JP2008535241A - 改善されたフィールドプレートを備える半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
電界効果トランジスタデバイス及び電界効果トランジスタを形成するための方法であって、当該デバイスは、半導体とオーム接触しているソース電極及びドレイン電極とを備える、電界効果トランジスタデバイス及び電界効果トランジスタを形成するための方法。ゲート電極−フィールドプレート構造は、ソース電極とドレイン電極との間に配置される。ゲート電極−フィールドプレート構造は、誘電体と、半導体とショットキー接触している第１の金属と、第２の金属とを有する。第２の金属は、第１の金属の一部の上に配置されると共に電気的に接続される第１の部分と、誘電体の一部によって第１の金属の第２の部分から分離され、且つ第１の金属のエッジを越えて、第２の金属のエッジまで延在する第２の部分とを有する。電界効果トランジスタデバイスのためのフィールドプレートを設けるために、第１の金属のエッジは、第２の金属のエッジよりもドレイン電極から離れている。
【選択図】 図６
【選択図】 図６
Description
本発明は包括的にはトランジスタデバイスに関し、より詳細には、フィールドプレートを備えるトランジスタデバイスに関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）及び炭化シリコン（ＳｉＣ）のような、バンドギャップが広い半導体は、高電力ＲＦ／マイクロ波に応用するのに非常に有望な材料であることが当該技術分野において知られている。また、そのデバイスは、高い電力で動作するために、高い供給電圧で動作できなければならないことも当該技術分野において知られている。高電圧動作にとっての制限要因は、デバイスの破壊電圧である。シリコンパワーデバイス及びＧａＡｓ ＦＥＴの場合に破壊電圧を改善するために、フィールドプレート（ＦＰ）が提案されており、実証されている。
より詳細には、フィールドプレートは、ゲート電極とドレイン電極との間に、ゲートに隣接して配置される。フィールドプレートは、空乏領域エッジを、ゲート−ドレインエッジからフィールドプレート下の半導体領域まで延長し、それにより、ピーク電界を、半導体内のゲートエッジからフィールドプレートエッジまでシフトする。これは、ゲート−ドレインエッジにおける電界を低減する。結果として、ショットキーゲートからの熱電子電界放出電流及びトンネル電流を大幅に低減することができ、それにより、ゲート−ドレイン破壊電圧を高くすることができる。さらに、表面トラップ効果を大幅に抑圧することができ、結果として、オープンチャネル条件において利用可能なＲＦ電流を増加させることができる。オフ状態のゲート−ドレイン破壊電圧及びオン状態の最大ＲＦチャネル電流が改善されると、フィールドプレートデバイスは潜在的には、より高いバイアス電圧において、より高い電力密度で動作することができる。
また当該技術分野において知られているように、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を形成する窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）及び炭化シリコン（ＳｉＣ）の半導体物質は新たな技術であり、それらのＦＥＴにフィールドプレートを用いるときに、ゲートとドレインとの間の帰還容量によってＲＦ利得に深刻な劣化が引き起こされるので、高周波数の応用形態にとって実用上望ましくないことがわかっている。より詳細には、フィールドプレートは典型的には、半導体上に、窒化シリコン又は酸化シリコンのような誘電体を被着し、その誘電体をドライエッチングして、半導体の表面の一部を露出させて（典型的にはプラズマエッチングを用いる）、半導体の露出した部分と接触しているゲート−フィールドプレート構造を形成することによって形成される。基板材料に損傷を与えることなく、マイクロ波周波数の場合に０．５μｍ未満のゲート長を有するデバイスにおいてフィールドプレートを処理することは比較的困難であった。
本発明によると、半導体とオーム接触しているソース電極及びドレイン電極とを有する電界効果トランジスタデバイスが提供される。ソース電極とドレイン電極との間にゲート電極−フィールドプレート構造が配置される。ゲート電極−フィールドプレート構造は、誘電体と、半導体とショットキー接触している第１の金属と、第２の金属とを備える。第２の金属は、第１の金属の一部の上に配置されると共に電気的に接続される第１の部分と、誘電体の一部によって第１の金属の第２の部分から分離され、且つ第１の金属のエッジを越えて、第２の金属のエッジまで延在する第２の部分とを有する。第１の金属のエッジは、第２の金属のエッジよりもドレイン電極から離れており、それによって、電気効果トランジスタデバイスのためのフィールドプレートが設けられる。
本発明の別の特徴によると、電界効果トランジスタを形成するための方法が提供される。本方法は、半導体に接触しているソース金属コンタクト、ドレイン金属コンタクト及びゲート金属コンタクトを形成することを含む。形成されたソース金属コンタクト、形成されたドレイン金属コンタクト及び形成されたゲート金属コンタクト上に誘電体層が形成される。誘電体層上に第１のマスクが形成される。第１のマスクは内部に、誘電体層の一部の上に配置される窓を有し、それによって、誘電体層の下側にある部分が露出する。誘電体層の露出した部分は、ゲート金属コンタクトの一部の上に配置される。第１のマスクにドライエッチングが適用されて、窓によって露出している誘電体層の部分が除去され、ゲート金属コンタクトの一部が露出し、誘電体層の残りの部分が、ゲート金属コンタクトのエッジ領域上に残される。第１のマスクが除去される。誘電体層の残りの部分の上に第２のマスクが形成される。第２のマスクは内部に、ゲート金属コンタクトの部分の上に、且つゲート金属コンタクトのエッジ領域上に残された誘電体層の部分の上に配置される窓を有する。第２のマスク内に窓を通じてフィールドプレート金属が形成され、当該フィールドプレート金属は、ゲート金属コンタクトの露出した部分に電気的に接続され、エッジ領域上に残された誘電体層の部分によってゲート金属コンタクトのエッジ領域から分離され、ドレイン金属コンタクトに向かって、ゲート金属コンタクトのエッジを越えて延在する。
そのような構成では、半導体表面は第１の金属によって保護されるので、半導体表面は、誘電体層のドライエッチングからのプラズマには曝露されない。
本発明の１つ又は複数の実施形態の詳細が、添付の図面及び以下の説明において述べられる。本発明の他の特徴、目的及び利点は、その説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本発明の１つ又は複数の実施形態の詳細が、添付の図面及び以下の説明において述べられる。本発明の他の特徴、目的及び利点は、その説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
種々の図面において、類似の参照番号は類似の構成要素を示す。
ここで図１を参照すると、半導体１０、ここでは、たとえば、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）が設けられ、当該半導体のソース電極１２及びドレイン電極１４は半導体１０とそれぞれオーム接触しており、当該半導体のゲートコンタクト金属１６は半導体１０とショットキー接触している。ソース電極１２及びドレイン電極１４は、ここではチタン／アルミニウム／ニッケル／金（Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）金属から形成される金属コンタクトである。ゲートコンタクト金属１６は、ここでは、ニッケルの下層及び金の上層であり、図に示されるように、ソース電極１２とドレイン電極１４との間に配置される。ここでは、ゲート金属コンタクト１６の全厚は１００〜５００オングストロームである。
ここで図２を参照すると、誘電体、たとえば窒化シリコン又は二酸化シリコンの層１８が、その構造上に形成され、それゆえ、図１に示される形成されたソース電極１２、ドレイン電極１４及びゲート金属コンタクト１６上に形成される。ここで、誘電体層１８は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって、ここでは５００オングストロームの厚みまで堆積される窒化シリコンである。
次に、図に示されるように、誘電体層１８上に、フォトレジストの層２０が形成される。フォトレジスト層２０は、マスク２０を設けるために、電子ビーム又は従来のフォトリソグラフィのいずれかを用いて、内部に形成される窓２２を有する。窓２２は、下側にある誘電体層１８の部分２６を露出させる。そのような部分２６は、ゲート金属コンタクト１６の部分２８上に配置される。
次に、マスク２０が、ドライエッチング、ここでは、エッチャントとしてＣＦ４（四フッ化炭素）を用いるプラズマエッチングにかけられ、窓２２によって露出した誘電体層１８の部分２６が除去され、それにより、ゲート金属コンタクト１６の部分２８が露出する。
マスク２０が除去され、図３に示される構造が残される。誘電体層１８の部分３０が、ゲート金属コンタクト１６のエッジ領域３２上に残されることに留意されたい。
次に、図４を参照すると、第２のフォトレジストマスク３８が、誘電体層１８の残りの部分の上に形成される。図に示されるように、第２のマスク３８は、内部に、ゲート金属コンタクト１６の部分の上に、且つゲート金属コンタクト１６のエッジ領域３２の上に残された誘電体層１８の部分３０の上に配置される窓４０を有する。
次に、図４を参照すると、第２のフォトレジストマスク３８が、誘電体層１８の残りの部分の上に形成される。図に示されるように、第２のマスク３８は、内部に、ゲート金属コンタクト１６の部分の上に、且つゲート金属コンタクト１６のエッジ領域３２の上に残された誘電体層１８の部分３０の上に配置される窓４０を有する。
次に、図５を参照すると、導電性金属５０、ここでは、たとえば３０００オングストロームの厚みを有する金が、マスク３８上に堆積、ここでは蒸着され、導電性金属５０の部分は、ゲートコンタクト金属１６の露出した部分の上に堆積され、それゆえその部分と電気的に接触し、さらに窓４０によって露出した誘電体層１８の部分３０の上にも堆積される。こうして、金属層５０の部分５２が、フォトレジストマスク３８を除去した後に、それゆえ、マスク３８上にある金属層５０の部分を除去した後に、図６に示されるようなフィールドプレート５２を形成する。フィールドプレート５２は、図に示されるように、ゲート金属コンタクト１６の露出した部分に電気的に接続され、エッジ領域３２上に残された誘電体層１８の部分３０によって、ゲート金属コンタクト１６のエッジ領域３２から分離され、ドレイン金属コンタクト１４に向かって距離δだけ、ゲート金属コンタクト１６のエッジ領域３２を越えて延在することに留意されたい。また、図に示されるように、誘電体層１８は、フィールドプレート５２と半導体１０との間に厚みｔを有することにも留意されたい。結果として形成される電界効果トランジスタ６０が図６に示される。
上記の工程は、マイクロ波周波数におけるＲＦ利得を犠牲にすることなく、フィールドプレート５２を配設する。誘電体の厚み、ゲート金属のドレイン側に向かって金属が入り込む長さ、誘電体堆積前のゲート金属の厚み、及び誘電体のエッチングは、ゲート金属コンタクト１６の形成前後に、半導体１０の表面に損傷を与えることなく、最適化することができる。
ここで、ｆｍａｘ（最大単位利得周波数）及びｆｔ（単位電流利得周波数）は、ゲート長に反比例するので、マイクロ波よりも高い周波数の場合に、ゲート長は０．２５μｍ未満である。５００オングストローム未満のような非常に薄い誘電体上にフィールドプレートを実装するために、初期の、すなわち薄い誘電体層の堆積前の最初のゲート金属コンタクト１６の厚みは、非常に薄くなければならない。その場合に、第２の金属は、誘電体上部に載置される実際のフィールドプレートであり、第１の金属と第２の金属との間に寄生を導入することなく、実効的なフィールドプレートとしてうまく機能している。
本発明の多数の実施形態が説明されてきた。それにもかかわらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができることは理解されよう。したがって、他の実施形態も、特許請求の範囲に含まれる。
Claims (2)
- 電界効果トランジスタデバイスであって、
半導体とオーム接触しているソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置されるゲート電極−フィールドプレート構造と
を備え、該ゲート電極−フィールドプレート構造は、
誘電体と、
前記半導体とショットキー接触している第１の金属と、
第２の金属と
を有し、該第２の金属は、
前記第１の金属の一部の上に配置されると共に電気的に接続される第１の部分と、
前記誘電体の一部によって前記第１の金属の第２の部分から分離され、且つ前記第１の金属のエッジを越えて、前記第２の金属のエッジまで延在する第２の部分と
を有し、前記第１の金属の前記エッジは、前記第２の金属の前記エッジよりも前記ドレイン電極から離れており、それによって、該電界効果トランジスタデバイスのためのフィールドプレートが設けられる、電界効果トランジスタデバイス。 - 電界効果トランジスタを形成するための方法であって、
半導体に接触しているソース金属コンタクト、ドレイン金属コンタクト及びゲート金属コンタクトを形成すること、
前記形成されたソース金属コンタクト、前記形成されたドレイン金属コンタクト及び前記形成されたゲート金属コンタクト上に誘電体層を形成すること、
前記誘電体層上に第１のマスクを形成することであって、該第１のマスクは内部に、前記誘電体層の一部の上に配置される窓を有し、それによって、前記誘電体層の下側にある部分が露出し、該誘電体層の該露出した部分は、前記ゲート金属コンタクトの一部の上に配置される、第１のマスクを形成すること、
前記第１のマスクにドライエッチングを適用することであって、それによって、前記窓によって露出している前記誘電体層の部分が除去され、前記ゲート金属コンタクトの前記一部が露出し、前記誘電体層の残りの部分が、前記ゲート金属コンタクトのエッジ領域上に残される、ドライエッチングを適用すること、
前記第１のマスクを除去すること、
前記誘電体層の前記残りの部分の上に第２のマスクを形成することであって、該第２のマスクは内部に、前記ゲート金属コンタクトの部分の上に、且つ該ゲート金属コンタクトの前記エッジ領域上に残された前記誘電体層の前記部分の上に配置される窓を有する、第２のマスクを形成すること、及び
前記第２のマスク内に前記窓を通じてフィールドプレート金属を形成すること
を含み、前記フィールドプレート金属は、前記ゲート金属コンタクトの前記露出した部分に電気的に接続され、前記エッジ領域上に残された前記誘電体層の前記部分によって前記ゲート金属コンタクトの前記エッジ領域から分離され、前記ドレイン金属コンタクトに向かって、該ゲート金属コンタクトの該エッジを越えて延在する、電界効果トランジスタを形成するための方法。
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