專利名稱：晶體管組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種晶體管組件及其制造方法，特別是關(guān)于一種采取敏化、活化及無電鍍法來處理間極制程技術(shù)之晶體管組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，三五族化合物半導(dǎo)體材料中之氮化鎵(GaN)在場效晶體管組件方面的應(yīng)用可說是蓬勃發(fā)展，其主要原因在于氮化鎵與砷化鎵(GaAs)相較之下，具有下列的優(yōu)點較寬的能隙(bandgap)、較高的崩潰電壓(breakdown voltage)、較強的鍵結(jié)力以及較佳的熱穩(wěn)定性，因此氮化鎵非常適合應(yīng)用于電源供應(yīng)器、放大器以及高溫組件等產(chǎn)品。然而，就目前熱蒸鍍閘極制程之晶體管組件而言，該晶體管組件之閘極金屬沉積一般均采用物理鍍膜技術(shù)，此種于高真空腔體內(nèi)經(jīng)由高溫與高能量的沉積方式，容易在半導(dǎo)體表面上造成熱破壞而形成表面缺陷，并產(chǎn)生費米能階釘住效應(yīng)(Fermi-level pinning effect)，使得該晶體管組件之費米能階幾乎被鎖定在某一定值，使得肖特基能障高度不易受金屬種類所控制，而導(dǎo)致肖特基接面質(zhì)量、金屬-半導(dǎo)體接面特性以及組件整流等特性的大幅衰退。舉例來說，該受到熱破壞的肖特基接面將造成晶體管組件之整流特性、間極控制能力、感測能力的劣化以及基板產(chǎn)生漏電流等問題，進而造成崩潰電壓、輸出電流、轉(zhuǎn)導(dǎo)值以及電壓增益等組件特性的劣化。除此之外，自從1973年能源危機爆發(fā)之后，諸如石油、電力或其它自然資源的節(jié)約使用，即受到廣泛的討論。而傳統(tǒng)的熱蒸鍍法需要耗費許多的金錢與能源，如昂貴的設(shè)備、幫浦油的使用以及相關(guān)設(shè)備所消耗的電力等，皆會造成環(huán)境的污染及能源之耗損。因此，如何開發(fā)出一克服肖特基接觸層界面特性不佳等習(xí)知缺失，且能減少制程時能源的耗損之晶體管組件及其制造方法，即成了相關(guān)廠商與研發(fā)人員努力的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人有鑒于習(xí)知之晶體管組件的肖特基接觸層界面特性不佳且制程時較耗損能源的缺點，乃積極著手進行開發(fā)，以期可以改進上述既有之缺點，經(jīng)過不斷地試驗及努力，終于開發(fā)出本發(fā)明。本發(fā)明之目的，系提供一種采用敏化(sensitization)、活化(activation)及無電鍍(electroless plating)表面前處理等方法，以進行間極制程技術(shù)之晶體管組件及其制造方法，一方面可縮短無電鍍反應(yīng)前的誘導(dǎo)期(induction period)，防止鍍浴自然分解， 使其無電鍍沉積之金屬顆?？s小，另一方面更能夠得到良好的肖特基接面、減少晶體管組件之表面態(tài)位密度、降低費米能階釘住效應(yīng)以及使肖特基能障高度易受金屬種類所控制。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明之晶體管組件，系包括一半導(dǎo)體基板；一汲極，系形成于該半導(dǎo)體基板之上；
一源極，系形成于該半導(dǎo)體基板之上，且不重迭于該汲極；一閘極金屬晶種層，系形成于該半導(dǎo)體基板之上，且不重迭于該汲極及該源極，其具有一凝膠狀物質(zhì)層及復(fù)數(shù)金屬晶種；及一肖特基接觸金屬閘極，系形成于該閘極金屬晶種層之上。本發(fā)明之晶體管組件之制造方法，系包括步驟A 提供一半導(dǎo)體基板；步驟B 形成一汲極及一源極于該半導(dǎo)體基板之上；步驟C 利用光蝕刻雕像、顯影技術(shù)，形成一圖案化光阻層，以定義出一閘極金屬晶種層在該半導(dǎo)體基板上之閘極區(qū)域，該圖案化光阻層系于該閘極區(qū)域裸露且附著于該半導(dǎo)體基板之表面；步驟D 進行敏化與活化程序，形成該閘極金屬晶種層，于該半導(dǎo)體基板之上；及步驟E 進行無電鍍程序，形成一肖特基接觸金屬閘極于該閘極金屬晶種層之上。透過上述的方法，除了可縮短無電鍍反應(yīng)前的誘導(dǎo)期(induction period)，防止鍍浴自然分解，使其無電鍍沉積之金屬顆?？s小，更能夠得到良好的肖特基接面、減少晶體管組件之表面態(tài)位密度、降低因不完全鍵結(jié)所造成之費米能階釘住效應(yīng)及提高晶體管組件之肖特基位障對其接觸金屬功函數(shù)之依賴度。


圖1系本發(fā)明之晶體管組件示意圖。圖2系本發(fā)明之晶體管組件在不同溫度環(huán)境下之閘極漏電流(Ie)對閘-汲極電壓 (Vgd)的關(guān)系圖。而圖2下插圖表示閘極漏電流(Ie)及起始電壓(V。n)對溫度的關(guān)系圖。圖3系本發(fā)明之晶體管組件在不同溫度環(huán)境下之共源極輸出電流-電壓三端特性圖。圖4系本發(fā)明之晶體管組件的轉(zhuǎn)導(dǎo)值(gm)及汲極電流(Ids)對閘-源極電壓的關(guān)系圖。圖5系本發(fā)明之晶體管組件之臨界電壓(Vth)及臨界電壓位移(AVth)對溫度的關(guān)系圖。圖6系本發(fā)明之晶體管組件應(yīng)用于氫氣傳感器時，于操作溫度300K下，通入不同濃度之氫氣時之感測結(jié)果。圖7系本發(fā)明之晶體管組件應(yīng)用于氫氣傳感器時，于操作溫度570K下，在閘-源極電壓為-2V時，通入氫氣濃度為百分之一之氣體時，所量測之電流瞬時響應(yīng)圖。圖8系本發(fā)明之晶體管組件應(yīng)用于氫氣傳感器時，于操作溫度570K下，在閘-源極電壓為-2V時，通入不同氫氣濃度之氣體時，所測量之電流瞬時響應(yīng)圖。圖9系本發(fā)明之方法流程圖。圖10系本發(fā)明之步驟A的細(xì)部方法流程圖。圖11系本發(fā)明之敏化、活化表面前處理及無電鍍沉積技術(shù)之示意圖。主要組件符號說明1晶體管組件10半導(dǎo)體基板101基板102成核層
103緩沖層105金屬接觸層12 源極131凝膠狀物質(zhì)層14肖特基接觸金屬閘極
104通道層 11汲極
13閘極金屬晶種層 132金屬晶種 141閘極單元粒子301 步驟 A3011 步驟 Al3012 步驟 A23Ol3 步驟 A33014 步驟 A4
3015步驟A5 302步驟B 303步驟C 304步驟D 305步驟E
具體實施例方式為使熟悉該項技藝人士了解本發(fā)明之目的，茲配合圖式將本發(fā)明之較佳實施例詳細(xì)說明如下。請參考圖1及圖11所示，本發(fā)明之晶體管組件1包括一半導(dǎo)體基板10 ；一汲極11，系形成于該半導(dǎo)體基板10之上；一源極12，系形成于該半導(dǎo)體基板10之上，且不重迭于該汲極11 ；一閘極金屬晶種層13，系形成于該半導(dǎo)體基板10之上，且不重迭于該汲極11及該源極12，其具有一凝膠狀物質(zhì)層131及復(fù)數(shù)金屬晶種132 ；及一肖特基接觸金屬閘極14，系形成于該閘極金屬晶種層13之上。其中，該半導(dǎo)體基板10包括一基板 101 ；一成核層102，系形成于該基板101之上；一緩沖層103，系形成于該成核層102之上；一通道層104 ；系形成于該緩沖層103之上；一金屬接觸層105，系形成于該通道層104之上；其中，該基板101系一種半絕緣型材料，該半絕緣型材料可為藍(lán)寶石(sapphire)、 硅(Si)或碳化硅(SiC)等物質(zhì)，在本實施例中，該基板101系采用藍(lán)寶石(sapphire)為之。該成核層102系由一未摻雜之氮化鋁(AlN)材料所組成，其厚度范圍為1至10000 納米(nm)。該緩沖層103系由一未摻雜之氮化鎵(GaN)材料所組成，其厚度范圍為0. 01至50 微米(μ m)。該通道層104系由一未摻雜之氮化鋁鎵(AlxGai_xN)材料所組成，該通道層104之厚度范圍為1至3000埃米(A)，其中，該氮化鋁鎵(AlfahN)之鋁的莫耳分率χ之變化范圍為0. 01至0. 35，在本實施例中，該氮化鋁鎵(Alx^vxN)之鋁的莫耳分率為0. M。該金屬接觸層105系由一摻雜之氮化鋁鎵(AlxGai_xN)材料所組成，該金屬接觸層 105之厚度范圍為1至30000埃米(A)，摻雜濃度范圍η = 1 X IO"5至5 X 1019πΓ3，其中，該氮化鋁鎵(Alx^vxN)之鋁的莫耳分率χ之變化范圍為0.01至0. 35，在本實施例中，該氮化鋁鎵(Alx^vxN)之鋁的莫耳分率為0. M。該汲極11以及該源極12系為鈦-鋁-鈦-金(Ti/Al/Ti/Au)、鈦-鋁-鎳-金 (Ti/Al/Ni/Au)、鈦-鋁-鉬-金(Ti/Al/Mo/Au)或鈦-鋁(Ti/Al)合金金屬所組成。其中，該汲極11以及該源極12為鈦-鋁-鈦-金合金金屬時，各金屬厚度依序為鈦(Ti)金屬厚度介于1至1000納米(nm)之間；鋁(Al)金屬厚度介于1至10000納米(nm)之間；鈦(Ti)金屬厚度介于1至1000納米(nm)之間；以及金(Au)金屬厚度介于1至50000納米(nm)之間。該汲極11以及該源極12為鈦-鋁-鎳-金合金金屬時之各金屬厚度依序為鈦(Ti)金屬厚度介于1至1000納米(nm)之間；鋁(Al)金屬厚度介于1至10000納米(nm)之間；鎳(Ni)金屬厚度介于1至1000納米(nm)之間；以及金(Au)金屬厚度介于1至50000納米(nm)之間。該汲極11以及該源極12為鈦-鋁-鉬-金合金金屬時之各金屬厚度依序為鈦(Ti)金屬厚度介于1至1000納米(nm)之間；鋁(Al)金屬厚度介于1至10000納米(nm)之間；鉬(Mo)金屬厚度介于1至1000納米(nm)之間；以及金(Au)金屬厚度介于1至50000納米(nm)之間。該汲極11以及該源極12為鈦-鋁合金金屬時之各金屬厚度依序為鈦(Ti)金屬厚度介于1至1000納米(nm)之間；以及鋁(Al)金屬厚度介于1至50000納米(nm)之間。在本實施例中，該汲極11以及該源極12系為鈦-鋁-鈦-金(Ti/Al/Ti/Au)合
ο該閘極金屬晶種層13之厚度介于1至5000埃米(A);其中，該凝膠狀物質(zhì)層131系形成于該半導(dǎo)體基板10表面上，其厚度為5至20埃米(A);該金屬晶種132可為鈀(Pd)、銀 (Ag)或金(Au)，在本實施例中，該金屬晶種132系采用鈀(Pd)為之。該肖特基接觸金屬閘極14系由復(fù)數(shù)閘極單元粒子141所組成，其厚度介于2至 50000埃米(A)之間，其中，該閘極單元粒子141系可為金屬粒子或合金金屬粒子；當(dāng)該閘極單元粒子141系為金屬粒子時，其可為鈀(Pd)、鉬(Pt)或鎳(Ni)金屬粒子；當(dāng)該閘極單元粒子141系為合金金屬粒子時，其可為鈀-銀(Pd-Ag)合金金屬粒子；在本實施例中，該閘極單元粒子141系為鈀(Pd)金屬粒子。請參考圖1及圖2所示，當(dāng)閘-汲極電壓(Vcd)為-40V時，本發(fā)明之晶體管組件1 之閘極漏電流在溫度為300K及600K時分別為0. 09及2. 41 μ A/mm ；而其相對應(yīng)之導(dǎo)通電壓則為1. 79及1. 62V。另一方面，在高溫時，本發(fā)明之晶體管組件1依然擁有較低的閘極漏電流及較高的導(dǎo)通電壓。如此優(yōu)異的特性證明了本發(fā)明之晶體管組件1不但擁有良好的肖特基特性，更可以有效地抑制隨著溫度上升所產(chǎn)生的漏電流，可提升金屬-半導(dǎo)體肖特基界面的熱穩(wěn)定性，進而達(dá)到降低費米能階釘住效應(yīng)以及提高晶體管組件之肖特基位障對其接觸金屬功函數(shù)之依賴度。
請參考圖1及圖3所示，由圖中可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明之晶體管組件1具有良好的晶體管放大、飽和、夾止、高溫及高操作偏壓等特性，這證明了本發(fā)明之晶體管組件1具有良好的載子局限能力及肖特基接觸特性。請參考圖1及圖4所示，由圖中可看出本發(fā)明之晶體管組件1無論在常溫或高溫下，皆具有寬廣之線性操作區(qū)間，這主要是由于肖特基接面質(zhì)量被改善之緣故。因此本發(fā)明之晶體管組件1能適用在高溫的電路環(huán)境中，而能夠降低費米能階釘住效應(yīng)以及提高晶體管組件之肖特基位障對其接觸金屬功函數(shù)之依賴度。請參考圖1及圖5所示，由圖中可知本發(fā)明之晶體管組件1之臨界電壓在溫度為 300K及600K時分別為-3. 91及-4. 204V。另外，當(dāng)溫度升高時，背景濃度會隨著升高，這會使經(jīng)由該肖特基接觸金屬間極14及該基板101之漏電流增加，使本發(fā)明之晶體管組件1之飽和及夾止特性變差。然而，對本實施例之晶體管組件1而言，當(dāng)溫度由300K變化至600K 時，其臨界電壓的變化量為^4mV，其隨著溫度的變化率(3Vth/5T)僅為-0. 98mV/K，故能降低費米能階釘住效應(yīng)。請參考圖1、圖6、圖7、圖8、圖11所示，本發(fā)明之晶體管組件1可應(yīng)用于氫氣傳感器，在未通入氫氣前，本發(fā)明之晶體管組件1之該肖特基接觸金屬間極14之鈀金屬與η型摻雜氮化鋁鎵(Ala24Giicw6N)金屬接觸層105會因電子流動而產(chǎn)生空乏區(qū)；達(dá)到熱平衡后， 金屬-半導(dǎo)體之間會形成一肖特基能障。通入氫氣時，由于該肖特基接觸金屬閘極14之該閘極單元粒子141系為鈀金屬，其對于氫氣特有之催化性與選透性，可將氫分子分解成氫原子，該氫原子會擴散穿透至該閘極單元粒子141與該η型摻雜氮化鋁鎵(Ala24G^76N)金屬接觸層105之界面上；該界面氫原子受到該肖特基接觸金屬間極14內(nèi)建電場之極化，而在該界面形成一偶極矩層(dipole layer)，該偶極矩層之電場方向與該內(nèi)建電場相反，因而使該內(nèi)建電場減小、空乏區(qū)寬度減小及肖特基能障高度降低，進而調(diào)變本發(fā)明之晶體管組件1之二維電子云濃度及信道電流。隨著環(huán)境中氫氣濃度之增加，位于該肖特基接觸金屬閘極14之該閘極單元粒子141與該η型摻雜氮化鋁鎵(Ala24GiiareN)金屬接觸層105之氫吸附量亦會跟著增加，進而使得本發(fā)明之晶體管組件1之肖特基能障隨著氫氣濃度增加而下降，故電流隨著氫氣濃度增加而上升。由圖6可觀察到，本發(fā)明之晶體管組件1在溫度300Κ、氫氣濃度5ppm H2/Air之條件下即具有感測效果，顯示本發(fā)明之晶體管組件1在應(yīng)用于氫氣傳感器時，可具有良好之感測靈敏度。請參考圖1及圖7所示，圖中之矩形和圓形符號分別代表氫氣導(dǎo)入以及氫氣關(guān)閉時之時間點，于操作溫度570K下，流入測試腔中之氣體流速控制在400cm7min，汲-源極電壓維持在Vds = 5V。當(dāng)氫氣導(dǎo)入時，由于解離之氫原子形成偶極矩層，造成該肖特基接觸金屬閘極14之肖特基能障下降，因此電流迅速上升。當(dāng)氫氣關(guān)閉時，其電流也能回復(fù)到原來在空氣中之電流值1. 2mA。最后再次通入H2/air氣體來測試組件在感測方面之再現(xiàn)性， 很顯然地，本發(fā)明之晶體管組件1在應(yīng)用于氫氣傳感器時，可具備良好之再現(xiàn)性。請參考圖1及圖8所示，圖中之矩形和圓形符號分別代表氫氣導(dǎo)入以及氫氣關(guān)閉時之時間點，流入測試腔中之氣體流速控制在400cm7min，操作電壓為汲-源極電壓Vds = 5V、閘-源極電壓Ves = -2V。由圖中可觀察到，本發(fā)明之晶體管組件1在高溫(570K)下仍具有良好之感測能力，顯示本發(fā)明之晶體管組件1在應(yīng)用于氫氣傳感器時，可具有良好之感測靈敏度。請參考圖1及圖9所示，本發(fā)明之晶體管組件之制造方法，系包括步驟A (301)提供一半導(dǎo)體基板10 ；步驟B(3(^)形成一汲極11及一源極12于該半導(dǎo)體基板10之上；步驟C(3(X3)利用光蝕刻雕像、顯影技術(shù)，形成一圖案化光阻層，以定義出一閘極金屬晶種層13在該半導(dǎo)體基板10上之閘極區(qū)域，該圖案化光阻層系于該閘極區(qū)域裸露且附著于該半導(dǎo)體基板10之表面；步驟D(304)進行敏化與活化程序，形成該閘極金屬晶種層13于該半導(dǎo)體基板10 之上；及步驟E(3(^)進行無電鍍程序，形成一肖特基接觸金屬閘極14于該閘極金屬晶種層13之上。請參考圖1、圖9以及圖10所示，其中該步驟A (301)包括步驟Al (3011)提供一基板 101 ；步驟A2 (3012)形成一成核層102于該基板101之上；步驟A3 (3013):形成一緩沖層103于該成核層102之上；步驟A4 (3014)形成一通道層104于該緩沖層103之上；以及步驟A5 (3015)形成一金屬接觸層105于該通道層104之上。其中，該步驟A2(3012)至該步驟A5(3015)系利用金屬有機化學(xué)氣相沉積法 (MOCVD)或分子束磊晶法(MBE)。該步驟B (30 系利用光蝕刻雕像和顯影技術(shù)，形成一圖案化光阻層，該圖案化光阻層系于非晶體管組件1操作區(qū)域裸露且附著于該金屬接觸層105表面，再利用干蝕刻技術(shù)定義出該晶體管組件1之操作區(qū)域；該干蝕刻技術(shù)系利用感應(yīng)耦合電漿離子蝕刻 (Inductively Coupled Plasma Reactive ion Etch, I CP)技術(shù),蝕刻至該基板 101 上。接著，利用光蝕刻雕像和顯影技術(shù)，形成一圖案化光阻層，該圖案化光阻層系于該汲極11及該源極12區(qū)域裸露且附著于該金屬接觸層105表面，再利用真空蒸鍍制程鍍上鈦-鋁-鈦-金(Ti/Al/Ti/Au)合金金屬后，于制程溫度介于200°C至1000°C之環(huán)境下進行一退火步驟，且該退火步驟之時間介于3秒至30分鐘，以形成該汲極11及該源極12。該步驟D(304)所述的敏化程序系將該半導(dǎo)體基板10依序浸泡于一酸性含亞錫離子之敏化溶液中1至30分鐘后，再以去離子水清洗，其中，該敏化溶液包括一敏化劑，該敏化劑系為氯化亞錫(SnCl2)、三氯化鈦(TiCl3)或硫酸亞錫(SnSO4)等化合物。本實施例中所采用之敏化劑為目前最常使用的氯化亞錫(SnCl2),其作用是在該金屬接觸層105表面吸附一層容易氧化的物質(zhì)，以便在接下來的活化程序時，將活性分子之金屬還原出來，故當(dāng)該金屬接觸層105被置入該敏化溶液時，具還原性的亞錫離子(Sn2+) 會被吸附在該金屬接觸層105表面。氯化亞錫在使用中或貯藏時，為避免受空氣氧化而會產(chǎn)生氫氧化錫之白色沉淀 (Sn (OH)4),其反應(yīng)式如下Sn2+— Sn4++2e-Sn4++4H20 — Sn (OH) 4 丨 +4H.在配制該敏化溶液時，通常要加入鹽酸(HCl)來幫助溶解及防止水解作用，以避免氯化亞錫于水中生成氯化氫氧錫(Sn(OH)Cl)，而使該敏化溶液變得混濁，其反應(yīng)式如下SnCl2+H20 — Sn (OH) Cl J, +HCl加入鹽酸于該敏化溶液之目的，系為了使化學(xué)反應(yīng)趨向左邊進行，進而減少該氯化氫氧錫生成的機會。該金屬接觸層105于該敏化溶液浸漬之目的，系用以在該金屬接觸層105表面生成一層微溶于水且易氧化之凝膠狀物質(zhì)層131 =Sn2(OH)3Cl,但該凝膠狀物質(zhì)層131并不是于該敏化溶液中生成，而是在用去離子水清洗時產(chǎn)生，這是因為該敏化溶液之PH值遠(yuǎn)小于 7，故立即發(fā)生Sn2+的水解，其反應(yīng)式如下SnCl2+H20 — Sn (OH) Cl J, +HCl ；SnCl2+2H20 — Sn (OH) 2 丨 +2HC1 ；Sn (OH) Cl+Sn (OH) 2 — Sn2 (OH) 3C1。該步驟D (304)所述的活化程序系將該半導(dǎo)體基板10依序浸入一酸性含鈀離子之活化溶液中1至30分鐘后，再以去離子水清洗。該活化溶液包括一活化劑，該活化劑系為硝酸銀(AgNO3)、氯化鈀(PdCl2)或三氯化金(AuCl3)等化合物。本實施例所采用之活化劑為氯化鈀(PdCl2)，其活化反應(yīng)系透過施覆一層薄且具有活性的金屬晶種132，以做為該無電鍍程序時氧化還原反應(yīng)的觸媒活性分子。氯化鈀在該活化溶液中形成之(PdCl4)2_離子，會和該金屬接觸層105表面的Sn2+ 反應(yīng)，進而將鈀金屬析出在該金屬接觸層105表面，其反應(yīng)式如下(PdCl4產(chǎn)+Sn2+— Pd I +Sn4++4CF其總反應(yīng)化學(xué)式為PcT+Sn2 (OH) 3C1 — Pd I +Sn(OH)3Cl I +Sn2+本實施例中之該敏化溶液及該活化溶液的成分如下敏化溶液SnCl22 至 10g/L
HCl10 至 50ml/L活化溶液PdCl25 至 20g/LHCl15 至 100ml/L該步驟E(3(^)所述的無電鍍程序系將該半導(dǎo)體基板10依序浸入一恒溫之堿性無電鍍鍍浴中，以析鍍出該閘極單元粒子141于該閘極金屬晶種層13之上，再以去離子水清洗以形成該肖特基接觸金屬閘極14，其中，析鍍時間系介于1秒至5小時之間，析鍍溫度系介于攝氏5度至150度之間。該無電鍍鍍浴包括一擬析鍍金屬前驅(qū)鹽Precursor)、一 pH緩沖劑(Buffer)、一還原劑(Reducing Agent)、一錯合劑(Complexing Agent)及一安定劑(Stabilizer) 該擬析鍍金屬前驅(qū)鹽系為氯化鈀(PdCl2)、硝酸銀(AgNO3)、氯化鎳(NiCl2)或氯鉬酸(H2PtCl6. 2H20)等化合物。該pH緩沖劑系為硼酸(H3BO3)、氫氧化銨(NH4OH)或氫氧化鈉(NaOH)等化合物。該還原劑系為聯(lián)胺(hydrazine)、次磷酸鹽(hypophosphite)、硼氫化物 (borohydride)或甲醛(formaldehyde)等化合物。
該錯合劑系為乙二胺(ethylenediamine)、四甲基乙二胺 (tetramethylethylenediamine)、 it IL (NH4Cl) $ Zj 二月安 0 Zj (ethylenediamin tetraacetic acid, EDTA)等化合物。該安定劑系為硫脲(thiourea)或硫二甘酸(thiodiglycolic acid)等化合物。該無電鍍鍍浴之pH值介于6至13之間。于本實施例中，該擬析鍍金屬前驅(qū)鹽系為氯化鈀(PdCl2)，該pH緩沖劑系為氫氧化銨(NH4OH)，該還原劑系為聯(lián)胺(hydrazine)，該錯合劑系為乙二胺四乙酸(ethylenediamin tetraacetic acid, EDTA)，該安定劑系為硫脲(thiourea)，該無電鍍鍍浴之pH值系介于8 至12之間。該還原劑于析鍍該閘極金屬晶種層13表面之活性位置進行化學(xué)反應(yīng)，進而將該無電鍍鍍浴中之氯化鈀(PdCl2)前驅(qū)鹽所提供之鈀離子還原并沉積于該閘極金屬晶種層13 表面。其反應(yīng)式如下2Pd2+(aq)+N2H4(aq)+40r(aq) — 2Pd(s)+N2(g)+4H20 ⑴本實施例之該無電鍍鍍浴組成如下鈀前驅(qū)鹽PdCl22. 6 至 7. 5g/LpH 緩沖劑=NH4OH 50 至 400ml/L錯合劑=Na2EDTA7 至 80g/L安定劑Thiourea0. 00008 至 0. 001g/L還原劑=N2H410 至 100ml/L在本發(fā)明之該無電鍍鍍浴組成中，鈀前驅(qū)鹽可先與氫氧化銨(NH4OH)形成鈀銨鹽錯合物來安定該無電鍍鍍浴中的鈀離子，其不僅可防止鈀金屬自發(fā)性沉淀，更可維持該無電鍍鍍浴的PH值，而該鈀銨鹽錯合物會再與Na2EDTA形成鈀之配位錯合物，可有效地減少該無電鍍鍍浴中之自由鈀離子濃度。請參考圖11所示，本實施例更可反復(fù)進行敏化及活化程序，使得該金屬晶種132 會均勻分布于該凝膠狀物質(zhì)層131表面。最后，將該半導(dǎo)體基板10依序浸入于該無電鍍鍍浴中，于該閘極金屬晶種層13上鍍覆該閘極單元粒子141而形成該肖特基接觸金屬閘極 14。反復(fù)進行敏化及活化程序，不僅可縮短無電鍍金屬層鍍覆之時間，且隨著敏化及活化程序之次數(shù)的增加，也能大幅縮小該間極單元粒子141顆粒之大小、增加該肖特基接觸金屬閘極14之緊密度及改善該肖特基接觸金屬閘極14之黏著性，而得到良好的肖特基接面以及減少晶體管組件之表面態(tài)位密度。透過上述的詳細(xì)說明，即可充分顯示本發(fā)明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產(chǎn)業(yè)之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發(fā)明，完全符合發(fā)明專利要件， 爰依法提出申請。唯以上所述著僅為本發(fā)明之較佳實施例而已，當(dāng)不能用以限定本發(fā)明所實施之范圍。即凡依本發(fā)明專利范圍所作之均等變化與修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明專利涵蓋之范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種晶體管組件，其包括 一半導(dǎo)體基板；一汲極，系形成于該半導(dǎo)體基板之上； 一源極，系形成于該半導(dǎo)體基板之上，且不重迭于該汲極；一閘極金屬晶種層，系形成于該半導(dǎo)體基板之上，且不重迭于該汲極及該源極，其具有一凝膠狀物質(zhì)層及復(fù)數(shù)金屬晶種；及一肖特基接觸金屬閘極，系形成于該閘極金屬晶種層之上。
2.如權(quán)利要求1所述的晶體管組件，其中，該半導(dǎo)體基板包括 一基板；一成核層，系形成于該基板之上； 一緩沖層，系形成于該成核層之上； 一通道層，系形成于該緩沖層之上；以及一金屬接觸層，系形成于該通道層之上。
3.如權(quán)利要求1所述的晶體管組件，其中該凝膠狀物質(zhì)層系形成于該半導(dǎo)體基板表面上，其厚度為5至20埃米(A);該復(fù)數(shù)金屬晶種系形成于該凝膠狀物質(zhì)層上，其系為鈀(Pd)、 銀(Ag)或金(Au)晶種；該肖特基接觸金屬閘極系由復(fù)數(shù)閘極單元粒子組成，該閘極單元粒子系為鈀(Pd)、鉬(Pt)、鎳(Ni)或鈀-銀(Pd-Ag)粒子。
4.如權(quán)利要求3所述的晶體管組件，其中該閘極金屬晶種層之厚度介于1至5000埃米 (A)之間；該肖特基接觸金屬閘極厚度介于2至50000埃米(A)之間。
5.如權(quán)利要求1所述的晶體管組件，其中該晶體管組件系應(yīng)用于一氫氣傳感器。
6.一種晶體管組件之制造方法，系包括 步驟A 提供一半導(dǎo)體基板；步驟B 形成一汲極及一源極于該半導(dǎo)體基板之上；步驟C 利用光蝕刻雕像、顯影技術(shù)，形成一圖案化光阻層，以定義出一閘極金屬晶種層在該半導(dǎo)體基板上之閘極區(qū)域，該圖案化光阻層系于該閘極區(qū)域裸露且附著于該半導(dǎo)體基板之表面；步驟D 進行敏化與活化程序，形成該間極金屬晶種層，于該半導(dǎo)體基板之上；及步驟E 進行無電鍍程序，形成一肖特基接觸金屬閘極于該閘極金屬晶種層之上。
7.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中該步驟A包括 步驟Al 提供一基板；步驟A2 形成一成核層于該基板之上； 步驟A3 形成一緩沖層于該成核層之上； 步驟A4 形成一通道層于該緩沖層之上；以及步驟A5 形成一金屬接觸層于該通道層之上。
8.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中該步驟D之敏化程序，系將該半導(dǎo)體基板浸泡于一酸性含亞錫離子之敏化溶液中1至30分鐘后，再以去離子水清洗，該敏化溶液包括一敏化劑，該敏化劑系為氯化亞錫(SnCl2)、三氯化鈦(TiCl3)或硫酸亞錫(SnSO4)；該步驟D之活化程序，系在該敏化程序之后，該活化程序系將該半導(dǎo)體基板浸入一酸性含鈀離子之活化溶液中1至30分鐘后，再以去離子水清洗，該活化溶液包括一活化劑，該活化劑系為硝酸銀(AgNO3)、氯化鈀(PdCl2)或三氯化金(AuCl3)。
9.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中該步驟E之無電鍍程序，系將該半導(dǎo)體基板浸入一恒溫之堿性無電鍍鍍浴中，以析鍍出該肖特基接觸金屬閘極，再以去離子水清洗，該無電鍍鍍浴之PH值介于6至13之間，該無電鍍鍍浴包括一擬析鍍金屬前驅(qū)鹽(!Precursor)、 一 PH 緩沖劑(Buffer)、一還原劑(Reducing Agent)、一錯合劑(Complexing Agent)與一安定劑(Mabilizer)，該擬析鍍金屬前驅(qū)鹽系為氯化鈀(PdCl2)、硝酸銀(AgNO3)、氯化鎳(NiCl2)或氯鉬酸(H2PtCl6. 2H20)，該pH緩沖劑系為硼酸(H3BO3)、氫氧化銨(NH4OH)或氫氧化鈉(NaOH)，該還原劑系為聯(lián)胺(hydrazine)、次磷酸鹽(hypophosphite)、硼氫化物 (borohydride)或甲醛(formaldehyde)，該錯合劑系為乙二胺(ethylenediamine)、四甲基乙二胺(tetramethylethylenediamine)、氯化銨(NH4Cl)或乙二胺四乙酸(ethylenediamin tetraacetic acid, EDTA)，該安定劑系為硫脲(thiourea)或硫二甘酸(thiodiglycolic acid)；該步驟E之析鍍時間介于1秒至5小時之間；該步驟E之析鍍溫度介于攝氏5度至 150度之間。
10.如申請專利范圍第6項所述的制造方法，其中該步驟B系于制程溫度介于200°C至 1000°C之環(huán)境下進行一退火步驟，且該退火步驟之時間介于3秒至30分鐘，以形成該汲極及該源極。
全文摘要
一種晶體管組件及其制造方法，該組件包括一半導(dǎo)體基板、一汲極、一源極、一閘極金屬晶種層，系形成于該半導(dǎo)體基板之上，其具有一凝膠狀物質(zhì)層及復(fù)數(shù)金屬晶種及一肖特基接觸金屬閘極，系形成于該閘極金屬晶種層之上。該方法包括步驟A提供一半導(dǎo)體基板；步驟B形成一汲極及一源極于該半導(dǎo)體基板之上；步驟C定義出一閘極金屬晶種層在該半導(dǎo)體基板上之區(qū)域；步驟D進行敏化與活化程序，形成該閘極金屬晶種層，于該半導(dǎo)體基板之上；及步驟E進行無電鍍程序，形成一肖特基接觸金屬閘極于該閘極金屬晶種層之上。
文檔編號C23C18/28GK102290445SQ201110131508
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者劉文超, 陳利洋, 陳慧英, 黃建彰 申請人:劉文超