ＨＥＭＴ装置及びその製造方法
ＨＥＭＴ装置及びＨＥＭＴ装置の製造方法であって、ＨＥＭＴ装置は、基板（１２）上のバッファ層（１４）と、バッファ層（１４）上の半導体層と、半導体層上の絶縁層（１６，１７）と、半導体層に接触するソース電極（２２）及びドレイン電極（２３）と、ソース電極（２２）とドレイン電極（２３）との間のゲート電極（２４，１０４，１１４）と、を備え、ゲート電極（２４，１０４，１１４）の下の半導体層に配置されたチャネルをピンチオフ状態にしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイドバンドギャップ半導体窒化ガリウムＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）装置に関し、更に詳しくは、エンハンスメントモード電界効果トランジスタを形成するために複数の窒化ガリウム材料層の分極特性が用いられる装置構造設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
第３世代半導体の窒化ガリウム（ＧａＮ）の絶縁破壊電圧は、３ＭＶ／ｃｍであり、第１世代半導体のシリコン（Ｓｉ）又は第２世代半導体のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）の絶縁破壊電圧より高く、したがって、ＧａＮの電子装置は、非常に高い電圧に耐えることができる。ＧａＮヘテロ接合構造のチャネルは、非常に高い電子濃度を有し、非常に高い電子移動度を有する。これは、窒化ガリウム高電子移動度トランジスタが高周波数で大電流を流すことができるとともに非常に小さいオン抵抗を有することを意味する。さらに、ＧａＮは、ワイドバンドギャップ半導体であり、高温で動作することができる。上述したこれらの特性により、ＧａＮ ＨＥＭＴは、高周波及び高出力無線周波装置又は高電圧スイッチング装置として特に適するようになる。
【０００３】
窒化ガリウムＨＥＭＴは、一般的には、デプレッションモード電界効果トランジスタであり又はノーマリーオン装置と称される。その理由は、圧電分極及び自発分極によって形成されるＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合チャネルが非常に高い２次元電子ガス（２ＤＥＧ）の濃度を有するからである。ノーマリーオン装置に対して、エンハンスメントモード装置とも称されるノーマリーオフ装置も存在する。デプレションモード装置のアプリケーションは制限を有する。無線周波数電力増幅領域において、デプレッションモード装置は、ゲート電極に対して負バイアス電圧を用いる必要があり、これは、完全に独立した電源を設けるためのシステムを必要とする。電力変換の分野において、デプレッションモードスイッチング装置のアプリケーションは、上述したような独立した負バイアス回路を必要とするだけでなく、電力変換装置に電源を入れる前に独立した負バイアス回路に電源を入れる必要があり、これを実現するのは通常困難である。エンハンスメントモード装置は、電力変換装置に電源を入れる間に流れる電流が急に上昇することにより装置が故障するのを回避するために電力変換装置で必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、エンハンスメントモード窒化ガリウムＨＥＭＴを実現するための通常の方法は、埋込みーゲート構造、ゲートメタルコンタクト領域に対するフッ化プラズマ照射処理等を含む。図１は、埋め込みゲート構造を有するＧａＮ ＨＥＭＴを示す。ＧａＮ材料が正常に成長するための基板１２は、サファイア、ＳｉＣ又はシリコンである。核形成層１３は、基板１２の上に成長する。ＧａＮエピタキシャル層１０１は、核形成層１３の上に成長する。ＡｌＧａＮ層１０２は、ＧａＮエピタキシャル層１０１の上に成長する。この場合、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）がＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との間の界面に発生し、これによってチャネルが形成される。二つの抵抗接点は、電界効果トランジスタのソース２２及びドレイン２３をそれぞれ形成する。ソース２２とドレイン２３との間の領域において、トレンチを形成するためにＡｌＧａＮがエッチングされ、その後、金属ゲート１０４がトレンチに形成される。トレンチ及びトレンチに形成される金属ゲートは、埋込みゲート構造と称される。ＡｌＧａＮ層が十分薄い場合、２ＤＥＧが激減し、したがって、ゲートの下のチャネルに電子が存在しない。そのような構造は、エンハンスメントモード電界効果トランジスタと称される。その理由は、そのチャネルが零のゲートバイアス電圧の下でピンチオフ状態にされるからである。しかしながら、非常に強い分極電界がＡｌＧａＮ層に存在するために、ＡｌＧａＮ層の厚さが非常に小さい場合でもチャネルに電子が生じうる。その結果、埋込みゲート構造を有するエンハンスメントモード装置に対して、金属ゲートの下のＡｌＧａＮ層の厚さを、ドライエッチングにより３〜５ｎｍの範囲又はそれより下まで薄くする必要がある。そのような高精度でエッチング工程を制御するのは非常に困難である。したがって、装置のピンチオフ電圧は、大きな変動を示す。さらに、そのような構造のピンチオフの有効性は、ピンチオフ電圧が低いために制限され、したがって、零バイアスの場合でも少量のチャネルリーク電流が存在したままである。装置が高電圧で動作するとき、チャネルリーク電流により装置のバーンアウトが簡単に生じうる。したがって、そのような装置構造は実用的でない。
【０００５】
図２は、ゲートメタルコンタクト領域に対してフッ化プラズマ照射処理を施したＧａＮ ＨＥＭＴを示す。ソース２２及びドレイン２３を形成する前の工程は、埋込みゲートＧａＮ ＨＥＭＴの工程と同一である。ソース及びドレインを形成した後、ゲートの下の領域には、金属ゲート１１４を堆積する前にフッ化プラズマ照射処理が施される。フッ化プラズマ照射が施されるＡｌＧａＮ層１１５の結晶構造には衝撃が加えられ、これによって、ＡｌＧａＮ層１１５の下のチャネル１１８の２ＤＥＧが激減し、エンハンスメントモード電界トランジスタを形成する。そのような装置の信頼性は、結晶構造に衝撃が加えられるために確証されていなかった。さらに、フッ素原子は小さい。装置が高温かつ高電圧の条件で長時間動作する場合、フッ素原子がＡＬＧａＮから放出されるおそれがある。エンハンスメントモードトランジスタがデプレッションモードに戻ることがあり、これによって、そのような装置を用いるシステムが故障し及び損傷される。
【０００６】
本発明は、従来の上記の問題に鑑みて提案され、その目的は、ＨＥＭＴ装置及びＨＥＭＴ装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、基板上のバッファ層と、バッファ層上の半導体層と、半導体層上の絶縁層と、半導体層に接触するソース及びドレインと、ソースとドレインとの間のゲートと、を備え、ゲートの下の半導体層のチャネルをピンチオフ状態にしたことを特徴とするＨＥＭＴ装置を提供する。
【０００８】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層は２層構造を有し、ゲートは絶縁層の上側層に形成される。
【０００９】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、バッファ層はＡｌＧａＮを含み、絶縁層の下側層はＡｌＧａＮを含み、絶縁層の上側層はＡｌＧａＮを含む。
【００１０】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の下側層のＡｌ組成は、バッファ層のＡｌ組成に近く、絶縁層の上側層のＡｌ組成は、絶縁層の下側層のＡｌ組成より大きい。
【００１１】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の上側層のＡｌ組成は、絶縁層の下側層から離れる方向に漸次的に増大する。
【００１２】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、バッファ層のＡｌ組成は５％と１５％との間である。
【００１３】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の上側層のＡｌ組成は２５％と４５％との間である。
【００１４】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、半導体層はＧａＮを含む。
【００１５】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、半導体層は、半導体層の格子緩和が生じない厚さを有する。
【００１６】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、半導体層の厚さは１０ｎｍと３０ｎｍとの間である。
【００１７】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、チャネルは、半導体層に形成された２次元電子ガスを含み、２次元電子ガスは、チャネルがピンチオフ状態である領域には形成されない。
【００１８】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、ゲート電極は、ゲート位置にトレンチを形成するために絶縁層の上側層をエッチングするステップ及びフィールドプレート構造を有するゲート金属をトレンチの上部に形成するステップに従って、ソース電極とドレイン電極との間に形成される。
【００１９】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、トレンチは傾斜を有する。
【００２０】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、ゲートの下の誘電体層を更に備える。
【００２１】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、誘電体層はＳｉＮを含む。
【００２２】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の上側層と下側層との間にエッチング停止層を更に備える。
【００２３】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、エッチング停止層はＡｌＮを含む。
【００２４】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の上側層上の誘電体層を更に備え、トレンチエッチング処理ステップは、誘電体層を通じて絶縁層の上側層までエッチングし、その後、ゲート金属がトレンチの上部に形成される。したがって、ゲート電極は二重フィールドプレート構造を有する。
【００２５】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、トレンチは傾斜を有し、誘電体層のトレンチは、絶縁層の上側層のトレンチより幅が広い。
【００２６】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、誘電体層はＳｉＮを含む。
【００２７】
本発明の一態様によれば、基板上にバッファ層を堆積するステップと、バッファ層上に半導体層を堆積するステップと、半導体層上に絶縁層を堆積するステップと、半導体層に接触するソース及びドレインを形成するステップと、ソースとドレインとの間にゲートを形成するステップと、を備え、ゲートの下の前記半導体層のチャネルをピンチオフ状態にすることを特徴とするＨＥＭＴ装置の製造方法を提供する。
【００２８】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、半導体層上に絶縁層を堆積するステップは、半導体層上に第１の絶縁層を堆積するステップと、第１の絶縁層上に第２の絶縁層を堆積するステップと、を備える。
【００２９】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、バッファ層はＡｌＧａＮを含み、第１の絶縁層はＡｌＧａＮを含み、第２の絶縁層はＡｌＧａＮを含む。
【００３０】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第１の絶縁層のＡｌ組成は、バッファ層のＡｌ組成に近く、第２の絶縁層のＡｌ組成は、第１の絶縁層のＡｌ組成より大きい。
【００３１】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第２の絶縁層のＡｌ組成は、第１の絶縁層から離れる方向に漸次的に増大する。
【００３２】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、バッファ層のＡｌ組成は５％と１５％との間である。
【００３３】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第２の絶縁層のＡｌ組成は２５％と４５％との間である。
【００３４】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、半導体層はＧａＮを含む。
【００３５】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、半導体層は、半導体層の格子緩和が生じない厚さを有する。
【００３６】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、半導体層の厚さは１０ｎｍと３０ｎｍとの間である。
【００３７】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、チャネルは、半導体層に形成された２次元電子ガスを含み、２次元電子ガスは、チャネルがピンチオフ状態である領域には形成されない。
【００３８】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、ソースとドレインとの間にゲートを形成するステップは、ゲートが形成される位置にトレンチを形成するために第２の絶縁層をエッチングするステップと、フィールドプレート構造を有するゲートをトレンチの上部に形成するステップと、を備える。
【００３９】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、トレンチは傾斜を有する。
【００４０】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、フィールドプレート構造を有するゲートをトレンチに形成するステップの前にトレンチを有する第２の絶縁層上に誘電体層を共形に形成するステップを更に備える。
【００４１】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、誘電体層はＳｉＮを含む。
【００４２】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第１の絶縁層上に第２の絶縁層を堆積するステップの前に第１の絶縁層上にエッチング停止層を堆積するステップを更に備える。
【００４３】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、エッチング停止層はＡｌＮを含む。
【００４４】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第２の絶縁層上に誘電体層を堆積するステップと、ゲートが形成される位置に第１のトレンチを形成するために誘電体層をエッチングするステップと、第２のトレンチを形成するために第１のトレンチを通じて第２の絶縁層をエッチングするステップと、二重フィールドプレート構造を有するゲートを第１のトレンチ及び第２のトレンチの上部に形成するステップと、を備える。
【００４５】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第１のトレンチ及び第２のトレンチは傾斜を有し、第１のトレンチは第２のトレンチより幅が広い。
【００４６】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、誘電体層はＳｉＮを含む。
【００４７】
本発明の実施の形態の詳細な説明を図面に関連しながら行うことによって、上述した特徴、利点及び目的が更によく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】埋込みゲート構造のエンハンスメントモード窒化ガリウムＨＥＭＴの従来の設計を示す。
【図２】ゲート金属コンタクト領域に対するフッ化プラズマ照射処理によって形成されたエンハンスメントモード窒化ガリウムＨＥＭＴの従来の設計を示す。
【図３】本発明による窒化ガリウムエンハンスメントモード電界効果トランジスタ構造を示す。
【図４】本発明の窒化ガリウムエンハンスメントモード電界効果トランジスタを製造するための材料構成を示す。
【図５】チャネルデプレッション領域及びチャネルアクセス領域の２ＤＥＧの線形図を示す。
【図６】図５のＡ−Ａ’断面のゲートトレンチ領域の半導体エネルギー帯構造を示す。
【図７】図５のＢ−Ｂ’断面のチャネルアクセス領域の半導体エネルギー帯構造を示す。
【図８】エッチングの深さを正確に制御するためにエッチング停止層が用いられる発明の変形例を示す。
【図９】ＭＩＳＦＥＴ構造である発明の変形例を示す。
【図１０】二重フィールドプレート構造を有する発明の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
次に、本発明の好適な実施の形態の詳細な説明を図面に関連して行う。
【００５０】
図３は、本発明による窒化ガリウムエンハンスメントモード電界効果トランジスタ構造を示す。ガリウム材料が正常に成長するための基板１２は、通常、サファイア、ＳｉＣ又はシリコンを含む。核形成層１３は、基板１２の上に成長する。従来の窒化ガリウム装置構造と異なり、ＧａＮではなくＡｌＧａＮが装置のバッファ層として用いられる。バッファ層の上に、ＧａＮチャネル層１５がある。チャネル層の上に、第２のＡｌＧａＮ層１６及び第３のＡｌＧａＮ層１７を有する２層のＡｌＧａＮ絶縁層がある。第３のＡｌＧａＮ層１７のＡｌ組成は、第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成より大きい。二つの抵抗接点は、電界効果トランジスタのソース２２及びドレイン２３をそれぞれ形成する。ソース２２とドレイン２３との間の領域において、トレンチを形成するために第３のＡｌＧａＮ層がエッチングされ、その後、金属ゲート２４が、エッチングによって形成されたトレンチの上部に形成される。最後に、ＳｉＮ等の誘電体の層が、パッシベーション（保護）のために装置に堆積される。
【００５１】
図３のゲート２４は、フィールドプレート構造の一種である。ゲート金属を、トレンチをエッチングした後に堆積することができ、又は、トレンチをエッチングするときに自己整合法によって堆積することができる。フィールドプレートが用いられない場合、図１に示す構造と同様な埋込みゲート構造を用いることができ、ゲート金属が自己整合法によって堆積される。
【００５２】
ゲートのトレンチをエッチングするとき、ドライエッチングの条件は、ＡｌＧａＮ層のトレンチが傾斜を有するように最適化され、チャネルの電子分布は、装置の破壊電圧が増大するように最適化される。
【００５３】
図４は、本発明の窒化ガリウムエンハンスメントモード電界効果トランジスタを製造するための材料構成を示す。核形成層１３は、通常、ＡｌＧａＮ又はＡｌＮであり、ＡｌＧａＮバッファ層１４のＡｌ組成に遷移する。ＡｌＧａＮバッファ層１４のＡｌ組成は約５％から１５％であり、バッファ層１４の厚さは約１μｍから３μｍである。ＧａＮチャネル層１５の厚さは約３０ｎｍである。ＡｌＧａＮバッファ層上に成長するＧａＮは、圧縮応力を有する。その理由は、ＧａＮがＡｌＧａＮより大きい格子定数を有するからである。ＧａＮチャネル層１５の厚さを非常に大きくすべきでなく、そのようなＧａＮの層を緩和すべきではなく、したがって、厚さは通常約１０ｎｍから３０ｎｍである。第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成は、ＡｌＧａＮバッファ層１４のＡｌ組成に近く、第２のＡｌＧａＮ層１６の厚さは約２０ｎｍである。第３のＡｌＧａＮ層１７のＡｌ組成は、第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成より大きく、約２５％から４５％であり、第３のＡｌＧａＮ層１７の厚さは約３０ｎｍである。
【００５４】
図５は、ゲートトレンチ領域３３のチャネルの２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が完全に消失し、トレンチがエッチングされていないチャネルアクセス領域３２に２ＤＥＧが存在していることを示す。図６及び７は、二つのケースの構造をそれぞれ示す。
【００５５】
図６は、図５の装置構造のＡ−Ａ’断面のゲートトレンチ領域の半導体エネルギー帯の図を示す。上述したように、ＧａＮチャネル層１５の厚さは、非常に厚くなく、したがって、ＧａＮ結晶の層は、緩和されず、下にあるＡｌＧａＮバッファ層１４の格子定数を維持する。第２のＡｌＧａＮ層１６も格子定数を維持する。圧電分極場がほとんど存在しないが、自発分極場が第２のＡｌＧａＮ層１６に存在する。その理由は、第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成がＡｌＧａＮバッファ層１４のＡｌ組成に近いからである。その結果、第２のＡｌＧａＮ層１６の全体に亘る分極場は、通常の窒化ガリウムＨＥＭＴ構造のＡｌＧａＮ絶縁層の全体に亘る分極場より著しく低くなる。第２のＡｌＧａＮ層１６が意図的にドーピングされない場合、チャネルに２ＤＥＧを導入するために大きな厚さを必要とする。図１に示す従来の設計に比べて、ゲート金属の下の第２のＡｌＧａＮ層１６は、約２０ｎｍを維持することができ、したがって、エッチングを容易に制御することができる。第２のＡｌＧａＮ層１６の厚さを適切に選択することによって高いピンチオフ電圧を達成することができ、ピンチオフ電圧の変動がある程度小さくなる。高いピンチオフ電圧は、低いチャネルリーク電流を意味する。
【００５６】
図７は、図５の装置構造のＢ−Ｂ’断面のチャネルアクセス領域の半導体エネルギー帯の図を示す。第３のＡｌＧａＮ層１７には自発分極場だけでなく圧電分極場も存在する。その理由は、第３のＡｌＧａＮ層１７のＡｌ組成が第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成より大きいからである。分極場が強くなることによって、第３のＡｌＧａＮ層１７の伝導帯は、第３のＡｌＧａＮ層１７の厚さが増大するに従って急激に増大する。材料表面の中間エネルギー帯がフェルミレベルより高く上昇すると、２ＤＥＧはチャネルに導入され始める。
【００５７】
発明の変形例は、Ａｌ組成が下から上に漸次的に増大する漸次構造として第３のＡｌＧａＮ層１７のＡｌ組成を設計することである。そのように行うことの利点は、第３のＡｌＧａＮ層１７の厚さを更に大きくできることであり、このことは、図３に示すようなフィールドプレートゲート構造を形成するのに適している。
【００５８】
本発明の他の変形例は、図８に示すように、エッチング停止層１８を第２のＡｌＧａＮ層１６と第３のＡｌＧａＮ層１７との間に追加することである。エッチング停止層は、通常、高いアルミニウム組成を有するＡｌＮ又はＡｌＧａＮを含み、約１〜３ｎｍの厚さを有する。トレンチを形成するためにＲＩＥ（ドライエッチング）を用いるとき、エッチング深さを、そのようなＡｌＮの層の深さに正確に合わせることができる。その理由は、ＡｌＮのエッチング速度が第３のＡｌＧａＮのエッチング速度より低いからである。正確なエッチング制御により、装置のピンチオフ電圧の変動を減少させることができ、したがって、製品収量を向上させることができる。
【００５９】
発明の他の変形例は、図９に示すように、ＭＩＳＦＥＴ（金属絶縁半導体型電界効果トランジスタ）構造を用いることである。ゲート用のトレンチがエッチングされた後及びゲート金属が堆積される前に、約５〜１５ｎｍの厚さを有するＳｉＮ等の誘電体の層が第３のＡｌＧａＮ層１７の上に堆積される。誘電体の層は、装置パッシベーション層とゲート絶縁層の両方の機能を有し、ゲートのリーク電流を効率的に減少させることができる。
【００６０】
発明の他の変形例は、図１０に示すような二重フィールドプレート構造である。そのような構造において、絶縁体２０は、約５０〜２００ｎｍの厚さを有し、その材料は、ＳｉＮ等の誘電体である。絶縁体２０のトレンチは、第３のＡｌＧａＮ層１７のトレンチの上にあり、絶縁体２０のトレンチの幅は、第３のＡｌＧａＮ層１７のトレンチの幅よりやや広い。二つのトレンチは、ゲート金属によって被覆され、二重フィールドプレート構造が二つのトレンチのエッジに形成される。装置の破壊電圧を、二重フィールドプレート構造によって更に増大することができる。
【００６１】
ＨＥＭＴ装置及びＨＥＭＴ装置の製造方法を、一部の典型的な実施の形態を用いて詳細に説明したが、上述したこれらの実施の形態は、包括的ではない。当業者は、本発明の精神及び範囲内で種々の変更及び変形を行うことができる。したがって、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によってのみ規定される。例えば、バッファ層及び絶縁層としてＡｌＧａＮを実例として用いることによって説明を行ったが、当業者に周知の他の窒化ガリウム系化合物を用いることもできることを理解すべきであり、したがって、本発明は、これに対する限定を有しない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイドバンドギャップ半導体窒化ガリウムＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）装置に関し、更に詳しくは、エンハンスメントモード電界効果トランジスタを形成するために複数の窒化ガリウム材料層の分極特性が用いられる装置構造設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
第３世代半導体の窒化ガリウム（ＧａＮ）の絶縁破壊電圧は、３ＭＶ／ｃｍであり、第１世代半導体のシリコン（Ｓｉ）又は第２世代半導体のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）の絶縁破壊電圧より高く、したがって、ＧａＮの電子装置は、非常に高い電圧に耐えることができる。ＧａＮヘテロ接合構造のチャネルは、非常に高い電子濃度を有し、非常に高い電子移動度を有する。これは、窒化ガリウム高電子移動度トランジスタが高周波数で大電流を流すことができるとともに非常に小さいオン抵抗を有することを意味する。さらに、ＧａＮは、ワイドバンドギャップ半導体であり、高温で動作することができる。上述したこれらの特性により、ＧａＮ ＨＥＭＴは、高周波及び高出力無線周波装置又は高電圧スイッチング装置として特に適するようになる。
【０００３】
窒化ガリウムＨＥＭＴは、一般的には、デプレッションモード電界効果トランジスタであり又はノーマリーオン装置と称される。その理由は、圧電分極及び自発分極によって形成されるＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合チャネルが非常に高い２次元電子ガス（２ＤＥＧ）の濃度を有するからである。ノーマリーオン装置に対して、エンハンスメントモード装置とも称されるノーマリーオフ装置も存在する。デプレションモード装置のアプリケーションは制限を有する。無線周波数電力増幅領域において、デプレッションモード装置は、ゲート電極に対して負バイアス電圧を用いる必要があり、これは、完全に独立した電源を設けるためのシステムを必要とする。電力変換の分野において、デプレッションモードスイッチング装置のアプリケーションは、上述したような独立した負バイアス回路を必要とするだけでなく、電力変換装置に電源を入れる前に独立した負バイアス回路に電源を入れる必要があり、これを実現するのは通常困難である。エンハンスメントモード装置は、電力変換装置に電源を入れる間に流れる電流が急に上昇することにより装置が故障するのを回避するために電力変換装置で必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、エンハンスメントモード窒化ガリウムＨＥＭＴを実現するための通常の方法は、埋込みーゲート構造、ゲートメタルコンタクト領域に対するフッ化プラズマ照射処理等を含む。図１は、埋め込みゲート構造を有するＧａＮ ＨＥＭＴを示す。ＧａＮ材料が正常に成長するための基板１２は、サファイア、ＳｉＣ又はシリコンである。核形成層１３は、基板１２の上に成長する。ＧａＮエピタキシャル層１０１は、核形成層１３の上に成長する。ＡｌＧａＮ層１０２は、ＧａＮエピタキシャル層１０１の上に成長する。この場合、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）がＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との間の界面に発生し、これによってチャネルが形成される。二つの抵抗接点は、電界効果トランジスタのソース２２及びドレイン２３をそれぞれ形成する。ソース２２とドレイン２３との間の領域において、トレンチを形成するためにＡｌＧａＮがエッチングされ、その後、金属ゲート１０４がトレンチに形成される。トレンチ及びトレンチに形成される金属ゲートは、埋込みゲート構造と称される。ＡｌＧａＮ層が十分薄い場合、２ＤＥＧが激減し、したがって、ゲートの下のチャネルに電子が存在しない。そのような構造は、エンハンスメントモード電界効果トランジスタと称される。その理由は、そのチャネルが零のゲートバイアス電圧の下でピンチオフ状態にされるからである。しかしながら、非常に強い分極電界がＡｌＧａＮ層に存在するために、ＡｌＧａＮ層の厚さが非常に小さい場合でもチャネルに電子が生じうる。その結果、埋込みゲート構造を有するエンハンスメントモード装置に対して、金属ゲートの下のＡｌＧａＮ層の厚さを、ドライエッチングにより３〜５ｎｍの範囲又はそれより下まで薄くする必要がある。そのような高精度でエッチング工程を制御するのは非常に困難である。したがって、装置のピンチオフ電圧は、大きな変動を示す。さらに、そのような構造のピンチオフの有効性は、ピンチオフ電圧が低いために制限され、したがって、零バイアスの場合でも少量のチャネルリーク電流が存在したままである。装置が高電圧で動作するとき、チャネルリーク電流により装置のバーンアウトが簡単に生じうる。したがって、そのような装置構造は実用的でない。
【０００５】
図２は、ゲートメタルコンタクト領域に対してフッ化プラズマ照射処理を施したＧａＮ ＨＥＭＴを示す。ソース２２及びドレイン２３を形成する前の工程は、埋込みゲートＧａＮ ＨＥＭＴの工程と同一である。ソース及びドレインを形成した後、ゲートの下の領域には、金属ゲート１１４を堆積する前にフッ化プラズマ照射処理が施される。フッ化プラズマ照射が施されるＡｌＧａＮ層１１５の結晶構造には衝撃が加えられ、これによって、ＡｌＧａＮ層１１５の下のチャネル１１８の２ＤＥＧが激減し、エンハンスメントモード電界トランジスタを形成する。そのような装置の信頼性は、結晶構造に衝撃が加えられるために確証されていなかった。さらに、フッ素原子は小さい。装置が高温かつ高電圧の条件で長時間動作する場合、フッ素原子がＡＬＧａＮから放出されるおそれがある。エンハンスメントモードトランジスタがデプレッションモードに戻ることがあり、これによって、そのような装置を用いるシステムが故障し及び損傷される。
【０００６】
本発明は、従来の上記の問題に鑑みて提案され、その目的は、ＨＥＭＴ装置及びＨＥＭＴ装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、基板上のバッファ層と、バッファ層上の半導体層と、半導体層上の絶縁層と、半導体層に接触するソース及びドレインと、ソースとドレインとの間のゲートと、を備え、ゲートの下の半導体層のチャネルをピンチオフ状態にしたことを特徴とするＨＥＭＴ装置を提供する。
【０００８】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層は２層構造を有し、ゲートは絶縁層の上側層に形成される。
【０００９】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、バッファ層はＡｌＧａＮを含み、絶縁層の下側層はＡｌＧａＮを含み、絶縁層の上側層はＡｌＧａＮを含む。
【００１０】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の下側層のＡｌ組成は、バッファ層のＡｌ組成に近く、絶縁層の上側層のＡｌ組成は、絶縁層の下側層のＡｌ組成より大きい。
【００１１】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の上側層のＡｌ組成は、絶縁層の下側層から離れる方向に漸次的に増大する。
【００１２】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、バッファ層のＡｌ組成は５％と１５％との間である。
【００１３】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の上側層のＡｌ組成は２５％と４５％との間である。
【００１４】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、半導体層はＧａＮを含む。
【００１５】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、半導体層は、半導体層の格子緩和が生じない厚さを有する。
【００１６】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、半導体層の厚さは１０ｎｍと３０ｎｍとの間である。
【００１７】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、チャネルは、半導体層に形成された２次元電子ガスを含み、２次元電子ガスは、チャネルがピンチオフ状態である領域には形成されない。
【００１８】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、ゲート電極は、ゲート位置にトレンチを形成するために絶縁層の上側層をエッチングするステップ及びフィールドプレート構造を有するゲート金属をトレンチの上部に形成するステップに従って、ソース電極とドレイン電極との間に形成される。
【００１９】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、トレンチは傾斜を有する。
【００２０】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、ゲートの下の誘電体層を更に備える。
【００２１】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、誘電体層はＳｉＮを含む。
【００２２】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の上側層と下側層との間にエッチング停止層を更に備える。
【００２３】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、エッチング停止層はＡｌＮを含む。
【００２４】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、絶縁層の上側層上の誘電体層を更に備え、トレンチエッチング処理ステップは、誘電体層を通じて絶縁層の上側層までエッチングし、その後、ゲート金属がトレンチの上部に形成される。したがって、ゲート電極は二重フィールドプレート構造を有する。
【００２５】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、トレンチは傾斜を有し、誘電体層のトレンチは、絶縁層の上側層のトレンチより幅が広い。
【００２６】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置において、誘電体層はＳｉＮを含む。
【００２７】
本発明の一態様によれば、基板上にバッファ層を堆積するステップと、バッファ層上に半導体層を堆積するステップと、半導体層上に絶縁層を堆積するステップと、半導体層に接触するソース及びドレインを形成するステップと、ソースとドレインとの間にゲートを形成するステップと、を備え、ゲートの下の前記半導体層のチャネルをピンチオフ状態にすることを特徴とするＨＥＭＴ装置の製造方法を提供する。
【００２８】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、半導体層上に絶縁層を堆積するステップは、半導体層上に第１の絶縁層を堆積するステップと、第１の絶縁層上に第２の絶縁層を堆積するステップと、を備える。
【００２９】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、バッファ層はＡｌＧａＮを含み、第１の絶縁層はＡｌＧａＮを含み、第２の絶縁層はＡｌＧａＮを含む。
【００３０】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第１の絶縁層のＡｌ組成は、バッファ層のＡｌ組成に近く、第２の絶縁層のＡｌ組成は、第１の絶縁層のＡｌ組成より大きい。
【００３１】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第２の絶縁層のＡｌ組成は、第１の絶縁層から離れる方向に漸次的に増大する。
【００３２】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、バッファ層のＡｌ組成は５％と１５％との間である。
【００３３】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第２の絶縁層のＡｌ組成は２５％と４５％との間である。
【００３４】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、半導体層はＧａＮを含む。
【００３５】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、半導体層は、半導体層の格子緩和が生じない厚さを有する。
【００３６】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、半導体層の厚さは１０ｎｍと３０ｎｍとの間である。
【００３７】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、チャネルは、半導体層に形成された２次元電子ガスを含み、２次元電子ガスは、チャネルがピンチオフ状態である領域には形成されない。
【００３８】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、ソースとドレインとの間にゲートを形成するステップは、ゲートが形成される位置にトレンチを形成するために第２の絶縁層をエッチングするステップと、フィールドプレート構造を有するゲートをトレンチの上部に形成するステップと、を備える。
【００３９】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、トレンチは傾斜を有する。
【００４０】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、フィールドプレート構造を有するゲートをトレンチに形成するステップの前にトレンチを有する第２の絶縁層上に誘電体層を共形に形成するステップを更に備える。
【００４１】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、誘電体層はＳｉＮを含む。
【００４２】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第１の絶縁層上に第２の絶縁層を堆積するステップの前に第１の絶縁層上にエッチング停止層を堆積するステップを更に備える。
【００４３】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、エッチング停止層はＡｌＮを含む。
【００４４】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第２の絶縁層上に誘電体層を堆積するステップと、ゲートが形成される位置に第１のトレンチを形成するために誘電体層をエッチングするステップと、第２のトレンチを形成するために第１のトレンチを通じて第２の絶縁層をエッチングするステップと、二重フィールドプレート構造を有するゲートを第１のトレンチ及び第２のトレンチの上部に形成するステップと、を備える。
【００４５】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、第１のトレンチ及び第２のトレンチは傾斜を有し、第１のトレンチは第２のトレンチより幅が広い。
【００４６】
好適には、上記ＨＥＭＴ装置の製造方法において、誘電体層はＳｉＮを含む。
【００４７】
本発明の実施の形態の詳細な説明を図面に関連しながら行うことによって、上述した特徴、利点及び目的が更によく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】埋込みゲート構造のエンハンスメントモード窒化ガリウムＨＥＭＴの従来の設計を示す。
【図２】ゲート金属コンタクト領域に対するフッ化プラズマ照射処理によって形成されたエンハンスメントモード窒化ガリウムＨＥＭＴの従来の設計を示す。
【図３】本発明による窒化ガリウムエンハンスメントモード電界効果トランジスタ構造を示す。
【図４】本発明の窒化ガリウムエンハンスメントモード電界効果トランジスタを製造するための材料構成を示す。
【図５】チャネルデプレッション領域及びチャネルアクセス領域の２ＤＥＧの線形図を示す。
【図６】図５のＡ−Ａ’断面のゲートトレンチ領域の半導体エネルギー帯構造を示す。
【図７】図５のＢ−Ｂ’断面のチャネルアクセス領域の半導体エネルギー帯構造を示す。
【図８】エッチングの深さを正確に制御するためにエッチング停止層が用いられる発明の変形例を示す。
【図９】ＭＩＳＦＥＴ構造である発明の変形例を示す。
【図１０】二重フィールドプレート構造を有する発明の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
次に、本発明の好適な実施の形態の詳細な説明を図面に関連して行う。
【００５０】
図３は、本発明による窒化ガリウムエンハンスメントモード電界効果トランジスタ構造を示す。ガリウム材料が正常に成長するための基板１２は、通常、サファイア、ＳｉＣ又はシリコンを含む。核形成層１３は、基板１２の上に成長する。従来の窒化ガリウム装置構造と異なり、ＧａＮではなくＡｌＧａＮが装置のバッファ層として用いられる。バッファ層の上に、ＧａＮチャネル層１５がある。チャネル層の上に、第２のＡｌＧａＮ層１６及び第３のＡｌＧａＮ層１７を有する２層のＡｌＧａＮ絶縁層がある。第３のＡｌＧａＮ層１７のＡｌ組成は、第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成より大きい。二つの抵抗接点は、電界効果トランジスタのソース２２及びドレイン２３をそれぞれ形成する。ソース２２とドレイン２３との間の領域において、トレンチを形成するために第３のＡｌＧａＮ層がエッチングされ、その後、金属ゲート２４が、エッチングによって形成されたトレンチの上部に形成される。最後に、ＳｉＮ等の誘電体の層が、パッシベーション（保護）のために装置に堆積される。
【００５１】
図３のゲート２４は、フィールドプレート構造の一種である。ゲート金属を、トレンチをエッチングした後に堆積することができ、又は、トレンチをエッチングするときに自己整合法によって堆積することができる。フィールドプレートが用いられない場合、図１に示す構造と同様な埋込みゲート構造を用いることができ、ゲート金属が自己整合法によって堆積される。
【００５２】
ゲートのトレンチをエッチングするとき、ドライエッチングの条件は、ＡｌＧａＮ層のトレンチが傾斜を有するように最適化され、チャネルの電子分布は、装置の破壊電圧が増大するように最適化される。
【００５３】
図４は、本発明の窒化ガリウムエンハンスメントモード電界効果トランジスタを製造するための材料構成を示す。核形成層１３は、通常、ＡｌＧａＮ又はＡｌＮであり、ＡｌＧａＮバッファ層１４のＡｌ組成に遷移する。ＡｌＧａＮバッファ層１４のＡｌ組成は約５％から１５％であり、バッファ層１４の厚さは約１μｍから３μｍである。ＧａＮチャネル層１５の厚さは約３０ｎｍである。ＡｌＧａＮバッファ層上に成長するＧａＮは、圧縮応力を有する。その理由は、ＧａＮがＡｌＧａＮより大きい格子定数を有するからである。ＧａＮチャネル層１５の厚さを非常に大きくすべきでなく、そのようなＧａＮの層を緩和すべきではなく、したがって、厚さは通常約１０ｎｍから３０ｎｍである。第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成は、ＡｌＧａＮバッファ層１４のＡｌ組成に近く、第２のＡｌＧａＮ層１６の厚さは約２０ｎｍである。第３のＡｌＧａＮ層１７のＡｌ組成は、第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成より大きく、約２５％から４５％であり、第３のＡｌＧａＮ層１７の厚さは約３０ｎｍである。
【００５４】
図５は、ゲートトレンチ領域３３のチャネルの２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が完全に消失し、トレンチがエッチングされていないチャネルアクセス領域３２に２ＤＥＧが存在していることを示す。図６及び７は、二つのケースの構造をそれぞれ示す。
【００５５】
図６は、図５の装置構造のＡ−Ａ’断面のゲートトレンチ領域の半導体エネルギー帯の図を示す。上述したように、ＧａＮチャネル層１５の厚さは、非常に厚くなく、したがって、ＧａＮ結晶の層は、緩和されず、下にあるＡｌＧａＮバッファ層１４の格子定数を維持する。第２のＡｌＧａＮ層１６も格子定数を維持する。圧電分極場がほとんど存在しないが、自発分極場が第２のＡｌＧａＮ層１６に存在する。その理由は、第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成がＡｌＧａＮバッファ層１４のＡｌ組成に近いからである。その結果、第２のＡｌＧａＮ層１６の全体に亘る分極場は、通常の窒化ガリウムＨＥＭＴ構造のＡｌＧａＮ絶縁層の全体に亘る分極場より著しく低くなる。第２のＡｌＧａＮ層１６が意図的にドーピングされない場合、チャネルに２ＤＥＧを導入するために大きな厚さを必要とする。図１に示す従来の設計に比べて、ゲート金属の下の第２のＡｌＧａＮ層１６は、約２０ｎｍを維持することができ、したがって、エッチングを容易に制御することができる。第２のＡｌＧａＮ層１６の厚さを適切に選択することによって高いピンチオフ電圧を達成することができ、ピンチオフ電圧の変動がある程度小さくなる。高いピンチオフ電圧は、低いチャネルリーク電流を意味する。
【００５６】
図７は、図５の装置構造のＢ−Ｂ’断面のチャネルアクセス領域の半導体エネルギー帯の図を示す。第３のＡｌＧａＮ層１７には自発分極場だけでなく圧電分極場も存在する。その理由は、第３のＡｌＧａＮ層１７のＡｌ組成が第２のＡｌＧａＮ層１６のＡｌ組成より大きいからである。分極場が強くなることによって、第３のＡｌＧａＮ層１７の伝導帯は、第３のＡｌＧａＮ層１７の厚さが増大するに従って急激に増大する。材料表面の中間エネルギー帯がフェルミレベルより高く上昇すると、２ＤＥＧはチャネルに導入され始める。
【００５７】
発明の変形例は、Ａｌ組成が下から上に漸次的に増大する漸次構造として第３のＡｌＧａＮ層１７のＡｌ組成を設計することである。そのように行うことの利点は、第３のＡｌＧａＮ層１７の厚さを更に大きくできることであり、このことは、図３に示すようなフィールドプレートゲート構造を形成するのに適している。
【００５８】
本発明の他の変形例は、図８に示すように、エッチング停止層１８を第２のＡｌＧａＮ層１６と第３のＡｌＧａＮ層１７との間に追加することである。エッチング停止層は、通常、高いアルミニウム組成を有するＡｌＮ又はＡｌＧａＮを含み、約１〜３ｎｍの厚さを有する。トレンチを形成するためにＲＩＥ（ドライエッチング）を用いるとき、エッチング深さを、そのようなＡｌＮの層の深さに正確に合わせることができる。その理由は、ＡｌＮのエッチング速度が第３のＡｌＧａＮのエッチング速度より低いからである。正確なエッチング制御により、装置のピンチオフ電圧の変動を減少させることができ、したがって、製品収量を向上させることができる。
【００５９】
発明の他の変形例は、図９に示すように、ＭＩＳＦＥＴ（金属絶縁半導体型電界効果トランジスタ）構造を用いることである。ゲート用のトレンチがエッチングされた後及びゲート金属が堆積される前に、約５〜１５ｎｍの厚さを有するＳｉＮ等の誘電体の層が第３のＡｌＧａＮ層１７の上に堆積される。誘電体の層は、装置パッシベーション層とゲート絶縁層の両方の機能を有し、ゲートのリーク電流を効率的に減少させることができる。
【００６０】
発明の他の変形例は、図１０に示すような二重フィールドプレート構造である。そのような構造において、絶縁体２０は、約５０〜２００ｎｍの厚さを有し、その材料は、ＳｉＮ等の誘電体である。絶縁体２０のトレンチは、第３のＡｌＧａＮ層１７のトレンチの上にあり、絶縁体２０のトレンチの幅は、第３のＡｌＧａＮ層１７のトレンチの幅よりやや広い。二つのトレンチは、ゲート金属によって被覆され、二重フィールドプレート構造が二つのトレンチのエッジに形成される。装置の破壊電圧を、二重フィールドプレート構造によって更に増大することができる。
【００６１】
ＨＥＭＴ装置及びＨＥＭＴ装置の製造方法を、一部の典型的な実施の形態を用いて詳細に説明したが、上述したこれらの実施の形態は、包括的ではない。当業者は、本発明の精神及び範囲内で種々の変更及び変形を行うことができる。したがって、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によってのみ規定される。例えば、バッファ層及び絶縁層としてＡｌＧａＮを実例として用いることによって説明を行ったが、当業者に周知の他の窒化ガリウム系化合物を用いることもできることを理解すべきであり、したがって、本発明は、これに対する限定を有しない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のバッファ層と、
前記バッファ層上の半導体層と、
前記半導体層上の絶縁層と、
前記半導体層に接触するソース及びドレインと、
前記ソースと前記ドレインとの間のゲートと、を備え、
前記ゲートの下の前記半導体層のチャネルをピンチオフ状態にしたことを特徴とするＨＥＭＴ装置。
【請求項２】
前記絶縁層は２層構造を有し、前記ゲートは前記絶縁層の上側層に形成された請求項１に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項３】
前記バッファ層はＡｌＧａＮを含み、前記絶縁層の下側層はＡｌＧａＮを含み、前記絶縁層の上側層はＡｌＧａＮを含む請求項２に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項４】
前記絶縁層の前記下側層のＡｌ組成は、前記バッファ層のＡｌ組成に近く、前記絶縁層の前記上側層のＡｌ組成は、前記絶縁層の前記下側層のＡｌ組成より大きい請求項３に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項５】
前記絶縁層の前記上側層のＡｌ組成は、前記絶縁層の前記下側層から離れる方向に漸次的に増大する請求項４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項６】
前記バッファ層のＡｌ組成は５％と１５％との間である請求項４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項７】
前記絶縁層の上側層のＡｌ組成は２５％と４５％との間である請求項４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項８】
前記半導体層はＧａＮを含む請求項４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項９】
前記半導体層は、前記半導体層の格子緩和が生じない厚さを有する請求項８に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１０】
前記半導体層の厚さは１０ｎｍと３０ｎｍとの間である請求項９に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１１】
前記チャネルは、前記半導体層に形成された２次元電子ガスを含み、前記２次元電子ガスは、前記チャネルがピンチオフ状態である領域には形成されない請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１２】
前記ゲートは、前記絶縁層の上側層のトレンチに形成されたフィールドプレート構造を有する請求項２から１０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１３】
前記トレンチは傾斜を有する請求項１２に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１４】
前記ゲートの下の誘電体層を更に備えた請求項１２に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１５】
前記誘電体層はＳｉＮを含む請求項１４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１６】
前記絶縁層の前記上側層と前記下側層との間にエッチング停止層を更に備えた請求項２から１０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１７】
前記エッチング停止層はＡｌＮを含む請求項１６に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１８】
前記絶縁層の前記上側層上の誘電体層を更に備え、前記ゲートは、前記絶縁層の上側層のトレンチ及び前記誘電体層のトレンチに形成された二重フィールドプレート構造を有する請求項２から１０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１９】
前記トレンチは傾斜を有し、前記誘電体層のトレンチは、前記絶縁層の上側層のトレンチより幅が広い請求項１８に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項２０】
前記誘電体層はＳｉＮを含む請求項１８に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項２１】
基板上にバッファ層を堆積するステップと、
前記バッファ層上に半導体層を堆積するステップと、
前記半導体層上に絶縁層を堆積するステップと、
前記半導体層に接触するソース及びドレインを形成するステップと、
前記ソースと前記ドレインとの間にゲートを形成するステップと、を備え、
前記ゲートの下の前記半導体層のチャネルをピンチオフ状態にすることを特徴とするＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２２】
前記半導体層上に前記絶縁層を堆積するステップは、
前記半導体層上に第１の絶縁層を堆積するステップと、
前記第１の絶縁層上に第２の絶縁層を堆積するステップと、を備えた請求項２１に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２３】
前記バッファ層はＡｌＧａＮを含み、前記第１の絶縁層はＡｌＧａＮを含み、前記第２の絶縁層はＡｌＧａＮを含む請求項２２に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第１の絶縁層のＡｌ組成は、前記バッファ層のＡｌ組成に近く、前記第２の絶縁層のＡｌ組成は、前記第１の絶縁層のＡｌ組成より大きい請求項２３に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２５】
前記第２の絶縁層のＡｌ組成は、前記第１の絶縁層から離れる方向に漸次的に増大する請求項２４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２６】
前記バッファ層のＡｌ組成は５％と１５％との間である請求項２４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２７】
前記第２の絶縁層のＡｌ組成は２５％と４５％との間である請求項２４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２８】
前記半導体層はＧａＮを含む請求項２４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２９】
前記半導体層は、前記半導体層の格子緩和が生じない厚さを有する請求項２８に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３０】
前記半導体層の厚さは１０ｎｍと３０ｎｍとの間である請求項２９に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３１】
前記チャネルは、前記半導体層に形成された２次元電子ガスを含み、前記２次元電子ガスは、前記チャネルがピンチオフ状態である領域には形成されない請求項２１から３０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３２】
前記ソースと前記ドレインとの間に前記ゲートを形成するステップは、
前記ゲートが形成される位置にトレンチを形成するために前記第２の絶縁層をエッチングするステップと、
フィールドプレート構造を有する前記ゲートを前記トレンチに形成するステップと、を備えた請求項２２から３０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３３】
前記トレンチは傾斜を有する請求項３２に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３４】
前記フィールドプレート構造を有する前記ゲートを前記トレンチに形成するステップの前に前記トレンチを有する前記第２の絶縁層上に誘電体層を共形に形成するステップを更に備えた請求項３２に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３５】
前記誘電体層はＳｉＮを含む請求項３４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３６】
前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を堆積するステップの前に前記第１の絶縁層上にエッチング停止層を堆積するステップを更に備えた請求項２２から３０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３７】
前記エッチング停止層はＡｌＮを含む請求項３６に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３８】
前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を堆積するステップの後に前記第２の絶縁層上に誘電体層を堆積するステップを更に備え、
前記ソースと前記ドレインとの間に前記ゲートを形成するステップは、
前記ゲートが形成される位置に第１のトレンチを形成するために前記誘電体層をエッチングするステップと、
第２のトレンチを形成するために前記第１のトレンチを通じて前記第２の絶縁層をエッチングするステップと、
二重フィールドプレート構造を有する前記ゲートを前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチに形成するステップと、を備えた請求項２２から３０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３９】
前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチは傾斜を有し、前記第１のトレンチは前記第２のトレンチより幅が広い請求項３８に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項４０】
前記誘電体層はＳｉＮを含む請求項３８に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項１】
基板上のバッファ層と、
前記バッファ層上の半導体層と、
前記半導体層上の絶縁層と、
前記半導体層に接触するソース及びドレインと、
前記ソースと前記ドレインとの間のゲートと、を備え、
前記ゲートの下の前記半導体層のチャネルをピンチオフ状態にしたことを特徴とするＨＥＭＴ装置。
【請求項２】
前記絶縁層は２層構造を有し、前記ゲートは前記絶縁層の上側層に形成された請求項１に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項３】
前記バッファ層はＡｌＧａＮを含み、前記絶縁層の下側層はＡｌＧａＮを含み、前記絶縁層の上側層はＡｌＧａＮを含む請求項２に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項４】
前記絶縁層の前記下側層のＡｌ組成は、前記バッファ層のＡｌ組成に近く、前記絶縁層の前記上側層のＡｌ組成は、前記絶縁層の前記下側層のＡｌ組成より大きい請求項３に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項５】
前記絶縁層の前記上側層のＡｌ組成は、前記絶縁層の前記下側層から離れる方向に漸次的に増大する請求項４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項６】
前記バッファ層のＡｌ組成は５％と１５％との間である請求項４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項７】
前記絶縁層の上側層のＡｌ組成は２５％と４５％との間である請求項４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項８】
前記半導体層はＧａＮを含む請求項４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項９】
前記半導体層は、前記半導体層の格子緩和が生じない厚さを有する請求項８に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１０】
前記半導体層の厚さは１０ｎｍと３０ｎｍとの間である請求項９に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１１】
前記チャネルは、前記半導体層に形成された２次元電子ガスを含み、前記２次元電子ガスは、前記チャネルがピンチオフ状態である領域には形成されない請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１２】
前記ゲートは、前記絶縁層の上側層のトレンチに形成されたフィールドプレート構造を有する請求項２から１０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１３】
前記トレンチは傾斜を有する請求項１２に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１４】
前記ゲートの下の誘電体層を更に備えた請求項１２に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１５】
前記誘電体層はＳｉＮを含む請求項１４に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１６】
前記絶縁層の前記上側層と前記下側層との間にエッチング停止層を更に備えた請求項２から１０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１７】
前記エッチング停止層はＡｌＮを含む請求項１６に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１８】
前記絶縁層の前記上側層上の誘電体層を更に備え、前記ゲートは、前記絶縁層の上側層のトレンチ及び前記誘電体層のトレンチに形成された二重フィールドプレート構造を有する請求項２から１０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項１９】
前記トレンチは傾斜を有し、前記誘電体層のトレンチは、前記絶縁層の上側層のトレンチより幅が広い請求項１８に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項２０】
前記誘電体層はＳｉＮを含む請求項１８に記載のＨＥＭＴ装置。
【請求項２１】
基板上にバッファ層を堆積するステップと、
前記バッファ層上に半導体層を堆積するステップと、
前記半導体層上に絶縁層を堆積するステップと、
前記半導体層に接触するソース及びドレインを形成するステップと、
前記ソースと前記ドレインとの間にゲートを形成するステップと、を備え、
前記ゲートの下の前記半導体層のチャネルをピンチオフ状態にすることを特徴とするＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２２】
前記半導体層上に前記絶縁層を堆積するステップは、
前記半導体層上に第１の絶縁層を堆積するステップと、
前記第１の絶縁層上に第２の絶縁層を堆積するステップと、を備えた請求項２１に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２３】
前記バッファ層はＡｌＧａＮを含み、前記第１の絶縁層はＡｌＧａＮを含み、前記第２の絶縁層はＡｌＧａＮを含む請求項２２に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第１の絶縁層のＡｌ組成は、前記バッファ層のＡｌ組成に近く、前記第２の絶縁層のＡｌ組成は、前記第１の絶縁層のＡｌ組成より大きい請求項２３に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２５】
前記第２の絶縁層のＡｌ組成は、前記第１の絶縁層から離れる方向に漸次的に増大する請求項２４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２６】
前記バッファ層のＡｌ組成は５％と１５％との間である請求項２４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２７】
前記第２の絶縁層のＡｌ組成は２５％と４５％との間である請求項２４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２８】
前記半導体層はＧａＮを含む請求項２４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項２９】
前記半導体層は、前記半導体層の格子緩和が生じない厚さを有する請求項２８に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３０】
前記半導体層の厚さは１０ｎｍと３０ｎｍとの間である請求項２９に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３１】
前記チャネルは、前記半導体層に形成された２次元電子ガスを含み、前記２次元電子ガスは、前記チャネルがピンチオフ状態である領域には形成されない請求項２１から３０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３２】
前記ソースと前記ドレインとの間に前記ゲートを形成するステップは、
前記ゲートが形成される位置にトレンチを形成するために前記第２の絶縁層をエッチングするステップと、
フィールドプレート構造を有する前記ゲートを前記トレンチに形成するステップと、を備えた請求項２２から３０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３３】
前記トレンチは傾斜を有する請求項３２に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３４】
前記フィールドプレート構造を有する前記ゲートを前記トレンチに形成するステップの前に前記トレンチを有する前記第２の絶縁層上に誘電体層を共形に形成するステップを更に備えた請求項３２に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３５】
前記誘電体層はＳｉＮを含む請求項３４に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３６】
前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を堆積するステップの前に前記第１の絶縁層上にエッチング停止層を堆積するステップを更に備えた請求項２２から３０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３７】
前記エッチング停止層はＡｌＮを含む請求項３６に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３８】
前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層を堆積するステップの後に前記第２の絶縁層上に誘電体層を堆積するステップを更に備え、
前記ソースと前記ドレインとの間に前記ゲートを形成するステップは、
前記ゲートが形成される位置に第１のトレンチを形成するために前記誘電体層をエッチングするステップと、
第２のトレンチを形成するために前記第１のトレンチを通じて前記第２の絶縁層をエッチングするステップと、
二重フィールドプレート構造を有する前記ゲートを前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチに形成するステップと、を備えた請求項２２から３０のうちのいずれか１項に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項３９】
前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチは傾斜を有し、前記第１のトレンチは前記第２のトレンチより幅が広い請求項３８に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【請求項４０】
前記誘電体層はＳｉＮを含む請求項３８に記載のＨＥＭＴ装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１１−５２３２１８（Ｐ２０１１−５２３２１８Ａ）
【公表日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１２８１５（Ｐ２０１１−５１２８１５）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２００９／０７０６２７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４９６２６
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５１０３２５７９８）ダイナックス セミコンダクター，インコーポレイティド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２００９／０７０６２７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４９６２６
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５１０３２５７９８）ダイナックス セミコンダクター，インコーポレイティド (1)
【Ｆターム（参考）】
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