JP2006517726A - 窒化物ベースのトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
窒化物ベースのトランジスタ用コンタクト及びそのようなコンタクトの製造方法は、再成長工程によって凹部を提供する。コンタクトは、凹部内に形成される。再成長工程は、ＩＩＩ族窒化物半導体材料を含む第１キャップ層を形成する工程を含んでいる。マスクは、第１キャップ層上に形成及びパターン形成される。マスクのパターンは、コンタクト用凹部のパターンに対応する。ＩＩＩ族窒化物半導体材料を含む第２キャップ層は、パターン形成されたマスクを使用して、第１キャップ層上に選択的に形成（例えば、成長する）される。追加層は、第２キャップ層上に形成することができる。マスクは除去され、第１キャップ層に対向する凹部（郡）を提供することができ、コンタクト（群）は、凹部（群）内に形成することができる。あるいは、マスクは、上にコンタクトを形成することができ、除去する必要のない導電性材料を含むことができる。
Description
本発明は、非エッチングコンタクト凹部を用いた窒化物ベースのトランジスタ及びその製造方法に関し、より詳細には、半導体素子に関するもので、窒化物ベースの能動層を備えたトランジスタに関する。
本発明は、開示が参照によりそのまま本明細書に組み込まれている、２００２年７月１６日に出願した米国特許仮出願第６０／３９６，２３６号明細書（整理番号５３０８−２４８ＰＲ）の利益を主張するものである。
本発明は、トランジスタを高電力、高温度、及び／又は、高周波用途に適したものにする半導体材料で形成されたトランジスタに関する。シリコン（Ｓｉ）及びガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの材料は、低電力（Ｓｉの場合）及び低周波用途半導体素子において広く用いられている。しかし、これらの、よりなじみのある半導体材料は、比較的小さなバンドギャップ（例えば、Ｓｉの１．１２ｅＶ及びＧａＡｓの１．４２ｅＶ）、及び／又は、比較的小さな絶縁破壊電圧のために、より高い電力、及び／又は、高周波用途にはあまり適していない。
Ｓｉ及びＧａＡｓが示す問題点に鑑みて、高電力、高温度、及び／又は、高周波用途ならびに対する関心は、炭化ケイ素（室温においてαＳｉＣで２．９９６ｅＶ）及びＩＩＩ族窒化物（室温においてＧａＮで３．３６ｅＶ）などの広いバンドギャップの半導体材料へ向けられている。これらの材料は、一般に、ガリウム砒素及びシリコンと比較してより高い電界絶縁破壊耐力及びより高い電子飽和速度を有する。
高電力、及び／又は、高周波用途として特に関心の的になっている素子は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）であり、変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）としても知られている。これらの素子は、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が、異なるバンドギャップエネルギーを持った２つの半導体材料のヘテロ接合部に形成され、ヘテロ接合部では、小さいバンドギャップの材料がより高い電子親和性（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ａｆｆｉｎｉｔｙ）を有するので、いくつかの状況下で動作上の利点を提供する。２ＤＥＧは、非ドープ（無作為ドープ）で、より小さいバンドギャップの材料中の蓄積層であり、非常に高いシート電子濃度、例えば、１０１３キャリア／平方センチメートルを超える電子濃度を有することができる。また、より広いバンドギャップの半導体中に発生する電子は、２ＤＥＧに移動し、その結果、イオン化不純物散乱の減少が奏功して高電子移動度が可能となる。
高キャリア濃度と高キャリア移動度の組み合わせは、ＨＥＭＴに非常に大きな相互コンダクタンスを与えることができ、また、高周波用途に関して、金属・半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴｓ）をはるかに凌ぐ性能上の利点を提供することができる。
窒化ガリウム／窒化アルミニウム・ガリウム（ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）材料系中に製造された高電子移動度トランジスタは、上述した高い絶縁破壊電界、広いバンドギャップ、大きな導電バンドオフセット、及び／又は、高い飽和電子流動速度を含む材料特性の組み合わせにより、大量のＲＦ電力を発生させる可能性を有する。２ＤＥＧ中の電子の中の主要な部分は、ＡｌＧａＮ中の分極に起因する。
ＧａＮ／ＡｌＧａＮ系でのＨＥＭＴについてはすでに開示されている。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ構造及びその製造方法が、特許文献１及び２に説明されている。参照として組み込まれた、本発明と同一出願人の特許文献３（Ｓｈｅｐｐａｒｄら）には、半絶縁性炭化ケイ素基板、基板上の窒化アルミニウム緩衝層、緩衝層上の絶縁性窒化ガリウム層、窒化ガリウム層上の窒化アルミニウム・ガリウム障壁層、及び窒化アルミニウム・ガリウム能動構造上の安定化処理層を有するＨＥＭＴ素子について説明されている。
窒化物ベースのトランジスタ製造工程における１つの課題は、そのようなトランジスタ用のオーミックコンタクトの形成に関する。従来、オーミックコンタクトは、コンタクト用の反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）凹部を用いて形成されてきた。しかし、厳格な工程管理の実施なしでは、窒化物ベースの材料中のＲＩＥは、均一性の問題及び再現性の問題を被る。そのような問題は、製造工程の管理における困難さをもたらす。ＲＩＥを用いないで形成されるオーミックコンタクトは、通常、高いアニール温度（例えば、９００℃）を使用してきた。そのような高いアニール温度は、材料、及び／又は、素子を損傷させる恐れがある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、非エッチングコンタクト凹部を使用した窒化物ベースのトランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の実施形態は、再成長工程を用いて凹部（ｒｅｃｅｓｓ）を形成にすることによって、窒化物ベースのトランジスタ用コンタクト及びそのようなコンタクトの製造方法を提供することである。このコンタクトは、凹部内に形成される。再成長工程は、ＩＩＩ族窒化物半導体材料を含む第１キャップ層を製造する工程を含んでいる。マスクは、第１キャップ層上に製造及びパターン形成される。マスクのパターンは、コンタクト用凹部のパターンに対応する。ＩＩＩ族窒化物半導体材料を含む第２キャップ層は、パターン形成されたマスクを使用して、第１キャップ層上に選択的に製造（例えば、成長する）される。追加層（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｌａｙｅｒ）は、第２キャップ層上に形成することができる。マスクは除去され、第１キャップ層に対向する凹部（群）を提供することができ、コンタクト（群）は、凹部（群）内に形成することができる。あるいは、マスクは、上にコンタクトを形成することができ、除去する必要のない材料（導電性又は絶縁性の）を含むことができる。
特に、本発明のいくつかの実施形態で、窒化物ベースのトランジスタ、例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が製造される。窒化物ベースのチャネル層は、緩衝層を用いて、又は、用いないで、基板上に形成される。窒化物ベースの半導体の第２キャップ層は、窒化物ベースのチャネル層の上に形成される。マスクは、第１キャップ層の第１部分を覆い、かつ、前記第１キャップ層の隣接した第２部分を露光するために形成される。窒化物ベースの半導体の第２キャップ層は、マスクを使用して、例えば、マスクによって制限されたエピタキシャル成長工程を使用して、第１キャップ層の露光された部分上に形成される。凹部は、例えば、マスクを除去し、第１キャップ層を露光することによって、又は、上に第２キャップ層が形成されない導電性マスクを使用することによって、第２キャップ層に隣接した第１キャップ層の第１部分の上に形成される。オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つは、凹部内に形成され、対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトは、基板上、例えば、第１キャップ層上に、及び／又は、第２キャップ層上に形成される。
窒化物ベースのチャネル層、窒化物ベースの半導体の第１キャップ層、及び窒化物ベースの半導体の第２キャップ層は、それぞれ、ＩＩＩ族窒化物層を含むことができる。例えば、チャネル層は、０≦ｘ＜１において組成ＡｌｘＧａｌ−ｘＮを持つことが可能であり、チャネル層のバンドギャップは、第１キャップ層のバンドギャップよりも小さい。同様に、第１キャップ層は、０＜ｘ＜１におけるＡｌｘＧａｌ−ｘＮを含むことができる。
マスクは、例えば、リフトオフ法又はウェットエッチング法を使用して、マスク層をパターン形成することによって形成することができる。マスクは、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）材料、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）ベース又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）ベースの材料から形成することができる。
第２キャップ層は、第１キャップ層の材料と同じ材料を含むことができる。例えば、第１及び第２キャップ層は、ＡｌＧａＮを含むことができ、前記第１キャップ層は、第２キャップ層のＡｌ濃度よりも高いＡｌ濃度を含むことができる。また、第１及び第２キャップ層の厚さの組み合わせは、約２５ｎｍとすることができる。
追加層は、第２キャップ層上に形成することができる。また、追加層は、例えば、ＧａＮキャップ層、絶縁層、及び／又は、組成的に等級分けした遷移層を含むことができる。
本発明の更なる実施形態において、窒化物ベースのマイクロエレクトロニクス素子用コンタクトが提供される。窒化物ベースの半導体の第１層は、基板上に形成される。マスクは、第１層の第１部分を覆い、かつ、第１層の隣接した第２部分を露光するために形成される。窒化物ベースの半導体の第２層は、マスクを使用して露光された、第１層の部分の上に形成される。凹部は、第２層に隣接した、第１層の第１部分の上に形成される。コンタクトは、凹部内に形成される。第１及び第２層は、それぞれのＩＩＩ族窒化物層を含むことができる。
本発明の他の実施形態によれば、トランジスタは、半絶縁性基板上の窒化物ベースのチャネル層、窒化物ベースのチャネル層上の窒化物ベースの半導体よりなる第１キャップ層、及び第１キャップ層上の、成長した、窒化物ベースの半導体よりなる第２キャップ層を含んでいる。オーミックコンタクト又はゲートコンタクトは、成長した第２キャップ層の側壁に隣接して、第１キャップ層上に直に配置され、対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトは、基板上に、例えば、第１キャップ層、及び／又は、第２キャップ層の上に配置されている。第１及び第２キャップ層は、それぞれのＩＩＩ族窒化物層を含むことができる。
本発明は、多くの異なった実施形態で具現化することができる。また、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈すべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、この発明の開示が、十分でかつ完全であるために、また、当業者に本発明の範疇を十分に伝えるために提供される。全体を通じて同じ番号は同じ構成要素を示している。更に、図中に示す様々な層及び領域は、概略的に示されている。したがって、本発明は、添付図面に示す、相対的サイズ、相対的間隔、及び相対的配列に限定されない。また、本明細書中で言及する、基板又は他の層の「上に」形成された層とは、基板又は他の層の上に直接形成された層、あるいは基板又は他の層の上に形成された介在層又は介在層群の上に直接形成された層を意味する。他の構造に「隣接して」配置された構造体又は構造とは、隣接する構造の上又は下に位置する部分を含むことが可能である。
本発明の実施形態は、薄いキャップ層によるコンタクト形成用の凹部を提供する再成長工程を用いて、窒化物ベースの素子のコンタクトを提供することができる。コンタクト用凹部を提供することによって、低いアニール温度の使用、又はアニールの回避が可能になる。また、より低いコンタクト抵抗を達成することができる。更に、再成長工程を用いることによって、ＲＩＥを回避することもできる。したがって、本発明のある実施形態は、改善された再現性及び均一性を可能にする。また、層の選択的領域成長により、亀裂を生じることなしに、緊張度のより高い層が可能になる。
本発明の実施形態は、ＩＩＩ族窒化物ベースの素子などの窒化物ベースのＨＥＭＴ内での使用に、特によく適している。本明細書中に用いられているように、用語「ＩＩＩ族窒化物」は、窒素と周期表のＩＩＩ族中の元素、通常、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及び／又は、インジウム（Ｉｎ）との間で形成された半導体化合物を意味する。用語はまた、ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮなどの三元及び四元化合物を意味する。当業者によって、よく理解されるように、ＩＩＩ族元素は、窒素と化合して、二元（例えば、ＧａＮ）、三元（例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ）、及び四元の（例えば、ＡｌＩｎＧａＮ）化合物を形成する。これらの化合物は全て、１モルの窒素が合計１モルのＩＩＩ族元素と化合した実験式を有する。したがって、「ＡｌｘＧａｌ−ｘＮ、ここで、０≦ｘ≦１」などの式は、それらの化合物を説明するのにしばしば使用される。
本発明の実施形態を使用することができる、ＧａＮベースのＨＥＭＴ用の適切な構造は、例えば、同一出願人の特許文献３、２００１年７月１２日に出願した「ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ／ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＧＡＴＥ ＣＯＮＴＡＣＴ ＯＮ Ａ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＣＡＰ ＳＥＧＭＥＮＴ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＳＡＭＥ」（特許文献４参照）、及び２００１年５月１１日に出願した「ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ （ＨＥＭＴ） ＷＩＴＨ ＢＡＲＲＩＥＲ／ＳＰＡＣＥＲ ＬＡＹＥＲ」（特許文献５参照）、ならびにＳｍｏｒｃｈｋｏｖａら、「ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ （ＨＥＭＴ） ＷＩＴＨ ＢＡＲＲＩＥＲ／ＳＰＡＣＥＲ ＬＡＹＥＲ」（特許文献６参照）に記載されており、これらの開示は、参照として、本明細書にそのまま組み込まれている。
以下、図面を参照して本発明の実施態様について説明する。
図１Ａ乃至図１Ｅは、本発明の実施形態によるトランジスタ内のオーミックコンタクトの製造工程を示す概略図である。図１Ａは、基板上にチャネル層と第１キャップ層を順次形成する工程を示す図である。この図１Ａから分かるように、基板１０は、その上に窒化物ベースの素子を形成できるように設けられている。本発明の具体的な実施形態において、基板１０は、例えば、４Ｈポリタイプの炭化ケイ素などの、半絶縁性炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板でよい。他の炭化ケイ素の候補ポリタイプとして、３Ｃ、６Ｈ、及び１５Ｒポリタイプが挙げられる。用語「半絶縁性」は、絶対的な意味というよりもむしろ、記述的に使用される。本発明の具体的な実施形態において、炭化ケイ素バルク結晶は、室温で１ｘ１０５Ω−ｃｍ以上の比抵抗を有する。
図１Ａ乃至図１Ｅは、本発明の実施形態によるトランジスタ内のオーミックコンタクトの製造工程を示す概略図である。図１Ａは、基板上にチャネル層と第１キャップ層を順次形成する工程を示す図である。この図１Ａから分かるように、基板１０は、その上に窒化物ベースの素子を形成できるように設けられている。本発明の具体的な実施形態において、基板１０は、例えば、４Ｈポリタイプの炭化ケイ素などの、半絶縁性炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板でよい。他の炭化ケイ素の候補ポリタイプとして、３Ｃ、６Ｈ、及び１５Ｒポリタイプが挙げられる。用語「半絶縁性」は、絶対的な意味というよりもむしろ、記述的に使用される。本発明の具体的な実施形態において、炭化ケイ素バルク結晶は、室温で１ｘ１０５Ω−ｃｍ以上の比抵抗を有する。
随意の緩衝層、核生成層（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）、及び／又は、遷移層（図示せず）を、基板１０上に設けることができる。例えば、ＡｌＮ緩衝層は、炭化ケイ素基板と素子の残りの部分との間の適切な結晶構造遷移を可能にするために設けることができる。また、緊張平衡化遷移層もまた、例えば、完全に記述されているかのごとく、参照として本明細書に組み込まれた、同一出願人の、２００２年７月１９日に出願した「ＳＴＲＡＩＮ ＢＡＬＡＮＣＥＤ ＮＩＴＲＩＤＥ ＨＥＴＲＯＪＵＮＣＴＩＯＮ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＳＴＲＡＩＮ ＢＡＬＡＮＣＥＤ ＮＩＴＲＩＤＥ ＨＥＴＥＲＯＪＵＮＣＴＩＯＮ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ」（特許文献７参照）、及び２００１年１２月３日に出願した「ＳＴＲＡＩＮ ＢＡＬＡＮＣＥＤ ＮＩＴＲＩＤＥ ＨＥＴＥＲＯＪＵＮＣＴＩＯＮ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ」（特許文献８参照）に説明されているように、設けることができる。
炭化ケイ素は、ＩＩＩ族窒化物素子用の非常に一般的な基板材料であるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）よりも、ＩＩＩ族窒化物に対してはるかに近い結晶格子適合を有する。より近い結晶格子適合は、サファイア上に一般的に得られるＩＩＩ族窒化物膜よりもより高い品質のＩＩＩ族窒化物膜をもたらす。炭化ケイ素はまた、非常に高い熱伝導性を有しているので、炭化ケイ素上のＩＩＩ族窒化物素子の全出力電力は、一般的に、サファイア上に形成された同一の素子の場合程、基板の熱消費によって制限されない。また、半絶縁性炭化ケイ素基板が入手可能なので、素子の分離及び寄生容量の低減を行うことができる。適切なＳｉＣ基板は、例えば、本発明の出願人である、ノースカロライナ州ダーラム在Ｃｒｅｅ Ｉｎｃ．によって製造されており、また、製造方法は、例えば、内容が参照によりそのまま本明細書に組み込まれた、特許文献９，特許文献１０，特許文献１１，特許文献１２に記載されている。同様に、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長に関する技術は、例えば、内容が参照としてそのまま本明細書に組み込まれている、特許文献１３，特許文献１４，特許文献１５，特許文献１６に記載されている。
炭化ケイ素は、好ましい基板材料であるが、本発明の実施形態は、サファイア、アルミニウム窒化物、窒化アルミニウム・ガリウム、窒化ガリウム、シリコン、ＧａＡｓ、ＬＧＯ、ＺｎＯ、ＬＡＯ、ＩｎＰなどの適切ないかなる基板を用いてもよい。いくつかの実施形態では、適切な緩衝層も形成することができる。
図１Ａに示すように、チャネル層２０は、基板１０の上に設けられている。チャネル層２０は、上述したように、緩衝層、遷移層、及び／又は、核生成層を使用して、基板１０の上に蒸着することができる。チャネル層２０は、圧縮歪を受けることもある。更に、チャネル層、及び／又は、バッファ核生成層、及び／又は、遷移層は、ＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥ又はＨＶＰＥなどの当業者に既知の他の技術によって蒸着することができる。
本発明のいくつかの実施形態において、チャネル層２０は、チャネル層２０のバンドギャップが、第１キャップ層２２のバンドギャップよりも小さいと仮定したとき、０≦ｘ＜１でのＡｌｘＧａｌ−ｘＮなどのＩＩＩ族窒化物である。本発明のある実施形態において、ｘ＝０であり、チャネル層２０は、ＧａＮであることを示唆する。チャネル層２０は、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの他のＩＩＩ族窒化物であってもよい。チャネル層２０は、非ドープ（「無作為ドープ」）であってもよく、また、約２０オングストロームを超える厚さまで成長することができる。チャネル層２０はまた、超格子又はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、その他の組み合わせなどの多層構造であってもよい。
第１キャップ層２２は、チャネル層２０の上に設けられている。チャネル層２０は、第１キャップ層２２のバンドギャップよりも小さなバンドギャップを有することができる。第１キャップ層２２は、チャネル層２０の上に蒸着することができる。本発明のある実施形態において、第１キャップ層２２は、約１〜約１０ｎｍの厚さのＡｌＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮである。本発明のある実施形態によるキャップ層の実施例は、完全に説明されているかのごとく、開示が参照として本明細書に組み込まれている、Ｓｍｏｒｃｈｋｏｖａらの「ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ （ＨＥＭＴ） ＷＩＴＨ ＢＡＲＲＩＥＲ／ＳＰＡＣＥＲ ＬＡＹＥＲ」（特許文献６参照）に説明されている。本発明の特定の実施形態において、第１キャップ層２２は、十分厚く、かつ、十分高いＡｌ組成及びドープを有し、第１キャップ層２２が、オーミックコンタクト金属下に埋め込まれたとき、分極効果によって、チャネル層２０と第１キャップ層２２との間の界面に顕著なキャリア濃度を誘発する。また、第１キャップ層２２は、第１キャップ層２２と第２キャップ層２４との間の界面に蒸着されたイオン化不純物が起因する、チャネル中の電子の散乱を減少又は最小化するのに十分な厚さでなければならない。
第１キャップ層２２は、ＩＩＩ族窒化物で、チャネル層２０のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有することができる。したがって、本発明のある実施形態において、第１キャップ層２２は、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、及び／又は、ＡｌＮ、あるいはそれらの層の組み合わせである。第１キャップ層２２は、例えば、約１〜１０ｎｍの厚さであってもよいが、その中に亀裂又は実質的な欠陥形成を引き起こすほどの厚さではない。好ましくは、第１キャップ層２２は、非ドープ又はｎ型のドーパント（ｄｏｐａｎｔ）で約１０１９ｃｍ−３未満の濃度までドープしたものである。本発明のいくつかの実施形態においては、第１キャップ層２２は、ＡｌｘＧａｌ−ｘＮであり、ここで、０＜ｘ＜１である。そのような実施形態において、第１キャップ層２２は、厚さ約３〜約１５ｎｍでよい。特定の実施形態において、アルミニウム濃度は、約２５％である。しかし、本発明の他の実施形態においては、第１キャップ層２２は、約５％と約１００％との間のアルミニウム濃度を有するＡｌＧａＮを含む。本発明の特定の実施形態において、アルミニウム濃度は、約１０％を超える。第１キャップ層２２がＡｌＮ層を含む、本発明の実施形態においては、第１キャップ層２２の厚さは、例えば、約０．３ｎｍ〜約４ｎｍでよい。
図１Ｂは、第１キャップ層上にマスクを形成する工程を示す図である。マスク３０は、第１キャップ層２２の領域の上に形成され、次いで、第１キャップ層２２の領域上にオーミックコンタクトが形成されている。本発明のある実施形態においては、マスク３０は、このマスク３０に対応して、第１キャップ層２２の領域上に形成されることになるコンタクトのサイズより少し小さく、追加層に対するオーミックコンタクトの重畳を可能にして配置ずれの補償を行っている。
図１Ｂに示すように、図１Ａに示すウェハは、エピタキシャル成長装置（ｅｐｉ ｒｅａｃｔｏｒ）から除去され、所望の凹部領域にマスク材料３０を用いてパターン形成される。マスク材料３０は、以下に説明する、第２キャップ層２４の形成を含む次の処理の成長温度に耐えられなければならない。本発明のある実施形態においては、マスク３０は、第１キャップ層２２上の損傷又は残留物を減少又は最小化するために、リフトオフ法を用いてパターン形成される。あるいは、マスク３０をパターン形成するためにウェットエッチング法を使用することも可能である。ウェットエッチング法は、ドライエッチング上のパターン形成用として好ましく、第１キャップ層２２に対する損傷を減少させる。いくつかの実施形態において、マスク材料３０は、第１キャップ層２２及び次いで形成される層に対して、高い選択性を有するウェットエッチング法を用いて除去可能である。本発明の更に他の実施例において、ＡｌＮ及びＳｉＮｘベースの材料など他の材料も使用可能であるが、ＳｉＯｘがマスク材料である。マスク材料としてＡｌＮベースの材料を使用することによって、安定性を改善することができ、また、ＳｉＯｘのケイ素及び酸素からなるｎ型ドープを減少させることができる。もし、ＡｌＮｘが使用されると、マスク材料は、選択的ウェットエッチング法を用いて除去可能な程度の品質になるであろう。
図１Ｃは、第１キャップ層上に第２キャップ層を形成する工程を示す図である。図１Ｃに示すように、オーミックコンタクト用に凹部が形成されることになっている領域におけるマスク材料を残すためのマスク３０の形成及びパターン形成の後に、第２キャップ層２４は、第１キャップ層２２の露光された領域上に形成される。例えば、図１Ｂに示すウェハは、第２キャップ層２４の蒸着のために、エピタキシャル成長装置へ戻すことができる。第１キャップ層２２及び第２キャップ層２４は、同じ材料でも異なった材料でもよく、また、同じ組成でも異なった組成でもよい。例えば、第１キャップ層２２は、ＡｌＮで、第２キャップ層２４は、ＡｌＧａＮ又はＧａＮでよい。更に、第１キャップ層２２及び第２キャップ層２４は、Ａｌの濃度を第２キャップ層２４中よりも第１キャップ層２２中の方でより高くした、ＡｌＧａＮでもよい。第１キャップ層２２と第２キャップ層２４との合計の厚さは、約２５ｎｍでよい。第１キャップ層２２及び第２キャップ層２４は、共に、所望の電子密度を得るのに十分な厚さを持っていなければならず、また、十分なＡｌを含んでいなければならないが、亀裂又は実質的な転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）形成を引き起こすほど厚くてはならないし、あるいはＡｌを過剰に含んでいてはならない。
あるいは、第２キャップ層２４の選択的成長は、上に第２キャップ層２４の材料が、成長／蒸着工程の間に形成されることのない層を設けることによって可能になる。例えば、マスクは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去できる薄い層であってもよい。あるいは、マスクは、導電性材料、例えば、金属あるいはＴａＮ又はＴｉＮなどの他の導電性材料でよく、その上にオーミックコンタクトを、引き続いて形成することができるので、マスクの除去は、不要にすることができる。他の実施形態において、マスクは、ゲートを形成することになっている領域に形成することができ、また、残す（又は部分的にのみ除去される）ことができて、上にゲートコンタクトが形成されるゲート絶縁層として使用可能な絶縁材料を含むことができる。
チャネル／ゲート領域両端の蒸着寸法は、第２のキャップ材料のブランケット蒸着（ｂｌａｎｋｅｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と比較して相当小さいので、予めパターン形成された、第２キャップ層２４の再成長によって、ゲート／チャネル領域内の第２キャップ層２４の領域中の亀裂を制限することもできる。特に、層は、数ミクロン（例えば、約０．２〜約１０ミクロン）オーダーのゲート／チャネル領域両端の長さ（例えば、マスク３０同士の間の距離）及び最大数百ミクロン（例えば、約１０ミクロン〜約５００ミクロン）の幅を有する。本発明のある実施形態においては、第２キャップ層２４の再成長用パターンの形状、寸法、及び／又は、結晶配向は、許容厚さ及びＡｌ組成、したがって、キャリア濃度を増加又は最大化するように選択される。第２キャップ層２４の領域は、パターン形成された領域内のいかなる亀裂化をも減少又は阻止するために、所与のブランケットキャップ層の典型的な亀裂間隔（ｃｒａｃｋ ｓｐａｃｉｎｇ）よりも小さくすることができる。また、いくつかの実施形態において、亀裂は端部に対して垂直に生じやすいので、亀裂の核生成を最小化するために、領域の終端が、クラックが発生しやすい結晶の方向に対して垂直にならないように配向しなければならない。更に、本発明のある実施形態においては、第２キャップ層２４は、実質的な第２の電子チャネルが、第１キャップ層２２と第２キャップ層２４との間の再成長界面に形成されるレベル未満のＡｌ組成を含んでいる。
第２キャップ層２４の成長条件は、マスク３０の過度の分解を阻止するように選択される。また、マスク３０上のいかなる蒸着も、好ましくは、ウェットエッチングが、マスク３０及びその上のいかなる蒸着をも効果的に除去できるように十分不連続である。好ましくは、蒸着は、選択的ではなく、ＡｌＧａＮ組成などの第２キャップ層２４の材料組成及び厚さは、領域に亘って均一である。均一な組成及び厚さは、比較的低い成長温度、及び／又は、上にＩＩＩ族窒化物が核成長する（例えば、低品質のＡＩＮｘ対ＳｉＯｘ）、より安定なマスクを使用することによって達成することができる。しかし、核成長は、マスク３０上の除去を容易にするためには、マスク３０上に連続層を形成する程完全なものであってはならない。もし、成長が、選択的であるならば、マスク３０は、マスク領域から成長領域への転移を減少、及び／又は、制限するようにサイズを決めなければならない。
図１Ｄは、第２キャップ層上に追加層を形成する工程を示す図である。追加層２６は、エピタキシャル成長装置の内外どちらで蒸着してもよい。オーミックコンタクト領域は、既に開かれようとしているので、そのような追加層２６は、例えば、開示が、完全に説明されているかのごとく、参照として本明細書に組み込まれている非特許文献１、又は２００１年７月１２日に出願した「ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ／ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＧＡＴＥ ＣＯＮＴＡＣＴ ＯＮ Ａ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＣＡＰ ＳＥＧＭＥＮＴ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＳＡＭＥ」（特許文献１参照）に記載されているＧａＮキャップ層を含むことができる。いくつかの実施形態において、表面を安定化処理することによって、及び／又は、以降の処理の間第２キャップ層２４を密閉することによって、ＭＩＳＨＥＭＴを作るためにＳｉＮｘ又は比較的高品質のＡｌＮなどの絶縁層を蒸着することができる。追加層２６として、第１キャップ層２２上、及び／又は、第２キャップ層２４上で組成的に等級分けした遷移層も挙げることができる。追加層２６は、第２キャップ層２４の形成後直ちに、エピタキシャル成長装置内で蒸着することが可能なので、第２キャップ層２４と追加層２６との間の界面及び表面状態の制御を改善することができる。更に、追加層２６の領域は、第２キャップ層２４と同一の、より小さいパターン形成された領域を有するので、これらの層は、たとえ引っ張り歪が、追加層２６によって増大したとしても、亀裂が減少したことによる利益を得ることもできる。
図１Ｅは、マスクを除去して、第２キャップ層によって輪郭が決定される凹部にオーミックコンタクトを形成する工程を示す図である。つまり、マスク３０の除去及び第２キャップ層２４によって（即ち、隣接することによって）輪郭が決定される凹部（ｒｅｃｅｓｓ）におけるオーミックコンタクト４０の形成工程を示す図である。このオーミックコンタクト４０は、特許文献３に記載されているように製造することができる。オーミックコンタクト４０は、第１キャップ層２２上に形成される。第１キャップ層２２上のオーミックコンタクト４０は、比較的低いアニール温度でアニールすることができる。例えば、本発明のある実施形態においては、約４００〜約８００℃のアニール温度を使用することができる。本発明の他の実施形態においては、アニール工程は、除外することができる。したがって、オーミックコンタクト４０は、高いアニール温度を必要とすることも無く、又は、ＩＩＩ族窒化物材料をエッチングする必要も無く、設けることができる。トランジスタは、ゲート２８、及び／又は、ゲート構造体、安定化処理又は当業者に既知のその他のそのような付加的処理の追加によって更に完成することができる。
第１キャップ層２２、及び／又は、第２キャップ層２４は、完全に説明されているかのごとく、開示が参照として本明細書に組み込まれている、Ｓｍｏｒｃｈｋｏｖａらの「ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ （ＨＥＭＴ） ＷＩＴＨ ＢＡＲＲＩＥＲ／ＳＰＡＣＥＲ ＬＡＹＥＲ」（特許文献６参照）に説明されているような多数の層で設けることもできる。したがって、本発明の実施形態は、第１キャップ層、及び／又は、第２キャップ層を一層に限定すると解釈すべきではなく、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及び／又は、ＡｌＮ層の組み合わせを有する障壁層を含むことができる。例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ構造体は、合金散乱（ａｌｌｏｙ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を減少又は阻止するために使用することができる。したがって、本発明の実施形態は、窒化物ベースの障壁層を含むことができ、そのような窒化物ベースの障壁層は、ＡｌＧａＮベースの障壁層、ＡｌＮベースの障壁層、及びそれらの組み合わせを含むことができる。
オーミック領域は、コンタクト抵抗を更に減らすために、Ｓｉなどのｎ型ドーパントと共に、随意に、埋め込むことができる。再成長の前に実施されるならば、再成長は、アニール工程として働くことができ、及び／又は、より高い温度のアニールは、最終表面が高い温度のアニールによって影響をされないように、最終再成長層が蒸着される前に実施することができる。例えば、第１キャップ層２２は、薄いＡｌＧａＮと、開孔を有する埋め込みマスクをオーミックコンタクト上に設けて位置決めマークを付加するために蒸着及びパターン形成されたマスクとにより形成することができる。ドーパント（添加物）、例えば、Ｓｉ（又はＯ、Ｇｅなど）が埋め込まれ、そして、埋め込みマスクが除去される。次に、再成長マスクが蒸着及びパターン形成され、オーミックコンタクト領域及び位置決めマークを覆う。その結果生じる構造体は、（約１１００℃の不活性ガス、又はＮＨ３ベースのガス内で）アニールし、ＡｌＧａＮ層を形成することができる。再成長マスクは除去され、オーミックコンタクト４０が形成される。
図２は、本発明の実施形態による典型的なトランジスタを示す概略図である。この図２から分かるように、ＡｌＮ緩衝層１２は、高純度半絶縁性（ＨＰＳＩ）４ＨＳｉＣ基板１０’上に形成されている。緩衝層１２は、厚さ約０．２ミクロンの真性又は非ドープＡｌＮであり、基板１０’は、約４００ミクロンの厚さである。チャネル層２０’は、緩衝層１２上に設けられ、また、約２ミクロンの厚さを有する非ドープＧａＮ層とすることができる。第１キャップ層２２’は、チャネル層２０’上に設けられ、また、約２５％のＡｌ濃度及び約５ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＧａＮ層とすることができる。
第２キャップ層２４’は、上述したようにマスクを用いて、意図的に又はその他の方法で、約２０％のＡｌ濃度を有し、合計約２×１０１２ｃｍ−２の濃度までＳｉなどのｎ型ドーパントがドープされたドープＡｌＧａＮ層として選択的に成長させる。第２キャップ層２４’は、約１０ｎｍの厚さを有することができる。追加層２６’は、上述したようにマスクを用いて、約２０％のＡｌ濃度を有する非ドープＡｌＧａＮ層として選択的に成長させ、また、第２キャップ層２４’上に設けられている。追加層２６’は、約１０ｎｍの厚さを有することができる。オーミックコンタクト４０は、第２キャップ層２４’及び追加層２６’に隣接した凹部内に形成されている。ゲートコンタクト２８’は、追加層２６’上に形成することができる。
図３は、本発明の他の実施形態によるトランジスタを示す概略図で、ＡｌＮ障壁層を使用した典型的なトランジスタを示す概略図である。この図３から分かるように、基板、ＡｌＮ緩衝層１２、及びチャネル層２０’は、図２において上述したように設けられる。第１キャップ層２２’’は、チャネル層２０’上に設けられ、また、約１ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＮ層とすることができる。
第２キャップ層２４’’は、上述したようにマスクを用いて、約２０％のＡｌ濃度を有する非ドープＡｌＧａＮ層として選択的に成長させる。第２キャップ層２４’’は、約２０ｎｍの厚さを有することができる。オーミックコンタクト４０は、第２キャップ層２４’’に隣接した凹部内に形成されている。ゲートコンタクト２８’’は、追加層２４’’上に形成することができる。
図４は、本発明のさらに他の実施形態によるトランジスタを示す概略図で、窪んだゲート構造体を設けるために選択的再成長が使用される典型的なトランジスタを示す概略図である。この図４から分かるように、基板１０’、ＡｌＮ緩衝層１２、及びチャネル層２０’は、図２において上述したように設けられている。第１キャップ層２２’’は、チャネル層２０’上に設けられ、また、約２５％のＡｌ濃度及び最大約２５ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＧａＮ層とすることができる。
第２キャップ層２４’’’は、素子のゲート領域を覆うためにマスクが使用される点を除いて、上述したと同様にマスクを用いて選択的に成長させる。第２キャップ層２４’’’は、約２０％のＡｌ濃度を有する非ドープＡｌＧａＮ層とすることができる。また、第２キャップ層２４’’’は、約５ｎｍの厚さを有することができる。追加層２６’’は、上述したようにマスクを用いて、ｎ＋にドープされた、例えば、約１０１８ｃｍ−３〜約１０２０ｃｍ−３のキャリア濃度にまでドープされたドープＡｌＧａＮ層として選択的に成長させる。追加層２６’’は、約２０％のＡｌ濃度を有することができる。追加層２６’’は、約１０ｎｍの厚さを有することができる。オーミックコンタクト４０’は、追加層２６’’上に形成されている。ゲートコンタクト４２は、第２キャップ層２４’’’及び追加層２６’’によって形成された凹部内の第１キャップ層２２’’’上に形成することができる。
図５は、本発明のさらに他の実施形態によるトランジスタを示す概略図で、ゲート及びオーミックコンタクトの両方が再成長した凹部内に形成されたトランジスタを示す概略図である。チャネル層５２０及び第１キャップ層５２２は、上述したように基板５１０の上に設けられている（基板５１０は、緩衝層、及び／又は、他の層を含むことができる）。第１キャップ層５２２は、この第１キャップ層５２２の一部分を露光するためにマスクされ、第２キャップ層５２４は、露光された部分の上に形成することができる。次にマスクが除去され、第２キャップ層５２４に隣接した凹部を残す。オーミックコンタクト５４０及びゲートコンタクト５２８は、図５に示すように、凹部内に形成することができる。
図６は、本発明のさらに他の実施形態によるトランジスタを示す概略図で、ゲートコンタクト及びオーミックコンタクトの両方が再成長した凹部内に形成されるが、異なった窒化物ベースの層上に形成されるトランジスタを示す概略図である。チャネル層６２０及び第１キャップ層６２２は、上述したように基板６１０の上に設けられる（基板６１０は、緩衝層、及び／又は、他の層を含むことができる）。第１キャップ層６２２は、この第１キャップ層６２２の一部分を露光するためにマスクすることができる。次に、第２キャップ層６２４は、露光された部分の上に形成することができる。次に、付加的なマスクは、第２キャップ層６２４の隔離された部分が露光されるように、第２キャップ層６２４上に形成することができる。追加層６２６は、露光された部分の上に形成することができる。マスクが除去され、第１キャップ層６２２の第１及び第２部分、ならびに第２キャップ層６２４の一部分を露出する凹部を残すことができる。オーミックコンタクト６４０及びゲートコンタクト６２８は、図６に示すように、凹部内に形成することができる。また、マスキング及びコンタクト形成動作の順序を変更することが可能である。
図面及び明細書において、本発明の典型的な実施形態を開示した。具体的な用語を使用したが、それらは、一般的かつ説明的な意味で使用したのに過ぎなく、限定を目的とするものではない。
Claims (79)
- 基板上に窒化物ベースのチャネル層を形成するステップと、
前記窒化物ベースのチャネル層上に窒化物ベースの半導体の第１キャップ層を形成するステップと、
前記第１キャップ層の第１部分を覆うマスクを形成するとともに、該第１キャップ層の隣接した第２部分を露光するステップと、
前記マスクを使用して露光された前記第１キャップ層の前記第２部分上に窒化物ベースの半導体の第２キャップ層を形成するステップと、
前記第２キャップ層に隣接して、前記第１キャップ層の前記第１部分上に凹部を形成するステップと、
前記凹部内にオーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップと、
前記基板上に、対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトを形成するステップと
を有することを特徴とするトランジスタの製造方法。 - 前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトを形成するステップは、前記第２キャップ層上に、前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記マスクは、導電性の材料からなり、
前記凹部を形成するステップは、前記マスクを露光することによって凹部を形成するステップからなり、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップは、前記凹部内の前記マスク上に前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記マスクは、絶縁性の材料からなり、
前記凹部を形成するステップは、前記マスクを露光することによって凹部を形成するステップからなり、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップは、露光された前記マスク上にゲートコンタクトを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記凹部を形成するステップは、前記マスクを除去し、前記第１キャップ層の前記第１部分を露光し、前記第２キャップ層に隣接した凹部を形成するステップからなり、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップは、前記第１キャップ層の前記露光された部分の上に前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記マスクを形成するステップは、前記第１キャップ層の隔離された第１部分を覆い、前記第１キャップ層の第２部分を露光するマスクを形成するステップからなり、
前記凹部を形成するステップは、前記マスクを除去して前記第１キャップ層の前記第１部分を露光し、前記第２キャップ層に隣接した第１及び第２凹部を形成するステップからなり、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップは、前記第１凹部内にオーミックコンタクトを形成するステップからなり、
前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトを形成するステップは、前記第２凹部内にゲートコンタクトを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記窒化物ベースのチャネル層を形成するステップは、ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップからなり、
前記窒化物ベースの半導体の第１キャップ層を形成するステップは、ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップからなり、
前記窒化物ベースの半導体の第２キャップ層を形成するステップは、ＩＩＩ族窒化物層を成長させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記チャネル層は、０≦ｘ＜１において組成ＡｌｘＧａｌ−ｘＮを有し、前記チャネル層のバンドギャップは、前記第１キャップ層のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記チャネル層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮからなることを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記チャネル層は、約２０オングストロームを超える厚さを有する非ドープ層からなることを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記チャネル層は、超格子及び／又はＩＩＩ族窒化物層の組み合わせからなることを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記チャネル層は、窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａＮ）及び／又は窒化アルミニウム・インジウム・ガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）からなり、
前記第１キャップ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウム・インジウム（ＡｌＩｎＮ）、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮからなり、
前記第２キャップ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮからなることを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記第１キャップ層は、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮからなり、１ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１キャップ層は、非ドープ又はｎ型ドーパントで約１０１９ｃｍ−３未満の濃度までドープしたものであることを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１キャップ層は、０＜ｘ＜１におけるＡｌｘＧａｌ−ｘＮからなることを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１キャップ層は、約３ｎｍ〜約１５ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１５に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１キャップ層は、約５％と約１００％との間のアルミニウム濃度を有するＡｌＧａＮからなることを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１キャップ層は、約１０％よりも大きいアルミニウム濃度を有することを特徴とする請求項１７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１キャップ層は、約０．３ｎｍ〜約４ｎｍの厚さを有するＡｌＮ層からなることを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記チャネル層は、前記第１キャップ層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有することを特徴とする請求項７に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記マスクを形成するステップは、リフトオフ法又はウェットエッチング法のうちの１つを使用してマスク層をパターン形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記マスクを形成するステップは、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）又はＡｌＮベースの材料から前記マスクを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第２キャップ層は、前記第１キャップ層と同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１及び第２キャップ層は、ＡｌＧａＮからなり、前記第１キャップ層は、前記第２キャップ層のＡｌ濃度よりも高いＡｌ濃度を有することを特徴とする請求項２３に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１及び第２キャップ層の組み合わせ厚さは、約２５ｎｍであることを特徴とする請求項２４に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第２キャップ層は、該第２キャップ層の終端が、結晶クラックが発生しやすい方向に対して垂直にならないような配向を有することを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第２キャップ層は、実質的な第２の電子チャネルが、前記第１キャップ層と前記第２キャップ層との間の再成長界面に形成されるレベル未満のＡｌ組成からなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第２キャップ層上に追加層を形成するステップを更に有することを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記追加層は、ＧａＮキャップ層、絶縁層、及び組成的に等級分けした遷移層のうちの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２８に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１及び第２キャップ層は、それぞれ多数の層からなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第１及び第２キャップ層のうちの少なくとも１つは、窒化物ベースの障壁層からなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- ｎ型ドーパントを有する前記第１キャップ層のオーミックコンタクト領域を、前記凹部内に前記コンタクトを形成する前に埋め込むステップを更に有することを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記オーミックコンタクト領域を埋め込むステップは、前記第２キャップ層の成長の前に、前記オーミックコンタクト領域を埋め込むステップからなることを特徴とする請求項３２に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記窒化物ベースのチャネル層を形成するステップに対して、前記基板上に緩衝層を形成するステップが先行し、前記窒化物ベースのチャネル層を形成するステップは、前記緩衝層上に前記窒化物ベースのチャネル層を形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記窒化物ベースのチャネル層を形成するステップに対して、基板上に緩衝層を形成するステップが先行し、
前記窒化物ベースのチャネル層を形成するステップは、前記緩衝層上にＩＩＩ族窒化物チャネル層を形成するステップからなり、
前記窒化物ベースの半導体の第１キャップ層を形成するステップは、前記チャネル層上にＩＩＩ族窒化物第１キャップ層を形成するステップからなり、かつ、前記第１キャップ層は、前記チャネル層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、
前記マスクを形成するステップは、前記第１キャップ層の隔離された第１部分を覆うマスクを形成するステップと、前記第１部分同士の間にある、前記第１キャップ層の隣接した第２部分を露光するステップとからなり、
前記窒化物ベースの半導体の第２キャップ層を成長させるステップは、ＩＩＩ族窒化物の第２キャップ層を前記第１キャップ層の、露光された前記第２部分上に成長させるステップからなり、
前記第２キャップ層上に第３半導体層を形成するステップを更に有し、
前記凹部を形成するステップは、前記マスクを除去して前記第１キャップ層の前記第１部分を露出する凹部を形成するステップからなり、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップは、前記凹部内にそれぞれのオーミックコンタクトを形成するステップからなり、
前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトを形成するステップは、前記第３半導体層上にゲートコンタクトを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記基板は、約４００ミクロンの厚さを有する高純度半絶縁性（ＨＰＳＩ）４Ｈ炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板からなり、
前記緩衝層は、厚さ約０．２ミクロンの真性又は非ドープＡｌＮ層からなり、
前記チャネル層は、厚さ約２ミクロンの非ドープＧａＮ層からなり、
第１キャップ層は、約２５％のＡｌ濃度及び約５ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＧａＮ層からなり、
前記第２キャップ層は、約２０％のＡｌ濃度、約２×１０１２ｃｍ−２のドーパント濃度、及び約１０ｎｍの厚さを有するｎ型ドープＡｌＧａＮ層からなり、
第３半導体層は、約２０％のＡｌ濃度及び約１０ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＧａＮ層からなることを特徴とする請求項３５に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記基板は、約４００ミクロンの厚さを有する高純度半絶縁性（ＨＰＳＩ）４ＨＳｉＣ基板からなり、
前記緩衝層は、厚さ約０．２ミクロンの真性又は非ドープＡｌＮ層からなり、
前記チャネル層は、厚さ約２ミクロンの非ドープＧａＮ層からなり、
前記第１キャップ層は、厚さ約１ｎｍの非ドープＡｌＮ層からなり、
前記第２キャップ層は、約２０％のＡｌ濃度及び約２０ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＧａＮ層からなることを特徴とする請求項３５に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記窒化物ベースのチャネル層を形成するステップに対して、前記基板上に緩衝層を形成するステップが先行し、
前記窒化物ベースのチャネル層を形成するステップは、前記緩衝層上にＩＩＩ族窒化物チャネル層を形成するステップからなり、
前記窒化物ベースの半導体の第１キャップ層を形成するステップは、前記チャネル層上にＩＩＩ族窒化物第１キャップ層を形成するステップからなり、かつ、前記第１キャップ層は、前記チャネル層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、
前記マスクを形成するステップは、前記第１キャップ層の第１部分を覆うマスクを形成するステップと、前記第１部分の両側にある、前記第１キャップ層の第２部分を露光するステップとからなり、
前記窒化物ベースの半導体の第２キャップ層を成長させるステップは、ＩＩＩ族窒化物の第２キャップ層を前記第１キャップ層の、露光された前記第２部分のそれぞれの上に成長させるステップからなり、
それぞれの前記第２キャップ層上にそれぞれの第３半導体層を形成するステップを更に有し、
前記凹部を形成するステップは、前記マスクを除去して前記第１キャップ層の前記第１部分を露光するステップからなり、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの１つを形成するステップは、前記第１キャップ層の前記露光された部分上にゲートコンタクトを形成するステップからなり、
前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトを形成するステップは、前記第３半導体層上にそれぞれのオーミックコンタクトを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記基板は、約４００ミクロンの厚さを有する高純度半絶縁性（ＨＰＳＩ）４ＨＳｉＣ基板からなり、
前記緩衝層は、厚さ約０．２ミクロンの真性又は非ドープＡｌＮ層からなり、
前記チャネル層は、厚さ約２ミクロンの非ドープＧａＮ層からなり、
前記第１キャップ層は、約２５ｎｍの厚さ及び約２５％のアルミニウム濃度を有する非ドープＡｌＧａＮ層からなり、
前記第２キャップ層は、約５ｎｍの厚さ及び約２０％のアルミニウム濃度を有する非ドープＡｌＧａＮ層からなり、
前記第３半導体層は、約１０ｎｍの厚さ及び約２０％のアルミニウム濃度を有するドープＡｌＧａＮ層からなることを特徴とする請求項３８に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記窒化物ベースの半導体の第２キャップ層を形成するステップは、前記第２キャップ層を前記第１キャップ層の、露光された部分上に成長させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記チャネル層ならびに前記第１及び第２キャップ層は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を提供するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記窒化物ベースのマイクロエレクトロニクス素子用コンタクトの製造方法であって、
基板上に窒化物ベースの半導体の第１層を形成するステップと、
前記第１層の第１部分を覆うマスクを形成し、前記第１層の隣接した第２部分を露光するステップと、
前記マスクを使用して露光された、前記第１層の部分上に窒化物ベースの半導体の第２層を形成するステップと、
前記第２層に隣接して、前記第１層の前記第１部分上に凹部を形成するステップと、
前記凹部内にコンタクトを形成するステップと
を有することを特徴とする製造方法。 - 前記マスクは、導電性の材料からなり、
前記凹部を形成するステップは、前記マスクを露光することによって凹部を形成するステップからなり、前記コンタクトを形成するステップは、前記凹部内の前記マスク上にコンタクトを形成するステップからなることを特徴とする請求項４２に記載の製造方法。 - 前記凹部を形成するステップは、前記マスクを除去して前記第１層の前記第１部分を露光し、前記第２層に隣接した凹部を形成するステップからなり、
前記コンタクトを形成するステップは、前記第１層の露光された部分上にコンタクトを形成するステップからなることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 - 前記窒化物ベースの半導体の第１層を形成するステップは、ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップからなり、
前記窒化物ベースの半導体の第２の層を形成するステップは、ＩＩＩ族窒化物層を成長させるステップからなることを特徴とする請求項４２に記載の製造方法。 - 前記窒化物ベースの半導体の第２層を形成するステップは、前記第２層を前記第１層の、露光された前記第１部分上に成長させるステップからなることを特徴とする請求項４２に記載の製造方法。
- 基板上に設けられた窒化物ベースのチャネル層と、
前記窒化物ベースのチャネル層上に設けられた窒化物ベースの半導体の第１キャップ層と、
前記第１キャップ層上に設けられた、成長した窒化物ベースの半導体の第２キャップ層と、
前記成長した第２キャップ層の側壁に隣接して直接前記第１キャップ層上に設けられたオーミックコンタクト又はゲートコンタクトと、
前記基板上に設けられた、対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトと
を備えたことを特徴とするトランジスタ。 - 前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトは、前記第２キャップ層上にあることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
- 前記第１キャップ層上に直接設けられた前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトは、前記第１キャップ層上に直接設けられたオーミックコンタクトからなり、
前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトは、前記第１キャップ層の直ぐ上に設けられたゲートコンタクトからなることを特徴とする請求項４６に記載のトランジスタ。 - 前記窒化物ベースのチャネル層は、ＩＩＩ族窒化物層からなり、
前記窒化物ベースの半導体の第１キャップ層は、ＩＩＩ族窒化物層からなり、
前記成長した窒化物ベースの半導体の第２キャップ層は、成長したＩＩＩ族窒化物層からなることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。 - 前記チャネル層は、０≦ｘ＜１において組成ＡｌｘＧａｌ−ｘＮを有し、前記チャネル層のバンドギャップは、前記第１キャップ層のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記チャネル層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮからなることを特徴とする請求項４９に記載のトランジスタ。
- 前記チャネル層は、約２０オングストロームを超える厚さを有する非ドープ層からなることを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記チャネル層は、超格子及び／又はＩＩＩ族窒化物層の組み合わせからなることを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記チャネル層は、窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａＮ）及び／又は窒化アルミニウム・インジウム・ガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）からなり、
前記第１キャップ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウム・インジウム（ＡｌＩｎＮ）、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮからなり、
前記第２キャップ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮからなることを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。 - 前記第１キャップ層は、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮからなり、１ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記第１キャップ層は、非ドープ又はｎ型ドーパントで約１０１９ｃｍ−３未満の濃度までドープしたものであることを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記第１キャップ層は、０＜ｘ＜１におけるＡｌｘＧａｌ−ｘＮからなることを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記第１キャップ層は、約３ｎｍ〜約１５ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項５８に記載のトランジスタ。
- 前記第１キャップ層は、約５％と約１００％との間のアルミニウム濃度を有するＡｌＧａＮからなることを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記第１キャップ層は、約１０％を越すアルミニウム濃度を有することを特徴とする請求項６０に記載のトランジスタ。
- 前記第１キャップ層は、約０．３ｎｍ〜約４ｎｍの厚さを有するＡｌＮ層からなることを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記チャネル層は、前記第１キャップ層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有することを特徴とする請求項５０に記載のトランジスタ。
- 前記第２キャップ層は、前記第１キャップ層と同一の材料からなることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
- 前記第１及び第２キャップ層は、ＡｌＧａＮからなり、前記第１キャップ層は、前記第２キャップ層のＡｌ濃度よりも高いＡｌ濃度を有することを特徴とする請求項６４に記載のトランジスタ。
- 前記第１及び前記第２キャップ層の組み合わせ厚さは、約２５ｎｍであることを特徴とする請求項６５に記載のトランジスタ。
- 前記第２キャップ層は、前記第２キャップ層の終端が、結晶クラックが発生しやすい方向に対して垂直にならないような配向を有することを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
- 前記第２キャップ層は、実質的な第２の電子チャネルが、前記第１キャップ層と前記第２キャップ層との間の再成長界面に形成されるレベル未満のＡｌ組成からなることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
- 前記第２キャップ層上に追加層を更に設けたことを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
- 前記追加層は、ＧａＮキャップ層、絶縁層及び組成的に等級分けした遷移層のうちの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項６９に記載のトランジスタ。
- 前記第１及び第２キャップ層は、それぞれ多数の層からなることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
- 前記第１及び第２キャップ層のうちの少なくとも１つは、窒化物ベースの障壁層からなることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
- 前記基板上に緩衝層を更に設け、前記窒化物ベースのチャネル層は、前記緩衝層上に設けられていることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
- 前記窒化物ベースのチャネル層は、緩衝層上にＩＩＩ族窒化物チャネル層からなり、
前記窒化物ベースの半導体の第１キャップ層は、前記チャネル層上にＩＩＩ族窒化物第１キャップ層からなり、かつ、前記第１キャップ層は、前記チャネル層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、
前記成長した窒化物ベースの半導体の第２キャップ層は、前記第１キャップ層の露光された前記第２部分上に、成長したＩＩＩ族窒化物の第２キャップ層からなり、
前記第２キャップ層上に設けられた第３半導体層を更に備え、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトは、前記第２キャップ層の両側壁に隣接して設けられたそれぞれのオーミックコンタクトからなり、
前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトは、前記第３半導体層上に設けられたゲートコンタクトからなることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。 - 前記基板は、約４００ミクロンの厚さを有する高純度半絶縁性（ＨＰＳＩ）４Ｈ炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板からなり、
前記緩衝層は、厚さ約０．２ミクロンの真性又は非ドープＡｌＮ層からなり、
前記チャネル層は、厚さ約２ミクロンの非ドープＧａＮ層からなり、
第１キャップ層は、約２５％のＡｌ濃度及び約５ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＧａＮ層からなり、
前記第２キャップ層は、約２０％のＡｌ濃度、約２×１０１２ｃｍ−２のドーパント濃度、及び約１０ｎｍの厚さを有するｎ型ドープＡｌＧａＮ層からなり、
前記第３半導体層は、約２０％のＡｌ濃度及び約１０ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＧａＮ層からなることを特徴とする請求項７４に記載のトランジスタ。 - 前記基板は、約４００ミクロンの厚さを有する高純度半絶縁性（ＨＰＳＩ）４ＨＳｉＣ基板からなり、
前記緩衝層は、厚さ約０．２ミクロンの真性又は非ドープＡｌＮ層からなり、
前記チャネル層は、厚さ約２ミクロンの非ドープＧａＮ層からなり、
前記第１キャップ層は、厚さ約１ｎｍの非ドープＡｌＮ層からなり、
前記第２キャップ層は、約２０％のＡｌ濃度及び約２０ｎｍの厚さを有する非ドープＡｌＧａＮ層からなることを特徴とする請求項７４に記載のトランジスタ。 - 前記窒化物ベースのチャネル層は、緩衝層上にＩＩＩ族窒化物チャネル層からなり、
前記窒化物ベースの半導体の第１キャップ層は、前記チャネル層上にＩＩＩ族窒化物第１キャップ層からなり、かつ、前記第１キャップ層は、前記チャネル層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、
前記成長した窒化物ベースの半導体の第２キャップ層は、前記第１キャップ層のそれぞれ隔離された部分上に成長した、ＩＩＩ族窒化物の第２キャップ層からなり、
それぞれの前記第２キャップ層上に設けられたそれぞれの第３半導体層を備え、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトは、前記第２キャップ層同士の間の前記第１キャップ層の一部分に設けられたゲートコンタクトからなり、
前記対応するゲートコンタクト又はオーミックコンタクトは、前記第３半導体層上に設けられたそれぞれのオーミックコンタクトからなることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。 - 前記基板は、約４００ミクロンの厚さを有する高純度半絶縁性（ＨＰＳＩ）４ＨＳｉＣ基板からなり、
前記緩衝層は、厚さ約０．２ミクロンの真性又は非ドープＡｌＮ層からなり、
前記チャネル層は、厚さ約２ミクロンの非ドープＧａＮ層からなり、
前記第１キャップ層は、約２５ｎｍの厚さ及び約２５％のアルミニウム濃度を有する非ドープＡｌＧａＮ層からなり、
前記第２キャップ層は、約５ｎｍの厚さ及び約２０％のアルミニウム濃度を有する非ドープＡｌＧａＮ層からなり、
前記第３半導体層は、約１０ｎｍの厚さ及び約２０％のアルミニウム濃度を有するドープＡｌＧａＮ層からなることを特徴とする請求項７７に記載のトランジスタ。 - 前記チャネル層ならびに前記第１及び第２キャップ層は、ＨＥＭＴを提供するように構成されていることを特徴とする請求項４７に記載のトランジスタ。
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