TaN層疊膜80的樣本的反應(yīng)時(shí)間約是形成Pt層的樣本的反應(yīng)時(shí)間的4 倍，并且約是形成有根據(jù)第一實(shí)施例的Ta/TaN層疊膜74的樣本的反應(yīng)時(shí)間 的1.3倍。這些事實(shí)揭示了 Ta/Ti/TaN層疊膜80的電遷移耐力超過(guò)了根據(jù)第一實(shí)施 例的Ta/TaN層疊膜74的電遷移耐力，并且與傳統(tǒng)的Pt層的電遷移耐力相 比，Ta/Ti/TaN層疊膜80的電遷移耐力足夠高。Ta/Ti/TaN層疊膜80的電遷移耐力比根據(jù)第一實(shí)施例的Ta /TaN層疊膜 74的電遷移耐力高的原因被認(rèn)為是通過(guò)在Ta層和TaN層之間設(shè)置Ti層增加了TaN層的密度。
注意，除了空氣橋布線12的電遷移耐力變得更高之外，根據(jù)第二實(shí)施 例的多柵極晶體管的運(yùn)行類似于根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管的運(yùn)行。 [第三實(shí)施例]
第三實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，在所述導(dǎo)體器件中，移 除在根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中位于空氣橋布線下方的覆蓋源電極的 保護(hù)膜。 (1)結(jié)構(gòu)
圖13示出根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶體管84的透視圖。圖14示出沿 圖13中的線B-B由箭頭所示的方向觀察的橫截面圖。
如圖13所示，根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶體管84與根據(jù)第一實(shí)施例的 多柵極晶體管2的不同之處在于:柵電極22中包括的共用電極14"不被保護(hù) 膜32覆蓋，也就是說(shuō)，共用電極14"是暴露的。注意，柵電極22的共用電 極14"設(shè)置于空氣橋布線12的下方。
除了共用電極14"之外，其結(jié)構(gòu)與根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2的 結(jié)構(gòu)相似或相同。因此，除了對(duì)共用電極14"進(jìn)行描述之外，將簡(jiǎn)化或省略 對(duì)結(jié)構(gòu)的描述。
如圖6所示，在根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2中，即使在空氣橋布 線12下方，也用保護(hù)膜32覆蓋共用電極14"。因此，存在在空氣橋布線12 和共用電極14"之間設(shè)置有諸如SiN或類似的介質(zhì)膜的一部分。由于介質(zhì)膜， 使得源電極16 (包括空氣橋布線12)與柵電極22 (包括共用電極14")之 間的寄生電容變得更大了。
如圖13所示，在根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶體管84中，移除設(shè)置在空 氣橋布線12下方并覆蓋共用電極14"的保護(hù)膜32,并且能夠?qū)崿F(xiàn)降低寄生 電容。也就是說(shuō)，如圖14所示，將第一布線(包括空氣橋布線12的源電極 16)與第二布線(包括共用電極14"的柵電極22)交叉的那一部分的保護(hù)膜 (SiN膜)移除。
由于上述原因，在根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶體管84中，柵電極22和 源電極16之間的信號(hào)干擾會(huì)變得更小。因此，根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶 體管84能夠比根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2運(yùn)行得更快。保護(hù)膜32用來(lái)保護(hù)柵電極22不受灰塵的污染，并降低或防止輸出信號(hào)
(漏極電流波形)的衰減。
然而，可以用保護(hù)膜32覆蓋柵極20中包括的Ni/Au電極IO"來(lái)便降低 或防止輸出信號(hào)的衰減。因此，即便如第三實(shí)施例中公開的移除覆蓋共用電 極14"的保護(hù)膜32也不會(huì)使輸出信號(hào)衰減。
注意，在根據(jù)第一實(shí)施例的多柵極晶體管2中，用保護(hù)膜32覆蓋Ni/Au 共用電極14"，這是用來(lái)保護(hù)形成共用電極14"的Ni層不被氧化。
此外，注意，如第二實(shí)施例中公開的，可以用Ta/Ti/TaN層疊膜取代形 成空氣橋布線12的Ta/TaN層。 (2)制造過(guò)程
圖15A-圖15D示出表示根據(jù)第三實(shí)施例的從形成保護(hù)膜32到形成空氣 橋布線12的制造過(guò)程的橫截面圖。
這里，圖15A-圖15D是沿圖13中的線B-B由箭頭所示的方向觀察的視 圖，用于說(shuō)明制造工藝的過(guò)程。
如下文公幵的，除了形成保護(hù)膜和用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜(掩 模)之外，根據(jù)第三實(shí)施例的制造過(guò)程類似于根據(jù)第一實(shí)施例的制造過(guò)程。
制備襯底50，在所述襯底中形成有包括在多柵極晶體管84中的多個(gè) GaN-HEMT4，所述多柵極晶體管84包括歐姆電極。
接著，形成柵電極22，例如Ni/Au柵電極22。
這些過(guò)程與第一實(shí)施例中的相應(yīng)過(guò)程相似或相同，將簡(jiǎn)化或省略對(duì)這些 過(guò)程的詳細(xì)描述。
首先，在已經(jīng)形成有柵電極22的SiC襯底24的上方沉積厚度為例如約 500nm且制備以用作保護(hù)膜32的SiN膜。這里，SiN膜的厚度優(yōu)選為例如約 5nm-500nm。
此后，在將要形成保護(hù)膜的區(qū)域上方形成光致抗蝕劑膜。這里，第三實(shí) 施例與第一實(shí)施例的不同之處在于不用光致抗蝕劑膜覆蓋共用電極14"。
通過(guò)將光致抗蝕劑膜用作蝕刻掩模的干蝕刻移除SiN膜，并形成保護(hù)膜 32 (參見圖13)。
因此，移除位于將要形成源電極16 (第二布線)與柵電極22 (第一布 線)交叉的交叉點(diǎn)的區(qū)域處的保護(hù)膜(SiN膜)。換言之，移除在空氣橋布線12的形成將要進(jìn)行的區(qū)域下方的保護(hù)膜(SiN膜)(參見圖15A)。
接著，在襯底24上方形成用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58，所述光
致抗蝕劑膜58直線延伸以覆蓋共用電極14"的上表面和側(cè)面。
然后，如圖15C所示，在已形成有用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58
的襯底24上方形成Ti/Ta/TaN/Au濺射膜76 (這里，TaN中的氮濃度為例如
約50%)。
然后，例如通過(guò)電鍍方法在Ti/Ta/TaN/Au濺射膜76上方形成第二 Au 層46和第三Au層48。
然后，如圖15D所示，移除用于形成空氣橋的光致抗蝕劑膜58，并且 形成多柵極晶體管84。 (3)運(yùn)行
根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶體管84的運(yùn)行實(shí)質(zhì)上與根據(jù)第一實(shí)施例的 多柵極晶體管2的運(yùn)行相似或相同。然而，注意，與根據(jù)第一實(shí)施例的多柵 極晶體管2相比，根據(jù)第三實(shí)施例的多柵極晶體管84在更高的頻率下運(yùn)行， 這是因?yàn)樵措姌O16和柵電極22之間的寄生電容比多柵極晶體管2的寄生電 容要小。 [第四實(shí)施例]
第四實(shí)施例涉及具有根據(jù)第一至第三實(shí)施例的多柵極晶體管的高頻放 大器。
圖16示出根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器的電路圖。
根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器86包括第一至第三實(shí)施例中公開的任一 多柵極晶體管，用作多柵極晶體管2'。
此外，根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器86包括第一端子(輸入端子88) 和第二端子(輸出端子90)，電信號(hào)輸入至該第一端子，從該第二端子輸出 經(jīng)放大的電信號(hào)。
而且，根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器86設(shè)置有第一路徑92，電信號(hào)通 過(guò)所述第一路徑92從第一端子(輸入端子88)傳送到第一布線(柵電極22)。 此外，根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器86設(shè)置有第二路徑94，電信號(hào)通過(guò)所 述第二路徑94從電連接到漏極8的第三布線(漏電極16)傳送到第二端子 (輸出端子90)。這里，第一路徑92設(shè)置有第一電容器97，并且第二路徑94設(shè)置有第二 電容器99。結(jié)果，只有高頻信號(hào)通過(guò)第一路徑92和第二路徑94傳送。
此外，根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器86包括連接到電源電壓的第三端 子(電源端子96)。此外，電源端子96通過(guò)第一電阻器98連接到第二布線 (漏電極18)。
而且，電源端子96通過(guò)第二電阻器100連接到第一電容器97和第一布 線(柵電極22)之間提供的連接點(diǎn)。此外，所述連接點(diǎn)通過(guò)第三電阻器102 連接到地平面。這里，第二電阻器100和第三電阻器102為多柵極晶體管2， 設(shè)置偏置(bias point)。
另一方面，源電極16通過(guò)第四電阻器104和第三電容器106并聯(lián)連接 的電路連接到地平面。
這里，多柵極晶體管2，包含在一給定的(given)封裝件中，并且與第一 到第四電阻器以及第一到第三電容器一起設(shè)置在印刷板上方。
如上述公開的高頻放大器86按以下方式運(yùn)行。當(dāng)電信號(hào)輸入到第一端 子88時(shí)，電信號(hào)通過(guò)第一路徑92傳送，并到達(dá)多柵極晶體管2'的柵電極。 多柵極晶體管2'按各實(shí)施例中公開的方式運(yùn)行，并放大輸入的電信號(hào)。經(jīng)放 大的電信號(hào)通過(guò)第二路徑94傳送，并且該經(jīng)放大的電信號(hào)從第二端子90輸 出。
由于根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器86設(shè)置有根據(jù)第一到第三實(shí)施例的 多柵極晶體管2'，因此即使高頻放大器86在大電流下運(yùn)行時(shí)，也可以有效 地降低或防止空氣橋布線的斷開。
注意，參照?qǐng)D16公開的電路只是利用根據(jù)第一到第三實(shí)施例的多柵極 晶體管的高頻放大器的一個(gè)例子。 [第五實(shí)施例]
第五實(shí)施例涉及具有根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器的發(fā)射機(jī)。
圖17示出根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)射機(jī)108的方框圖。
如圖17所示，根據(jù)第五實(shí)施例的無(wú)線電發(fā)射機(jī)108設(shè)置有輸入端子116、 輸出端子114以及根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器86，其中電信號(hào)輸入至輸入 端子U6，天線112連接到輸出端子114。而且，根據(jù)第五實(shí)施例的無(wú)線電 發(fā)射機(jī)108設(shè)置有根據(jù)輸入信號(hào)生成并輸出經(jīng)調(diào)制的高頻信號(hào)的高頻信號(hào)生成單元110 (例如，壓控振蕩器[vco])。
而且，根據(jù)第五實(shí)施例的無(wú)線電發(fā)射機(jī)108中，輸入端子116連接到高頻信號(hào)生成單元110的輸入端子。此外，高頻信號(hào)生成單元110的輸出端子連接到高頻放大器86的第一端子(輸入端子88)，并且輸出端子114連接到高頻放大器86的第二端子(輸出端子卯)。
發(fā)射機(jī)108按如下方式運(yùn)行。由輸入端子116輸入的電信號(hào)被提供給高頻信號(hào)生成單元110。高頻信號(hào)生成單元110生成根據(jù)輸入的電信號(hào)調(diào)制的高頻信號(hào)，并將經(jīng)調(diào)制的高頻信號(hào)提供給高頻放大器86。高頻放大器86將所提供的高頻信號(hào)放大，并將放大后的高頻信號(hào)提供給連接到輸出端子114的天線112。
這里，由于發(fā)射機(jī)108設(shè)置有根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器86，因此可以為天線提供高功率信號(hào)。根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)射機(jī)可以例如用于移動(dòng)電話系統(tǒng)的基站。[變型]
在上述公開的各實(shí)施例中，TaN層中的氮濃度為例如約50。/。。然而，氮濃度并不限于所公開的數(shù)值。TaN層中的氮濃度可以優(yōu)選為大于48°/。且小于52%，或者更優(yōu)選地，可以為大于等于49%至小于等于51%。
從圖12的曲線圖顯然可見，在氮濃度大于48%時(shí)，Ta/TaxN^層疊膜(或者Ta/Ti/TaxN^層疊膜)的電遷移耐力比傳統(tǒng)的Pt層的電遷移耐力要高。因此，氮濃度可以優(yōu)選大于48%。另一方面，氮濃度越高，形成TaN膜就越困難。例如，可能難以形成氮濃度等于或大于52。/。的TaN膜。因此，TaN中的氮濃度優(yōu)選小于或等于52%。
在上述公開的各實(shí)施例中，用氮化硅來(lái)形成保護(hù)膜。然而，注意，將要用作保護(hù)膜的絕緣膜可以不限于氮化硅(SiN)膜。例如，可以用二氧化硅(Si02)來(lái)形成保護(hù)膜。
在上述公開的各實(shí)施例中，在源電極上方設(shè)置空氣橋布線。然而，如果漏電極與柵電極交叉，則可以優(yōu)選在漏電極上方設(shè)置空氣橋布線。也就是說(shuō)，第二布線可以連接到場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極，而不是源極。而且，可以在除了源電極和漏電極之外的布線上形成根據(jù)該變型的空氣橋布線。
在上述公開的各實(shí)施例中，用GaN-HEMT來(lái)形成多柵極晶體管。然而，可以用諸如InP-HEMT之類的其它場(chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)形成多柵極晶體管，其中該InP-HEMT設(shè)置有作為襯底的半絕緣InP、 InGaAs溝道層、或其中摻雜有Si的InAlAs阻擋層。
而且，根據(jù)上述公開的各實(shí)施例的空氣橋布線可以被應(yīng)用于除了多柵極晶體管之外的其它半導(dǎo)體器件，例如具有多個(gè)柵極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
此外，根據(jù)各實(shí)施例的形成半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。然而，半導(dǎo)體元件可以是除了場(chǎng)效應(yīng)晶體管以外的半導(dǎo)體元件，例如雙極型晶體管。如果例如用雙極型晶體管作為上述公開的半導(dǎo)體元件，則第一布線連接到基極，第二布線連接到發(fā)射極或集電極。
而且，盡管在上述公開的各實(shí)施例中，柵電極是由Ni/Au層疊膜形成的，但是也可以由其它層疊膜來(lái)形成柵電極。此外，盡管在上述公開的各實(shí)施例中，通過(guò)干蝕刻蝕刻絕緣膜來(lái)形成保護(hù)膜，但是也可以通過(guò)其它蝕刻方法來(lái)蝕刻絕緣膜，例如濕蝕刻、離子碾磨或者其它類似方法。
本文記載的所有例子和條件性語(yǔ)言都意在用作教導(dǎo)目的，以便幫助讀者理解本發(fā)明，以及發(fā)明人對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)作出貢獻(xiàn)的思想，并且應(yīng)將本文記載
的所有例子和條件性語(yǔ)言解讀為不受限于具體記載的例子和條件，而且說(shuō)明書中這些例子的組織也不涉及展示本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。盡管己經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但應(yīng)理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以對(duì)其進(jìn)行各種變化，替代和改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括沿第一方向延伸的第一布線；以及第二布線，沿與所述第一方向交叉的第二方向延伸且設(shè)置為在所述第一布線和所述第二布線之間插入有一間隔，所述第二布線包括鉭層、在所述鉭層上方形成的氮化鉭層以及在所述氮化鉭層上方形成的金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述氮化鉭層中的氮濃度大 于48%且小于等于52%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括-在所述鉭層和所述氮化鉭層之間形成的鈦層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括 半導(dǎo)體元件，其中所述第一布線和所述第二布線被連接到所述半導(dǎo)體元件，并且輸入 到所述半導(dǎo)體元件的信號(hào)通過(guò)所述第一布線傳送。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，還包括用于覆蓋所述第一布線的保護(hù)膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中 位于所述第一布線和所述第二布線交叉部分的所述保護(hù)膜被移除。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述保護(hù)膜是氮化硅膜或二氧化硅膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述半導(dǎo)體元件是多個(gè)晶體管；所述多個(gè)晶體管中每一個(gè)晶體管的多個(gè)源極、柵極和漏極中的每一個(gè)都在相同方向上延伸；所述多個(gè)晶體管中的每一個(gè)晶體管與多個(gè)相鄰晶體管共用源極和漏極 中的至少一個(gè)；所述第一布線電連接到所述多個(gè)柵極中的至少一個(gè)；以及 所述第二布線電連接到所述源極或所述漏極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述晶體管包括作為溝道層的氮化鎵。
10. —種放大器，包括 沿第一方向延伸的第一布線；以及第二布線，沿與所述第一方向交叉的第二方向延伸且設(shè)置為在所述第一 布線和所述第二布線之間插入有一間隔，并且所述第二布線包括鉭層、在所述鉭層上方形成的氮化鉭層以及在所述氮化鉭層上方形成的金屬層；多個(gè)晶體管，所述第一布線和所述第二布線連接到所述多個(gè)晶體管； 第三布線；第一端子，電連接到所述第一布線，并且電信號(hào)被輸入至所述第一端子； 第二端子，電連接到所述第三布線，并且經(jīng)放大后的電信號(hào)被輸出至所 述第二端子；其中所述多個(gè)晶體管中每一個(gè)晶體管的多個(gè)源極、柵極和漏極中的每一 個(gè)都在相同方向上延伸，所述多個(gè)晶體管中的每一個(gè)晶體管與多個(gè)相鄰晶體管共用源極和漏極 中的至少一個(gè)，所述第一布線電連接到所述柵極，所述第二布線電連接到所述源極，以及所述第三布線電連接到所述漏極。
11. 一種無(wú)線電發(fā)射機(jī)；包括放大器；信號(hào)生成單元，根據(jù)輸入信號(hào)生成并輸出經(jīng)調(diào)制的信號(hào)； 輸入端子，電信號(hào)輸入至所述輸入端子；輸出端子，天線連接到所述輸出端子，其中所述放大器包括沿第一方向延伸的第一布線；第二布線，沿與所述第一方向交叉的第二方向延伸且設(shè)置為在所述 第一布線和所述第二布線之間插入有一間隔，并且所述第二布線包括鉭層、在所述鉭層上方形成的氮化鉭層以及在所述氮化鉭層上方形成的金屬層；多個(gè)晶體管，所述第一布線和所述第二布線連接到所述多個(gè)晶體管，第三布線，第一端子，電連接到所述第一布線，并且電信號(hào)被輸入至所述第一端部；第二端子，電連接到所述第三布線，并且經(jīng)放大的電信號(hào)被輸出至 所述第二端子；以及其中所述多個(gè)晶體管中每一個(gè)晶體管的多個(gè)源極、柵極和漏極中的每一 個(gè)都在相同方向上延伸，所述多個(gè)晶體管中的每一個(gè)晶體管與多個(gè)相鄰晶體管共用源極和 漏極中的至少一個(gè)，所述第一布線電連接到所述多個(gè)柵極中的至少一個(gè)柵極；所述第二布線電連接到所述源極；所述第三布線電連接到所述漏極；所述輸入端子連接到所述信號(hào)生成單元的輸入端子，所述信號(hào)生成 單元的輸出端子連接到所述第一端子，以及 所述輸出端子連接到所述第二端子。
12. —種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上方形成沿第一方向延伸的第一布線； 在所述第一布線上方形成掩模；在所述掩模上方依次層疊鉭層、氮化鉭層以及金屬層，并且形成沿與所 述第一方向交叉的第二方向延伸的第二布線；在形成所述第二布線后，移除所述掩模，其中 在所述掩模熔化之前，完成所述氮化鉭層的膜形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中 所述氮化鉭層中的氮濃度大于48%且小于等于52%。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中 在所述鉭層上層疊鈦層，之后在所述鈦層上層疊所述氮化鉭層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過(guò)將鉭用作靶材的濺射方法形成所述鉭層；以及 通過(guò)將鉭用作靶材的反應(yīng)濺射方法形成所述氮化鉭層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中 通過(guò)將鉅用作靶材的濺射方法形成所述鉭層；通過(guò)將鉭用作靶材并且將氮用做反應(yīng)氣體的反應(yīng)濺射方法形成所述氮化鉭層，以及由第一金層和第二金層形成所述金屬層，其中所述第一金層通過(guò)將金用作耙材的濺射方法而被形成，并且所述第二金層通過(guò)電鍍方法被層疊。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述第一布線和所述第二布線連接到半導(dǎo)體元件，以及所述第一布線是輸入至所述半導(dǎo)體元件的信號(hào)通過(guò)其傳送的布線。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括在所述掩模形成之前，用保護(hù)膜覆蓋所述第一布線。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括-在所述掩模形成之前，移除位于所述第二布線下方的所述保護(hù)膜。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述保護(hù)膜是氮化硅膜或二氧化硅膜。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，包括沿第一方向延伸的第一布線，以及沿與第一方向交叉的第二方向延伸的第二布線，該第二布線設(shè)置為在該第一布線和該第二布線之間插入有一間隔，并且該第二布線包括鉭層、在所述鉭層上方形成的氮化鉭層以及在所述氮化鉭層上方形成的金屬層。
文檔編號(hào)H01L27/088GK101661937SQ20091017097
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者岡本直哉, 鐮田陽(yáng)一 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社