JP2003533051A - 炭化ケイ素金属半導体電界効果トランジスタ及び炭化ケイ素の金属半導体電界効果トランジスタを製造する方法 - Google Patents

炭化ケイ素金属半導体電界効果トランジスタ及び炭化ケイ素の金属半導体電界効果トランジスタを製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 深いレベルのドーパントをほとんど含んでいない半絶縁性のSiC基板を利用するSiCのMESFETを開示する。半絶縁性の基板を利用することにより、MESFET内の背面ゲート効果を減少させることができる。SiCのMESFETは、2つの凹部を有するゲート構造体も備えている。選択的にドープされたp型バッファ層を有するMESFETも提供される。そのようなバッファ層を利用することにより、従来のp型バッファ層を有するSiCのMESFETよりも、出力コンダクタンスを1/3に減少することができ、また電力のゲインを3db増加することができる。グラウンド接点をp型バッファ層に設けることもでき、p型バッファ層を、基板上に形成されたドーパント濃度がより高い層を有する2つのp型層から作ることができる。本発明の実施形態によるSiCのMESFETは、クロムをショットキーゲート接点として利用することもできる。さらに、酸化物−窒化物−酸化物(ONO)の保護層を利用して、SiCのMESFET内の表面効果を減少させる。また、ソース及びドレインのオーム接点をn型チャネル層上に直接形成して、これにより、n+領域を製造する必要がなく、またそのような製造に関係するステップを製造工程から除くことができる。そのようなSiCのMESFET、SiCのMESFET用のゲート構造体、及び保護層を製造する方法も開示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 [発明の分野] 本発明は、マイクロ電子装置に関し、より詳細には、炭化ケイ素内に形成され
た金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)に関する。
【0002】 [発明の配景] 無線周波数(500MHz)、S−帯域(3GHz)、及びX−帯域(10G
Hz)のような高周波数で動作する、高電力取扱い能力(20ワット以上)を必
要とする電気回路は、近年より多く普及するようになってきた。高電力で高周波
数の回路が増加したため、高電力の負荷を取り扱うことができると共に、無線周
波数以上の周波数で信頼性高く動作することができるトランジスタに対する需要
が対応して高まっている。これまでは、バイポーラトランジスタ及びパワー金属
酸化膜半導体の電界効果トランジスタ(MOSFET)は高電力の用途に使用さ
れてきたが、そのような素子の電力取扱い能力は高い動作周波数においては限定
されている。接合型電界効果トランジスタ(JFET)は、一般に、高周波数の
用途に使用されていたが、従来周知のJFETの電力取扱い能力はやはり限定さ
れる。
【0003】 最近、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)が高周波数の用途に
対して開発されてきた。MESFETの構造は、多数キャリアのみが電流を運ぶ
ため、高周波数の用途に好適である。MESFETの設計は、ゲート容量が少な
いことによりゲート入力のスイッチング時間を高速にできるため、現在のMOS
FETの設計に好ましい。このため、全ての電界効果トランジスタは多数キャリ
アのみを使用して電流を運ぶものの、MESFETのショットキー形ゲート構造
によりMESFETは高周波数の用途に対してより望ましくされる。
【0004】 構造の形式に加えて、また恐らくより基本的に、トランジスタが形成される半
導体材料の特性は動作パラメータにも影響を与える。トランジスタの動作パラメ
ータに影響する特性の中でも、電子の移動度、飽和電子ドリフト速度、電気的ブ
レイクダウン電界及び熱伝導率は、トランジスタの高周波数特性と高電力特性と
に最大の影響を与える。
【0005】 電子の移動度は、電界が存在する環境で、電子がいかに急速にその飽和速度に
まで加速されるかを示す測定値である。従来は、電子の移動度が高い半導体材料
が好まれた。それは、その材料がより多くの電流をより少ない電界で発生するこ
とができ、このため電界が印加されると応答時間が早くなるためである。飽和電
子ドリフト速度は、電子が半導体材料内で得ることができる最大速度である。飽
和電子ドリフト速度がより高い材料は、速度が早くなるとソースからドレインに
より短い時間で移動できるため、高周波数の用途に対して好適である。
【0006】 電気的ブレイクダウン電界は、ショットキー接合のブレイクダウンが発生し、
素子のゲートを通過する電流が突然増加する電界強度である。材料の所定の寸法
は一般に大きな電界強度に対応できるため、電気的ブレイクダウン電界が高い材
料は、高電力で高周波数のトランジスタに対して好ましい。小さい電界よりも大
きな電界はより早く電子を加速することができるため、大きな電界は過渡現象を
より早くすることができる。
【0007】 熱導電率は、半導体材料の熱を放散させる能力である。一般的な動作において
、全てのトランジスタは熱を発生する。そして、高電力で高周波数のトランジス
タは、通常、小信号のトランジスタよりも大きな熱量を発生する。半導体材料の
温度が増加するにつれて、キャリア移動度が温度の増加に伴い減少するので、接
合漏洩電流は一般に増加し、電界効果トランジスタを流れる電流は一般に減少す
る。このため、熱が半導体から消散されると、材料は低い温度に留まり、漏洩電
流を低くしてより大きな電流を流すことができる。
【0008】 従来は、最も高い周波数のMESFETは、ヒ化ガリウム(GaAs)のよう
な電子移動度が高いn型のIII−V化合物から製造されてきた。これらの素子は
高い動作周波数及び適度に高い電力取扱い能力を備えているが、これらの素子の
ブレイクダウン電圧が比較的低いこと及び熱伝導率が低いことにより、高い電力
の用途における有用性が制限されてきた。
【0009】 炭化ケイ素(SiC)が優れた物理的及び電子的特性を有していることは、何
年にもわたって知られている。これらの特性により、シリコン(Si)又はGa
Asから作られた素子よりも高い温度、高い電力及び高い周波数で動作すること
ができる電子素子の製造が理論的に可能になる。約4×106V/cmの高い電
気的ブレイクダウン電界、約2.0×107cm/secの高い飽和電子ドリフ
ト速度及び約4.9W/cm−°Kの高い熱伝導率は、SiCが高い周波数及び
高い電力の用途に対して好適であることを示している。残念なことに、製造が難
しいため、高電力及び高周波数の用途に対するSiCの有用性が限定されている
【0010】 最近、炭化ケイ素のチャネル層を有するMESFETが、シリコン基板上に製
造されている(Suzukiらへの米国特許第4,762,806号及びKon
dohらへの米国特許第4,757,028号を参照のこと)。MESFETの
半導体層はエピタキシャルであるため、エピタキシャル層が成長する層は素子の
特性に影響する。このため、Si基板上に成長したSiCのエピタキシャル層は
、違う基板上に成長したSiCのエピタキシャル層とは一般に異なる電気的及び
熱的特性を有する。米国特許第4,762,806号及び第4,757,028
号の中で説明されたSi基板素子上のSiCは、熱特性が改良されていることを
示すが、Si基板を使用することは、一般に、そのような素子が熱を放散する能
力を制限する。さらに、Si上にSiCを成長させると、一般に結果として、素
子が動作すると大きな漏洩電流を発生するエピタキシャル層の欠陥を発生する。
【0011】 他のMESFETは、SiC基板を用いて開発されている。1990年6月1
9日に出願され現在放棄されている米国特許出願第07/540,488号は、
SiC基板上に成長したSiCのエピタキシャル層を有するSiCのMESFE
Tを説明している。この特許は参照することによって、全体的に本願に組み込ま
れる。これらの素子は、SiC基板上に成長したエピタキシャル層の結晶品質の
改良により、以前の素子に対して改良された熱特性を示した。しかしながら、高
電力及び高周波数を達成するには、SiCの電子移動度が低いという制約を克服
することが必要であろう。
【0012】 同様に、共同発明者Palmourへの、共通の譲受人に譲渡された米国特許
第5,270,554号は、SiCのn+領域上に形成され、基板とチャネルが
形成されるn型層との間に選択的な軽度にドープされたソース及びドレインの接
点を有するSiCのMESFETを説明している。また、Sriramらへの米
国特許第5,925,895号は、SiCのMESFET及び「表面効果(surf
ace effect)」を乗り越えるとして説明される構造を説明している。この「表面
効果」は、高周波数の動作に対するMESFETの性能を低減することがある。
Sriramらは、n+のソース及びドレイン接点領域及びp型のバッファ層を
使用するSiCのMESFETも説明している。しかしながら、これらの特許の
中で報告された性能にもかかわらず、さらなる改良をSiCのMESFETにお
いて行うことができる。
【0013】 [発明の要約] 本発明の実施形態は、深いレベルのドーパントがほとんど存在しない半絶縁性
のSiC基板上に形成されたSiCのMESFETを提供する。そのような半絶
縁性の基板上にSiCのMESFETを形成することにより、基板内に深いレベ
ルのドーパントが存在することから結果として発生するバックゲート効果(back
-gating effect)が減少されて、性能が改善される。本発明の実施形態に基づい
てMESFETを形成する場合、n型、p型又は未ドープのSiCのバッファ層
を、そのような半絶縁性のSiC基板と共に使用することができる。
【0014】 本発明の別の実施形態では、2つの凹部ゲート構造体(recess gate structur
e )を利用する。この構造体では、n型SiCのキャップ層がn型のSiCチャ
ネル層上に形成される。凹部がキャップ層内に形成され、第2の凹部をキャップ
層内の凹部に形成することにより、第2の凹部がn型のチャネル層内に形成され
る。次に、ショットキーゲート接点が第2の凹部内に形成される。
【0015】 本発明のさらに別の実施形態が、選択的にドープされたp型バッファ層を利用
するSiCのMESFETによって提供される。このp型バッファ層のキャリア
濃度は、約1×1016から約1×1017cm-3、より好ましくは約3から約5×
1016cm-3である。そのようなバッファ層を使用することにより、従来のp型
バッファ層を用いるSiCのMESFETに対して出力コンダクタンスが1/3
に減少され、電力のゲインが3db増加することが思いがけなく判明された。
【0016】 本発明の実施形態によるSiCのMESFETは、ショットキーゲート材料と
してクロムも利用する。さらに、SiCのMESFETにおける表面効果を減少
させるために、酸化物−窒化物−酸化物(ONO)の保護層を利用する。また、
ソース及びドレインのオーム接点をn型のチャネル層上に直接形成することがで
き、これにより、n+領域を製造する必要はなく、またそのような製造に関連す
るステップを製造工程から除くことができる。
【0017】 さらに、p型のバッファ層を使用する場合、p型のバッファ層の接地を可能に
するために、接点をp型のバッファ層に形成することができる。p型のバッファ
層内に形成されたp+井戸領域上に、接点を形成することができる。p型のバッ
ファ層を、2つのp型層によって任意に形成することができる。この場合、基板
上に形成された第1の層のドーピングレベルは、この第1のp型層上に形成され
た第2の層よりも高い。
【0018】 本発明の特定の実施形態は、大きな単結晶の炭化ケイ素基板及びこの基板上に
n型導電性炭化ケイ素のn型エピタキシャル層を有する高電力で高周波数の金属
半導体電界効果トランジスタを提供することができる。選択的にドープされたp
型導電性の炭化ケイ素のp型エピタキシャル層は、基板とn型のエピタキシャル
層との間に設けられる。トランジスタは、ショットキー金属接点に加えて、ソー
ス及びドレインを定義するオーム接点も含む。
【0019】 本発明の別の実施形態では、炭化ケイ素基板上のn型導電性炭化ケイ素のn型
層と、この基板とn型層との間のp型導電性炭化ケイ素のp型層とを有する高電
力で高周波数の金属半導体電界効果トランジスタを提供する。ソース及びドレイ
ンをそれぞれ定義するオーム接点を、n型層の部分に間隔を空けて設ける。クロ
ムの領域も、オーム接点間すなわちソースとドレインとの間のn型層の部分に設
けて、バイアスがショットキー金属接点に印加される場合、ソースとドレインと
の間のn型層内にアクティブチャネルを形成するショットキー金属接点を提供す
る。
【0020】 本発明のさらに別の実施形態では、オーム接点及びショットキー金属接点の上
に上部層を設ける。オーム接点はニッケルで形成し、上部層はチタン、プラチナ
及び金の層を含むことが好ましい。
【0021】 さらに、本発明によるトランジスタの層は、トランジスタの周辺部を規定する
、n型層からp型層の中に下側に伸びる側壁を有するメサを形成する。選択的に
、メサの側壁は基板の中に下向きに伸びる。保護層も、メサの側壁及びn型のエ
ピタキシャル層の露出部上に設ける。この保護層は、ONO形保護層であること
が好ましい。
【0022】 本発明のさらに別の実施形態では、ショットキー金属接点を、n型のエピタキ
シャル層のアクティブチャネル部内に引っ込めて設ける。このショットキー金属
接点は、キノコ形ゲート接点とすることもできる。ショットキー金属接点は、プ
ラチナ及び金の層を有する上部層も含む。
【0023】 n型層の反対側の基板上に、金属被覆部も形成する。この金属被覆部は、Au
Geの共融合金の上部層でコートされたチタン、プラチナ及び金の層を含むこと
が好ましい。
【0024】 基板は、半絶縁性の炭化ケイ素とすることもできる。特定の実施形態では、深
いレベルのドーパントがほとんどない半絶縁性基板を利用することが好ましいが
、他の実施形態では、半絶縁性の炭化ケイ素の基板を中に深いレベルのドーパン
トを含んだ炭化ケイ素とすることができる。この深いレベルのドーパントは、バ
ナジウムとすることができる。半絶縁性基板の抵抗は、約10,000Ω/cm
以上が好ましい。
【0025】 本発明のさらに別の実施形態では、オーム接点をn+炭化ケイ素の領域上に形
成する。このn+炭化ケイ素の領域は、イオン注入によってn型のエピタキシャ
ル層内に形成するか、あるいはまた、n型のエピタキシャル層上に直接形成する
ことができる。
【0026】 本発明の態様は、単結晶の炭化ケイ素基板上に選択的にドープされた、キャリ
ア濃度が約1×1016から約1×1017cm-3のp型の導電性炭化ケイ素のp型
エピタキシャル層を形成すること、p型エピタキシャル層上にn型の導電性炭化
ケイ素のn型エピタキシャル層を形成すること、次に、n型エピタキシャル層上
にそれぞれソース及びドレインを規定するオーム接点を形成すること、ショット
キー金属接点をオーム接点間すなわちソースとドレインとの間のn型エピタキシ
ャル層上に形成することによって、金属半導体電界効果トランジスタを製造する
方法も提供する。n型のエピタキシャル層とp型のエピタキシャル層とをエッチ
ングして、メサを形成する。さらに、好ましい実施形態では、メサを形成し、ま
たこのメサの露出面上にONO保護層を形成するために、n型エピタキシャル層
及びp型エピタキシャル層の形成の後にオーム接点及びショットキーゲート接点
の形成を行う。
【0027】 本発明の特定の実施形態では、H2の環境において基板、p型エピタキシャル
層及びn型エピタキシャル層の露出部分を高温アニーリングし、次に、基板、p
型エピタキシャル層及びn型エピタキシャル層の露出部分上にSiO2層を形成
することによって、ONO保護層を形成する。次に、SiO2層をアルゴン環境
でアニールし、酸化させる。次に、Si34の層を酸化させたSiO2層上に蒸
着し、酸化させてONO構造を設ける。
【0028】 本発明の特定の実施形態では、高温のアニールを、約900℃以上の温度で約
15分から約2時間実行する。さらに、アルゴンのアニールを約1200℃の温
度で約1時間実行する。
【0029】 SiO2層も、約50から約500オングストロームの厚さに形成する。この
SiO2層を、約1200℃の温度で乾式酸化処理(dry oxide process)によっ
て形成することが好ましい。また、SiO2層を湿った環境において約950℃
の温度で約180分間酸化させることも好ましい。
【0030】 Si34の層を約200から約2000オングストロームの厚さに蒸着する。
Si34層は、PECVD又はLPCVDのような化学蒸着法によって蒸着する
ことが好ましい。Si34層を、湿った環境において約950℃の温度で約18
0分間酸化させることも好ましい。Si34層を酸化させて、厚さが約20から
約200オングストロームの酸化被膜を提供することができる。
【0031】 本発明の別の実施形態では、ゲート凹部をn型エピタキシャル層内に形成し、
ショットキーゲート接点をこのゲート凹部の中に形成する。好ましくは、ONO
保護層を通ってn型エピタキシャル層の中にエッチングすることによってゲート
凹部を形成し、n型エピタキシャル層内のゲート凹部と、ONO保護層をマスク
として利用してゲート凹部内に形成されたショットキーゲート接点とを提供する
。さらに、ONO保護層を通ってエッチングするステップの後に、ONO保護層
をパターニングするステップが続き、ゲート凹部用のONO保護層の開口部の側
壁内にリッジ(ledge)を設ける。次に、キノコ形のゲート構造体を、ゲート凹
部内並びにONO保護層の側壁及びリッジ上に形成する。電子サイクロトロン共
鳴又は誘導結合プラズマエッチングによって、ONO保護層のエッチングを行う
【0032】 本発明のなおさらに別の実施形態では、n+井戸領域がn型エピタキシャル層
の中に注入され、このn+井戸領域上に形成されたソース及びドレイン並びにオ
ーム接点を提供する。
【0033】 本発明のさらに別の態様では、基板が薄くされ、金属被覆層がp型エピタキシ
ャル層の反対側の基板上に形成される。p型エピタキシャル層の反対側の基板上
にチタン層を形成し、次に、チタン層上にプラチナ層を形成し、また次ぎにプラ
チナ層上に金の層を形成することによって、金属被覆層を形成することができる
。AuGeの共融合金の層も、金の層の上に形成することができる。
【0034】 本発明の別の態様では、メサ終端炭化ケイ素の電界効果トランジスタの露出面
上にONO保護層を形成すること、このONO保護層内にゲートウィンドウを形
成すること、メサ終端炭化ケイ素のトランジスタのチャネル層内にゲート凹部を
形成すること、及びチャネル層の中のゲート凹部内にゲート接点を形成すること
によって、炭化ケイ素の電界効果トランジスタ用のゲート構造体を製造する方法
を提供する。ONO保護層は、前述したように形成することが好ましい。さらに
、キノコ形のゲート構造体も前述したように形成する。
【0035】 本発明のさらに別の実施形態では、炭化ケイ素の半導体装置上に酸化被膜を形
成し、次に、NO環境のもとでこの酸化被膜をアニールすることによって、炭化
ケイ素の半導体装置の保護層を製造する方法を提供する。酸化被膜は熱的に成長
又は蒸着させることができる。さらに、NO環境におけるアニールの後には、酸
化させたSiO2上にSi34層の蒸着を行い、次に、このSi34層を酸化す
る。
【0036】 特定の実施形態では、基板、p型エピタキシャル層及びn型エピタキシャル層
の露出した部分をH2の環境で高温アニーリングを行い、次に、基板、p型エピ
タキシャル層及びn型エピタキシャル層の露出した部分上にSiO2層を形成し
、SiO2層をアルゴン環境でアニールし、またSiO2層を酸化させることによ
って、酸化被膜を形成することができる。
【0037】 本発明のさらに別の実施形態では、炭化ケイ素の基板上にn型導電性炭化ケイ
素のn型エピタキシャル層を形成すること、このn型エピタキシャル層上に、そ
れぞれソース及びドレインを規定するオーム接点を形成すること、n型エピタキ
シャル層上にn型炭化ケイ素のキャップ層を形成すること、第1の凹部をこのキ
ャップ層内に形成すること、n型エピタキシャル層内のキャップ層の中の第1の
凹部内に第2の凹部を形成すること、及びオーム接点間すなわちソースとドレイ
ンとの間のn型エピタキシャル層内の凹部内に、バイアスが印加される場合ソー
スとドレインとの間のn型エピタキシャル層内にアクティブチャネルを形成する
ショットキー金属接点を形成することによって、二重凹設ゲート(double reces
sed gate)のMESFETを製造することができる。
【0038】 特定の実施形態では、n型エピタキシャル層及びキャップ層の形成は、1つの
成長ステップの中でn型エピタキシャル層及びキャップ層をエピタキシャル成長
させることによって行う。その上、さらに別の実施形態では、キャップ層を成長
させるために、単一成長のステップにおいてn型ドーパントの濃度を変更するこ
とができる。
【0039】 本発明のさらに別の実施形態では、キャップ層をパターニングすることによっ
て、キャップ層内の第1の凹部を形成することができる。さらに、キャップ層を
通って伸びる側壁及びn型エピタキシャル層を有するメサも形成することができ
る。そのような実施形態では、キャップ層をパターニングして第1の凹部を形成
する動作の後に、メサ及び第1の凹部の露出面上にONO保護層を形成する動作
、ONO保護層の中の第1の凹部内にゲート用ウィンドウを形成する動作、n型
エピタキシャル層内に第2の凹部を形成する動作、及びこの第2の凹部内にゲー
ト接点を形成する動作が続く。
【0040】 なおさらに別の実施形態では、深いレベルのドーパントがほとんどない半導電
性のSiC基板を形成することによって、基板を形成する。また、バッファ層を
この基板とn型エピタキシャル層との間に形成する。このバッファ層は、ドープ
してないSiC、n型SiC又はp型SiCとすることができる。バッファ層が
p型SiCの場合、特定の実施形態では、基板上に第1のp型エピタキシャル層
を形成し、この第1のp型エピタキシャル層上に第2のp型エピタキシャル層を
形成することによって、p型エピタキシャル層を形成することができる。ここで
、第2のp型エピタキシャル層のドーパント濃度は、第1のp型エピタキシャル
層よりも低い。
【0041】 なおさらに別の実施形態では、オーム接点をp型エピタキシャル層に形成する
。その上、p型ドーパントをp型エピタキシャル層内に注入して、キャリア濃度
が注入された領域上に形成されたp型エピタキシャル層のオーム接点よりも高い
p型の導電性炭化ケイ素の領域を提供する。MESFETのソース領域に隣接す
る領域内にキャップ層及びn型エピタキシャル層を通ってグラウンドの接点ウィ
ンドウをエッチングし、このグラウンドの接点ウィンドウの中にオーム接点を形
成することによって、オーム接点を形成する。
【0042】 本発明の利点及び特徴並びにそれらを実現する方法は、好ましいまた例証とな
る実施形態を図示している添付した図面に関連して行われた、本発明の以下の詳
細な説明を考慮すればより容易に明らかになるであろう。
【0043】 [詳細な説明] 本発明の種々の実施形態を例証する図面を参照して、本発明をここで説明する
。図面に示すように、層又は領域の寸法は説明の目的のために誇張されており、
このため、本発明の全体的な構造体を説明している。さらに、基板又は別の層の
上に形成されている層を参照して、本発明の種々の態様を説明する。当業者は理
解するように、他の層又は基板上に形成されている層に言及することは、別の層
が介在することを企図している。介在する層なしで他の層又は基板上に形成され
た層に言及することは、層又は基板上に「直接的に」存在するとして、本願では
説明される。同様の番号は、全体を通して同じ素子を示している。
【0044】 図1は、本発明のMESFETの第1の実施形態を示している。p型又はn型
のいずれかの導電性又は半絶縁性の単結晶体の炭化ケイ素基板10上に、p型で
導電性の第1のエピタキシャル層12を成長させる。基板10とn型エピタキシ
ャル層14との間に、この炭化ケイ素の第1のエピタキシャル層12を配置する
。任意に金属被覆層32を、第1のエピタキシャル層12とは反対側の基板上に
形成することができる。この金属被覆層32は、図5を参照して後で説明するよ
うに形成することが好ましい。
【0045】 第1のエピタキシャル層12は、p型の導電性炭化ケイ素のエピタキシャル層
、未ドープの炭化ケイ素のエピタキシャル層又はごく僅かドープしたn型の導電
性炭化ケイ素のエピタキシャル層とすることができる。低ドープ炭化ケイ素のエ
ピタキシャル層を使用する場合、第1のエピタキシャル層12のドーピング濃度
は、約5×1015cm-3未満とすることが好ましい。未ドープ又はn型の第1の
エピタキシャル層12を使用する場合、基板10は半絶縁性の炭化ケイ素基板で
あることが好ましい。未ドープ又はn型の第1のエピタキシャル層12を使用す
る場合、トランジスタに対して何らかの有効な電気的影響を与えるバッファ層を
用いずに、高品質のチャネル層を形成することができる。
【0046】 オーム接点20及び22を直接第2のエピタキシャル層14の上に形成しそれ
らは、ソース接点20とドレイン接点22とを提供するように間隔を空けている
。ソース接点20とドレイン接点22との間の第2のエピタキシャル層14上に
、ショットキーゲート接点24を直接形成する。図示したように、ソース及びド
レインの接点20及び22並びにショットキーゲート接点24の上に、金属の上
部層26,28及び30を任意に形成する。オーム接点20及び22を第2のエ
ピタキシャル層14上に直接形成する場合、これらのオーム接点20及び22を
ニッケルで形成し、約1050℃で約2分間アニールすることが好ましい。しか
しながら、約800から約1150℃の温度及び約30秒から約10分の時間も
使用することができる。n型エピタキシャル層14上に直接形成されたNi接点
の接点抵抗は、1×10-6Ω/cm2未満であることが判明している。そのよう
な低い抵抗は、高温アニールを行う結果発生する。接点20及び22を直接エピ
タキシャル層14上に形成することによって、注入ステップの必要性を回避する
ことができる。さらに、従来のSiCのMESFETのn+領域を形成するため
にイオンの注入及び活性化を行う結果発生する表面粗さを減少させることができ
る。本願で使用するような「n+」又は「p+」は、同じ又は別のエピタキシャル
層又は基板の隣接した又は他の領域に存在するキャリア濃度よりも高い濃度によ
って定義される領域のことを指す。
【0047】 図1及び、続いて図2及び図3に示すようなトランジスタの構造は、素子の周
辺部を規定するメサを形成することが好ましい。p型エピタキシャル層を有しな
い素子では、基板及びn型エピタキシャル層は、トランジスタの周辺部を規定す
る側壁を有するメサを形成する。メサの側壁は、素子のn型の導電性の層を通っ
て下方に伸びる。素子の基板内に伸びるように、メサを形成することが好ましい
。メサが素子の空乏領域を通って伸びて、素子内でメサへの電流の流れを制限し
、また素子の容量を減少させることが好ましい。素子の空乏領域がメサのレベル
よりも下に伸びる場合、空乏領域はメサの外側の領域に伸びて、より大きな容量
を結果として発生する。前述した素子をリアクティブイオンエッチングすること
によって、メサを形成することが好ましいが、当業者に周知の別の方法を用いて
メサを形成しても良い。さらに、メサを使用しない場合、陽子打ち込み、補償原
子を用いる反対ドーピング(counterdoping with compensating atoms)、又は
当業者に周知の他の方法などの別の方法を用いて、素子を絶縁することができる
【0048】 図2は、本発明によるMESFETの第2の実施形態を示す。図2に示すよう
に、選択的にドープされたp型エピタキシャル層12’を基板10上に形成する
。第2のn型エピタキシャル層14を選択的にドープされた第1のp型エピタキ
シャル層12’上に形成し、ソース及びドレインの接点20,22並びにショッ
トキー金属接点24をn型エピタキシャル層14上に形成する。また図2には、
素子のソース及びドレインの領域に形成された任意のn+領域16及び18が示
されている。n+領域16及び18を形成する場合、窒素(N)も使用すること
ができるが、できればリン(P)のイオン注入を行い、続いて高温アニールを行
うことによって、これらの領域を形成することが好ましい。適当なアニール温度
は、約1100から約1600℃である。
【0049】 あるいはまた、図1に示したソース、ドレイン及びゲート構造を有する素子を
提供するために、n+領域16及び18を前述したように除くことができる。そ
のような場合、オーム接点20及び22を図1に関連して前述したように形成す
ることが好ましい。図示のように、ソース及びドレインの接点20及び22並び
にショットキーゲート接点24の上に、金属の上部層26,28及び30を任意
に形成する。また、基板10上に形成された金属被覆層32が図示されている。
この金属被覆層32は、図5を参照して後で説明するように形成することが好ま
しい。
【0050】 図3Aは、本発明のMESFETの第3の実施形態を示す。ここでは、ショッ
トキーゲート接点40がアクティブなチャネル層内に凹設されている。図3Aは
、また、ショットキーゲート接点40がキノコ形ゲート接点である、本発明の実
施形態を示している。p型又はn型のいずれかの導電性又は半絶縁性の単結晶体
の炭化ケイ素基板10上に、p型導電性の第1のエピタキシャル層13を成長さ
せる。このp型のエピタキシャル層13は、図1に示したような軽度にドープし
たp型層12又は図2に示すような選択的にドープしたp+層12’とすること
ができる。n型導電性の第2のエピタキシャル層14を、第1のエピタキシャル
層13の上に成長させる。図3Aには、素子のソース及びドレインの領域内に形
成された任意のn+領域16及び18も示されている。これらのn+領域は、図2
を参照して説明したように形成することができる。図2を参照して前述したよう
にまた図1に示すように、n+領域16及び18を除くことができる。オーム接
点20及び22を井戸16及び18上に形成して、ソース接点及びドレイン接点
を作る。第2のエピタキシャル層14の一部を取り除いて、ソースとドレインと
の間に凹部を提供する。ショットキーゲート接点40を、ソース及びドレインの
接点間の第2のエピタキシャル層14の凹部の中に形成する。
【0051】 このショットキーゲート接点40は、キノコ形の構造体である。本願で使用す
るキノコ形ゲートは、第2のエピタキシャル層14からの距離が増加するにつれ
て、その断面領域の少なくとも一部が増加するゲート構造体のことである。ゲー
ト構造体は、n型層14内の凹部に対して自己整列することが好ましい。さらに
、凹部を乾式エッチングによって形成すること、より詳細には、電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)又は誘導結合プラズマ(ICP)式エッチングによって形成
することが好ましい。そのような方法でゲートを形成する場合に自己整列形の凹
部を形成すると、結果としてブレイクダウン特性が高くなるだけでなく、エピタ
キシャル層及びいずれかの絶縁層に対する損傷が少なくなる。
【0052】 凹設したゲートを形成する別の方法は、図3Bに示すように、二重凹部工程を
用いる2つのステップでエッチングを行うことである。図3Bに示すように、シ
ョットキーゲート接点40を、キャップ層15を通り第2のエピタキシャル層1
4に達する二重の凹部の中に形成する。キャップ層15を貫通するように第1の
エッチングを行い、次に、第2のエピタキシャル層14の中までエッチングする
第2のエッチングを行う。第1のエッチングは、キャップ層15を貫通して行う
ことができる。キャップ層15は、n型エピタキシャル層14と同じレベルにド
ープするか、又はNDが約1×1015cm-3から約5×1017cm-3のキャップ
層15に対する好ましいドーピング範囲で、約50nmから約300nmのこの
キャップ層の好ましい厚さで、極めて軽度のn型にドープすることができる。第
1のエッチングの深さは、キャップ層15を全面的に貫通するか、又はキャップ
層15を単に部分的に貫通することができる。第2のエッチングの第2のエピタ
キシャル層14内への好ましい深さは、約20nmから約120nmである。キ
ャップ層15は、第2のエピタキシャル層14のエピタキシャル成長過程の一部
として形成することができる。しかしながら、ドーピング濃度を変化させて、キ
ャップ層15に対する好ましいドーピング範囲を提供することができる。このよ
うに、キャップ層15を分離した層又は第2のエピタキシャル層14の一部とす
ることができる。
【0053】 この2回エッチング方式は、単一の凹部工程に対して多数の利点を有する。1
つの利点は、第1のエッチングをウェーファ上の金属被覆化の前に行うことがで
き、これにより、熱酸化物をエッチングの後に成長させることができることであ
る。熱酸化工程は、エッチング工程によって損傷を受ける可能性があるSiCを
取り除き、またエッチングによって表面に発生する可能性がある粗さを平滑化す
る。これにより、ゲートの金属被覆化の直前に実行される第2のエッチングを極
めて浅くすることができ、一般的に取り除くことができない表面下の損傷及び表
面粗さを最小にすることができる。2回凹部工程の別の利点は、第2のエッチン
グを薄くすると、エッチングされた側壁に対するゲート接点の量を少なくできる
ことである。このことは、材料が損傷されている可能性がある接点領域を最小に
し、接点領域を減少させることはゲート容量も減少させるため、トランジスタの
周波数応答を向上させる。
【0054】 図示のように、アクティブのチャネル層と接触するクロム(Cr)の第1のゲ
ート層42、プラチナ(Pt)のバリア層44、及び金又は伝導性が高い他の金
属の第3の層46から成るキノコ形のショットキーゲート接点40を、任意に形
成することができる。クロム層42は、蒸着によって形成することが好ましい。
【0055】 さらに図示されているように、金属の上部層26及び28をソース及びドレイ
ンの接点上に任意に形成する。金属の上部層26及び28をニッケル接点に接着
するためにチタン(Ti)から、バリア層としてプラチナ(Pt)から、また伝
導性が高い金属として金(Au)から形成することが好ましい。
【0056】 金属被覆層32をエピタキシャル層13とは反対側の基板10上に任意に形成
して、基板10上に導電面を作る。この金属被覆層は、図5を参照して後で説明
するように形成することが好ましい。
【0057】 図4は、図1〜図3の保護層60の好ましい実施形態を示している。そのよう
な保護層は、米国特許第5,972,801号で説明されているように形成する
ことができる。その特許の開示内容は、参照することによってあたかも本願中に
全面的に記載されているように、本願に組み込まれる。接点20,22,24及
び40を形成する前に、素子の上面を酸化物−窒化物−酸化物(ONO)の保護
層60で保護することが好ましい。図4に示すように、構造体の上面は、SiO2 の熱酸化被膜60Aを成長させること、続いてPECVD又はLPCVDを用
いてSi34層60B及び、その後熱成長させたSiO260Cの最終層を蒸着
させることによって保護される。SiO2層を成長させる前に、ウェーファを高
温のH2環境でアニールする。約15分から約2時間で約900℃より高い温度
はアニールに使用することができるが、約30分で約1100℃の温度が好まし
い。ONO保護層により、主に表面からのトラッピングが減少するため、素子は
より高い電力密度を持つことができる。ONOの伝導帯近傍の界面トラップ密度
(Dit)は低い。
【0058】 約1200℃の乾式酸化工程により約200オングストロームのSiO2層6
0Aを最初に形成することによって、保護層60を形成することが好ましい。次
に、この第1の層60Aを約1200℃で約1時間アルゴン環境でアニールする
。続いて、この層は湿式環境において約950℃で約180分間酸化される。次
に、厚さが約500オングストロームのSi34の層60Bが、PECVD又は
LPCVDによって蒸着される。その後、最終的な酸化が湿式環境において約9
50℃で約180分間行われて、第3の酸化被膜60Cを作る。これらの製造に
ついての仕様は好ましいが、他の適当な条件や仕様も利用することができる。例
えば、第1の層60Aの厚さは約50から約500オングストロームに、第2の
層60Bの厚さは約200から約2,000オングストロームに、また第3の層
60Cの厚さは約20から約200オングストロームにすることができる。同様
に、処理条件を変更して、前述した厚さを提供することができる。自己整列し凹
設されたゲートとONOによる表面の保護との組合わせにより、RFの電力密度
を増加することができ、また駆動レベルが変化したときのRF実行時のドリフト
量を大いに減少させることができる。
【0059】 本発明のさらに別の実施形態では、保護層60は熱的に成長させた又は蒸着さ
せた酸化物とすることができる。いずれの場合でも、NO環境において約100
0℃から約1300℃で約30から約300分間、この酸化物をアニールするこ
とが好ましい。そのようなアニールにより、伝導帯近傍の界面トラップ密度を減
少させ、これにより、素子の高周波数性能を向上させることができる。本発明の
特に好ましい実施形態では、ONO層を作るために図4を参照して前述したよう
に、保護層60を製造する。しかしながら、Si34層60Bを蒸着する前に、
NO環境において約1000℃から約1300℃で約30から約300分間、熱
酸化物の層60Aをアニールすることが好ましい。
【0060】 図5は、図1〜図3の金属被覆層32に対する好ましい実施形態を示す。図5
に示すように、金属被覆層32は、基板10の背面に蒸着される。金属被覆層を
形成する前に、研磨又はラップ仕上げのような機械的薄板化加工によって、ウェ
ーファを厚さが約100μm以下、できれば50μm又は25μmに薄くするこ
とが好ましい。金属被覆層32は、AuGeの共融合金の上部層52で被覆され
たTiPtAuの層50を含む。そのような金属被覆層32を使用することによ
り、回路基板への素子の取付けをより容易にできるため、素子のパッケージング
を向上することができる。さらに、金属被覆化の前にウェーファを薄くすること
により、素子の熱的性能を向上させることができる。
【0061】 前述したそれぞれの実施形態では、基板は6H,4H,15R又は3C族の炭
化ケイ素から選択した炭化ケイ素から形成することができ、エピタキシャル層は
6H,4H,15R又は3C族の炭化ケイ素から選択した炭化ケイ素から形成す
ることができる。基板10は単結晶体の炭化ケイ素から形成することができ、半
絶縁性又はp型若しくはn型の導電性とすることができる。第1のエピタキシャ
ル層12,12’及び13は、6H,4H,15R又は3Cのポリタイプ(poly
type)のp型導電性の炭化ケイ素から形成することができる。第1のエピタキシ
ャル層12’が選択的にドープされる場合、約1×1016から約1×1017cm-3 のキャリア濃度が第1のエピタキシャル層に対して適当であるが、3から5×
1016のキャリア濃度が好ましい。適当なドーパントは、アルミニウム、ボロン
及びガリウムを含む。第1のエピタキシャル層12’は、全電荷密度が1×1012 cm-2より大きくなるように、選択的にドープすることが好ましい。第1のエ
ピタキシャル層12’の厚さは、約0.5μmから約2μmであることが好まし
い。前述したように、第1のエピタキシャル層12は、未ドープ又は軽度にドー
プしたn型炭化ケイ素とすることもできる。
【0062】 第2のエピタキシャル層14は、6H,4H,15R又は3Cのポリタイプの
n型導電性の炭化ケイ素から形成することができる。n型のエピタキシャル層の
n型キャリア濃度は、約2×1016から約2×1018cm-3が適当である。適当
なドーパントは窒素及びリンを含むが、窒素が好ましい。前述したトランジスタ
の任意のn+領域に対しては、約5×1017のキャリア濃度が適当であるが、約
2×1018以上のキャリア濃度が好ましい。オーム接点20及び22は、ニッケ
ル又は他の適当な金属から形成することが好ましい。ショットキーゲート接点2
4はクロム、プラチナ又はケイ化プラチナ、ニッケル、又はTiWNから形成す
ることができるが、ショットキー効果を実現するために当業者に周知の金のよう
な他の金属も使用することができる。しかしながら、ショットキーゲート接点2
4は、キノコ形ゲート40に関連して説明したような3層構造であることが好ま
しい。そのような構造は、クロム(Cr)の接着性が高いため好都合である。前
述した素子は、1つ以上のオーム接点及びゲート接点上に上部層を任意に有して
いる。前述した上部層26,28及び30は、金、銀、アルミニウム、プラチナ
及び銅とすることができる。他の適当な導電性が高い金属も、上部層用に使用す
ることができる。
【0063】 ゲート接点の下方のn型導電性領域の厚さは、素子のチャネル領域の断面の高
さを規定し、素子の望ましいピンチオフ電圧とキャリア濃度とに基づいて選択さ
れる。第2のエピタキシャル層の所定のキャリア濃度及び所定のピンチオフ電圧
に対する層の深さは、当業者に周知の方法を用いて容易に計算することができる
。このため、n型エピタキシャル層の厚さ及びキャリア濃度を、ピンチオフ電圧
が−3ボルトより大きく、好ましくは−5ボルトより大きくなるように選択する
ことが望ましい。ピンチオフ電圧は約−3ボルトと−20ボルトとの間にするこ
ともできるが、約−5ボルトと−15ボルトとの間が好ましい。n型基板を使用
する素子については、ゲート接合部のブレイクダウンがp型導電層が劣化する前
に発生するように、前述した素子の埋め込まれたp型導電層の厚さを十分に厚く
する必要がある。P型基板を使用する素子については、ゲート接合部のブレイク
ダウンがp型導電層及び基板が劣化する前に発生するように、前述した素子の埋
め込まれたp型導電層及び基板の厚さを十分に厚くする必要がある。
【0064】 上記の説明は本発明の好ましい実施形態について述べているが、前述した第1
のエピタキシャル層を任意に除いて、これにより、半絶縁性基板又はP型基板の
いずれかの上に形成されたn型導電性のSiCの単一のエピタキシャル層を有す
るトランジスタを形成する。単一のエピタキシャル層の素子を形成する場合、素
子の基板は、p型の埋込み層に対して前述したキャリア濃度を有するp型の導電
性炭化ケイ素又は半絶縁性基板のいずれかを使用することが好ましい。
【0065】 MESFETの寸法を選択する場合、ゲートの幅は、電流の流れに垂直なゲー
トの寸法として定義される。図1から図3Bの断面図に示すように、ゲートの幅
はページの前後にわたる。ゲートの長さは、電流の流れに平行なゲートの寸法で
ある。図1から図3Bの断面図に示すように、ゲートの長さは、第2のエピタキ
シャル層14と接触しているゲート24の寸法である。第3の重要な寸法は、ソ
ース接点20又はもしあればn+領域16からゲート接点24への距離として図
1〜図3の断面図に示す、ソース−ゲート間の距離である。
【0066】 電子移動度が低い影響を最小にするためには、ソースのゲートに対する漏洩電
流をほとんど発生させずに、ソース−ゲート間の距離をできるだけ小さくする必
要がある。本発明の1つの実施形態では、バイアスがゲートに印加される場合の
、ソースからゲートへの相当な漏洩電流の流れを防ぐために、ソースからショッ
トキーゲート接点への距離は十分に大きく、一方炭化ケイ素の電子移動度が小さ
い影響を最小にするためには十分に小さい。このことは、概して、ゲート接点は
ソース接点又はもしあればn+領域と接触させずに、ソース接点にできるだけ近
付ける必要があることを意味する。ゲートをソース領域にできるだけ近付けて配
置することにより、電子が加速されるトランジスタの領域内の電界強度を最大に
することができ、これにより、SiCの電子移動度が低い影響を減少する。一般
に、ソースからショットキー接点への距離は、1μm以下が望ましい。素子のゲ
ートからドレインへの距離を十分に大きくして、素子のゲートからドレインへの
空乏部の広がりを維持する必要がある。これらの距離は、一般に、約0.5μm
から約5μmである。
【0067】 電子移動度が低い影響をさらに最小にするために、ゲート接点の長さをできる
だけ小さくする必要がある。一般に、ショットキーゲートの長さは、約1.0μ
mより小さいことが望ましい。ゲートの長さを最小にすると、ゲートの下方の電
界強度が増加する。同じ電圧がより小さい面積にわたって加わるため、電界が結
果として増加することになる。この電界強度が増加することにより、ゲート領域
内の電子の加速が増加され、これにより、炭化ケイ素の電子移動度が低い影響が
減少される。従って、ゲートの長さを最小にし、その結果、ゲート下方の電界強
度を最大にすることが望ましい。
【0068】 第1のエピタキシャル層12’を選択的にドープする場合、基板10も深いレ
ベルのバナジウムのようなドーパントでドープして、半絶縁性基板を作る。本発
明の特定の実施形態と共に半絶縁性の炭化ケイ素を形成する従来の技術を使用す
ることができるが、後述するように、半絶縁性基板を深いレベルのドーパントを
用いずに製造することが好ましい。
【0069】 図6Aから図6Iは、本発明の各種の実施形態に基づいて、FETの製造に利
用することができる処理ステップを示す。図6Aに示すように、p型エピタキシ
ャル層13を、前述したように、SiCの基板10上に形成する。基板10は半
絶縁性のSiC基板であり、p型エピタキシャル層13のキャリア濃度は、約1
×1016から約1×1017cm-3、より好ましくは、約3×1016から約5×1
16cm-3に選択的にドープすることが好ましい。
【0070】 基板10は、基板の抵抗率が深いレベルのドーパントに支配されないように、
深いレベルのドーパントを意図的にドーピングしていない半絶縁性であることが
好ましい。そのような基板は、「Semi−insulating Silic
on Carbide Without Vanadium Dominati
on」という名称の、本出願と共通の譲受人に譲渡され、同時係属中の米国特許
出願第09/313,802号の中で説明されているように製造することができ
る。その特許の開示内容は、あたかも本願中に全面的に記載されているように、
本願に組み込まれる。そのような半絶縁性基板は、炭化ケイ素基板の抵抗率が点
欠陥によって支配されるような、十分に高いレベルの点欠陥と十分に適合したレ
ベルのp型及びn型のドーパントとを有する炭化ケイ素基板を提供することによ
って作ることができる。そのような支配は、約1×1016cm-3未満、好ましく
は約1×1014cm-3未満の重金属、遷移元素、又は他の深いレベルのトラッピ
ング元素の濃度を有するソース粉末を用いて、高温で炭化ケイ素の基板を製造す
ることによって実現することができる。例えば、シード(seed)が約300℃から
約500℃低い、約2360℃と2380℃との間の温度を使用することができ
る。このように、半絶縁性基板が重金属、遷移元素又はバナジウムのような他の
深いレベルのトラッピング元素のドーパントをほとんど含まずに、基板の抵抗率
がそのような重金属又は遷移元素に支配されないことが好ましい。半絶縁性基板
がそのような重金属、遷移元素、又は深いレベルのトラッピング元素のドーパン
トを含まないことが好ましいが、そのような金属の存在が本願で説明されたME
SFETの電気的特性にほとんど影響しない場合、そのような元素は本発明の教
示からなお有用であり、測定可能な量が存在してもよい。このため、「深いレベ
ルのドーパントをほとんど含まない」という表現は、本願で使用する場合、本発
明の実施形態に基づいて、MESFETの電気特性にほとんど影響しない重金属
、遷移元素又は深いレベルのトラッピング元素の濃度のことを指す。例えば、濃
度が1×1017cm-3未満の重金属、遷移元素又はバナジウムのような深いレベ
ルのトラッピング元素の基板は、深いレベルのドーパントをほとんど含まないと
考えることができる。
【0071】 図6Bに示すように、n型エピタキシャル層14を、図1〜図3を参照して前
に説明したように、p型エピタキシャル層13の上に形成する。さらに図6Bに
示すように、基板及びエピタキシャル層をエッチングして絶縁メサを形成し、O
NO保護層60をn型エピタキシャル層14を含むメサ上に形成する。ONO保
護層60は、図4を参照して前述したように形成することが好ましい。
【0072】 前述したように、n型エピタキシャル層14の上又はその一部に、キャップ層
15を任意に形成する。このように、これらの別の実施形態では、ONO保護層
60を形成する前に、キャップ層15を形成する。さらに、二重凹部の第1のエ
ッチングを、ONO保護層60を形成する前に実行する。また、ONO保護層の
形成の前に、SiCキャップ層15とn型エピタキシャル層14の全ての露出部
との熱酸化及び酸化物を取り除く湿式エッチングが行われる。この工程は、本発
明の単一凹部の実施形態に対して、後で説明するように続く。
【0073】 図6Cに示すように、開口部をONO層60内に形成し、n+井戸16及び1
8をn型エピタキシャル層14の中に埋め込み、アニールして、埋込み部を活性
化する。次に、ニッケルを蒸発してソース及びドレインの接点20及び22を付
着形成させ、アニールして、オーム接点を形成する。そのような蒸着及びアニー
ル工程は、当業者に周知の従来の技術を用いて実行される。図6Cは、前述した
ような上部層26及び28の形成も示している。当業者は理解するであろうが、
上部層はショットキーゲート構造体を形成する前又は後のいずれかに形成するこ
とができる。実際は、前述したチタン/プラチナ/金の構造体を使用する場合、
上部層のプラチナ及び金の部分は、ショットキーゲート構造体のプラチナ及び金
の部分と同じ処理ステップで形成することができる。このため、上部層26及び
28は凹部又はゲート接点を形成する前に形成されるように示されているが、本
発明をそのような順序に限定されると解釈してはならない。
【0074】 図6Dは、MESFETのゲート構造体用の凹部の形成を示している。ONO
層60を貫通してn型エピタキシャル層14内までエッチングして、ゲート構造
体用の凹部100を形成する。凹部100を前述したエッチング工程によって形
成することが好ましい。続いて、凹部の側壁にリッジ部102を設けてゲート構
造体に「T」形の頂部を作るために、ONO層をパターン化する。次に、前述し
また図6Eに示すように、クロムの層42を凹部の中に蒸着する。次に、図6F
に示すように、プラチナ層44及び金の層46を蒸着することによって、ゲート
構造体は完成する。
【0075】 図6Gは、ウェーファ上にSi34層110を形成することを示す。図6Gは
、基板10を前述したように薄くして、薄板化基板10’を提供することも示し
ている。次に、図6Iに示すように、金属被覆32を薄板化基板10’上に形成
する。接点ホールもSi34層110を貫通して形成して、ソース、ドレイン及
びゲート接点と金属被覆相互接続層(図示せず)との間の接続を可能にする。
【0076】 本発明及びその予想される利点は、以下の実施例によってさらに理解されるで
あろう。MESFETは、以下のように処理された。0.5μmの厚さにドープ
されたp型バッファ層及び0.28μmの厚さにドープされたn型チャネル層に
より、半絶縁性の4H−SiCウェーファ上にエピタキシャル層を成長させた。
1300℃で1時間のアニールで活性化したリンのイオン注入によって、ソース
及びドレインのn+井戸を形成した。次に、絶縁手段をエッチングし、続いて、
前述したように、ONO保護層を設けた。次に、n+井戸上のONO層をエッチ
ングすることによりオーム接点を形成し、Niを蒸着し1050℃でアニールし
た。ONOを貫通しチャネル内に500オングストロームエッチングした自己整
列した井戸に、0.7μmのゲートを形成した。第2のフォトリソグラフィのス
テップを使用してT形頂部を形成し、次に、Crを250オングストローム、P
tを500オングストローム、及びAuを7500オングストローム蒸着して、
ショットキー接点を形成した。ゲートを形成した後、1000オングストローム
のSi34を、350℃でPECVDにより蒸着した。
【0077】 図8は、前述した1−mmのSiCのMESFETに対するDC曲線のファミ
リーの曲線トレーサプロットである。図8から分かるように、MESFETの出
力コンダクタンスは減少され、200ボルトのドレインバイアスに対して優れた
ピンチオフ出力を示している。バッファ層における選択的ドーピングの利点は、
A<5×1015cm-3(図7)及びNA=9×1016cm-3(図8)でドーピン
グされたp型バッファにより製造されたMESFETのDCのI−V特性を調べ
ることによって、最も良く示される。図7に示すように、軽度にドープしたp型
バッファ層の設計では、ドレインのバイアスが増加され、また出力コンダクタン
ス(△ID/△VD)が高い場合、チャネル電流のピンチオフを維持するためには
、追加の6から8ボルトのゲートバイアスが必要である。バッファ内のドーピン
グをNA=9×1016cm-3にまで増加することによって、図8に示すように、
バッファ電流の飽和が実現された。出力コンダクタンスは1/3に減少され、Vds =200Vで素子をピンチオフするために必要なゲート電圧は、わずか2Vで
あり、Vds=10Vではより大きな電圧が必要である。このため、MESFET
のゲインと効率を向上させることができる。図8に示したI−V曲線を有するウ
ェーファ上で測定されたMESFETは、図7に示したI−V曲線を持つウェー
ファから測定されたMESFETに比べて、パワーゲインが3.5GHzで3d
B向上した。
【0078】 本発明の実施形態によるMESFETのDC特性に対するさらなる改良は、図
9に示すように、チャネルのソース側上の高濃度にドープされたp型バッファ層
12’に対してグラウンド接点29を形成することによって実証される。このグ
ラウンド接点29は、十分に空乏化されないp型バッファ層の、すなわち、ホー
ル電荷がこの層内に増加され蓄積されることがあるという、潜在的な欠点の1つ
を取り除くことができる。この好ましくないホール電荷の蓄積は、ホールに対す
るグラウンド経路を設けることによって防ぐことができる。p型のSiCに対し
て高品質のオーム接点を作ることは難しいため、n型チャネルをエッチングで除
き、Alのようなp型のドーパントをバッファ層に注入し、また注入した種を約
1550℃と約1750℃との間の温度で活性化して、バッファ層12’の中に
+井戸17を設けることによって、p+接点井戸をバッファ層内に形成すること
が好ましい。このp型接点29は、n型ソースのオーム接点20に干渉させずに
、できるだけチャネルに近付けることが必要である。p型オーム接点29は、処
理ステップを減らすために、n型オーム接点と同じステップで形成することがで
きる。それはp型材料へのオーム接点の抵抗を最小にするために設計されたプロ
セスを用いて、別個のステップで形成することもできる。そのような工程の実施
例は、Niを約500オングストロームから約1500オングストロームの範囲
の厚さに蒸着し、接点を約550℃から約900℃の範囲の温度で急速熱アニー
ルすることである。
【0079】 p型バッファ層の直列抵抗は、この層のドーピングを高めることによって減ら
すことができるが、このことは、MESFETの周波数応答及びブレイクダウン
電圧に悪影響を与えることがある。MESFETの性能を危うくすることなく、
高濃度にドープしたp型層の利点を得る方法は、図9に示すように、2つの層を
用いてp型バッファ層12’を形成することである。下部層12”をNAが約5
×1018cm-3より大きくドープし、約0.5から約2.0μmの厚さにして、
低抵抗の領域を設け、続いて、FETの出力コンダクタンスを減少させると共に
200Vを超えるドレイン電圧にも対応する、NAが約5×1016cm-3から約
5×1017cm-3で、厚さが約0.75から約2.0μmの層12”’を形成す
る。p型オーム接点の品質は、高濃度にドープした下部層12”の中に注入した
+井戸17を形成することによってさらに高めることができる。
【0080】 埋め込まれたp型層12’に対する接点を含む本発明の実施形態を、図9を参
照して説明してきたが、当業者は理解するように、p型接点はp型エピタキシャ
ル層を有する、本願で説明した全ての他の実施形態の中に設けることもできる。
このため、本発明を図9に示した実施形態に限定されると解釈してはならない。
【0081】 短く前に述べたように、本発明の好ましい実施形態によるMESFETは、半
絶縁性のSiC基板を利用する。半絶縁性基板を形成する1つの方法は、フェル
ミ準位を伝導帯に対して極めて深いエネルギーレベルに固定するために、深いレ
ベルのドーパントを格子内に意図的に組み込むことである。これらの深いレベル
のドーパントは、通常の素子の動作のもとで基板内に注入される全ての電子に対
して、トラップセンタとして機能する。これらのトラップに関連する時定数は素
子が動作する周波数よりもはるかに遅く、そのためトラップされた電荷量が時間
が経つにつれて増加し、トランジスタの動き具合を変えるため、このトラッピン
グはMESFETのマイクロ波の性能に著しい影響を与えることがある。
【0082】 図10は、二次元のモンテカルロシミュレーションを用いて決定された、Si
CのMESFETの断面領域における電荷分布を示す。モデルにされた構造体は
、半絶縁性の4H−SiC基板、薄いp+バッファ層、及びND=3×1017
-3でドーピングされた厚さ0.25μmのn型チャネル領域から構成した。こ
のシミュレーションは、ドレインのバイアス電圧が高い場合、ソース領域とドレ
イン領域との間の電界が高いため、基板に引かれるかなりの電荷があることを示
している。この電荷は基板内にトラップされ、MESFETのアクティブ領域の
下側の負電荷量が増加すると、チャネルは背面から空乏化し、このため、トラン
ジスタ内を流れることができる電流の量を減少させる。
【0083】 この背面ゲート効果(back-gating effect)は、いくつかの異なる方法でME
SFETの動作に影響を与えることがある。第1は、素子が利用できるピークの
RFパワーは、RF駆動のもとで利用可能なピーク電流がチャネル下側のトラッ
プされた電荷によって減少されるので、素子のDC特性から予想される値よりも
一般に低いことである。第2は、この場合の効率は、一般に、平均電流に対する
ピーク電流の割合が同じ理由で減少されるため、本来の値より高くはないことで
ある。トラッピング効果は、背面ゲートの電荷が蓄積されると、RF動作のもと
で素子のバイアス状態も変化させることがある。図11は、観察されたこれらの
バイアスシフトの1つを示す。理想的なMESFETでは、ドレイン電流はRF
駆動のもとで単調に増加し、ついで、RF駆動が除かれると、ゼロ入力値に戻る
。深いレベルのトラップが存在するSiCのMESFETでは、ドレイン電流は
始めRF駆動が増加されるにつれてゼロ入力値より下に落ち、このため、素子の
パワー、直線性及び効率を減少させる。別の問題は、RFパワーを除くと、ドレ
イン電流がゼロ入力値より下に大きく降下し、もとの値に回復するには数分かか
ることである。これは深いレベルのトラップによって発生するため、素子を加熱
すること又はその上に光を当てることのいずれかによって、回復時間を短くする
ことができる。
【0084】 図12は、MESFETがパルスモードで動作している間に観察されたドレイ
ン電流に関する別の問題を示す。パルス動作においては、素子へのバイアスは、
加熱を最小にするためにRF信号が存在しない間は除かれ、次に、次のRFパル
スが始まる直前に、素子に再度加えられる。高いレベルの高濃度ドーパントの半
絶縁性SiC基板上に製造されたMESFETでは、RFパルスの前に素子が吸
引する電流は、先行するパルスのRF駆動量の関数である。このメモリ効果は、
電荷が素子内のどこかに記憶されていることを意味する。図12から分かるよう
に、波形が、(a)低レベルのRF駆動におけるドレイン電流を示す。この場合
、RFパルスがオンの間、電流が増加する。波形が、(b)高いRF駆動におけ
る同じMESFETを示す。この場合、RF包絡線外の電流は、低レベルのRF
駆動の電流よりも低い。これは、トラップされた電荷による背面ゲート効果であ
る。波形が、(c)印加されたRF信号の外側の電流が駆動レベルに無関係な、
理想的な波形を示す。バナジウムを用いる意図的なドーピングをしていない半絶
縁性ウェーファ上に、単一又は二重の凹部のいずれかの凹設されたゲートを用い
る、本発明の実施形態によるMESFETを製造することによって、これらのバ
イアスシフト現象の両方を減少させる又は取り除くことができる。バナジウムは
、半絶縁性のSiCを形成するときに一般的に使用される最も有力な深いレベル
のドーパントである。
【0085】 その上、図13及び図14のウェーファ上のパワー測定値の比較で示すように
、素子の効率が改良された。図13及び図14で示した測定値は、ゲート長が0
.7μmの0.25mmのSiCのMESFET上で3.5GHzで行われた。
バナジウムを含まない基板上で製造されたMESFET(図14)は、バナジウ
ムをドープした基板上で製造されたMESFET(図13)の35%の効率と比
較して、5W/mmより大きい比較可能なパワー密度を維持しながら、63%と
いう極めて改良されたパワー付加効率を有した。効率の改良は、はるかに低いゼ
ロ入力のドレイン電流においてトランジスタをバイアスし、同じ量のピークパワ
ーを得る能力の結果として発生する。
【0086】 図面及び明細書の中で、本発明の典型的な好ましい実施形態を開示してきた。
特定の用語が使用されるが、それらの用語は一般的で説明のためのみで使用され
たものであり、限定する目的で使用したのではない。本発明の範囲は、以下の特
許請求の範囲において述べる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ドリフト層上に直接形成されたソース及びドレインを有する、本発明の1つの
実施形態の断面図である。
【図2】 選択的にドープされた絶縁層及びn型エピタキシャル層内に形成されたn+
域を有する、本発明の第2の実施形態の断面図である。
【図3A】 凹設されたキノコ形ゲート構造体を有する、本発明の第3の実施形態の断面図
である。
【図3B】 二重凹設ゲート構造体を有する、本発明の第4の実施形態の断面図である。
【図4】 本発明の好ましい実施形態による、保護層の構造体の断面図である。
【図5】 本発明の実施形態による金属被覆構造体の断面図である。
【図6A】〜
【図6I】 本発明の種々の実施形態による、MESFETを製造する処理ステップを説明
する図である。
【図7】 アクセプタ不純物濃度(NA)が5×1015cm-3未満にドープされたp型エ
ピタキシャル層を有する、1−mmのSiCのMESFETに対するDC曲線の
ファミリーの曲線トレーサプロット(curve tracer plot)である。
【図8】 NAが9×1016cm-3にドープされたp型エピタキシャル層を有する、1m
mのSiCのMESFETに対するDC曲線のファミリーの曲線トレーサプロッ
トである。
【図9】 バッファ層に対するグラウンド接点を有する、本発明の1つの実施形態の断面
図である。
【図10】 二次元モンテカルロシミュレーションを用いて決定された、SiCのMESF
ET内の電子分布を説明する図である。
【図11】 SiCのMESFET内のRF駆動の関数としてのドレイン電流を説明する図
である。
【図12】 バイアス電圧のエンベロープがRF信号のエンベロープよりも長いパルス動作
における、MESFETのドレイン電流を説明する図である。
【図13】 3.5GHzで5.6W/mmのパワー密度を示す、バナジウムをドープした
半絶縁性基板上に製造された0.25−mmのSiCのMESFETのウェーフ
ァ上のパワー測定値を説明する図である。
【図14】 3.5GHzで5.26W/mmのパワー密度を示す、バナジウムなしの半絶
縁性基板上に製造された0.25−mmのSiCのMESFETのウェーファ上
のパワー測定値を説明する図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成14年5月14日(2002.5.14)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 パーマー,ジョン・ダブリュー アメリカ合衆国ノースカロライナ州27606, ローリー,ハンターズ・ブラフ・ドライヴ 2920 (72)発明者 アルコーン,テレンス・エス アメリカ合衆国ノースカロライナ州27502, エイペックス,エッジモア・アヴェニュー 309 Fターム(参考) 4M104 AA03 BB05 BB15 CC01 CC03 FF07 GG12 5F102 FA00 FA08 GC08 GD01 GJ02 GK02 GK08 GL02 GR04 GS02 GS04 GT03 GV06 GV07 HC01 HC10 HC11 HC16 HC21 【要約の続き】 形成して、これにより、n+領域を製造する必要がな く、またそのような製造に関係するステップを製造工程 から除くことができる。そのようなSiCのMESFE T、SiCのMESFET用のゲート構造体、及び保護 層を製造する方法も開示される。

Claims (189)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 深いレベルのドーパントをほとんど含んでいない半絶縁性の
    炭化ケイ素基板と、 前記基板上のn型導電性炭化ケイ素のn型エピタキシャル層と、 前記n型エピタキシャル層上の、それぞれソース及びドレインを規定するオー
    ム接点と、 前記オーム接点間すなわち前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタ
    キシャル層上のショットキー金属接点であって、前記ショットキー金属接点にバ
    イアスが印加されると前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタキシャ
    ル層内にアクティブチャネルを形成するショットキー金属接点と、 を備えることを特徴とする金属半導体電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記半絶縁性基板が、前記基板の抵抗率を支配するレベルよ
    り低い、深いレベルのドーパントを有することを特徴とする請求項1に記載の金
    属半導体電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 前記半絶縁性の炭化ケイ素基板が約1×1016cm-3未満の
    重金属、遷移元素、及び深いレベルのトラッピング元素を含むことを特徴とする
    請求項1に記載の金属半導体電界効果トランジスタ。
  4. 【請求項4】 前記半絶縁性の炭化ケイ素基板が約1×1014cm-3未満の
    重金属、遷移元素、及び深いレベルのトラッピング元素を含むことを特徴とする
    請求項1に記載の金属半導体電界効果トランジスタ。
  5. 【請求項5】 前記n型エピタキシャル層上のn型炭化ケイ素のキャップ層
    と、 前記キャップ層内の第1の凹部と、 前記キャップ層内の前記第1の凹部の中の、前記n型エピタキシャル層内の第
    2の凹部と、 前記オーム接点間すなわち前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタ
    キシャル層上のショットキー金属接点であって、前記ショットキー金属接点にバ
    イアスが印加されると前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタキシャ
    ル層内にアクティブチャネルを形成する、前記n型エピタキシャル層内の前記凹
    部の中のショットキー金属接点と、 を備えることを特徴とする請求項1に記載の金属半導体電界効果トランジスタ。
  6. 【請求項6】 前記n型エピタキシャル層と前記キャップ層とがほぼ同じキ
    ャリア濃度を有することを特徴とする請求項5に記載の金属半導体電界効果トラ
    ンジスタ。
  7. 【請求項7】 前記n型エピタキシャル層内の前記凹部が約20nmから約
    120nmまでの深さに伸びることを特徴とする請求項5に記載のトランジスタ
  8. 【請求項8】 前記キャップ層のドーパントレベルが約1×1015cm-3
    ら約5×1017cm-3であることを特徴とする請求項5に記載のトランジスタ。
  9. 【請求項9】 前記キャップ層の厚さが約50nmから約300nmである
    ことを特徴とする請求項5に記載のトランジスタ。
  10. 【請求項10】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上に存
    在することを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ。
  11. 【請求項11】 前記n型エピタキシャル層と前記オーム接点との間にn+
    炭化ケイ素の領域をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のトランジス
    タ。
  12. 【請求項12】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上にニ
    ッケル接点を含むことを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ。
  13. 【請求項13】 前記オーム接点及び前記ショットキー金属接点の上に上部
    層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ。
  14. 【請求項14】 前記オーム接点がニッケルを含み、かつ前記上部層がチタ
    ン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項13に記載のトランジス
    タ。
  15. 【請求項15】 前記n型エピタキシャル層が、前記トランジスタの周辺部
    を規定する、前記n型層を通って伸びる側壁を有するメサを形成することを特徴
    とする請求項1に記載のトランジスタ。
  16. 【請求項16】 前記メサが、前記基板及び前記基板内に伸びるメサの側壁
    をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のトランジスタ。
  17. 【請求項17】 前記メサの側壁及び前記n型エピタキシャル層の露出部上
    に保護層をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のトランジスタ。
  18. 【請求項18】 前記保護層がONOの保護層であることを特徴とする請求
    項17に記載のトランジスタ。
  19. 【請求項19】 前記n型層の反対側の前記基板上に形成された金属被覆部
    をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ。
  20. 【請求項20】 前記基板の厚さが約100μm以下であることを特徴とす
    る請求項19に記載のトランジスタ。
  21. 【請求項21】 前記金属被覆部が、AuGeの共融合金の上部層でコート
    されたチタン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項19に記載の
    トランジスタ。
  22. 【請求項22】 前記ショットキー金属接点が、前記n型エピタキシャル層
    の直ぐ上にクロムの第1のゲート層を含むことを特徴とする請求項1に記載のト
    ランジスタ。
  23. 【請求項23】 前記ショットキー金属接点が、前記第1のゲート層上にプ
    ラチナ及び金の層から成る上部層をさらに含むことを特徴とする請求項22に記
    載のトランジスタ。
  24. 【請求項24】 前記ショットキー金属接点がキノコ形のゲートであること
    を特徴とする請求項23に記載のトランジスタ。
  25. 【請求項25】 前記n型エピタキシャル層内に凹部をさらに含み、かつ前
    記第1のゲート層が前記n型エピタキシャル層内の前記凹部の中に形成されるこ
    とを特徴とする請求項24に記載のトランジスタ。
  26. 【請求項26】 前記キノコ形のゲートが前記凹部に対して自己整列するこ
    とを特徴とする請求項24に記載のトランジスタ。
  27. 【請求項27】 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間に形成された
    未ドープの炭化ケイ素のバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記
    載のトランジスタ。
  28. 【請求項28】 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間に形成された
    n型の導電性炭化ケイ素のバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項1に
    記載のトランジスタ。
  29. 【請求項29】 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間に形成された
    p型炭化ケイ素のバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のト
    ランジスタ。
  30. 【請求項30】 前記p型エピタキシャル層上に形成されたオーム接点をさ
    らに含むことを特徴とする請求項29に記載のトランジスタ。
  31. 【請求項31】 前記p型エピタキシャル層内に形成されたp+炭化ケイ素
    の井戸領域をさらに含み、かつ前記オーム接点が前記p+井戸領域上に形成され
    ることを特徴とする請求項30に記載のトランジスタ。
  32. 【請求項32】 前記p型エピタキシャル層が、 第1のp型エピタキシャル層と、 第2のp型エピタキシャル層とを備え、前記第1のp型エピタキシャル層のド
    ーピング濃度が前記第2のp型エピタキシャル層のドーピング濃度よりも高い、 ことを特徴とする請求項30に記載のトランジスタ。
  33. 【請求項33】 炭化ケイ素の基板と、 前記基板上のn型導電性炭化ケイ素のn型エピタキシャル層と、 前記n型エピタキシャル層上の、それぞれソース及びドレインを規定するオー
    ム接点と、 前記n型エピタキシャル層上のn型炭化ケイ素のキャップ層と、 前記キャップ層内の第1の凹部と、 前記キャップ層内の前記第1の凹部の中の、前記n型エピタキシャル層内の第
    2の凹部と、 前記オーム接点間すなわち前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタ
    キシャル層上のショットキー金属接点であって、前記ショットキー金属接点にバ
    イアスが印加されると前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタキシャ
    ル層内にアクティブチャネルを形成する、前記n型エピタキシャル層内の前記凹
    部の中のショットキー金属接点と、 を備えることを特徴とする金属半導体電界効果トランジスタ。
  34. 【請求項34】 前記n型エピタキシャル層と前記キャップ層とがほぼ同じ
    キャリア濃度を有することを特徴とする請求項33に記載の金属半導体電界効果
    トランジスタ。
  35. 【請求項35】 前記n型エピタキシャル層内の前記凹部が約20nmから
    約120nmまでの深さに伸びることを特徴とする請求項33に記載のトランジ
    スタ。
  36. 【請求項36】 前記キャップ層のドーパントレベルが約1×1015cm-3 から約5×1017cm-3であることを特徴とする請求項33に記載のトランジス
    タ。
  37. 【請求項37】 前記キャップ層の厚さが約50nmから約300nmであ
    ることを特徴とする請求項33に記載のトランジスタ。
  38. 【請求項38】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上に存
    在することを特徴とする請求項33に記載のトランジスタ。
  39. 【請求項39】 前記n型エピタキシャル層と前記オーム接点との間にn+
    炭化ケイ素の領域をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のトランジ
    スタ。
  40. 【請求項40】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上にニ
    ッケル接点を含むことを特徴とする請求項33に記載のトランジスタ。
  41. 【請求項41】 前記オーム接点及び前記ショットキー金属接点の上に上部
    層をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のトランジスタ。
  42. 【請求項42】 前記オーム接点がニッケルを含み、かつ前記上部層がチタ
    ン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項41に記載のトランジス
    タ。
  43. 【請求項43】 前記n型エピタキシャル層が、前記トランジスタの周辺部
    を規定する、前記n型層を通って伸びる側壁を有するメサを形成することを特徴
    とする請求項33に記載のトランジスタ。
  44. 【請求項44】 前記メサが、前記基板及び前記基板内に伸びる前記メサの
    側壁をさらに含むことを特徴とする請求項43に記載のトランジスタ。
  45. 【請求項45】 前記メサの側壁及び前記n型エピタキシャル層の露出部上
    に保護層をさらに含むことを特徴とする請求項43に記載のトランジスタ。
  46. 【請求項46】 前記保護層がONOの保護層であることを特徴とする請求
    項45に記載のトランジスタ。
  47. 【請求項47】 前記n型層の反対側の前記基板上に形成された金属被覆部
    をさらに含むことを特徴とする請求項33に記載のトランジスタ。
  48. 【請求項48】 請求項47に記載のトランジスタであって、前記基板の厚
    さが約100μm以下であることを特徴とするトランジスタ。
  49. 【請求項49】 前記金属被覆部が、AuGeの共融合金の上部層でコート
    されたチタン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項47に記載の
    トランジスタ。
  50. 【請求項50】 前記ショットキー金属接点が、前記n型エピタキシャル層
    の直ぐ上にクロムの第1のゲート層を含むことを特徴とする請求項33に記載の
    トランジスタ。
  51. 【請求項51】 前記ショットキー金属接点が、前記第1のゲート層上にプ
    ラチナ及び金の層から成る上部層をさらに含むことを特徴とする請求項50に記
    載のトランジスタ。
  52. 【請求項52】 前記ショットキー金属接点がキノコ形のゲートであること
    を特徴とする 請求項51に記載のトランジスタ。
  53. 【請求項53】 前記キノコ形のゲートが前記第2の凹部に対して自己整列
    することを特徴とする請求項52に記載のトランジスタ。
  54. 【請求項54】 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間に形成された
    未ドープの炭化ケイ素のバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項33に
    記載のトランジスタ。
  55. 【請求項55】 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間に形成された
    n型の導電性炭化ケイ素のバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項33
    に記載のトランジスタ。
  56. 【請求項56】 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間に形成された
    p型炭化ケイ素のバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の
    トランジスタ。
  57. 【請求項57】 前記p型エピタキシャル層上に形成されたオーム接点をさ
    らに含むことを特徴とする請求項56に記載のトランジスタ。
  58. 【請求項58】 前記p型エピタキシャル層内に形成されたp+炭化ケイ素
    の井戸領域をさらに含み、かつ前記オーム接点が前記p+井戸領域上に形成され
    ることを特徴とする請求項57に記載のトランジスタ。
  59. 【請求項59】 前記p型エピタキシャル層が、 第1のp型エピタキシャル層と、 第2のp型エピタキシャル層とを備え、前記第1のp型エピタキシャル層のド
    ーピング濃度が前記第2のp型エピタキシャル層のドーピング濃度よりも高い、 ことを特徴とする請求項57に記載のトランジスタ。
  60. 【請求項60】 大きな単結晶の炭化ケイ素の基板と、 前記基板上のn型導電性炭化ケイ素のn型エピタキシャル層と、 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間の、キャリア濃度が約1×1016 から約1×1017cm-3に選択的にドープされたp型導電性炭化ケイ素のp型エ
    ピタキシャル層と、 前記n型エピタキシャル層上の、それぞれソース及びドレインを規定するオー
    ム接点と、 前記オーム接点間すなわち前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタ
    キシャル層上のショットキー金属接点であって、前記ショットキー金属接点にバ
    イアスが印加されると前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタキシャ
    ル層内にアクティブチャネルを形成するショットキー金属接点と、 を備えることを特徴とする金属半導体電界効果トランジスタ。
  61. 【請求項61】 前記p型エピタキシャル層のキャリア濃度が約3×1016 から約5×1016cm-3であることを特徴とする請求項60に記載のトランジス
    タ。
  62. 【請求項62】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上に存
    在することを特徴とする請求項60に記載のトランジスタ。
  63. 【請求項63】 前記n型エピタキシャル層と前記オーム接点との間にn+
    炭化ケイ素の領域をさらに備えることを特徴とする請求項60に記載のトランジ
    スタ。
  64. 【請求項64】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上にニ
    ッケル接点を含むことを特徴とする請求項60に記載のトランジスタ。
  65. 【請求項65】 前記オーム接点及び前記ショットキー金属接点の上に上部
    層をさらに備えることを特徴とする請求項60に記載のトランジスタ。
  66. 【請求項66】 前記オーム接点がニッケルを含み、かつ前記上部層がチタ
    ン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項64に記載のトランジス
    タで。
  67. 【請求項67】 前記n型エピタキシャル層及びp型エピタキシャル層が、
    前記トランジスタの周辺部を規定する、前記n型層から前記p型層に伸びる側壁
    を有するメサを形成することを特徴とする請求項60に記載のトランジスタ。
  68. 【請求項68】 前記メサが、前記基板及び前記基板内に伸びる前記メサの
    側壁をさらに含むことを特徴とする請求項67に記載のトランジスタ。
  69. 【請求項69】 前記メサの側壁及び前記n型エピタキシャル層の露出部上
    に保護層をさらに含むことを特徴とする請求項67に記載のトランジスタ。
  70. 【請求項70】 前記保護層がONOの保護層であることを特徴とする請求
    項69に記載のトランジスタ。
  71. 【請求項71】 前記n型層の反対側の前記基板上に形成された金属被覆部
    をさらに含むことを特徴とする請求項60に記載のトランジスタ。
  72. 【請求項72】 前記基板の厚さが約100μm以下であることを特徴とす
    る請求項71に記載のトランジスタ。
  73. 【請求項73】 前記金属被覆部が、AuGeの共融合金の上部層でコート
    されたチタン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項71に記載の
    トランジスタ。
  74. 【請求項74】 前記ショットキー金属接点が、前記n型エピタキシャル層
    の直ぐ上にクロムの第1のゲート層を含むことを特徴とする請求項60に記載の
    トランジスタ。
  75. 【請求項75】 前記ショットキー金属接点が、前記第1のゲート層上にプ
    ラチナ及び金の層から成る上部層をさらに含むことを特徴とする請求項74に記
    載のトランジスタ。
  76. 【請求項76】 前記ショットキー金属接点がキノコ形のゲートであること
    を特徴とする請求項75に記載のトランジスタ。
  77. 【請求項77】 前記n型エピタキシャル層内に凹部をさらに含み、かつ前
    記第1のゲート層が前記n型エピタキシャル層内の前記凹部の中に形成されるこ
    とを特徴とする請求項76に記載のトランジスタ。
  78. 【請求項78】 前記キノコ形のゲートが前記凹部に対して自己整列するこ
    とを特徴とする請求項76に記載のトランジスタ。
  79. 【請求項79】 前記n型エピタキシャル層上のn型炭化ケイ素のキャップ
    層と、 前記キャップ層内の凹部と、 前記キャップ層内の前記凹部の中の、前記n型エピタキシャル層の中の凹部と
    、 をさらに含み、 前記ショットキー金属接点が前記n型エピタキシャル層内の前記凹部の中にあ
    る、 ことを特徴とする請求項60に記載のトランジスタ。
  80. 【請求項80】 前記n型エピタキシャル層内の前記凹部が約20nmから
    約120nmの深さに伸びることを特徴とする請求項79に記載のトランジスタ
  81. 【請求項81】 前記キャップ層が前記n型エピタキシャル層と同じレベル
    にドープされることを特徴とする請求項79に記載のトランジスタ。
  82. 【請求項82】 前記キャップ層のドーパントレベルが約1×1015cm-3 から約5×1017cm-3であることを特徴とする請求項79に記載のトランジス
    タ。
  83. 【請求項83】 前記キャップ層の厚さが約50nmから約300nmであ
    ることを特徴とする請求項79に記載のトランジスタ。
  84. 【請求項84】 前記基板が半絶縁性の炭化ケイ素から構成することを特徴
    とする請求項60に記載のトランジスタ。
  85. 【請求項85】 前記半絶縁性の炭化ケイ素が深いレベルのドーパントをほ
    とんど含まないことを特徴とする請求項84に記載のトランジスタ。
  86. 【請求項86】 前記p型エピタキシャル層に対する接点をさらに含むこと
    を特徴とする請求項60に記載のトランジスタ。
  87. 【請求項87】 前記p型エピタキシャル層内に形成されたp+井戸領域を
    さらに含み、 前記p型エピタキシャル層に対する前記接点が前記p+井戸領域上に形成され
    る、 ことを特徴とする請求項86に記載のトランジスタ。
  88. 【請求項88】 前記p型エピタキシャル層が、 前記基板上に形成された第1のp型導電性の炭化ケイ素の層と、 前記基板上に形成された第2のp型導電性の炭化ケイ素の層とを備え、前記第
    1のp型導電性の炭化ケイ素の層が前記第2のp型導電性の炭化ケイ素の層より
    も深くドープされる、 ことを特徴とする請求項86に記載のトランジスタ。
  89. 【請求項89】 炭化ケイ素基板上のn型導電性の炭化ケイ素のn型層と、 前記n型エピタキシャル層上の間隔を空けた、それぞれソース及びドレインを
    規定するオーム接点と、 ショットキー金属接点を設けて、バイアスが前記ショットキー金属接点に印加
    される場合に前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型層内にアクティブチャ
    ネルを形成するための、前記オーム接点間すなわち前記ソースと前記ドレインと
    の間の前記n型層上のクロム領域と、 を備えることを特徴とする金属半導体電界効果トランジスタ。
  90. 【請求項90】 前記基板と前記n型層との間にp型導電性の炭化ケイ素の
    p型層をさらに含むことを特徴とする請求項89に記載のトランジスタ。
  91. 【請求項91】 前記p型エピタキシャル層上に形成されたオーム接点をさ
    らに含むことを特徴とする請求項90に記載のトランジスタ。
  92. 【請求項92】 前記p型層内に形成されたp+炭化ケイ素の井戸領域をさ
    らに含み、かつ前記オーム接点が前記p+井戸領域上に形成されることを特徴と
    する請求項91に記載のトランジスタ。
  93. 【請求項93】 前記p型層が、 第1のp型エピタキシャル層と、 第2のp型エピタキシャル層とを備え、前記第1のp型エピタキシャル層のド
    ーピング濃度が前記第2のp型エピタキシャル層のドーピング濃度よりも高い、 ことを特徴とする請求項91に記載のトランジスタ。
  94. 【請求項94】 前記n型エピタキシャル層と前記オーム接点との間にn+
    の炭化ケイ素の領域をさらに含むことを特徴とする請求項89に記載のトランジ
    スタ。
  95. 【請求項95】 前記オーム接点及び前記ショットキー金属接点の上に上部
    層をさらに備えることを特徴とする請求項89に記載のトランジスタ。
  96. 【請求項96】 前記オーム接点がニッケルを含み、かつ前記上部層がチタ
    ン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項95に記載のトランジス
    タ。
  97. 【請求項97】 前記n型層及びp型層が、前記トランジスタの周辺部を規
    定する、前記n型層から前記p型層に伸びる側壁を有するメサを形成することを
    特徴とする請求項90に記載のトランジスタ。
  98. 【請求項98】 前記メサが、前記基板及び前記基板内に伸びる前記メサの
    側壁をさらに含むことを特徴とする請求項97に記載のトランジスタ。
  99. 【請求項99】 前記メサの側壁及び前記n型エピタキシャル層の露出部上
    に保護層をさらに含むことを特徴とする請求項97に記載のトランジスタ。
  100. 【請求項100】 前記保護層がONOの保護層であることを特徴とする請
    求項99に記載のトランジスタ。
  101. 【請求項101】 前記n型層の反対側の前記基板上に形成された金属被覆
    部をさらに含むことを特徴とする請求項89に記載のトランジスタ。
  102. 【請求項102】 前記基板の厚さが約100μm以下であることを特徴と
    する請求項101に記載のトランジスタ。
  103. 【請求項103】 前記金属被覆部が、AuGeの共融合金の上部層でコー
    トされたチタン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項101に記
    載のトランジスタ。
  104. 【請求項104】 前記ショットキー金属接点が、前記クロム領域上にプラ
    チナ及び金の層から成る上部層をさらに含むことを特徴とする請求項97に記載
    のトランジスタ。
  105. 【請求項105】 前記ショットキー金属接点がキノコ形のゲートであるこ
    とを特徴とする請求項89に記載のトランジスタ。
  106. 【請求項106】 前記n型層内に凹部をさらに含み、かつ前記クロム領域
    が前記n型層内の前記凹部の中に形成されることを特徴とする請求項89に記載
    のトランジスタ。
  107. 【請求項107】 前記クロム領域が自己整列することを特徴とする請求項
    106に記載のトランジスタ。
  108. 【請求項108】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上に
    存在することを特徴とする請求項89に記載のトランジスタ。
  109. 【請求項109】 大きな単結晶の炭化ケイ素の基板と、 前記基板上のn型導電性炭化ケイ素のn型エピタキシャル層と、 前記n型エピタキシャル層上の、それぞれソース及びドレインを規定するオー
    ム接点と、 前記オーム接点間すなわち前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタ
    キシャル層上のショットキー金属接点であって、前記ショットキー金属接点にバ
    イアスが印加されると前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタキシャ
    ル層内にアクティブチャネルを形成するショットキー金属接点と、 メサの側壁及び前記n型エピタキシャル層の露出部上のONO保護層と、 を備え、 前記n型エピタキシャル層がトランジスタの周辺部を規定する、n型層内に伸
    びる前記側壁を有する前記メサを形成する、 ことを特徴とする金属半導体電界効果トランジスタ。
  110. 【請求項110】 前記メサが、前記基板及び前記基板内に伸びる前記メサ
    の側壁をさらに含むことを特徴とする請求項109に記載のトランジスタ。
  111. 【請求項111】 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間にp型の導
    電性炭化ケイ素のp型エピタキシャル層をさらに備え、 前記メサの前記側壁が前記n型層から前記p型層に伸びる、 ことを特徴とする請求項109に記載のトランジスタ。
  112. 【請求項112】 前記p型エピタキシャル層上に形成されたオーム接点を
    さらに含むことを特徴とする請求項111に記載のトランジスタ。
  113. 【請求項113】 前記p型エピタキシャル層内に形成されたp+炭化ケイ
    素の井戸領域をさらに含み、かつ前記オーム接点が前記p+井戸領域上に形成さ
    れることを特徴とする請求項112に記載のトランジスタ。
  114. 【請求項114】 前記p型エピタキシャル層が、 第1のp型エピタキシャル層と、 第2のp型エピタキシャル層とを備え、前記第1のp型エピタキシャル層のド
    ーピング濃度が前記第2のp型エピタキシャル層のドーピング濃度よりも高い、 ことを特徴とする請求項112に記載のトランジスタ。
  115. 【請求項115】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上に
    存在することを特徴とする請求項109に記載のトランジスタ。
  116. 【請求項116】 前記n型エピタキシャル層と前記オーム接点との間にn+ の炭化ケイ素の領域をさらに含むことを特徴とする請求項109に記載のトラ
    ンジスタ。
  117. 【請求項117】 前記オーム接点が前記n型エピタキシャル層の直ぐ上に
    ニッケル接点を含むことを特徴とする請求項109に記載のトランジスタ。
  118. 【請求項118】 前記オーム接点及び前記ショットキー金属接点の上に上
    部層をさらに備えることを特徴とする請求項109に記載のトランジスタ。
  119. 【請求項119】 前記オーム接点がニッケルを含み、かつ前記上部層がチ
    タン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項118に記載のトラン
    ジスタ。
  120. 【請求項120】 前記n型層の反対側の前記基板上に形成された金属被覆
    部をさらに含むことを特徴とする請求項109に記載のトランジスタ。
  121. 【請求項121】 前記基板の厚さが約100μm以下であることを特徴と
    する請求項120に記載のトランジスタ。
  122. 【請求項122】 前記金属被覆部が、AuGeの共融合金の上部層でコー
    トされたチタン、プラチナ及び金の層を含むことを特徴とする請求項120に記
    載のトランジスタ。
  123. 【請求項123】 前記ショットキー金属接点がキノコ形のゲートであるこ
    とを特徴とする請求項109に記載のトランジスタ。
  124. 【請求項124】 前記n型エピタキシャル層内に凹部をさらに含み、かつ
    前記ゲート接点が前記n型エピタキシャル層内の前記凹部の中に形成されること
    を特徴とする請求項109に記載のトランジスタ。
  125. 【請求項125】 前記ゲート接点が自己整列形のゲート接点であることを
    特徴とする請求項124に記載のトランジスタ。
  126. 【請求項126】 深いレベルのドーパントをほとんど含んでいない半絶縁
    性の炭化ケイ素基板と、 前記半絶縁性の炭化ケイ素基板上の炭化ケイ素のバッファ層と、 前記バッファ層上のn型エピタキシャル層と、 前記n型エピタキシャル層上のキャップ層と、 前記n型エピタキシャル層上の、それぞれソース及びドレインを規定するオー
    ム接点と、 前記ソースと前記ドレインの接点との間の前記キャップ層内の第1の凹部と、 前記第1の凹部の中の前記n型エピタキシャル層内の第2の凹部と、 前記オーム接点間すなわち前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタ
    キシャル層上のショットキー金属接点であって、前記ショットキー金属接点にバ
    イアスが印加されると前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタキシャ
    ル層内にアクティブチャネルを形成する、前記第2の凹部内の前記n型エピタキ
    シャル層上にクロム層を含むショットキー金属接点と、 メサの側壁及び前記n型エピタキシャル層の露出部上のONO保護層と、 を備え、 前記n型エピタキシャル層がトランジスタの周辺部を規定する、n型層内に伸
    びる前記側壁を有する前記メサを形成する、 ことを特徴とする金属半導体電界効果トランジスタ。
  127. 【請求項127】 前記バッファ層が前記基板と前記n型エピタキシャル層
    との間の、キャリア濃度が約1×1016から約1×1017cm-3に選択的にドー
    プされたp型導電性炭化ケイ素のp型エピタキシャル層を含むことを特徴とする
    請求項126に記載のトランジスタ。
  128. 【請求項128】 前記バッファ層が未ドープの炭化ケイ素を含むことを特
    徴とする請求項126に記載のトランジスタ。
  129. 【請求項129】 炭化ケイ素の半導体素子の保護層を製造する方法であっ
    て、 前記炭化ケイ素の半導体素子上に酸化被膜を形成するステップと、 NO環境の中で前記酸化被膜をアニールするステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  130. 【請求項130】 前記酸化被膜を形成するステップが酸化被膜を熱的に成
    長させるステップを含むことを特徴とする請求項129に記載の方法。
  131. 【請求項131】 前記酸化被膜を形成するステップが前記炭化ケイ素の半
    導体素子上に酸化被膜を蒸着するステップを含むことを特徴とする請求項129
    に記載の方法。
  132. 【請求項132】 前記保護層がONOの保護層であり、前記アニールする
    ステップの後に、 酸化したSiO2層上にSi34の層を蒸着するステップと、 前記Si34の層を酸化するステップと、 が続くことを特徴とする請求項129に記載の方法。
  133. 【請求項133】 前記酸化被膜を形成するステップが、 H2環境で前記基板、前記p型エピタキシャル層及び前記n型エピタキシャル
    層の露出部を高温アニールするステップと、 前記基板、前記p型エピタキシャル層及び前記n型エピタキシャル層の前記露
    出部上にSiO2層を形成するステップと、 前記SiO2層をアルゴン環境でアニールするステップと、 前記SiO2層を酸化するステップと、 を含むことを特徴とする請求項132に記載の方法。
  134. 【請求項134】 金属半導体電界効果トランジスタを製造する方法であっ
    て、 単結晶の炭化ケイ素の基板上に、キャリア濃度が約1×1016から約1×1017 cm-3に選択的にドープされたp型導電性炭化ケイ素のp型エピタキシャル層
    を形成するステップと、 前記p型エピタキシャル層上に、前記トランジスタの周辺部を規定する、n型
    層内に伸びる側壁を有するメサを形成するn型導電性炭化ケイ素の前記n型エピ
    タキシャル層を形成するステップと、 前記n型エピタキシャル層上に、それぞれソース及びドレインを規定するオー
    ム接点を形成するステップと、 前記オーム接点の間、従って、前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エ
    ピタキシャル層上にショットキー金属接点を形成するステップと、 前記メサと前記n型エピタキシャル層の露出部との上にONO保護層を形成す
    るステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  135. 【請求項135】 メサを形成するために、前記n型エピタキシャル層及び
    前記p型エピタキシャル層をエッチングするステップをさらに含むことを特徴と
    する請求項134に記載の方法。
  136. 【請求項136】 前記オーム接点を形成するステップ及び前記ショットキ
    ーゲート接点を形成するステップが、 メサを形成するために、前記n型エピタキシャル層及び前記p型エピタキシャ
    ル層をエッチングするステップと、 前記メサの露出部上にONO保護層を形成するステップと、 によって先行されることを特徴とする請求項134に記載の方法。
  137. 【請求項137】 前記ONO保護層を形成するステップが、 H2環境で前記基板、前記p型エピタキシャル層及び前記n型エピタキシャル
    層の露出部を高温アニールするステップと、 前記基板、前記p型エピタキシャル層及び前記n型エピタキシャル層の前記露
    出部上にSiO2層を形成するステップと、 前記SiO2層をアルゴン環境でアニールするステップと、 前記SiO2層を酸化するステップと、 前記酸化されたSiO2層上にSi34の層を蒸着するステップと、 前記Si34の層を酸化するステップと、 を含むことを特徴とする請求項136に記載の方法。
  138. 【請求項138】 前記高温アニールが、約900℃より高い温度で約15
    分から約2時間行われることを特徴とする請求項137に記載の方法。
  139. 【請求項139】 前記アルゴンのアニールが約1200℃の温度で約1時
    間実行されることを特徴とする請求項137に記載の方法。
  140. 【請求項140】 前記SiO層を形成するステップが、厚さが約50か
    ら約500オングストロームのSiO層を形成するステップを含むことを特徴
    とする請求項137に記載の方法。
  141. 【請求項141】 前記SiO層を形成するステップが、約1200℃の
    温度における乾式酸化工程によりSiO層を形成するステップを含むことを特
    徴とする請求項137に記載の方法。
  142. 【請求項142】 前記SiO層を酸化するステップが、約950℃の温
    度で約180分間の湿式環境でSiO層を酸化するステップを含むことを特徴
    とする請求項137に記載の方法。
  143. 【請求項143】 前記Siの層を蒸着するステップが、厚さが約2
    00から約2000オングストロームのSiの層を蒸着するステップを含
    むことを特徴とする請求項137に記載の方法。 【請求項143】 前記Siの層を蒸着するステップが、化学蒸着法
    によってSiの層を蒸着するステップを含むことを特徴とする請求項13
    7に記載の方法。
  144. 【請求項144】 前記Siの層を酸化するステップが、約950℃
    の温度で約180分間の湿式環境で前記Siの層を酸化するステップを含
    むことを特徴とする請求項137に記載の方法。
  145. 【請求項145】 前記Siの層を酸化するステップが、厚さが約2
    0から約200オングストロームの酸化被膜を設けるためのSiの層を酸
    化するステップを含むことを特徴とする請求項137に記載の方法。
  146. 【請求項146】 前記酸化されたSiO層上に前記Siの層を蒸
    着するステップが、NO環境において酸化されたSiO層をアニールするステ
    ップにより先行されることを特徴とする請求項137に記載の方法。
  147. 【請求項147】 前記n型エピタキシャル層内にゲート凹部を形成するス
    テップをさらに含み、かつ前記ショットキーゲート接点を形成するステップが前
    記ゲート凹部内にショットキーゲート接点を形成するステップを含むことを特徴
    とする請求項134に記載の方法。
  148. 【請求項148】 前記n型エピタキシャル層内にゲート凹部を設けるため
    に、前記ONO保護層を貫通して前記n型エピタキシャル層内にエッチングする
    ステップをさらに含み、 前記ショットキーゲート接点を形成するステップが、前記ONO保護層をマス
    クとして利用して、前記ゲート凹部内にショットキーゲート接点を形成するステ
    ップを含むことを特徴とする請求項147に記載の方法。
  149. 【請求項149】 前記ゲート凹部のために前記ONO保護層の開口部の側
    壁の中にリッジを設けるために、前記ONO保護層を貫通してエッチングするス
    テップの後に、前記ONO保護層をパターニングするステップが続き、 前記ゲート凹部内に前記ショットキーゲート接点を形成するステップが、前記
    ゲート凹部の中並びに前記ONO保護層の前記側壁及びリッジの上にキノコ形の
    ゲート構造体を形成するステップを含む、 ことを特徴とする請求項148に記載の方法。
  150. 【請求項150】 前記ONO保護層を貫通してエッチングするステップが
    、電子サイクロトロン共鳴及び誘導結合プラズマエッチングの少なくとも1つに
    よって実行されることを特徴とする請求項148に記載の方法。
  151. 【請求項151】 前記ゲート凹部を形成するステップが、 前記n型エピタキシャル層上に炭化ケイ素のキャップ層を形成するステップと
    、 第1の凹部を設けるために前記キャップ層を貫通してエッチングするステップ
    と、 前記n型エピタキシャル層内の前記第1の凹部の中に第2の凹部を設けるため
    に、前記ONO保護層を貫通して前記n型エピタキシャル層内にエッチングする
    ステップと、 によって先行され、 前記ONO保護層を形成するステップが前記キャップ層上にONO保護層を形
    成するステップを含み、 前記ショットキーゲート接点を形成するステップが、前記ONO保護層をマス
    クとして利用して前記第2の凹部の中にショットキーゲート接点を形成するステ
    ップを含む、 ことを特徴とする請求項147に記載の方法。
  152. 【請求項152】 前記ソース及びドレインの領域を設けるために、前記n
    型エピタキシャル層内にn井戸領域を注入するステップをさらに含み、かつ前
    記オーム接点を形成するステップが前記n井戸領域上にオーム接点を形成する
    ステップを含むことを特徴とする請求項134に記載の方法。
  153. 【請求項153】 前記基板を薄くするステップと、 前記p型エピタキシャル層の反対側の前記基板上に金属被覆層を形成するステ
    ップと、 をさらに含むことを特徴とする請求項134に記載の方法。
  154. 【請求項154】 前記金属被覆層を形成するステップが、 前記p型エピタキシャル層の反対側の前記基板上にチタンの層を形成するステ
    ップと、 前記チタンの層の上にプラチナの層を形成するステップと、 前記プラチナの層の上に金の層を形成するステップと、 を含むことを特徴とする請求項153に記載の方法。
  155. 【請求項155】 前記金の層の上にAuGeの共融合金の層を形成するス
    テップをさらに含むことを特徴とする請求項153に記載の方法。
  156. 【請求項156】 炭化ケイ素の電界効果トランジスタ用のゲート構造体を
    製造する方法であって、 メサ終端炭化ケイ素の電界効果トランジスタの露出面上にONO保護層を形成
    するステップと、 前記ONO保護層内にゲートウィンドウを形成するステップと、 前記メサ終端炭化ケイ素のトランジスタのチャネル層内にゲート凹部を形成す
    るステップと、 前記チャネル層内の前記ゲート凹部の中にゲート接点を形成するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  157. 【請求項157】 前記ONO保護層を形成するステップが、 H環境で前記基板、前記p型エピタキシャル層及び前記n型エピタキシャル
    層の露出部を高温アニールするステップと、 前記基板、前記p型エピタキシャル層及び前記n型エピタキシャル層の前記露
    出部上にSiO層を形成するステップと、 前記SiO層をアルゴン環境でアニールするステップと、 前記SiO層を酸化するステップと、 前記酸化されたSiO層上にSiの層を蒸着するステップと、 前記Siの層を酸化するステップと、 を含むことを特徴とする請求項156に記載の方法。
  158. 【請求項158】 前記酸化されたSiO層上に前記Siの層を蒸
    着するステップが、NO環境において酸化されたSiO層をアニールするステ
    ップにより先行されることを特徴とする請求項157に記載の方法。
  159. 【請求項159】 前記高温アニールが、約900℃より高い温度で約15
    分から約2時間行われることを特徴とする請求項157に記載の方法。
  160. 【請求項160】 前記アルゴンのアニールが約1200℃の温度で約1時
    間実行されることを特徴とする請求項157に記載の方法。
  161. 【請求項161】 前記SiO層を形成するステップが、SiO層を厚
    さが約50から約500オングストロームに形成するステップを含むことを特徴
    とする請求項157に記載の方法。
  162. 【請求項162】 前記SiO層を形成するステップが、約1200℃の
    温度における乾式酸化工程によりSiO層を形成するステップを含むことを特
    徴とする請求項157に記載の方法。
  163. 【請求項163】 前記SiO層を酸化するステップが、約950℃の温
    度で約180分間の湿式環境でSiO層を酸化するステップを含むことを特徴
    とする請求項157に記載の方法。
  164. 【請求項164】 前記Siの層を蒸着するステップが、Si の層を厚さが約200から約2000オングストロームに蒸着するステップを含
    むことを特徴とする請求項157に記載の方法。
  165. 【請求項165】 前記Siの層を蒸着するステップが、化学蒸着法
    によってSiの層を蒸着するステップを含むことを特徴とする請求項15
    7に記載の方法。
  166. 【請求項166】 前記Siの層を酸化するステップが、約950℃
    の温度で約180分間の湿式環境で前記Siの層を酸化するステップを含
    むことを特徴とする請求項157に記載の方法。
  167. 【請求項167】 前記Siの層を酸化するステップが、厚さが約2
    0から約200オングストロームの酸化被膜を設けるためにSiの層を酸
    化するステップを含むことを特徴とする請求項157に記載の方法。
  168. 【請求項168】 前記ゲート接点を形成するステップが、前記ONO保護
    層をマスクとして利用して前記ゲート凹部内にゲート接点を形成するステップを
    含むことを特徴とする請求項156に記載の方法。
  169. 【請求項169】 前記ゲート凹部に対して前記ONO保護層の開口部の側
    壁の中にリッジを設けるために、ONO保護層をパターニングするステップをさ
    らに含み、 前記ゲート凹部内に前記ゲート接点を形成するステップが、前記ゲート凹部の
    中並びに前記ONO保護層の前記側壁及びリッジの上にキノコ形のゲート構造体
    を形成するステップを含む、 ことを特徴とする請求項168に記載の方法。
  170. 【請求項170】 前記ゲートウィンドウを形成するステップ及びゲート凹
    部を形成するステップが、電子サイクロトロン共鳴及び誘導結合プラズマエッチ
    ングの少なくとも1つによって、前記ONO保護層を貫通して前記チャネル層内
    にエッチングすることにより実行されることを特徴とする請求項156に記載の
    方法。
  171. 【請求項171】 金属半導体電界効果トランジスタを形成する方法であっ
    て、 炭化ケイ素の基板上にn型導電性炭化ケイ素のn型エピタキシャル層を形成す
    るステップと、 前記n型エピタキシャル層上に、それぞれソース及びドレインを規定するオー
    ム接点を形成するステップと、 前記n型エピタキシャル層上にn型炭化ケイ素のキャップ層を形成するステッ
    プと、 前記キャップ層内に第1の凹部を形成するステップと、 前記n型エピタキシャル層内の、前記キャップ層の中の前記第1の凹部内に第
    2の凹部を形成するステップと、 前記オーム接点間すなわち前記ソースと前記ドレインとの間の前記n型エピタ
    キシャル層内の凹部内に、バイアスが印加されると前記ソースと前記ドレインと
    の間の前記n型エピタキシャル層内にアクティブチャネルを形成するショットキ
    ー金属接点を形成するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  172. 【請求項172】 前記n型エピタキシャル層を形成するステップ及び前記
    キャップ層を形成するステップが、1つの成長ステップの中で前記n型エピタキ
    シャル層及び前記キャップ層をエピタキシャル成長させるステップを含むことを
    特徴とする請求項171に記載の方法。
  173. 【請求項173】 前記1つの成長ステップにおけるn型ドーパントの濃度
    が、前記キャップ層を成長させるために変更されることを特徴とする請求項17
    2に記載の方法。
  174. 【請求項174】 前記キャップ層の中に前記第1の凹部を形成するステッ
    プが、前記第1の凹部を形成するために前記キャップ層をパターニングするステ
    ップを含むことを特徴とする請求項171に記載の方法。
  175. 【請求項175】 前記キャップ層及び前記n型エピタキシャル層を貫通し
    て伸びる側壁を有するメサを形成するステップをさらに含み、 前記第1の凹部を形成するために前記キャップ層をパターニングするステップ
    の後に、 前記メサ及び前記第1の凹部の露出面上にONO保護層を形成するステップと
    、 前記ONO保護層内の、前記第1の凹部の中にゲートウィンドウを形成するス
    テップと、 前記n型エピタキシャル層内に第2の凹部を形成するステップと、 前記第2の凹部内にゲート接点を形成するステップと、 が続くことを特徴とする請求項172に記載の方法。
  176. 【請求項176】 前記ONO保護層を形成するステップが、 H環境で前記基板、前記p型エピタキシャル層及び前記n型エピタキシャル
    層の露出部を高温アニールするステップと、 前記基板、前記p型エピタキシャル層及び前記n型エピタキシャル層の前記露
    出部上にSiO層を形成するステップと、 前記SiO層をアルゴン環境でアニールするステップと、 前記SiO層を酸化するステップと、 前記酸化されたSiO層上にSiの層を蒸着するステップと、 前記Siの層を酸化するステップと、 を含むことを特徴とする請求項175に記載の方法。
  177. 【請求項177】 前記酸化されたSiO層上に前記Siの層を蒸
    着するステップが、NO環境において酸化されたSiO層をアニールするステ
    ップにより先行されることを特徴とする請求項176に記載の方法。
  178. 【請求項178】 前記ゲート接点を形成するステップが、前記ONO保護
    層をマスクとして利用して前記第2の凹部内にゲート接点を形成するステップを
    含むことを特徴とする請求項175に記載の方法。
  179. 【請求項179】 前記第2の凹部内に前記ゲート接点を形成するステップ
    が、前記第2の凹部の中にキノコ形のゲート構造体を形成するステップを含むこ
    とを特徴とする請求項178に記載の方法。
  180. 【請求項180】 前記ゲートウィンドウを形成するステップ及び第2の凹
    部を形成するステップが、電子サイクロトロン共鳴及び誘導結合プラズマエッチ
    ングの少なくとも1つによって、前記ONO保護層を貫通して前記n型エピタキ
    シャル層内にエッチングすることにより実行されることを特徴とする請求項17
    5に記載の方法。
  181. 【請求項181】 前記基板を形成するステップが、深いレベルのドーパン
    トがほとんどない半絶縁性のSiC基板を形成するステップを含むことを特徴と
    する請求項171に記載の方法。
  182. 【請求項182】 前記基板と前記n型エピタキシャル層との間にバッファ
    層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項171に記載の方法
  183. 【請求項183】 前記バッファ層を形成するステップが、未ドープの炭化
    ケイ素のエピタキシャル層を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
  184. 【請求項184】 請求項182に記載の方法であって、前記バッファ層を
    形成するステップが、n型炭化ケイ素のエピタキシャル層を形成するステップを
    含むことを特徴とする請求項182に記載の方法。
  185. 【請求項185】 前記バッファ層を形成するステップが、p型炭化ケイ素
    のエピタキシャル層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項182に
    記載の方法。
  186. 【請求項186】 前記p型エピタキシャル層を形成するステップが、 前記基板上に第1のp型エピタキシャル層を形成するステップと、 前記第1のp型エピタキシャル層上に、ドーパント濃度が前記第1のp型エピ
    タキシャル層よりも低い第2のp型エピタキシャル層を形成するステップと、 を含むことを特徴とする請求項183に記載の方法。
  187. 【請求項187】 前記p型エピタキシャル層にオーム接点を形成するステ
    ップをさらに含むことを特徴とする請求項185に記載の方法。
  188. 【請求項188】 キャリア濃度が前記p型エピタキシャル層よりも高いp
    型導電性の炭化ケイ素の領域を設けるために、前記p型エピタキシャル層内にp
    型のドーパントを注入するステップをさらに含み、 前記オーム接点を形成するステップが、前記注入された領域上にオーム接点を
    形成するステップを含む、 ことを特徴とする請求項187に記載の方法。
  189. 【請求項189】前記オーム接点を形成するステップが、 前記キャップ層とMESFETのソース領域に隣接する領域内の前記n型エピ
    タキシャル層とを貫通してグラウンド接点ウィンドウをエッチングするステップ
    と、 前記グラウンド接点ウィンドウ内にオーム接点を形成するステップと、 を含むことを特徴とする 請求項187に記載の方法。
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